高爐頂壓力發電

在煉鐵時，焦炭，鐵礦石投入高爐，要用鼓風機吹進大量熱風，熱風中的氧氣一旦接觸焦炭中的碳，就會立即燃燒，產生大量煤氣。大部分煤氣和鐵礦石發生化學反應，分離出鐵。餘下的煤氣就像高壓鍋燒開了飯菜一樣，從減壓閥白白放掉了。利用這部分余壓來發電，稱為高爐頂壓力發電，又叫余壓發電。

基本介紹

• 中文名：高爐頂壓力發電
• 外文名：Blast furnace top pressure power generation
• 對應：焦炭
• 對象：投入高爐
• 屬性：大量熱風
• 別稱：余壓發電

簡介

在煉鐵時，焦炭，鐵礦石投入高爐，要用鼓風機吹進大量熱風，熱風中的氧氣一旦接觸焦炭中的碳，就會立即燃燒，產生大量煤氣。大部分煤氣和鐵礦石發生化學反應，分離出鐵。餘下的煤氣就像高壓鍋燒開了飯菜一樣，從減壓閥白白放掉了。利用這部分余壓來發電，稱為高爐頂壓力發電，又叫余壓發電。高爐爐頂余壓發電裝置（以下簡稱“TRT”）誕生於20世紀60年代，經歷了近40年的研發、實踐、完善的過程，已經達到了較高的工藝技術水平。

TRT發展歷程

1960年法國、前蘇聯、德國等一些工業化較發達的國家，分別在相同的時間進行著TRT裝置的工藝技術和設備製造的研製。法國TRT裝置採用濕式幅流式透平機，控制少量氣體進入TRT裝置，實現部分能量的回收。前蘇聯採用軸流式透平機，在透平機前增加了一套混合式煤氣預熱器，將進人透平的高爐煤氣溫度提高到120℃，同時控制進人透平的煤氣流量為恆定流量，該TRT裝置不控制頂壓。在之後的一段時間，TRT裝置基本是處於套用時期，技術裝備以及控制水平均無明顯提高。

隨著第一次石油危機的爆發，各國逐漸注重二次能源的回收與利用，為TRT技術的發展提供了良好的契機。特別是日本的三井造船、川崎重工、日立造船公司，按照市場需求，各自研發了具有獨立技術特徵的TRT設備，並提高了工藝控制水平。在占領日本國內鋼鐵市場的同時，上述三家公司逐步向國際市場擴張，最終成為國際上TRT技術的主要設備供貨商，俄羅斯、法國、德國作為商業用途的業績已經不多見。

在國內，1983年首鋼集團率先引進了1200m³高爐的TRT工藝技術和設備，當年建設、次年投產發電。在國家相關部門的大力支持下，陝西鼓風機（集團）有限公司（以下簡稱“陝鼓集團”）分別與日本川崎重工、三井造船進行技術合作協商，並最終與川崎重工簽訂了技術合作協定，邁出了國內生產製造TRT裝置的第一步。中航工業成都發動機（集團）有限公司（以下簡稱“成發集團”）利用自身製造航空發動機的技術優勢，在消化吸收國內現有的TRT技術基礎上，開發了具有專有技術的TRT裝置及控制系統。國內TRT技術的主要供貨商為陝鼓集團和成發集團，裝備高爐已經達到4000m³，高爐頂壓控制精度達到1-2kPa，達到了國際先進水平，其產品已出口到國際市場。

伴隨大型化、高壓化高爐的產生，煤氣淨化設施從傳統的濕法除塵逐步向乾法除塵轉化已成為發展趨勢，其中被普遍採用的是高爐煤氣布袋除塵技術。如何能夠在滿足上、下游工藝要求的基礎上，全量回收高爐煤氣的壓力能和熱能，給TRT的工藝控制、設備製造以及工廠設計提出了新的課題。

影響TRT發電的技術因素分析

入口煤氣溫度和壓力是影響TRT的重要因素。乾法除塵裝置得到普遍套用後，進人TRT的煤氣溫度比濕法淨化時提高了約100℃，煤氣壓力也比濕法淨化時提高了25kPa，因此TRT裝置必須採用與之相適應的新設備、新技術。

TRT軸輸出功率

TRT是一種能量回收工藝裝置，主要設備是專用的透平機械。通過將氣體導人透平腔體，使壓力能轉化為動能，推動葉片旋轉，從而帶動與其同軸的發電機轉動，實現能量轉換髮電。

(1)影響透平軸端出力的主要因素是氣體流量、壓力、溫度。

(2)氣體中雜質種類及量化指標與透平軸端出力無關。通常認為進入透平的氣體為合格氣體，其淨化質量由上一級工藝完成。

透平入口流量變化對透平軸輸出功率的影響

TRT裝置是一種能量回收設備，高爐操作的好壞直接影響到TRT入口條件，進而影響到TRT的出力。由於TRT是控制爐頂壓力的關鍵設備，因此，TRT操作是否穩定直接影響到高爐的爐況。

當高爐頂壓實測值高於爐頂壓力設定值時，透平靜葉就要開大，角度增加，使其通過透平機內的高爐煤氣流量增加。反之，當高爐頂壓實測值低於高爐頂壓設定值時，透平靜葉就要關小，角度就要減少.通過透平機內的高爐煤氣流量降低。TRT就是這樣通過不斷的調整靜葉開度來實現對高爐頂壓控制。在這一過程中，假定當其它條件不變時，通過透平機的煤氣流量越大，輸出功率越高。

由於各鋼鐵廠往往只注重鋼鐵產量，忽視了對二次能源的合理回收與利用，加之人們對TRT技術不熟悉，TRT控制水平不高，以及TRT設備的自身原因，形成了在工藝設計時保守的觀念，主要表現為：

(1)在TRT裝置與減少閥組並聯工藝中，減少閥組設計時留有一個150mm直通管道，用以確保在TRT突發事故時的高爐安全，由於留有這樣的孔洞，造成高爐煤氣不能全量進入透平機，使得透平機的輸出功率大大降低。某廠1200m3高爐，透平機設計能力6400kWh，實際運行2200kWh，由此可見透平人口煤氣流量對對透平出力的影響之大。

(2)由於減壓閥組關閉不嚴，同樣造成煤氣從旁路流失，影響透平出力。某廠2500m³高爐，煤氣採用乾法除塵，發電機額定功率1.5萬kW，由於存在上述情況，透平機平均出力1.1萬kWh；而某廠同樣為2500m³高爐，煤氣同樣採用乾法除塵，TRT裝機容量也為1.5萬kW，透平機發電平均在1.3-1.4萬kWh。

透平入口壓力變化對透平軸輸出功率的影響

隨著大型高爐頂壓的不斷提高，進入TRT裝置的高爐煤氣壓力也在不斷地提高，透平機軸出功率逐步增加，從高爐重力除塵器出來的高爐煤氣，通過除塵並達到標準後進人透平機，在此過程中需要消耗部分壓力能.直接影響到透平機輸出功率。

高爐煤氣淨化工藝有濕式除塵和乾式布袋除塵兩種形式。乾式布袋除塵系統煤氣阻力降一般為1.5-2.5kPa，而濕式除塵系統阻力降一般在30kPa左右。

選取不同的高爐煤氣淨化型式，所消耗的壓力各不同，其結果直接影響到透平機輸出功率，因此，在條件許可時應優先考慮採用煤氣乾式淨化工藝。在工廠設計時也應儘量採取措施降低煤氣管道的阻力降，從而提高TRT裝置的發電量。

透平入口溫度變化對透平軸輸出功率的影響

高爐煤氣乾法袋式除塵技術的套用，使得進入TRT裝置的煤氣壓力達到200℃左右，極大地增加了透平機輸出功率。工程設計中，應在乾法除塵允許的範圍內，儘量提高煤氣溫度，同時採取各種措施減少煤氣的熱損失，可提高發電能力約30% 。

總結

高爐煤氣是一種具有壓力、溫度及可燃分的複合流體，它在TRT裝置完成控制頂壓及能量回收功能。改變透平機入口煤氣溫度、壓力條件下，透平機輸出功率發電相應變化。溫度高、壓力增加可以提高TRT裝置的發電能力，其中溫度的影響最大明顯，可提高發電能力約30% 。