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高炉煤气余压回收发电装置

徐 颖 高克光/沈阳鼓风机集团有限公司    

 

摘要: 简介了高炉煤气余压回收发电装置的流程概要及运行控制方法,展望了今后的发展方向。

关键词: 膨胀透平;发电装置

中图分类号: TB653    文献标识码: B

Power Generating Unit with Pressure Recovery of Blast Furnace Gas

Abstract: This paper has introduced the process and operating control method of power generating unit with pressure recovery of blast furnace gas and given its developing direction.

Key words: expansion turbine ; power generating unit


1  流程概要

  余压回收发电是指利用工业流程中排出的尾气的压力、温度等物理能量进行发电,最典型的就是利用钢厂 高炉炉顶煤气余压的能量进行发电的高炉煤气余压能量回收透平,简称 TRT ( Top Pressure Recovery Turbine )。其工艺流程根据高炉的排气除尘器的不同,大体上分为两种。第一种是湿式 TRT 发电系统,见图 1 和图 2 ,将 TRT 设置在湿式除尘器的后侧。另一种是干式 TRT 发电系统,见图 3 。为了提高 TRT 发电设备的大功率化,而将 TRT 布置在干式除尘器后侧。图 1 与图 2 的区别在于炉顶压力控制方式的不同。

  图 1 的炉顶压力是由布置在湿式除尘器后侧的调节阀( SV )进行控制的。此时, TRT 与 SV 并联布置。

  图 2 的炉顶压力是由组合在湿式除尘器中的炉顶压调节阀来控制的。在这种情况下,为了保证即便是在 TRT 出现故障的情况下也不影响高炉作业。在除尘器后侧的排气主管上安设 TRT 用旁通调节阀( BV ), TRT 与 BV 并联布置。无论哪种情况下, TRT 运行时, SV 或 BV 都维持在全闭状态, TRT 接收全部的高炉尾气进行能量回收发电。

2  高炉容积与回收电量

  湿式 TRT 的发电在 1990 年以后逐步普及。由于对高炉进行扩容、设备进行大功率化改造以及向高效率型 TRT 的转换,功率在不断增加。 1990 年以后的平均发电功率 5000m 3 级的高炉在 25MW 左右。另一方面,干式 TRT 由于进口温度上升带来的显热能量的增加,以及除尘器压力损失降低 TRT 进口压力上升,可得到 30MW 左右的发电功率,约是湿式 TRT 的 12 倍。

  

    

3  设备设计时需要的关注点及运行控制

  因为 TRT 是设置在高炉排气系统上的,所以在进行系统设计时,最优先考虑并确保的是高炉的安全性及稳定操作。为了避免 TRT 发电设备出现异常而影响高炉的作业情况,通常在 TRT 高炉排气主管路上设有分支管线,并在分支管线上安装了切断 TRT 系统进出口的截止阀。

  另外,在 TRT 控制设计中,炉顶压的稳定性和高炉尾气能量的有效回收是一个重要的课题,关键的是要采用满足这两者的最合适的控制方式。

  图 1 是通过调节阀( SV )控制炉顶压力的方式。其设计是:当设备处于稳定状态时,将高炉排出的气体全量吞入到 TRT 一侧, SV 全闭,通过 TRT 侧的调节机构控制炉顶压。

  图 2 是通过组合在湿式除尘器内的控制阀进行炉顶压力控制的方式。通常设计时通过 TRT 侧的控制机构,使得湿式除尘器的后侧压力控制在一定状态。但是这种情况下,为了回收更多的排气能量,湿式除尘器的差压,设计时要控制在除尘所必需的最小差压,尽可能提高除尘器后侧压力。根据情况,有时会将除尘器内调节阀打到接近全开状态,通过 TRT 侧控制炉顶压的情况也有可能发生。

  图 3 是干式系统的炉顶压控制,与 SV 时的设计是一样的。 TRT 的其它控制,通常与蒸气透平一样,在启动时进行转速控制,发电时进行负荷控制。

  开发初期, TRT 的控制是通过调速阀进行的,但高炉的排气流量由于高炉作业时要加入原料的关系,而时常进行周期性变动。为了达到即便是在高炉的排气量发生变动时也不出现阻塞损失,有效地进行能量回收。基于这种观点,在最新的轴流透平机上,一般都采用静叶可调控制的方式。静叶可调方式有仅首级静叶可调的方式和各级全部静叶可调的方式。但考虑到气体量减少时的部分负载性能,选择后者更为理想。

  TRT 发电设备的电力发生形式如上所述,受高炉排气特有气体量变动的影响,经常变动。因而, TRT 发电设备总是连在钢厂的主干电力系统上来运行。

  另外,进行机械设备设计时,由于高炉排放的气体中含有 22% 左右的一氧化碳气( CO )和 3% 左右氢气( H 2 ),这些可燃有毒气体中伴有强腐蚀性的雾沫和附着性很高的粉尘,在确保机械设备气密性的同时,采取防腐、防粉尘附着对策也是非常重要的。

4  今后的课题

4.1 TRT 发电设备的高功率化

  对于 TRT 发电设备高功率化,现在占 TRT 发电设备主流的湿式 TRT 发电系统,目前已由离心透平向轴流透平转化;由高炉尾气的部分回收系统向全量回收系统的系统改良;控制方式由调速阀控制改为静叶可调机构控制等。通过这些改善措施,产品已基本达到了成熟的阶段。

  干式 TRT 发电系统被看作是 TRT 发电设备高功率化的本命(最优先候选系统),从湿式发电系统的开发经历数年已迈出了实用化的第一步。但是,因为受 TRT 干式发电系统关键技术的有关干式除尘系统的设置、运用等各类技术问题(炉况异常时的温度控制、气体温度降低造成结露的防治对策、防腐对策、除尘器的长寿命化等)的阻碍,产品在设备中的应用仍处于踏步状态。

  今后 TRT 发电设备的高功率化首先取决于干式除尘系统运用的稳定化(一部分也涉及到高炉作业自身的稳定性)。可以说,对于 TRT 发电系统的高功率化来讲,其最大的课题就是解决有关干式除尘系统的诸问题。

4.2  湿式 TRT 发电系统的长期稳定运行

  TRT 发电设备进一步的高功率化,还有待于干式 TRT 发电系统的改良及稳定化。但是,随着时间的推移,即便是湿式 TRT 发电系统,由于粉尘附着而造成效率下降的问题应该说还没有寻求到令人十分满意的对策,还有改善的余地。因此,作为防止粉尘附着的对策,进一步改进并努力降低经时性的功率下降,确保设备的长期稳定运行,提高运转率,是当前 TRT 发电设备所面临的课题。

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  评论人:不锈钢网   打分:0 分  发表时间:2015-7-7 3:05:21
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  评论人:fqwzxcazqk   打分:85 分  发表时间:2010-10-28 9:35:06
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