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TRT余熱發(fā)電

發(fā)布日期:2015-09-30 10:01:00 瀏覽:-| 加入收藏

一、 高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電的基本原理

高爐爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置(TopGasPressureRecoveryTurbine簡(jiǎn)稱TRT)是目前有價(jià)值的二次能源回收裝置之一。TRT是利用爐爐頂煤氣中的壓力能及熱能經(jīng)透平膨脹做功來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變成電能輸送給電網(wǎng),可以回收爐鼓風(fēng)的30%左右。TRT裝置所發(fā)出的電量與爐煤氣的壓力和流量有關(guān),一般噸鐵發(fā)電量為30千瓦時(shí)~40千瓦時(shí)。爐煤氣采用干法除塵可以使發(fā)電量提高36%,且溫度每升10℃,會(huì)使透平機(jī)出力提高10%,進(jìn)而使TRT裝置發(fā)電量可達(dá)54千瓦時(shí)/噸這種發(fā)電方式既不消耗任何燃料,也不產(chǎn)生環(huán)境污染,是爐冶煉工序的節(jié)能項(xiàng)目,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

煉鐵生產(chǎn)中,爐爐頂煤氣壓力大于0.03兆帕?xí)r,稱為爐壓運(yùn)作。爐煤氣在壓運(yùn)作下有一定的壓力能。采用煤氣余壓發(fā)電裝備(TRT)可將這部分壓力能回收,其設(shè)備的工作原理是煤氣的余壓使煤氣在透平機(jī)內(nèi)進(jìn)行膨脹做功,推動(dòng)透平機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)出一定的電量。TRT裝置所發(fā)出的電量與爐煤氣的壓力和流量有關(guān),一般噸鐵發(fā)電量為30千瓦時(shí)~40千瓦時(shí)。爐煤氣采用干法除塵可以使發(fā)電量提36%,且溫度每升10℃,會(huì)使透平機(jī)出力提高10%,進(jìn)而使TRT裝置發(fā)電量可達(dá)54千瓦時(shí)/噸鐵。

二、高爐爐頂余壓發(fā)電的工藝流程

圖1、高爐爐頂余壓發(fā)電的工藝流程圖

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高爐荒煤氣經(jīng)重力除塵器的半凈煤氣管道進(jìn)入布袋除塵器的進(jìn)氣總管。在布袋除塵器進(jìn)氣總管和布袋除塵器之間設(shè)有一個(gè)旁路,在旁路上設(shè)有冷熱交換器,用于煤氣的升溫和降溫。布袋除塵器的布袋是氟美斯化纖制品,其工作溫度為80℃~250℃,瞬間不允許過(guò)500℃。煤氣溫度低于80℃易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象,布袋內(nèi)有露水會(huì)與灰塵結(jié)球,造成布袋除塵的除塵下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致煤氣流流動(dòng)不暢;煤氣溫度高于250℃會(huì)使布袋變脆,甚至燒損。所以,設(shè)置旁路冷熱交換器來(lái)應(yīng)對(duì)煤氣溫度的變化,是干式布袋除塵器能夠正常工作的條件。

下一步,從干式布袋除塵器出來(lái)的凈煤氣將進(jìn)入透平機(jī)。這時(shí)的凈煤氣溫度在120℃~180℃之間,含塵量為1.2~4.6毫克/立方米。從透平機(jī)出來(lái)的凈煤氣進(jìn)入企業(yè)的凈煤氣管網(wǎng)。一些煉鐵企業(yè)高爐煤氣采用濕式除塵方法,即在重力除塵器之采用文式管除塵設(shè)備,出來(lái)的凈煤氣仍可進(jìn)入透平機(jī)去發(fā)電。

從工作原理上看,TRT裝置代替了原來(lái)煤氣系統(tǒng)的壓閥組,不同的是,原煤氣系統(tǒng)的壓閥組將煤氣的壓力能白白泄漏掉了,而TRT裝置可以回收爐鼓風(fēng)的30%左右。

三、TRT系統(tǒng)組成

實(shí)際應(yīng)用中的TRT一般由八系統(tǒng)組成。

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1、透平主機(jī):透平主機(jī)是TRT的主要部分,由它來(lái)完成壓力能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)化,同時(shí)通過(guò)靜葉的調(diào)節(jié)功能來(lái)保證高爐爐頂壓力的穩(wěn)定。

2、大型閥門(mén)系統(tǒng):TRT系統(tǒng)的大型閥門(mén)主要有入口蝶閥、入口插板閥、調(diào)速閥、快切閥、旁通快開(kāi)閥、出口蝶閥和出口插板閥。其中插板閥用于對(duì)煤氣的完全切斷,給機(jī)組造檢修和安全條件;入口蝶閥可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)進(jìn)入TRT的煤氣量,同時(shí)可以作為敞開(kāi)式插板閥開(kāi)關(guān)時(shí)的輔助閥門(mén);出口蝶閥一般在出口插板閥為敞開(kāi)式時(shí)才配置;調(diào)速閥用于機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和機(jī)組并網(wǎng)的功率調(diào)節(jié);快切閥能夠在機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí),在0.5-1秒時(shí)間快速關(guān)閉,切斷TRT的煤氣來(lái)源,保證機(jī)組安全停機(jī);旁通快開(kāi)閥的作用是當(dāng)TRT機(jī)組重故障停機(jī)快切閥快速關(guān)閉時(shí),能夠快速打開(kāi)到一定角度,使?fàn)t煤氣有出路,保證爐爐頂壓力不產(chǎn)生的波動(dòng),并且可以作為T(mén)RT與減壓閥組頂壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)的過(guò)渡手段,有一定的頂壓調(diào)節(jié)功能。

3、潤(rùn)滑油系統(tǒng):大型透平機(jī)械都是靠軸承支撐來(lái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)工作的,要保證機(jī)組安全可靠的運(yùn)行,其重要的一個(gè)環(huán)節(jié),就是要給各軸承潤(rùn)滑點(diǎn)及時(shí)提供一定的稀油循環(huán)潤(rùn)滑,以滿足機(jī)組在正常工況下及事故狀態(tài)下的潤(rùn)滑油供給,這個(gè)系統(tǒng)就是潤(rùn)滑油系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括潤(rùn)滑油站、濾油器、冷油器、位油箱、油泵、閥門(mén)和檢測(cè)儀表等,油泵和油站能夠提供一定壓力、一定流量、溫度正常、清潔的潤(rùn)滑油,位油箱是在停電等緊急事故狀態(tài)下,靠自然位差維持機(jī)組停機(jī)惰走時(shí)的潤(rùn)滑油供給。

4、電液伺服控制系統(tǒng):該系統(tǒng)主要由液控單元、伺服油缸、動(dòng)力油站三部分組成。液控單元包括調(diào)速閥控制單元、靜葉控制單元、快開(kāi)閥控制單元;伺服油缸為雙活塞桿結(jié)構(gòu);動(dòng)力油站由油箱、恒壓變量油泵、濾油器、冷油器、閥門(mén)和檢測(cè)儀表等組成。這一系統(tǒng)控制著調(diào)速閥、靜葉和旁通快開(kāi)閥的開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)性能,直接影響機(jī)組的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、機(jī)組正常運(yùn)行和停機(jī)時(shí)的頂壓穩(wěn)定,因此也非常重要。

5、給排水系統(tǒng):其給水部分主要有兩個(gè):一是靜葉噴霧水管線,采用工業(yè)水,在TRT運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)機(jī)組的葉片進(jìn)行沖洗,防止積灰,是保證TRT長(zhǎng)期運(yùn)行的重要手段;二是快切閥、調(diào)速閥沖洗水管線,在TRT停機(jī)及啟動(dòng)前對(duì)閥門(mén)進(jìn)行沖洗,防止閥門(mén)由于積灰造成卡塞。機(jī)組和管道中的機(jī)械水和冷凝水通過(guò)排水管線排出,由于TRT入口前是高壓煤氣,因此采用排水密封罐取代普通水槽進(jìn)行排水。

6、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng):TRT的工是高爐煤氣,屬于可燃有毒氣體,故決不能讓其外泄,因此采用惰性的氮?dú)庾鳛槊芊饨橘|(zhì),配合機(jī)械的拉別令密封來(lái)保證煤氣不從旋轉(zhuǎn)的軸端外泄,并且該系統(tǒng)有差壓調(diào)節(jié)功能,保證氮?dú)鈮毫τ诒环饷簹鈮毫?.02-0.03MPa。

7、高壓發(fā)配電系統(tǒng):該系統(tǒng)主要包括同步發(fā)電機(jī)、壓配電系統(tǒng)、壓電控系統(tǒng)。由于TRT是在煤氣區(qū)域運(yùn)行,因此同步發(fā)電機(jī)采用無(wú)刷勵(lì)磁;壓配電系統(tǒng)設(shè)置有手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置、自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置,以及差動(dòng)、復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流、失磁等保護(hù);壓電控系統(tǒng)包括備用油泵的自啟動(dòng)、加熱器溫度連鎖、閥門(mén)連鎖控制等設(shè)施。

8、自動(dòng)控制系統(tǒng):自動(dòng)控制系統(tǒng)由檢測(cè)儀表、操作站等組成,主要包括反饋控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、高爐頂壓復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電液位置伺服控制系統(tǒng)、氮?dú)饷芊獠顗赫{(diào)節(jié)系統(tǒng)、順序邏輯控制系統(tǒng)等。由這些系統(tǒng)對(duì)TRT機(jī)組進(jìn)行啟動(dòng)、運(yùn)行、過(guò)程檢測(cè)控制,在保證爐正常生產(chǎn)、頂壓波動(dòng)不限的前提下,完成TRT的啟動(dòng)、升速、并網(wǎng)、升功率、頂壓調(diào)節(jié)、正常停機(jī)、緊急停機(jī)、電動(dòng)運(yùn)行等操作。

四、提高TRT系統(tǒng)發(fā)電量的途徑

目前,全國(guó)已有130多套TRT系統(tǒng)在運(yùn)行,但是其發(fā)電量有很大的差異,除采用干法除塵與濕法除塵所造成的差異之外,尚有多種因素存在。各企業(yè)要根據(jù)自身的體情況進(jìn)行分析,采取有效的措施,盡早讓TRT發(fā)揮出應(yīng)有的功效。提高TRT發(fā)電量的措施主要有以下幾條:

1、積極采用爐煤氣干法除塵裝備。

2、提高高爐爐頂煤氣壓力,減少煤氣從爐頂?shù)酵钙綑C(jī)的壓力損失。提高高爐爐頂煤氣壓力還可以帶來(lái)產(chǎn)量的提高、高爐運(yùn)作穩(wěn)定、可以冶煉硅鐵等方面的好處。

3、保持高爐煤氣穩(wěn)定地以發(fā)生量供給透平機(jī),這就要求爐生產(chǎn)要穩(wěn)定地處于水平狀態(tài)。這樣就可以關(guān)閉煤氣系統(tǒng)的壓閥組,使?fàn)t煤氣全量通過(guò)TRT透平機(jī)。

4、適當(dāng)提高TRT煤氣入口溫度。高爐正常生產(chǎn)狀態(tài)下?tīng)t頂溫度應(yīng)小于250℃,在過(guò)350℃時(shí)就要采取打水降溫措施。在煤氣壓力不變的條件下,煤氣溫度高,煤氣壓透平機(jī)內(nèi)體積膨脹,就會(huì)使發(fā)電量提高。處理好高爐爐頂煤氣溫度和TRT發(fā)電能力,尋找運(yùn)作的佳點(diǎn)是提高發(fā)電量的有效方式。

5、調(diào)整好TRT入口的靜葉角度。在煤氣管網(wǎng)中設(shè)置能進(jìn)行煤氣壓力調(diào)節(jié)的設(shè)備,通過(guò)調(diào)整靜葉片的角度,來(lái)控制煤氣的壓力和輸出功率,可以使高爐爐頂壓力波動(dòng)小,同時(shí)TRT的輸出功率也可以處于穩(wěn)定狀態(tài),這可以用小型計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行控制。

6、提高TRT設(shè)備運(yùn)行率。首先,要提高TRT設(shè)備的開(kāi)工率,延長(zhǎng)TRT穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間,并力爭(zhēng)在水平狀態(tài)下工作,同時(shí)加強(qiáng)對(duì)TRT設(shè)備的維修、保養(yǎng)、合理運(yùn)作,及時(shí)排除各種設(shè)備故障;其次,要提高TRT運(yùn)作人員的水平,維修水平等。

7、合理化TRT工藝參數(shù)。選TRT工作性能曲線,使TRT功能與高爐正常生產(chǎn)進(jìn)行化匹配,同時(shí)又能應(yīng)對(duì)高爐運(yùn)作變化。一般TRT透平機(jī)出力與高爐有效容積比為4.0~4.3。


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