一、 高爐爐頂煤氣余壓發電的基本原理

高爐爐頂煤氣余壓回收透平發電裝置(TopGasPressureRecoveryTurbine簡稱TRT)是目前有價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透平膨脹做功來驅動發電機發電，再通過發電機將機械能變成電能輸送給電網，可以回收爐鼓風的30%左右。TRT裝置所發出的電量與爐煤氣的壓力和流量有關，一般噸鐵發電量為30千瓦時～40千瓦時。爐煤氣采用干法除塵可以使發電量提高36%，且溫度每升10℃，會使透平機出力提高10%，進而使TRT裝置發電量可達54千瓦時/噸這種發電方式既不消耗任何燃料，也不產生環境污染，是爐冶煉工序的節能項目，經濟效益明顯。

煉鐵生產中，爐爐頂煤氣壓力大于0.03兆帕時，稱為爐壓運作。爐煤氣在壓運作下有一定的壓力能。采用煤氣余壓發電裝備(TRT)可將這部分壓力能回收，其設備的工作原理是煤氣的余壓使煤氣在透平機內進行膨脹做功，推動透平機轉動，進而帶動發電機轉動，發出一定的電量。TRT裝置所發出的電量與爐煤氣的壓力和流量有關，一般噸鐵發電量為30千瓦時～40千瓦時。爐煤氣采用干法除塵可以使發電量提36%，且溫度每升10℃，會使透平機出力提高10%，進而使TRT裝置發電量可達54千瓦時/噸鐵。

二、高爐爐頂余壓發電的工藝流程

圖1、高爐爐頂余壓發電的工藝流程圖

高爐荒煤氣經重力除塵器的半凈煤氣管道進入布袋除塵器的進氣總管。在布袋除塵器進氣總管和布袋除塵器之間設有一個旁路，在旁路上設有冷熱交換器，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500℃。煤氣溫度低于80℃易產生結露現象，布袋內有露水會與灰塵結球，造成布袋除塵的除塵下降，嚴重時會導致煤氣流流動不暢;煤氣溫度高于250℃會使布袋變脆，甚至燒損。所以，設置旁路冷熱交換器來應對煤氣溫度的變化，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的凈煤氣將進入透平機。這時的凈煤氣溫度在120℃～180℃之間，含塵量為1.2～4.6毫克/立方米。從透平機出來的凈煤氣進入企業的凈煤氣管網。一些煉鐵企業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備，出來的凈煤氣仍可進入透平機去發電。

從工作原理上看，TRT裝置代替了原來煤氣系統的壓閥組，不同的是，原煤氣系統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的30%左右。

三、TRT系統組成

實際應用中的TRT一般由八系統組成。

1、透平主機：透平主機是TRT的主要部分，由它來完成壓力能向動能的轉化，同時通過靜葉的調節功能來保證高爐爐頂壓力的穩定。

2、大型閥門系統：TRT系統的大型閥門主要有入口蝶閥、入口插板閥、調速閥、快切閥、旁通快開閥、出口蝶閥和出口插板閥。其中插板閥用于對煤氣的完全切斷，給機組造檢修和安全條件;入口蝶閥可以適當的調節進入TRT的煤氣量，同時可以作為敞開式插板閥開關時的輔助閥門;出口蝶閥一般在出口插板閥為敞開式時才配置;調速閥用于機組啟動過程中的轉速調節和機組并網的功率調節;快切閥能夠在機組出現故障時，在0.5-1秒時間快速關閉，切斷TRT的煤氣來源，保證機組安全停機;旁通快開閥的作用是當TRT機組重故障停機快切閥快速關閉時，能夠快速打開到一定角度，使爐煤氣有出路，保證爐爐頂壓力不產生的波動，并且可以作為TRT與減壓閥組頂壓調節轉換時的過渡手段，有一定的頂壓調節功能。

3、潤滑油系統：大型透平機械都是靠軸承支撐來進行旋轉工作的，要保證機組安全可靠的運行，其重要的一個環節，就是要給各軸承潤滑點及時提供一定的稀油循環潤滑，以滿足機組在正常工況下及事故狀態下的潤滑油供給，這個系統就是潤滑油系統。該系統主要包括潤滑油站、濾油器、冷油器、位油箱、油泵、閥門和檢測儀表等，油泵和油站能夠提供一定壓力、一定流量、溫度正常、清潔的潤滑油，位油箱是在停電等緊急事故狀態下，靠自然位差維持機組停機惰走時的潤滑油供給。

4、電液伺服控制系統：該系統主要由液控單元、伺服油缸、動力油站三部分組成。液控單元包括調速閥控制單元、靜葉控制單元、快開閥控制單元;伺服油缸為雙活塞桿結構;動力油站由油箱、恒壓變量油泵、濾油器、冷油器、閥門和檢測儀表等組成。這一系統控制著調速閥、靜葉和旁通快開閥的開關和調節性能，直接影響機組的轉速穩定、機組正常運行和停機時的頂壓穩定，因此也非常重要。

5、給排水系統：其給水部分主要有兩個：一是靜葉噴霧水管線，采用工業水，在TRT運轉時對機組的葉片進行沖洗，防止積灰，是保證TRT長期運行的重要手段;二是快切閥、調速閥沖洗水管線，在TRT停機及啟動前對閥門進行沖洗，防止閥門由于積灰造成卡塞。機組和管道中的機械水和冷凝水通過排水管線排出，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行排水。

6、氮氣密封系統：TRT的工是高爐煤氣，屬于可燃有毒氣體，故決不能讓其外泄，因此采用惰性的氮氣作為密封介質，配合機械的拉別令密封來保證煤氣不從旋轉的軸端外泄，并且該系統有差壓調節功能，保證氮氣壓力于被封煤氣壓力0.02-0.03MPa。

7、高壓發配電系統：該系統主要包括同步發電機、壓配電系統、壓電控系統。由于TRT是在煤氣區域運行，因此同步發電機采用無刷勵磁;壓配電系統設置有手動準同期并網裝置、自動準同期并網裝置，以及差動、復合電壓閉鎖過流、失磁等保護;壓電控系統包括備用油泵的自啟動、加熱器溫度連鎖、閥門連鎖控制等設施。

8、自動控制系統：自動控制系統由檢測儀表、操作站等組成，主要包括反饋控制系統、轉速調節系統、功率調節系統、高爐頂壓復合調節系統、電液位置伺服控制系統、氮氣密封差壓調節系統、順序邏輯控制系統等。由這些系統對TRT機組進行啟動、運行、過程檢測控制，在保證爐正常生產、頂壓波動不限的前提下，完成TRT的啟動、升速、并網、升功率、頂壓調節、正常停機、緊急停機、電動運行等操作。

四、提高TRT系統發電量的途徑

目前，全國已有130多套TRT系統在運行，但是其發電量有很大的差異，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。各企業要根據自身的體情況進行分析，采取有效的措施，盡早讓TRT發揮出應有的功效。提高TRT發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，減少煤氣從爐頂到透平機的壓力損失。提高高爐爐頂煤氣壓力還可以帶來產量的提高、高爐運作穩定、可以冶煉硅鐵等方面的好處。

3、保持高爐煤氣穩定地以發生量供給透平機，這就要求爐生產要穩定地處于水平狀態。這樣就可以關閉煤氣系統的壓閥組，使爐煤氣全量通過TRT透平機。

4、適當提高TRT煤氣入口溫度。高爐正常生產狀態下爐頂溫度應小于250℃，在過350℃時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，煤氣壓透平機內體積膨脹，就會使發電量提高。處理好高爐爐頂煤氣溫度和TRT發電能力，尋找運作的佳點是提高發電量的有效方式。

5、調整好TRT入口的靜葉角度。在煤氣管網中設置能進行煤氣壓力調節的設備，通過調整靜葉片的角度，來控制煤氣的壓力和輸出功率，可以使高爐爐頂壓力波動小，同時TRT的輸出功率也可以處于穩定狀態，這可以用小型計算機來進行控制。

6、提高TRT設備運行率。首先，要提高TRT設備的開工率，延長TRT穩定運行的時間，并力爭在水平狀態下工作，同時加強對TRT設備的維修、保養、合理運作，及時排除各種設備故障;其次，要提高TRT運作人員的水平，維修水平等。

7、合理化TRT工藝參數。選TRT工作性能曲線，使TRT功能與高爐正常生產進行化匹配，同時又能應對高爐運作變化。一般TRT透平機出力與高爐有效容積比為4.0～4.3。

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