浅谈高炉煤气管网压力对TRT发电的影响

中图分类号：TF54 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）09-0301-02

摘要：本文根据TRT在安源分公司高炉煤气系统实际运行现状，通过对运行数据的分析与计算，探讨高炉煤气管网压力的高低与TRT发电的关联度，找出提高TRT机组发电量的针对性方法。

关键词：TRT高炉煤气压力发电量

一、前言

TRT是高炉煤气余压回收透平发电装置的简称，它是Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit英文的缩写。该装置主要是利用高炉炉顶煤气具有的压力能和热能，通过透平膨胀机转化为机械能，再驱动发电机发电。

1. TRT的优点

1.1回收能量

以前，通常高炉产生的荒煤气是从炉顶下降管，再经重力除尘和干法除尘后，经过减压阀组减压后送至用户，这个过程使高炉煤气余压白白消耗在减压阀组上。现在，高炉煤气普遍是通过与减压阀组并联的TRT机组，可以将煤气余压转换成电能，然后再送至最终用户，把原本没有充分利用的余压转换成了电能，不消耗任何燃料、不影响煤气品质、不影响高炉和煤气用户的情况下，取得一定的经济效益。

1.2更好地控制顶压

由于TRT机组是采取静叶可调方式进行调节，该调节方式通过进口管道压力与高炉下降管压力的差压比例进行控制，可实现自动调节静叶角度的大小，对高炉顶压进行动态跟踪与调节。克服原来减压阀组靠值班人员进行人工控制的局限性、滞后性和不稳定性的不足。

1.3降低噪音

TRT与减压阀组是并联运行的方式，通常情况高炉煤气输送是走TRT透平机组，减压阀组处于关闭状态，净煤气绝大部分高位能量通过透平机转化为了机械能，再转化为电能，大大的减少了煤气通过减压阀组时产生的噪音和振动，明显降低现场环境的噪音。

2.TRT工艺流程

TRT就是把净化后的煤气经入口电动碟阀（启动阀）、入口插板阀、紧急切断阀后进入透平机膨胀作功，带动发电机发电。在透平机做功后的煤气经过出口插板阀和出口电动蝶阀，送到减压阀组后的煤气主管道中供用户使用。

3.提高TRT发电量的主要途径：

TRT作为一种高炉的辅助设备，主要对两大指标进行考核：能量回收率高低（即吨铁发电量）和高炉顶压品质控制的好坏。其中减少顶压波动已在自动化控制系统中得到保证，而提高TRT发电量的方法，主要是从以下四方面入手：

3.1 提高透平压差

提高透平压差的办法有两种：提高炉顶压力或降低透平出口压力。高炉顶压受制于高炉生产工艺要求约束，提高炉顶压一定程度上就意味着需要提高鼓风能量，增大鼓风能量，鼓风单耗将会有所上升。

3.2 提高煤气进气温度

单独就TRT机组而言，在机组可承受的范围内，高炉煤气的温度尽越高越好。所以为了提高进气温度，往往进气管道都进行了保温处理，但煤气温度太高，高炉热利用就不一定合理。另外，高温的煤气还会造成干式布袋寿命缩短。

3.3 增大煤气流量

增大煤气流量受冶炼方法、冶炼强度、冶炼工艺等影响，一般同类型高炉煤气流量相差不大，关键与流量波动幅度的大小及炉况的稳定性有关。

3.4 提高透平和发电机效率

透平机和发电机效率是由机组特点与特性决定，对于同类型机组这方面的潜力要提高有一定的技术条件约束。

二、理论计算

根据实际运行数据对比可知，TRT发电量与高炉煤气管网压力成反比关系，即管网煤气压力越高，TRT发电量越低，反之亦然。

取3#透平机进口截面与出口截面作热力系，根据现场采集的数据，可知：

煤气成分：CO：25%N2：60%CO2：10%H2：5%

查表可知：Cp，CO=1.31J/（m3.K） ，Cp，N2=1.30J/（m3.K）

Cp，CO2=1.66J/（m3.K） ，Cp，H2=1.29J/（m3.K）

透平机进口压力：P1=240kPa （a），透平机进口温度：T1=170℃

透平机出口压力：P2=120kPa （a），透平机出口温度：T2=110℃

煤气流量：Q=120000m3/h（煤气流量一般在10～14万m3/h，取中间值）

透平机效率取：ηr = 0.85，发电机效率取：ηn=0.96

通常情况下绝热系数取：k=1.38，压缩比：ε =P1/P2

根据煤气成分计算煤气定压热容：

CP=0.25×1.31+0.6×1.30+0.1×1.66+0.05×1.29=1.34 J/（m3.K）

当管网压力为20kPa时，3#TRT发电量为：

W20=QCpT1（1-1/ε（k-1）/k）ηrηn/3600=120000×1.34×443×0.165×0.85×0.96/3600=2664 kwh

1.当管网压力为15kPa时，3#TRT小时发电量为：

W15=QCpT1（1-1/ε（k-1）/k）ηrηn/3600=120000×1.34×443×0.174×0.85×0.96/3600=2809kwh

W15-W20=145 kwh

故，如果高炉煤气管网压力降低5kPa，TRT发电站每天可以多发电：

W=145×24×3=10440kwh

2.当管网压力为10kPa时，3#TRT小时发电量为：

W10=QCpT1（1-1/ε（k-1）/k）ηrηn/3600=120000×1.34×443×0.183×0.85×0.96/3600=2955 kwh

W10-W20=291 kwh

故，如果高炉煤气管网压力降低10kPa，TRT发电站每天可以多发电：

W=291×24×3=20952kwh

三、结论

图1：不同高炉煤气管网压力下的TRT理论日发电量

从图1可以看出，按最大效率计算，当高炉煤气管网压力降低5kPa，即高炉煤气管网压力控制在15KPa左右时，TRT发电站两台发电机组每天可以多发10440kwh，一年按运行360天计算，可多发电365.4万kwh，产生直接经济效益168万元。当高炉煤气管网压力降低10kPa，即高炉煤气管网压力控制在10KPa左右时，一年可多发电730.8万kwh，可产生直接经济效益336万元。

从理论上来说，高炉煤气压力在10～15kPa时，对各高炉煤气用户的正常运行基本无影响。故将高炉煤气管网压力稳定在10～15kPa不但可以增加发电量，而且可以保证煤气用户的正常运行，减轻变电站的负担。即能节能减排，还能创造可观的经济效益。

参考文献：

[1]曾丹苓主编.工程热力学第三版[M].北京：高等教育出版社，2002.12

[2]杜广生主编.工程流体力学[M].北京：中国电力出版社，2004