高炉炉顶气体余压发电技术

赵 铮

（唐钢国际工程技术股份有限公司，河北 唐山 063000）

高炉炉顶余压发电装置(以下简称‘`TRT" )是开始是在大约上世纪60年代开始研究，在这些年发展过程中不断地研究，实践，现在发展已经很完备了。TRT CTop Gas Pressure Recovery Turbine是“高炉煤气余压透平发电装置”的缩写，它的主要原理是利用高炉炉顶气体产生的热以及压力，这些都是势能，然后通过透平机做功将其转化为机械能，从而带动发电机进行发电。如果咱们使用的高炉气体经过干法除尘技术之后，我们还可以将发电量提高很多。其实这种方式看上去是发电，其实是换一种方式回收能量，因为这些能量不加以回收的话也是浪费掉，这样的话就是满足绿色循环的发展理念。不要小看这个回收能力，每次发电之前我们可以回收全部所需能量的30%，可想而知利用这种发电方式我们不会消耗燃料，而且也不会白白浪费能量，对环境造成不必要的污染，这种低成本，高回报的发电模式受到了各大工厂的喜爱，所以也作为高炉生产过程中重要的节能减排项目，受到国家和企业的大力推崇[1]。

1 TRT发展历程

上世纪60年代一些西方发达国家发现并开始进行TRT技术的开发与研究，它们努力在研究什么样的设备和工艺能更好的利用能量。首先法国它采用的是湿式幅流式透平机，这样可以防止气体进入TET装置中，这样在机器内部就可以将能量全部回收，避免了损失。而前苏联采用的是轴流式透平机，他们在透平机前面加了一个预热装置，这样也可也以提高TRT装置产生的热能，各国在不断的研究实践，为了发挥其更好的作用，但是这时TRT技术的发展也遇到了瓶颈时期，人们已经知道了他的优点，忙于将它运用到实际的生产生活中，而不注重他的优势突破，所以在此之后的很长时间内TRT装置的技术水平和装备一直处于平稳的发展阶段。

但是之后全球爆发了一次严重的石油危机，各国的资源供应缺乏，这样是各国开始重视能源循环利用的重要性，这样大家又重新重视起来TRT技术的发展，尤其是在日本，TRT技术发展的最快，日本的几家大公司根据不同企业发展的要求研制了不同技术的TRT装置，这样TRT技术在日本得到不断的发展壮大，在占领日本的市场之后还不断的向国际市场开始扩展，这时国际市场中绝大部分的TRT技术来源都源自日本。

在国内，1983年我国的首钢集团首先引进了高炉炉顶气体TRT工艺技术和设备，之后在我国的有关部门的大力扶持下我国的陕鼓集团和日本的发展TRT技术的公司创立了商业技术合作，这也是我国正式开展TRT技术设备研制的第一步。其中中航工业成都发动机(集团)有限公司是主要制造航空发动机的，他利用研制发动机所用的技术特点和TRT技术结合，创造出独一无二的TRT装置技术并且能够对其进行很好的控制，现在国内的TRT技术已经发展的很成熟了，很多技术已经达到甚至超过了国际发展水平，因此也大量出口到国外。

目前来看我国在不断生产发展高压化高炉，而对于气体的净化我们也有了创新的方法，之前一直采用的是湿法除尘，有很多的弊端，而现在我们大度采用新型的除尘方法干法除尘，其中最普遍的使用方法就是高炉气体布袋除尘技术。干法除尘有很多的优点，不仅会改变煤气的品质，而且能更大程度上回收高炉煤气产生的热能和压力能，这样也进一步优化了TRT技术和设备的要求[2]。

2 影响TRT发电的技术因素分析

2.1 透平入口流量变化对透平轴输出功率的影响

TRT装置的主要原理就是回收产生的能量，防止资源浪费，但是整个操作过程是在高炉中进行的，所以高炉的运作会直接影响TRT技术的实施，同时TRT影响着高炉炉顶的压力控制，所以TRT技术反之也会影响高炉的使用情况。

高炉在运作过程中会设定一个炉顶压力的固定值，一旦这个高炉炉顶的压力超过这个数值时透平机内的透平静叶就会自然张大，这样在相同的时间内通过高炉的煤气量就会大大增加。相反，此时如果高炉炉顶的压力没有超过这个数值，这个透平静叶就会缩小角度，那么这是通过高炉的气体量就会减少。这也是TRT技术如何来影响高炉运作的关键性因素就是这个透平静叶的调整。当然在其它条件不变的情况下，通过高炉炉顶的煤气量越大，输出的功率也就越高。

2.2 TRT轴输出功率的计算

其实TRT的主要作用就是进行能量的回收，但是在这个过程中起关键作用的就是透平装置的使用，高炉炉顶的煤气会通过透平装置将压力能和热能转化为机械能，同时促动叶片转动，相应地带动发电机进行发电，这样就完成了发电的能量转换。我们应该知道的是在装置中气流，温度的高低都会影响透平装置轴端的出力情况。但是有些指标并不会影响透平装置的出力情况，例如有些气体中会混有不同的杂质气体。只要能进入透平装置就都是合格的气体，我们并不用担心这个问题。

但是目前来看TRT技术的发展状况并不乐观，因为大部分钢铁厂只关注本厂产生钢铁的产量，而忽略了对于可回收能源的二次利用，而且现在很多企业还不是很了解TRT技术，再加上现在TRT设备的质量也不是很高，所以在施行过程中会面临很多的问题，例如：

（1）在TRT装置中，此装置与高炉中阀组相连，但是一般来说由于阀组设计的比较复杂，所以我们会在高炉阀组和此装置相连处通一个管道，这样也是为了高炉运作时的安全问题着想，但是就是因为有这样的管道所以高炉煤气不能全部进入透平装置之中，所以输出功率就会大大减小，所以不可否认的是煤气量的大小真的对透平装置出力有很大的影响。

（2）在高炉装置中会有减压的阀组，但是这个阀组很容易泄露气体，这样煤气量减少也会影响透平装置出力。但是需要注意的是如果气体采用干法除尘的方法，透平机的发电量也会增加。

2.3 透平入口压力变化对透平轴输出功率的影响

近几年来随着大型高炉的不断投入生产，对炉顶的压力要求也不断地在提高，所以可以进入TRT透平装置的压力也越来越高，所以输出功率也在不断的增加，这是一个良好的发展趋势。但是现在的高炉煤气最好是利用高炉重力除尘器来进行干法除尘，这样才会大大的提高发电量。

2.4 透平入口温度变化对透平轴输出功率的影晌

正是现在的高炉气体都用了干法袋式除尘技术，所以进入TRT装置的气体压力达到了很高的要求，相应的透平机输出功率也大大的增加。但在实际过程中我们还可以继续增加煤气的温度，当然是在干法除尘允许的范围内同时还一定要注意减少其他的热损失，这样我们就可以提高发电效能。

其实之前就介绍过高炉煤气的净化方式一般分两种，干法除尘和湿法除尘，一般来说利用干法除尘气体的阻力会比较小，应为不同的净化方式所耗费压力的大小不同，但是会直接影响透平装置的输出功率的大小，所以我们一般在条件允许的范围内，采用干法除尘比较好，除此之外我们还能利用其他方式来降低煤气管道的阻力来提高TRT的发电量[3]。

3 结语

在高炉中气体是一种复合的流体，它往往包含着压力，温度，关键是他在TRT装置中可以进行压力控制和回收能量，因此当我们改变透平机的压力，以及通入气体的温度时，相应的输出功率也会发生变化。高温高压的环境中会大幅度的提高TRT装置的发电能力，这里需要注意的是尤其是温度的改变会将TRT装置的发电能力提高约30%左右。