四大钢铁厂TRT发电情况对比分析

王晓明，邓万里，熊高松

（宝山钢铁股份有限公司能源环保部，上海 201900）

前言

高炉煤气余压透平发电装置（Blast Furnace Top GasRecovery Turbine Unit，简称TRT 发电），是利用高炉炉顶煤气的余压余热，把煤气导出透平膨胀机时压力能和热能转化为机械能，驱动发电机发电的一种能量回收装置。TRT 可以回收高炉工序电耗的60%～65%[1],是衡量钢厂节能减排水平的重要指标之一。

1 钢厂TRT装备

随着我国高炉大型化、节能减排工作的推进和TRT 设备的国产化，TRT 技术的开发与应用快速推进。从1995年底的12套，到2010年总计有超过600座高炉配备597套TRT设备[2]。

选取国内4 个大型钢厂高炉共15 座（其中干法除尘9 座），TRT 配备率100%。各TRT 配置情况见表1。

表1 四大钢厂TRT和高炉配置简表

不考虑高炉容积的大小，按高炉单位容积TRT的装机容量排序为：C 钢厂7.2＞D 钢厂6.5＞B 钢厂6.3＞A 钢厂5.0，见表2。干式TRT 装机容量在设计上明显高于湿式（见图1），是由于高炉采用干法除尘后，其炉顶高炉煤气温度较高，余能产生量大于湿法除尘。

图1 单位炉容TRT装机功率（未加注者为干式）

表2 高炉和TRT配备简表

2 总体指标分析

四个钢厂铁产量、煤气发生量、TRT发电量等数据见表3。虽然C钢厂铁产量低于A钢厂，但TRT发电量却高于A钢厂。考虑到A钢厂3#TRT设备状态一直不好，在11 月底更换转子后发电效率大幅提升，如果按照其近4 个月的发电效率，则A 钢厂全年TRT 发电总量与C 钢厂相当。为便于分析，下文按3#TRT转子更换后的数据进行对标。

表3 某年铁产量和发电量等数据

若将高炉煤气通过透平机做功过程看作绝热过程，则TRT 的输出功率W 可以用下式进行计算见式1。

式中：Q——煤气流量；

CP、K——煤气的定压热容和绝热指数；

T1——TRT入口温度；

P1、P2——进出口压力；

ηt、ηf——为透平机和发电机效率因数。

由计算公式可见，影响TRT 发电量的因素主要有炉顶煤气流量、炉顶煤气温度、炉顶压力、设备效率及TRT的有效工作时间等。

从吨铁发电、单位炉容发电量、单位体积煤气发电量来看，B 钢厂显著领先于其它三厂。这既得益于其全干法除尘和大炉容，也可能与陕鼓的设备高效和较新有关。这里给出钢铁研究总院的一篇图表[2]，见图2。可以看出B 钢厂的吨铁发电指标在大型高炉中是很先进的。

图2 不同炉容下TRT发电效率样本

从表3的TRT运转时出力与装机功率比来看，B钢厂和A 钢厂均达到70%以上，D 钢厂为67%，说明设备选型更贴近实际工况；C 钢厂则不到55%，说明C钢厂TRT存在一定程度的“大马拉小车”现象。

A 钢厂虽然吨铁发电量最低，但高炉煤气产气率也最低，单位体积煤气发电量反而优于C钢厂，这与A 钢厂高炉煤气干法除尘比例高于C 钢厂有关。从表4 看，A 钢厂干式TRT 单位体积煤气发电量（287）要略高于C 钢厂（285）和D 钢厂（272），但明显落后于B钢厂（314），说明前三家干式TRT总体效率相近，B钢厂仍然领先。

表4 干式TRT运转效率比较

A 钢厂和C 钢厂配置有全湿式TRT。A 钢厂吨铁发电量（36.1）略低于C钢厂（36.7），而单位体积煤气发电量总体（244）优于C钢厂（225）。

高炉煤气产气率会影响吨铁发电量，但A 钢厂这两个能源回收指标虽然较低，对高炉工序能耗却似乎不大。图3 给出了炼铁工序能耗（kg 标煤/t）与回收能源（kg标煤/t）的比较。

表5 湿式TRT运转效率比较

图3 炼铁工序能耗（kg标煤/t）与回收能源（kg标煤/t）比较

其中总回收包括煤气和电力（按当量折标系数）回收。A 钢厂虽然在煤气回收和电力回收总量处于劣势，但由于燃料等消耗低，因此工序能耗（371.9 kg 标煤/t）反而较优，与B 钢厂（375.6 kg 标煤/t）大致相当。

3 机组分析

根据前述计算公式，TRT 发电功率可表达为煤气量与“运行系数”、设备效率的乘积。煤气量与高炉利用系数、煤气利用系数、燃料比等系列因素相关，这里不赘述。“运行系数”主要与TRT 入口煤气温度、入口压力、出口压力等有关。根据表6的数据对“运行系数”计算见图4。

图4 各TRT机组的“运行系数”

表6 各TRT运行参数和指标

干式TRT 因入口压力和温度高，“运行系数”高于湿式TRT 约30%。B 钢厂两座TRT 最高，其次是A 钢厂3#TRT。C 钢厂8#TRT 因实行低温炼铁，D 钢厂2#TRT 因入口压力和温度偏低（应该是小炉型高炉的问题），“运行系数”明显较低。而各湿式TRT之间的“运行系数”没有明显差异，见表6。

设备效率包括透平和发电机效率因数，实际效率很难量化，但设备状态对设备效率影响非常大。如A 钢厂3#TRT，状态一直不好，发生过叶片损坏，更换转子后，吨铁发电恢复到42 kWh/t。C 钢厂1#TRT，多次发生叶片断裂事件，设备效率下降，吨铁发电仅为30 kWh/t 左右。另外，A 钢厂和B 钢厂（仅对比1#TRT，2#TRT 当年7 月投运）TRT 运转小时数较高，见图5。

图5 各TRT机组的某年运转小时数

4 结论和建议

结合上述分析，对各钢厂TRT 运行情况打分，如表7所示。

表7 各TRT运行情况评分表

总的来说，四大钢厂，B 钢厂TRT 运行效果最好，A 钢厂总体略好于C 钢厂（干式TRT 发电不如C钢厂），D钢厂略差。

影响TRT 运行效果的因素是多方面的。从能源利用的角度，TRT 技术应从以下几个方面进行改进：

（1）应注重大型干式TRT 的技术改造，同时采取措施，解决叶片磨损、管道腐烛等问题，更好的发挥干式TRT的利用效果。

（2）TRT 与高炉生产操作协同优化。提高高炉生产稳定性，兼顾TRT 生产需要，使高炉煤气全量进透平机发电，以保证TRT 透平机煤气量最大；保证高炉正常生产的条件下，适当提高并稳定炉顶压力，在炉顶设备和干法除尘设施允许的情况下，将TRT入口温度和炉顶煤气温度偏上限控制等。

（3）提高TRT 作业率。运行过程中加强设备维护及相关环节的配合，如保证除尘系统正常工作，以减少煤气中含尘量，从而降低叶片积灰、积盐等，使透平机保持良好的工作状态。