一、 高炉炉顶煤气余压发电的基本原理

高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置(TopGasPressureRecoveryTurbine简称TRT)是目前有价值的二次能源回收装置之一。TRT是利用炉炉顶煤气中的压力能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机发电，再通过发电机将机械能变成电能输送给电网，可以回收炉鼓风的30%左右。TRT装置所发出的电量与炉煤气的压力和流量有关，一般吨铁发电量为30千瓦时～40千瓦时。炉煤气采用干法除尘可以使发电量提高36%，且温度每升10℃，会使透平机出力提高10%，进而使TRT装置发电量可达54千瓦时/吨这种发电方式既不消耗任何燃料，也不产生环境污染，是炉冶炼工序的节能项目，经济效益明显。

炼铁生产中，炉炉顶煤气压力大于0.03兆帕时，称为炉压运作。炉煤气在压运作下有一定的压力能。采用煤气余压发电装备(TRT)可将这部分压力能回收，其设备的工作原理是煤气的余压使煤气在透平机内进行膨胀做功，推动透平机转动，进而带动发电机转动，发出一定的电量。TRT装置所发出的电量与炉煤气的压力和流量有关，一般吨铁发电量为30千瓦时～40千瓦时。炉煤气采用干法除尘可以使发电量提36%，且温度每升10℃，会使透平机出力提高10%，进而使TRT装置发电量可达54千瓦时/吨铁。

二、高炉炉顶余压发电的工艺流程

图1、高炉炉顶余压发电的工艺流程图

高炉荒煤气经重力除尘器的半净煤气管道进入布袋除尘器的进气总管。在布袋除尘器进气总管和布袋除尘器之间设有一个旁路，在旁路上设有冷热交换器，用于煤气的升温和降温。布袋除尘器的布袋是氟美斯化纤制品，其工作温度为80℃～250℃，瞬间不允许过500℃。煤气温度低于80℃易产生结露现象，布袋内有露水会与灰尘结球，造成布袋除尘的除尘下降，严重时会导致煤气流流动不畅;煤气温度高于250℃会使布袋变脆，甚至烧损。所以，设置旁路冷热交换器来应对煤气温度的变化，是干式布袋除尘器能够正常工作的条件。

下一步，从干式布袋除尘器出来的净煤气将进入透平机。这时的净煤气温度在120℃～180℃之间，含尘量为1.2～4.6毫克/立方米。从透平机出来的净煤气进入企业的净煤气管网。一些炼铁企业高炉煤气采用湿式除尘方法，即在重力除尘器之采用文式管除尘设备，出来的净煤气仍可进入透平机去发电。

从工作原理上看，TRT装置代替了原来煤气系统的压阀组，不同的是，原煤气系统的压阀组将煤气的压力能白白泄漏掉了，而TRT装置可以回收炉鼓风的30%左右。

三、TRT系统组成

实际应用中的TRT一般由八系统组成。

1、透平主机：透平主机是TRT的主要部分，由它来完成压力能向动能的转化，同时通过静叶的调节功能来保证高炉炉顶压力的稳定。

2、大型阀门系统：TRT系统的大型阀门主要有入口蝶阀、入口插板阀、调速阀、快切阀、旁通快开阀、出口蝶阀和出口插板阀。其中插板阀用于对煤气的完全切断，给机组造检修和安全条件;入口蝶阀可以适当的调节进入TRT的煤气量，同时可以作为敞开式插板阀开关时的辅助阀门;出口蝶阀一般在出口插板阀为敞开式时才配置;调速阀用于机组启动过程中的转速调节和机组并网的功率调节;快切阀能够在机组出现故障时，在0.5-1秒时间快速关闭，切断TRT的煤气来源，保证机组安全停机;旁通快开阀的作用是当TRT机组重故障停机快切阀快速关闭时，能够快速打开到一定角度，使炉煤气有出路，保证炉炉顶压力不产生的波动，并且可以作为TRT与减压阀组顶压调节转换时的过渡手段，有一定的顶压调节功能。

3、润滑油系统：大型透平机械都是靠轴承支撑来进行旋转工作的，要保证机组安全可靠的运行，其重要的一个环节，就是要给各轴承润滑点及时提供一定的稀油循环润滑，以满足机组在正常工况下及事故状态下的润滑油供给，这个系统就是润滑油系统。该系统主要包括润滑油站、滤油器、冷油器、位油箱、油泵、阀门和检测仪表等，油泵和油站能够提供一定压力、一定流量、温度正常、清洁的润滑油，位油箱是在停电等紧急事故状态下，靠自然位差维持机组停机惰走时的润滑油供给。

4、电液伺服控制系统：该系统主要由液控单元、伺服油缸、动力油站三部分组成。液控单元包括调速阀控制单元、静叶控制单元、快开阀控制单元;伺服油缸为双活塞杆结构;动力油站由油箱、恒压变量油泵、滤油器、冷油器、阀门和检测仪表等组成。这一系统控制着调速阀、静叶和旁通快开阀的开关和调节性能，直接影响机组的转速稳定、机组正常运行和停机时的顶压稳定，因此也非常重要。

5、给排水系统：其给水部分主要有两个：一是静叶喷雾水管线，采用工业水，在TRT运转时对机组的叶片进行冲洗，防止积灰，是保证TRT长期运行的重要手段;二是快切阀、调速阀冲洗水管线，在TRT停机及启动前对阀门进行冲洗，防止阀门由于积灰造成卡塞。机组和管道中的机械水和冷凝水通过排水管线排出，由于TRT入口前是高压煤气，因此采用排水密封罐取代普通水槽进行排水。

6、氮气密封系统：TRT的工是高炉煤气，属于可燃有毒气体，故决不能让其外泄，因此采用惰性的氮气作为密封介质，配合机械的拉别令密封来保证煤气不从旋转的轴端外泄，并且该系统有差压调节功能，保证氮气压力于被封煤气压力0.02-0.03MPa。

7、高压发配电系统：该系统主要包括同步发电机、压配电系统、压电控系统。由于TRT是在煤气区域运行，因此同步发电机采用无刷励磁;压配电系统设置有手动准同期并网装置、自动准同期并网装置，以及差动、复合电压闭锁过流、失磁等保护;压电控系统包括备用油泵的自启动、加热器温度连锁、阀门连锁控制等设施。

8、自动控制系统：自动控制系统由检测仪表、操作站等组成，主要包括反馈控制系统、转速调节系统、功率调节系统、高炉顶压复合调节系统、电液位置伺服控制系统、氮气密封差压调节系统、顺序逻辑控制系统等。由这些系统对TRT机组进行启动、运行、过程检测控制，在保证炉正常生产、顶压波动不限的前提下，完成TRT的启动、升速、并网、升功率、顶压调节、正常停机、紧急停机、电动运行等操作。

四、提高TRT系统发电量的途径

目前，全国已有130多套TRT系统在运行，但是其发电量有很大的差异，除采用干法除尘与湿法除尘所造成的差异之外，尚有多种因素存在。各企业要根据自身的体情况进行分析，采取有效的措施，尽早让TRT发挥出应有的功效。提高TRT发电量的措施主要有以下几条：

1、积极采用炉煤气干法除尘装备。

2、提高高炉炉顶煤气压力，减少煤气从炉顶到透平机的压力损失。提高高炉炉顶煤气压力还可以带来产量的提高、高炉运作稳定、可以冶炼硅铁等方面的好处。

3、保持高炉煤气稳定地以发生量供给透平机，这就要求炉生产要稳定地处于水平状态。这样就可以关闭煤气系统的压阀组，使炉煤气全量通过TRT透平机。

4、适当提高TRT煤气入口温度。高炉正常生产状态下炉顶温度应小于250℃，在过350℃时就要采取打水降温措施。在煤气压力不变的条件下，煤气温度高，煤气压透平机内体积膨胀，就会使发电量提高。处理好高炉炉顶煤气温度和TRT发电能力，寻找运作的佳点是提高发电量的有效方式。

5、调整好TRT入口的静叶角度。在煤气管网中设置能进行煤气压力调节的设备，通过调整静叶片的角度，来控制煤气的压力和输出功率，可以使高炉炉顶压力波动小，同时TRT的输出功率也可以处于稳定状态，这可以用小型计算机来进行控制。

6、提高TRT设备运行率。首先，要提高TRT设备的开工率，延长TRT稳定运行的时间，并力争在水平状态下工作，同时加强对TRT设备的维修、保养、合理运作，及时排除各种设备故障;其次，要提高TRT运作人员的水平，维修水平等。

7、合理化TRT工艺参数。选TRT工作性能曲线，使TRT功能与高炉正常生产进行化匹配，同时又能应对高炉运作变化。一般TRT透平机出力与高炉有效容积比为4.0～4.3。

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