莱钢高炉高炉煤气差压发电项目可行性分析.doc

莱钢高炉高炉煤气差压发电项目可行性分析 汤 楚 贵 莱芜钢铁集团有限公司设计院,山东 莱芜 271104 摘 要利用高炉煤气差压发电,是钢铁企业一项有效的能源回收措施。它不仅能回收高炉鼓风机所耗30的能量,同时又净化了煤气,改善了高炉煤气的品质。既有明显的经济效益,又有明显的社会效益。 关键词高炉煤气;差压发电;可行性;分析 中图分类号P62 文献标识码B 文章编号1004-4620200006-0001-03 Feasibility Analysis on Utilizing Differential Pressure of BF Gas for Producing Electric Power TANG Chu-gui Design Institute of Laiwu Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China AbstractUtilizing differential pressure of BF gas for producing electric power is an effective measure that reclaims energy in steel enterprise.It not only reclaims 30 percent of energy which is consumed by the blast fan,but also purifies gas and improves qulaity of gas.It can bring obvious profits and social effects. KeywordsBF gas;utilizing differential pressure of BF gas;for producing electric power;feasibility;analysis 利用高炉煤气差压发电,是钢铁企业一项有效的能源回收措施,TRT装置是能量回收透平装置,它是利用高炉煤气所具有的压力能、热能,通过一台透平机膨胀作功,来进行能量回收的一种装置。它具有结构简单、污染沙、容量大、寿命长和节能显著的优点,因此在能源综合利用上获得越来越广泛地应用。TRT技术是先进的、成熟的,具有良好发展前景。 莱芜钢铁集团有限公司简称莱钢的两台750m3高炉均为高压炉顶设计,高炉煤气的出口压力为0.149MPa,高炉煤气的最远用户焦化厂所需高炉煤气压力为6kPa,这部分差压都消耗在除尘器、调压阀组、管道上,其中绝大多数压力能消耗在调压阀组上,造成了严重的能量浪费。TRT装置就是利用这部分浪费在调压阀组上压力能的装置,以达到节能降耗的目的。 1 基本计算 1.1 高炉煤气调压阀前参数 按照高炉运行炉顶计算压力0.149MPa计,煤气经引出管→重力除尘器→一级文式管→二级文式管处理后,压损为30kPa,剩余压力为0.119MPa。 炉顶煤气温度按150℃计,一级文式管降温55℃、二级文式管降温40℃、阀前管系温降5℃ 、总降温100℃,阀前煤气温度50℃。现在实际运行测得阀前温度为48℃,与原设计值基本相符,阀前温度确定以实测值为准,则T1为321K。 1.2 TRT机组背压的确定 高炉煤气进入TRT机组作功后,进入低压煤气管网系统。一部分供煤气混合站混合加压,用于钢、轧区生产;另一部分供低压高炉煤气的直接用户。根据用户使用的保证压力确定TRT机组的煤气背压。低压高炉煤气管网的最远用户为焦化厂焦炉用气,而且保证压力最高,需要6kPa左右加上输送压损1kPa,确定TRT机组的背压P2为7kPa表压。 1.3 发电量的计算 高炉煤气体积流量Q为26万Nm3/h;TRT发电煤气质量流量G为96.06kg/s。 发电量根据公式计算。 Q 1 η eη gGRT1[ 1- P2 K-1 ] 1 K K-1 P1 式中 Q发电量,kW;  G煤气质量流量,96.06kg/s;  R煤气气体常数,277.6J/kgK;  P0当地大气压力,98720Pa;  ηe透平机组效率,0.86;  ηg发电机组效率,0.97;  T1进入透平机煤气温度,321K;  P1透平机煤气进气压力绝压,Pa;  P2透平机煤气进气压力绝压,Pa。 代入1式计算TRT机组的发电功率为3329kW。累计年发电量为2.8107kWh。 2 主要工艺设备选型及辅机设备 2.1 主机设备 煤气透平机选用双进口、单出口两炉并用机型,干湿两用机,其性能见表1。 表1 煤气透平机性能 名 称 参 数 透平机型号 TP1900 额定发电量/kW 3000 最大发电量/kW 4500 透平级数/级 22 同步转速/rmp 3000 煤气额定入口压力/MPa 0.1 煤气允许入口最大压力/MPa 0.2 煤气额定入口温度/℃ 45 煤气允许入口最高温度/℃ 240 发电机输出电压/V 6000 频率/Hz 50 2.2 辅机设备 1润滑油系统一套; 2电液伺服系统一套; 3给排水系统一套; 4氮气密封系统一套; 5高低压发配电系统一套; 6自动控制系统一套; 720/5双钩慢速桥式吊车一台。 3 工艺流程与系统设计 3.1 工作原理 TRT的主要媒质为高炉煤气,现莱钢高炉煤气是经调压阀组减压后并入高炉煤气低压管网供用户使用。TRT装置就是利用高压高炉煤气到低压煤气用户的差压的能量进行节能发电的一套装置,其工作原理如下。在高炉煤气减压阀组前将高压高炉煤气引出,经过TRT装置的入口蝶阀、截目阀等阀门后进入透平机入口,通过预流器使高炉煤气转成轴向进入叶栅,高炉煤气在静叶栅和动叶栅组成的流道中不断地膨胀作功,压力和温度逐级降低,并转化成动能作用于工作轮上使之转动,工作轮通过联轴器带动发电机一起转动而发电。叶栅出口的气体经过扩压器进行扩压,以提高其背压达到一定值,然后经排气蜗壳排出透平机进入低压管网系统见工艺流程图。 图1 工艺流程图 3.2 工艺布置 TRT厂房为1812m,20/5t检修吊车轨面标高12m,厂房端头设副跨184.5m,主机轴线与副跨长度方向垂直布置,采用岛式基础,设标为5m的运行平台,平台下副跨布置润滑油站、动力油站、低压配电室、平台上副跨设控制操作室、值班室、维修间等。 3.3 系统设置 3.3.1 煤气系统 煤气系统为工艺主系统。两座高炉的煤气经各自的净化设施净化后,分别接入煤气透平机的两个入口推动透平机作功后由透平机背压排气口排出进入低压煤气管网。原煤气系统主调压阀组作为透平机的旁路,以备TRT系统检修时不影响全厂煤气系统的运行。 透平入口煤气管理上各设一电动蝶阀、一快速切断阀、一液动缓闭止回阀。在机组排气管道上设截止阀和止回阀各一道,保证原煤气系统的工作。为保证机组检修时的安全,机组煤气进出口管道上、联络管阀前后均设置盲板。 为配合TRT机组的正常运行,原煤气管道系统的减压阀组还必须进行改造,具体改造如下 1设置一台自动阀,接受来自高炉炉顶压力调节器的控制信号,自动调节炉顶压力。 2设置一台量程阀,根据自动阀阀位进行自动调整,保证自动阀在线性区工作。 3设置两台快开阀,采用一用一备方式。当TRT机组发生重大事故需要紧急停机时,该阀能够自动开启,保证炉顶压力的波动在允许范围之内。 3.3.2 润滑油系统 润滑油系统由润滑油站、高位油箱、油泵、阀门及检测仪表等组成。大型透平机、压缩机都是靠轴承支撑来进行旋转工作的,要保证机组安全可靠地运行,其重要的一个环节就是要给各轴承润滑点及时提供一定量的稀油循环润滑,以满足机组在正常工况下及事故状态下润滑油供给,这就是润滑系统的作用。当设备停电或油泵发生故障不能供油时,机组的停机,靠高位油箱自然位差维持机组的供油,即高位油箱提供机组旋转惯性所需的润滑油。 3.3.3 电液伺服控制系统 电液伺服控制系统包括液控单元、伺服油缸、动力油站等。在TRT装置中,根据主控室指令,来实现TRT的开、停、转速控制、功率控制、炉顶压力以及过程检测等系统控制,要实现以上系统的功能控制,最终要反应在控制透平机的转速上,要控制透平机的转速,就要控制调速阀或透平静叶的开度,而控制静叶或调速阀开度的手段就是电液位置伺服控制系统。控制系统的精度、误差将直接影响着TRT系统各阶段过程的控制。 3.3.4 给排水系统 给排水系统由排水密封罐、排水器、阀门及各油站水冷却器组成。为了防止透平积灰、堵塞,设置软水喷雾设施。喷水点在调速阀体前及透平主机一级静叶前。根据透平入口煤气含尘量的高低及透平积灰情况,可选择连续喷水或间断喷水。在紧急快切阀前及调速阀体设有定期冲洗喷嘴。为了将透平主机前、后管道及主机内的机械水、冷凝水安全排放,设有一个排水密封罐和三级排水器。各不同压力点的排水通过排水管和节流孔板流入排水密封罐,然后污水经三级排水器外排。排水密封罐底部设定期冲洗喷嘴,起搅拌、防止积灰作用,也可以通过这些喷嘴补充水量。 3.3.5 氮气密封系统 由于TRT透平机组的工质为高炉煤气,属于可燃有毒气体,因此决不能让其外泄,为此透平机组必须进行密封。根据现场情况,利用氮气密封比较合适。 3.3.6 高低压发配电系统高炉煤气余压透平发电装置,是利用高炉煤气的压力能,通过透平膨胀作功驱动发电机发电的回收装置,是高炉系统的一项附属设备。由余压发电的特点决定了发电机的出力不能根据负荷的需要调节,而只能根据高炉工况变化进行调节,发电机出力随着高炉炉顶压力波动而变化。为此,发电机选用无刷励磁同步发电机 。 4 经济效益分析 就目前莱钢两座高炉的运行情况分析,安装TRT装置后,每小时可发电3329kW,全年可发电2.8107 kWh,按每kWh上网电价0.42元计,每年可获得1176万元的经济效益,这效益是相当可观的。该项目投资估算约3110万元,年运行费用300万元,投资回收期3.5年,每年将给莱钢带来876万元的纯收益。 5 结 语 根据TRT的输出功率和流量、温度、压力、效率等关系式可知,提高TRT的输出功率的主要有如下途径 1提高透平差压,即提高P1。 2提高煤气进气温度T1。 3增大煤气进气量。 4提高透平和发电机效率。 在3、4前提条不变的情况下,要提高TRT的功率主要靠提高P1和进气温度。由于目前莱钢两座高炉均采用了两级文氏管湿式除尘器,使得煤气的压力、温度下降幅度较大,浪费了大量的能量。若将两级文氏管除尘器改为干式40m2电除尘器后,透平机煤气进口压力P1可由0.119MPa提高到0.13 MPa,透平机煤气进口温度T1可由48℃提高到135℃,那么可增加透平机的发电量1161kW,年销售收入增加410万元。两台两电场电除尘器的投资费用不会超过250万元,因此,将湿式文氏除尘器改为干式电除尘器后,不仅每年可多产生410万元的经济效益,投资回收期缩短到2.6年;而且由于电除尘器的除尘效率高,对透平机造成的不利影响较小,可以延长透平机的使用寿命。因此,建议将现有的湿式文氏管除尘器改为干式电除尘器。 由于TRT在运转中不需要燃料,不改变高炉煤气的品质,也不影响原有煤气用户的正常使用却回收了约占高炉鼓风机所需能量的30左右,同时又净化了煤气,改善了炉顶的压力控制,是典型的节能装置。既有明显的经济效益,又有明显的社会效益。