【文章內(nèi)容簡介】 。目前，我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值的能耗比世界平均水平高 倍，與國際先進水平比則高出更多。能源的粗放利用，也帶來了環(huán)境的嚴重污染。與此同時，國際國內(nèi)市場能源價格大幅度攀升，使得一些高耗能企業(yè)的 生產(chǎn)成本也大幅度上升。為此，國家提出了實現(xiàn) “十一五 ”GDP能耗降低 20%左右的約束性目標目標。 要實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標，就必須做到資源開發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位。就要以提高能源利用效率為核心，以企業(yè)為實施主體，大力調(diào)整和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，加快推 進節(jié)能技術(shù)進步。 企業(yè)余熱余壓利用工程是解決我國能源短缺，緩解能源供需矛盾，保障國家經(jīng)濟發(fā)展的重大措施之一。加大余熱余壓利用力度，對生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的可燃氣體和壓差加以回收利用，不僅可以提高生產(chǎn)企業(yè)的能源利用效率，節(jié)約大量的能源，而且可以降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益，增強企業(yè)競爭力。 鋼鐵行業(yè)是耗能大戶，占全國總能耗的 14%（ 2021 年）。近幾年推行節(jié)能措施后，能耗雖逐年下降，但與先進國家相比仍有較大差距。目前，我國鋼鐵行業(yè)的余熱余壓還沒有得到充分利用，如鋼鐵企業(yè)的高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐壓差等 。由此而產(chǎn)生的煤氣的大量放空，不僅造成能源的嚴重浪費，同時也污染了環(huán)境。因此，迫切需要采取措施，減少能源消耗。 抓住機遇，促進企業(yè)發(fā)展 高爐爐頂余壓發(fā)電技術(shù)（ Top Gas Pressure Recovery Turbine 簡稱 TRT）是國家 “十一五 ”十大重點節(jié)能環(huán)保推廣項目，是利用高爐爐頂煤氣的剩余壓 力 ，將高爐煤氣導(dǎo)入透平膨脹機作功推動汽輪機轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)電。根據(jù)爐頂壓力的不同，噸鐵發(fā)電約20~30kWh。該技術(shù)既回收原 來 由減壓閥組泄放的能量，又降低噪音、同時穩(wěn)定了爐頂壓力，改善高爐生 產(chǎn)條件，可實現(xiàn)不產(chǎn)生任 何污染，做到無公害發(fā)電，是很有價值的二次能源回收及節(jié)能環(huán)保項目。 TRT技術(shù)的先進性主要在于以下方面： 不消耗任何燃料： TRT裝置區(qū)別于傳統(tǒng)的發(fā)電裝置，它利用 減壓閥組前后的煤氣壓力差，將凈化后的煤氣導(dǎo)入煤氣透平機械，使氣體在機械內(nèi)膨脹做功，推動與透平同軸的發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。做功后的高爐煤氣進入廠區(qū)的能源分配管網(wǎng)，整個工藝過程中高爐煤氣始終在密閉的管道和密封程度很高的透平機內(nèi)運行。 無污染公害的最經(jīng)濟的發(fā)電工藝：采用 TRT 技術(shù)后，高爐煤氣減壓過程產(chǎn)生的噪聲由原采用減壓閥組的 110～ 140 分貝降低到 85 分貝以下，防止震動造成管道破裂而產(chǎn)生煤氣泄露。 采用 TRT 發(fā)電，可減少等量燃煤火力發(fā)電的發(fā)電量，可以減少向大氣中排放大量的二氧化碳氣體，這對改善環(huán)境污染都將發(fā)揮積極的作用。同時 TRT發(fā)電屬于二次能量回收，除必要的運行成本外不需消耗新的能源，是最經(jīng)濟的發(fā)電工藝。 轉(zhuǎn)爐煤氣是轉(zhuǎn)爐在冶煉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣，其平均熱值約為 8995KJ/m3（ CO 含量按 70%計算），產(chǎn)量約為 70～ 90 m3/t鋼。如能有效地加以利用，對企業(yè)節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的市場競爭力將有極大的促進作用 。 與此同時， 轉(zhuǎn)爐 高溫煙氣還帶有大量的熱 能 ， 其 溫度可達 1200~1600℃ ，須將其冷卻后方可進行除塵、回收利用。為了對這一部分熱能進行回收，可 在 轉(zhuǎn)爐爐口上部設(shè)置煙道式余熱鍋爐，既可利用爐氣余熱產(chǎn)生蒸汽，供發(fā)電 ﹑ VD爐等生產(chǎn)及制冷 ﹑ 采暖等生活之用，又可將爐氣冷卻900℃ 以下，以滿足除塵設(shè)施及回收煤氣的要求，同時降低轉(zhuǎn)爐煉鋼成本。 西鋼本部現(xiàn)有 550m3高爐 1 座， 1080m3高爐 1 座、 120t 轉(zhuǎn)爐2 座。 目前，西鋼的高爐爐頂壓差 、 轉(zhuǎn)爐煤氣 及其余熱 均未能加以利用。 綜上所述，開展生產(chǎn)系統(tǒng)余熱余壓利用，建設(shè)高爐爐頂壓差發(fā)電工程和轉(zhuǎn)爐煤氣 及其余熱 的回收利用工程，不僅是國家實行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，也是企業(yè)自身發(fā)展的需要。不僅會給社會帶來巨大節(jié)能效益和環(huán)境效益，也會為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。因此，盡快實施此項工程，是擺在在西鋼面前十分必要也是十分緊迫的任務(wù)。 項目建設(shè)的有利條件和意義 1）西鋼具基礎(chǔ)設(shè)施完備，水電供應(yīng)充足，可滿足項目建設(shè)需要； 2）在西鋼現(xiàn)有 1 座 550m3高爐、 1 座 1080m3高爐、 2 座 120t轉(zhuǎn)爐的基礎(chǔ)上 建設(shè)轉(zhuǎn)爐煤氣回收和高爐爐頂壓差發(fā)電，不需要建設(shè)配套公用輔助設(shè)施及生活設(shè)施，可節(jié)約大量資金； 3） TRT項目實施后，可以解決西鋼目前由于高爐所用的原料產(chǎn)地雜，爐頂壓力波動，影響高爐發(fā)揮最佳效益的問題。改善高爐生產(chǎn)條件，提高高爐生產(chǎn)效率； 4）項目建成后，不僅可以回收利用大量的二次能源，進一步降低企業(yè)能耗和產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品的市場競爭能力和企業(yè)經(jīng)濟效益。而且可推進企業(yè)節(jié)能進步，并且使公司的裝備水平和管理水平達到一個新的層面； 5）本項目不僅具有顯著的節(jié)能效益，同時也具有良好的環(huán)保效益，可做到節(jié)約能源與環(huán)保并舉，實現(xiàn)真正的節(jié)能減排。 可行性研究的編制依據(jù)、原則及范圍 編制依據(jù) 1）國家 有關(guān)法律、法規(guī)及相關(guān)設(shè)計規(guī)范； 2）工程設(shè)計委托書； 3）建設(shè)單位提供的有關(guān)資料。 編制原則 根據(jù)集團的實際情況和發(fā)展要求，本工程設(shè)計遵循以下設(shè)計原則： 1）嚴格執(zhí)行國家、部門、行業(yè)和地區(qū)現(xiàn)行的有關(guān)設(shè)計規(guī)范、標準及規(guī)定； 2）采用成熟、先進、適用的工藝技術(shù)和設(shè)備，確保工程投產(chǎn)后能夠可靠、安全、穩(wěn)定、連續(xù)地生產(chǎn)，達到預(yù)期的設(shè)計效果； 3）充分考慮公司的資金狀況、承受能力、場地問題和實際需求的具體情況，充分利用西鋼現(xiàn)有的工藝設(shè)備和公用輔助設(shè)施。在各個方面合理掌握降低造價，盡最大努力減少工程投資。 4）綜合布局、整體協(xié)調(diào)，總圖布置合理，力爭節(jié)省投資和建設(shè)用地； 5）確保工藝順暢，與所依托的主體工程合理對接，且充分考慮建設(shè)時不影響已運行設(shè)施的正常生產(chǎn)； 6）在設(shè)計中嚴格執(zhí)行國家和行業(yè)在環(huán)保、職業(yè)安全衛(wèi)生、消防設(shè)計等方面的有關(guān)規(guī)定。 設(shè)計范圍 根據(jù)西鋼設(shè)計委托書要求，本可行性研究范圍包括：西鋼現(xiàn)有 1 座 550m3高爐、 1 座 1080m3高爐配套的高爐壓差發(fā)電 工程 、現(xiàn)有 2 座 120t 轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煤氣回收 利用工程的工藝 及相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計。 2 工藝設(shè)計方案 高爐煤 氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT） 主要建設(shè)內(nèi)容和生產(chǎn)規(guī)模 本項目主要建設(shè)內(nèi)容為集團公司現(xiàn)有的 1座 550m3高爐和 1座1080m3 高爐分別各自配套建設(shè) 1 套 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）。 550m3 高爐 煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）發(fā)電能力為3500kW， 1080m3高爐 煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）發(fā)電能力為6000kW，本項目發(fā)電能力合計為 9500 kW，全部輸送并入國網(wǎng)。 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）概述 TRT的主要媒質(zhì)為高爐煤氣，傳統(tǒng)的高爐煤氣是經(jīng)調(diào)壓閥組減壓后并入高爐 煤氣低壓管網(wǎng)供用戶使用的。高爐煤氣余壓發(fā)電， 是鋼鐵企業(yè)一項有效的能源回收措施，高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）是國際公認的鋼鐵企業(yè)重大能量回收裝置，它是利用高爐煤氣具有的壓力能、熱能，把煤氣導(dǎo)入透平機膨脹，使壓力能、熱能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的一種裝置。這種裝置既回收了減壓閥組白白泄放的能量， 使投入高爐鼓風機的能量實現(xiàn)部分回收，二次能源的循環(huán)梯階利用， 又凈化了煤氣、降低了噪音、大大改善了高爐爐頂壓力控制的品質(zhì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、污染少、容量大、壽命長和節(jié)能顯著的優(yōu)點，因此在能源綜合利用上獲得越來越廣泛 的應(yīng)用。 TRT技術(shù)是先進的、成熟的。 TRT的主要媒質(zhì)為高爐煤氣，傳統(tǒng)的高爐煤氣是經(jīng)調(diào)壓閥組減壓后并入高爐煤氣低壓管網(wǎng)供用戶使用， TRT 裝置就是利用高壓高爐煤氣到低壓煤氣用戶的差壓的能量進行節(jié)能發(fā)電的一套裝置。其主要工藝流程為：高爐煤氣經(jīng)重力除塵、干法布袋除塵后分為兩路：一路經(jīng) TRT入口蝶閥、電動插板閥、快速切斷閥后進入 TRT透平機做功，并帶動發(fā)電機做功發(fā)電。 TRT裝置設(shè)旁通快開閥、以保護機組的安全運行。 TRT 透平機出口設(shè)電動插板閥、電動蝶閥等設(shè)施與低壓煤氣管網(wǎng)相連。干法除塵后另一路作為TRT 發(fā)電裝置的備用 系統(tǒng)，經(jīng)電動減壓閥組將高壓煤氣減為低壓煤氣后與低壓煤氣管網(wǎng)相連。 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）不僅可以回收煤氣的壓力能和熱能，又可凈化煤氣，降低噪音污染，同時 TRT裝置在正常運轉(zhuǎn)時能代替減壓閥組，很好地調(diào)節(jié)和穩(wěn)定高爐爐頂壓力，對保 證高爐順行、增產(chǎn)有良好的作用。 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）在保持回收發(fā)電功能基礎(chǔ)上，通過對高爐爐頂壓力進行高精度的智能控制，不僅可以升高高爐爐頂壓力的設(shè)定值，增大高爐送風的質(zhì)量流量，從而提高高爐冶煉強度，達到提高高爐利用系數(shù)、降低焦比的功效。 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置 （ TRT）主要 包括透平主機、液壓伺服控制系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、大型閥門、無刷勵磁發(fā)電機組、氮氣密封系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、高低壓發(fā)配電系統(tǒng)等。 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）在生產(chǎn)運行中不產(chǎn)生污染，不消耗燃料，無公害，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 西鋼高爐現(xiàn)狀 集團公司現(xiàn)有 1 座 550m3高爐和 1 座 1080m3高爐。 550m3高爐利用系數(shù) d，年有效工作天數(shù)為 355 天，生鐵生產(chǎn)能力為 萬 t/a，高爐煤氣凈化采用干式除塵工藝，高爐煤氣從爐頂導(dǎo)出后，先經(jīng)過重力除塵器，再經(jīng) 過高爐煤氣布袋除塵器，煤氣中的含塵量降至 10mg/ m3以下，最后經(jīng)過減壓閥組減壓后通過管道送往煤氣用戶。 550m3高爐煤氣產(chǎn)生量為 17萬 m3/h，煤氣中的含塵量小于 6mg/ m3，經(jīng)過高爐煤氣布袋除塵器后的煤氣壓力正常值為 120kPa，最大值為 150kPa，煤氣溫度正常值為 145℃ ，最大值為 180℃ 。 1080m3高爐利用系數(shù) d，年有效工作天數(shù)為 355 天，生鐵生產(chǎn)能力為 萬 t/a，高爐煤氣凈化采用干式除塵工藝，高 爐煤氣從爐頂導(dǎo)出后，先經(jīng)過重力除塵器，再經(jīng)過高爐煤氣布袋除塵器，煤氣 中的含塵量降至 10mg/ m3以下，最后經(jīng)過減壓閥組減壓后通過管道送往煤氣用戶。 1080m3 高爐煤氣產(chǎn)生量為 25 萬 m3/h，煤氣中的含塵量小于10mg/ m3，經(jīng)過高爐煤氣布袋除塵器后的煤氣壓力正常值為150kPa，最大值為 180kPa，煤氣溫度正常值為 150℃ ，最大值為200℃ 。 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）設(shè)計參數(shù) 550m3高爐 煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）設(shè)計參數(shù)見表 2—1，1080m3高爐 煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）設(shè)計參數(shù)見表 2—2。 550m3高爐 TRT設(shè)計參數(shù) 表 21 項目 單位 設(shè)計參數(shù) 透平入口煤氣量 m3/h 170000 透平入口煤氣壓力 kPa 120 透平出口口煤氣壓力 kPa 10 透平入口煤氣溫度 ℃ 145 透平入口煤氣含塵量 mg/ m3 ≤10 透平輸出軸功率 kW 4500 發(fā)電量 kWh/h 3500 1080m3高爐 TRT設(shè)計參數(shù) 表22 項目 單位 設(shè)計參數(shù) 透平入口煤氣量 m3/h 250000 透平入口煤氣壓力 kPa 150 透平出口口煤氣壓力 kPa 10 透平入口煤氣溫度 ℃ 150 透平入口煤氣含塵量 mg/ m3 ≤10 透平輸出軸功率 kW 8000 發(fā)電量 kWh/h 6000 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）工藝流程 本項目高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）采用 “單爐單機 ”干式透平發(fā)電工藝。 經(jīng)過高爐煤氣布袋除塵器后的高溫高壓干燥潔凈的煤氣經(jīng)DN1800 入口電動蝶閥、電動插板閥、快速切斷閥進入透平膨脹機，透平的第一級靜葉可調(diào)，用其調(diào)節(jié)進透平膨脹機的煤氣流速，并 用其控制爐頂壓力。通過倒流器使煤氣轉(zhuǎn)向，軸向進入葉柵 ，煤氣在靜葉柵和動葉柵組成的流道中不斷膨脹作功，壓力和溫度降低，轉(zhuǎn)化為動能作用于工作葉輪使之旋轉(zhuǎn)，工作葉輪通過連軸器帶動發(fā)電機一起轉(zhuǎn)動而發(fā)電，膨脹后的煤氣壓力約為 10kPa，經(jīng)過出口電動插板閥、出口電動蝶閥接入廠區(qū)煤氣管網(wǎng)。當 TRT發(fā)生故障時，引起快速切斷閥動作時，快速切斷閥在 內(nèi)關(guān)閉，此時連鎖旁通快開閥打開，使高爐煤氣短時間內(nèi)快速減壓至低壓煤氣總管壓力，避免爐頂壓力突然升高，同時打開減壓閥組，旁通快開閥逐步關(guān)閉。爐頂壓力轉(zhuǎn)換至高爐側(cè)控制。確保爐頂壓力的穩(wěn)定和 TRT機組的安全。 高爐煤氣余壓 透平發(fā)電裝置（ TRT）主要設(shè)備組成及設(shè)備選型 550m3 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）設(shè)備型號選擇為GT60WD， 1080m3高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）設(shè)備型號選擇為 GT90WD，具體技術(shù)參數(shù)見表 2—3。 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（ TRT）設(shè)備技術(shù)參數(shù) 表2—3 序號 項目名稱 參數(shù)一