能量回收透平装置的研究与应用

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1、能量回收透平装置的研究与应用郑秀萍，柳黎光，朱罡，彭宏宾(陕西鼓风机（集团）有限公司，陕西西安710611)  摘要：流程工业中存在着一些具有一定压力和温度的废气，例如高炉炼铁炉顶煤气、硝酸装置流程尾气和石油炼化装置中的烟气等等，这部分废气有的作为燃料被低效利用（如高炉煤气），有的被直接排向大气（如尾气），造成了大量的能源浪费和环境污染。而我国仍属能源紧缺国家，如何更加有效的利用这部分能源是目前需要不断研究和解决的问题。   能量回收透平装置就是利用流程工业中存在着一些具有一定压力和温度的废气所具

2、有的能量经膨胀做功转化为机械能进行发电或驱动其它设备的一种节能环保装置，主要有高炉煤气能量回收透平装置、化工厂硝酸尾气能量回收透平装置和炼油厂高温烟气能量回收透平装置等。   下面通过对三种主要的能量回收透平装置的研究、发展和应用的介绍，说明国内的能量回收装置技术已经发展到一个相当高度，水平已达到甚至超过国外水平，推广和应用这些技术，在节能降耗、降低生产成本、减少污染等方面产生显著的经济效益和社会效益。   1前言   流程工业中存在着一些具有一定压力和温度的废气，例如高炉炼铁炉顶煤气、硝酸装置流

3、程尾气和石油炼化装置中的烟气等等，这部分废气有的作为燃料被低效利用（如高炉煤气），有的被直接排向大气（如尾气），造成了大量的能源浪费和环境污染。   能量回收透平装置就是利用这些废气所具有的能量经膨胀做功转化为机械能进行发电或驱动其它设备的一种节能环保装置，符合国家能源开发利用的产业政策，是实现可持续发展的需要，对于提高资源综合利用水平，保护环境，发展循环经济具有十分重要的意义。目前，采用能量回收透平装置对废气进行回收是一种很好的方法和途径。   这些装置的应用不仅回收了大量的能源，减少了环境污染

4、，取得了可观的经济效益，在节能、环保方面起到了较好的作用，同时也促进了与之相关技术的研究、应用和发展。   2高炉煤气能量回收透平装置的研究与应用   高炉煤气能量回收透平装置简称为TRT，主要用于对高炉冶炼过程中产生的副产品（高炉煤气）所具有的压力能和热能的回收，是钢铁企业一种很好的节能环保装置。   TRT技术兴于欧洲，发展成熟于日本，应用普及于日本。自1974年第一套TRT发电至今已有三十多年的历史。我国高炉煤气能量回收透平装置的研究起始于上世纪70年代末，随着国内企业在该技术领域的深入研究

5、和应用，产品的技术、质量均达到国际先进水平。目前，国内各大高炉已配套100多套国产（陕鼓）高炉煤气能量回收透平装置。随着高炉冶炼技术的不断发展，国内TRT技术得到了迅速的发展和进步，尤其是近几年，制造厂着力于对产品的改进、完善和新技术发展应用，着眼于对TRT装置高端技术的研究和应用方面。   2.1高炉顶压控制技术   高炉煤气能量回收透平装置是高炉主流程系统中的组成部分，其生产运行应完全服从于高炉，在运行中不得影响高炉主流程的正常生产。衡量高炉煤气余平装置主要有两个指标：一是尽可能多的回收能量；

6、二是尽可能改善顶压的控制品质，减小顶压的波动。传统的减压阀控制顶压波动在±10～20kPa，而用静叶控制顶压波动在±3～5kPa。为了进一步减小顶压波动，必须将高炉系统与TRT系统纳入一个大的系统来统筹考虑，系统的分析、研究并解决这一难题。为此，陕鼓于2001年将该项目列入国家攻关计划，组建模拟试验装置，进行顶压稳定性试验研究，开发出"高炉顶压稳定性控制计算程序"软件，实现了TRT装置中炉顶压力的在线监控。经过柳钢实际应用，顶压值稳定在±1.5kPa之间（国际先进水平为±3kPa），控制技术处于国

7、际领先水平。该试验装置及多项试验在国内属陕鼓首创，具有自主知识产权并获国家发明专利。   2.2一级静叶可调和全静叶可调技术   高炉煤气透平装置采用静叶可调，不仅能够扩大工况范围、减少噪音，提高效率和回收功率，而且可以更好地控制炉顶压力，减少压力波动。国外一般采用第一级静叶可调的调节方式。陕鼓不仅拥有一级静叶可调技术，而且研究开发出全静叶可调的技术并获国家专利，进一步提高了透平的变工况效率，拓宽了装置的工作范围，同时，透平的第一级静叶可实现全关闭，冲动转速较小。在入口蝶阀、紧急切断阀全开时，利用

8、静叶可使透平平稳启动和停机，并完成自动升速、自动并网、自动升功率和自动控制炉顶压力。   2.3在线水清洗系统研究   由于高炉煤气含尘量较大，在湿式TRT中易形成积灰，造成堵塞，影响叶片寿命和TRT效率，需在第一级静叶前设置水清洗装置，可连续或间断在线喷水，冲洗流道，防止积灰和堵塞。陕鼓对水清洗系统进行了专门的实验研究，具有独特的设计特点，并根据叶型、叶片数量、叶片安装角度和开关的范围等合理设计喷头数量、位置和角度，达到最佳清洗效果。已应用于多套TRT装置中，形成自己的专利技术。