高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)TRT），是利用高爐爐頂排出的具有一定壓力和溫度的高爐煤氣，推動(dòng)透平膨脹機(jī)旋轉(zhuǎn)做功、驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種能量回收裝置。該裝置既能回收原先由減壓閥組泄放的能量，又能降低噪音，穩(wěn)定高爐爐頂壓力，改善高爐生產(chǎn)的條件。與其它余熱回收發(fā)電和常規(guī)火力發(fā)電相比，TRT除必要的運(yùn)行成本外不需消耗新的能源，在運(yùn)行過(guò)程中不產(chǎn)生污染，發(fā)電成本較低，可為鋼鐵企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，TRT是目前國(guó)際上公認(rèn)的有價(jià)值的二次能源回收裝置。
經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)TRT裝置經(jīng)歷了從無(wú)到有，尤其在進(jìn)入21世紀(jì)以后，TRT技術(shù)在我國(guó)鋼鐵企業(yè)得到了前所未有的快速發(fā)展。但是，由于不同企業(yè)高爐的操作水平不同，各企業(yè)TRT的應(yīng)用效果差距較大。因此，筆者認(rèn)為，現(xiàn)階段在推廣應(yīng)用TRT技術(shù)的同時(shí)，還應(yīng)在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中總結(jié)先進(jìn)企業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在行業(yè)內(nèi)推廣，以提高全行業(yè)TRT的應(yīng)用效果。
我國(guó)TRT技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
TRT技術(shù)起源于歐洲，發(fā)展成熟于日本，并在日本最先得到普及和應(yīng)用。自1974年第一套TRT裝置發(fā)電至今已有40多年的歷史。在此期間，TRT技術(shù)得到了不斷的發(fā)展和完善，從早期的徑流式TRT發(fā)展成為今天的軸流式TRT，從濕式TRT發(fā)展到干濕兩用型和干式TRT。
我國(guó)TRT技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代末，應(yīng)用于80年代。1981年首鋼新2號(hào)高爐引進(jìn)了日立造船制造的TRT設(shè)備，并于1983年投產(chǎn)，迄今已有30多年的歷史。
TRT技術(shù)在我國(guó)鋼鐵行業(yè)的推廣經(jīng)歷了較長(zhǎng)的一段時(shí)間。從1981年引進(jìn)第1套TRT起到1995年的12套TRT，我國(guó)用了15年的時(shí)間，其中5套引進(jìn)、7套國(guó)產(chǎn)，當(dāng)時(shí)采用TRT技術(shù)的高爐容積均在1000m3以上。但從1995年底的12套TRT到2007年底的400多套TRT，僅用了12年的時(shí)間，TRT的普及率從6.9%提高到80%左右。
隨著TRT設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，TRT技術(shù)在我國(guó)鋼鐵企業(yè)得到快速普及和應(yīng)用。2000年，我國(guó)鋼鐵企業(yè)僅有33套TRT，而截至2007年底，我國(guó)TRT裝置的數(shù)量增加到400多套。其中，56座2000m3以上的高爐全部配備了TRT，普及率為100%；120座1000m3以上高爐中TRT的普及率也已超過(guò)95%。到2010年，我國(guó)總計(jì)有超過(guò)600座高爐配備了597套TRT設(shè)備。由此可見(jiàn)，2000年~2010年是我國(guó)鋼鐵企業(yè)TRT技術(shù)的快速普及期。
通過(guò)調(diào)研2010年國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)的TRT應(yīng)用情況，我們共獲得514組有效數(shù)據(jù)，涉及514套TRT和562座高爐（其中有96座高爐是2座高爐共用一套TRT裝置）。其中，2000m3以上高爐為122座，1000m3~1999m3高爐為135座，1000m3以下高爐為305座。
數(shù)據(jù)顯示，同一級(jí)別的高爐中干式TRT的裝機(jī)容量高于濕式TRT，主要原因是由于高爐采用干法除塵后，其爐頂高爐煤氣溫度較高，余能產(chǎn)生量大于濕法除塵，因此，需要配備裝機(jī)容量相對(duì)較大的TRT。
若不考慮高爐容積的大小，從高爐單位容積TRT的裝機(jī)容量來(lái)看，調(diào)研的企業(yè)中高爐單位容積濕式TRT的裝機(jī)容量多分布在4千瓦/立方米~8千瓦/立方米，干式TRT則分布在5千瓦/立方米~10千瓦/立方米。
大高爐配備TRT效果明顯
據(jù)統(tǒng)計(jì)，TRT在運(yùn)行良好的情況下，發(fā)電量為20千瓦時(shí)/噸鐵~40千瓦時(shí)/噸鐵，可補(bǔ)償高爐鼓風(fēng)耗電的30%。如果與高爐煤氣干法除塵技術(shù)相結(jié)合，則可使TRT噸鐵發(fā)電量提高30%左右，最高達(dá)到54千瓦時(shí)/噸鐵。濕式TRT的發(fā)電量為20千瓦時(shí)/噸鐵~40千瓦時(shí)/噸鐵，而干式TRT的發(fā)電量為10千瓦時(shí)/噸鐵~50千瓦時(shí)/噸鐵。由實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行得知，同級(jí)別高爐容積中，干式TRT的發(fā)電量應(yīng)高于濕式TRT，但由于我國(guó)存在較多小高爐，即使采用干式TRT，其噸鐵發(fā)電量仍難以提高，TRT的噸鐵發(fā)電量隨著高爐有效容積的增大而升高。因此，淘汰小高爐對(duì)提高TRT的應(yīng)用效果具有明顯作用。
我國(guó)先進(jìn)鋼鐵企業(yè)的TRT噸鐵發(fā)電量接近國(guó)際先進(jìn)水平，但總體而言仍有較大差距，因此，我國(guó)鋼鐵企業(yè)在TRT技術(shù)的應(yīng)用效果方面，還有很大潛力。以2013年我國(guó)生鐵產(chǎn)量6.6億噸、TRT普及率98%、TRT發(fā)電量30千瓦時(shí)/噸鐵計(jì)算，TRT回收的電量為196億千瓦時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)裝機(jī)容量為250萬(wàn)千瓦的發(fā)電廠1年的發(fā)電量。若將TRT發(fā)電量提高1千瓦時(shí)/噸鐵，則每年可多發(fā)電6.5億千瓦時(shí)。由此可見(jiàn)，提高TRT的應(yīng)用效果，可以成為我國(guó)有效降低鋼鐵行業(yè)能源消耗的重要措施之一。
目前，我國(guó)鋼鐵企業(yè)TRT技術(shù)的普及率已較高，但是不同企業(yè)TRT的運(yùn)行效率和應(yīng)用效果有很大差距。因此，當(dāng)前TRT技術(shù)的主要問(wèn)題已從如何提高普及率轉(zhuǎn)向如何提高其應(yīng)用效果。通過(guò)調(diào)研分析，影響我國(guó)TRT應(yīng)用效果的主要因素有以下3個(gè)方面：
一是小高爐大量存在。2012年我國(guó)重點(diǎn)大中型企業(yè)中小于1000m3的高爐有366座，1000m3~2000m3高爐有195座，2000m3以上高爐有103座，而日本鋼鐵企業(yè)的高爐容積全部在2000m3以上。由于小高爐的爐頂壓力低，配置TRT的回收效果不理想，影響TRT的應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)性。
二是配備干式TRT的高爐容積普遍較小，對(duì)應(yīng)的裝機(jī)容量也普遍較小。調(diào)研的334套干式TRT中，292套TRT對(duì)應(yīng)的高爐容積小于2000m3，其中93.15%的TRT裝機(jī)容量小于10兆瓦；大于2000m3的高爐有42座，僅占12.6%。
三是由于不同鋼鐵企業(yè)的高爐操作水平和TRT設(shè)備水平不同，TRT作業(yè)率相差較大，運(yùn)行效果差異較大。
若將高爐煤氣通過(guò)透平機(jī)做功過(guò)程看作絕熱過(guò)程，則由計(jì)算公式可知，影響TRT發(fā)電功率的因素主要有爐頂煤氣流量、爐頂煤氣溫度、爐頂壓力和TRT的有效工作時(shí)間或是TRT的作業(yè)率等。由于高爐爐頂設(shè)備的限制，大高爐與小高爐的爐頂煤氣溫度和壓力相對(duì)于爐頂煤氣流量而言相差不大，但是大高爐的爐頂煤氣流量比小高爐高出很多，因此，大高爐配備TRT的應(yīng)用效果非常突出。
干式TRT是未來(lái)發(fā)展方向
我國(guó)TRT技術(shù)與高爐生產(chǎn)工藝的結(jié)合方面還存在一些問(wèn)題，如高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性差，導(dǎo)致TRT不能正常運(yùn)行；高爐爐頂設(shè)備耐熱性差，必須通過(guò)爐頂打水降溫以保護(hù)爐頂設(shè)備，降低了TRT進(jìn)口高爐煤氣溫度，最終導(dǎo)致TRT的發(fā)電量減少；TRT裝置本身的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，故障率高，影響運(yùn)行時(shí)間，等等。
隨著高爐的大型化、高頂壓和干法除塵技術(shù)的成熟應(yīng)用，安裝干式TRT是發(fā)展方向，其節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保效果更加顯著。
今后，總的發(fā)展趨勢(shì)是淘汰小高爐，注重開(kāi)發(fā)和完善大型高爐干法除塵技術(shù)，穩(wěn)定高爐爐頂壓力。從能源利用的角度，TRT技術(shù)應(yīng)注重大型干式TRT的技術(shù)改造，同時(shí)采取措施，解決葉片磨損、管道腐蝕等問(wèn)題，更好地發(fā)揮干式TRT的利用效果。開(kāi)展對(duì)高爐容積、爐頂壓力與TRT裝機(jī)容量的匹配研究，以便提供高爐合理配備TRT的科學(xué)依據(jù)，提高TRT發(fā)電效果。TRT與高爐生產(chǎn)操作協(xié)同優(yōu)化，提高高爐生產(chǎn)穩(wěn)定性，兼顧TRT運(yùn)行需要，使高爐煤氣全量進(jìn)透平機(jī)發(fā)電（減小減壓閥組的開(kāi)度，甚至完全閉合減壓閥組，并增加其密閉性，以保證TRT透平機(jī)煤氣量最大）；保證高爐正常生產(chǎn)的條件下，適當(dāng)提高并穩(wěn)定高爐爐頂壓力，將爐頂煤氣溫度偏上限控制等；提高TRT作業(yè)率，運(yùn)行過(guò)程中加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)及相關(guān)環(huán)節(jié)的配合，如保證除塵系統(tǒng)正常工作，以減少煤氣中塵含量，從而降低葉片積灰、積鹽等，使透平機(jī)保持良好的工作狀態(tài)；對(duì)兩爐共用型TRT和BPRT技術(shù)（煤氣透平與電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)的高爐鼓風(fēng)機(jī)組）進(jìn)行深入研究和實(shí)踐，以進(jìn)一步確定各自的回收利用效果。