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高炉煤气几种综合利用方法的比较摘要：炼铁高炉煤气可以在净化后先安装TRT发电；或在高炉鼓风机末端安装BPRT节电，然后再供本企业中其它用户使用。如有富余煤气可以进行发电或用蒸汽轮机代替大功率电动机直拖高炉鼓风机、制氧空压机等设备运行。本文论述了这四种节能减排措施的优缺点，一次性投资的比较及长期效益的优劣。结论是……关键词：高炉煤气、TRT、BPRT、燃气锅炉、发电、汽轮机直拖大功率设备。钢铁企业中炼铁高炉要产生大量煤气，这些高炉煤气通过重力除尘器、干法或湿法二次除尘后成为净煤气（含尘量一般＜8mg/Nm3）。除高炉自身烧热风炉使用一部分（约煤气总量的45%左右）外，其余55%左右的净煤气经管道输送给钢铁厂其他用户使用。一般用于烧结机；白灰窑；炼钢的再线、离线烤包器、混铁炉；轧钢的加热炉或均热炉；炼铁的烤包器等。现代化的大中型高炉一般都采用高压炉顶操作手段。煤气压力一般都超过150Kpa，而下游用户使用的煤气压力一般要求在20Kpa以下。这就需要经过调压阀组调节炉顶煤气压力及下游用户的煤气压力。自从发明了TRT（利用高炉炉顶煤气压力能和潜热能通过透平机带动发电机发电）及BPRT（利用高炉炉顶煤气压力能和潜热能在高炉鼓风机末端同轴安装透平机及增速离合器节电）以后，一般炼铁厂都采用了这两种装置来达到节能之目的。这两种装置都不减少煤气量，而且都能代替调压阀组的调压作用，炉顶压力的稳定性远远超过调压阀组所能达到的稳定性，更有利于高炉操作。那么这种两方法哪个更好一些呢？我们分别分析、论述一下：一、TRTTRT发电功率计算公式如下：k-1-----kQ×Cp×Tin×(1-ε)×fd×ηt×ηgN=-----------------------------------------------------------------KW860式中：N：发电机功率（KW）Q：煤气流量Nm3/hCp：定压比热Tin：进口煤气温度：KPin：进口煤气压力：Kpa(A)Pout：出口煤气压力：Kpa(A)Poutε：压比=----------PinK：绝热指数fd：热量修正系数ηt：透平机效率%ηg：发电机效率%通过上述公式可以看出：发电量的大小主要取决于以下几点：①煤气流量、温度与发电量成正比。②压比与发电量成反比。③透平机、发电机的效率与发电量成正比。除第③项取决于透平机、发电机制造厂家的制造水平高低以外，第①②项主要取决于高炉的操作水平，或者说取决于高炉的产量高低。经验数据表明TRT的发电量一般在28～32kwh/tFe左右。TRT需配套发电机、高压电气柜、厂房、起重天车等设施，由于发电量较少，并入电网手续繁琐，一般只能并入炼铁局域电网内使用。二、BPRTBPRT俗称同轴TRT。它是安装在高炉鼓风机的末端，由高炉煤气推动透平机旋转，用以减少鼓风机主电机做功，达到节电之目的。由于高炉鼓风机转速一般都在6000转/分以上，而透平机转速一般为3000转/分，所以在透平机与风机之间需安装增速自同步换档封闭式离合器，以达到透平机与风机转速同步，方可减少鼓风机主电机做功达到节电之目的。目前一般使用进口的SSS（自同步换挡）封闭式离合器，将其安装在一个增速箱内，形成透平机与鼓风机之间的传动系统。这一套设备称之为BPRT。BPRT不需新建厂房，不需配套起吊天车、高压配电柜、发电机，所以一次性投资比TRT要少约300万元左右。BPRT节电能力到底有多大呢？众说纷纭，一般宣传节电30-40%之间。真正计算清楚BPRT的节电能力是不容易的，因为变数太多。一是高炉鼓风机工况经常发生变化，二是鼓风机配备的电机功率大小不同。一般情况下，电机功率WD取风机轴功率Wz的1.2倍，即WD=1.2Wz。但实际上风机厂家配备电时有WD=1.3Wz，甚至还有WD=1.4Wz的情况。之所以WD＞Wz是因为要克服风机启动时的零力矩以及保险起见，也就是我们俗语讲的“大马拉小车”。当风机达到额定转速后，电机真正运行的功率远小于额定功率，一般也远小于风机的轴功率。这就像我们拉一辆重车的情况，重车开始是处于静止状况，我们拉动它时相当费力。当重车已经运行后，马上就觉得省力多了一样；这时如果有人在后面帮着推一下，我们就会觉得又省了一些力量。BPRT就像后面有人帮忙推车一样，使拉车的人（相当于风机配置的主电机）省了力（主电机的运行电流下降了，而省了电）。大家知道，电机实际运行功率应按下式进行计算：WD=UIrCOSΦ式中U为电压，单位KV；Ir为运行电流，单位A；COSΦ为功率因数。对同一台电机来讲，COSΦ、U是固定的，是常数项，比较功率只需比较电流即可。如果有一台高炉鼓风机未安装BPRT时有详细的运行记录，可以求出运行电流Ir的平均值，后来加装了BPRT再求出这时的运行电流Irb的平均值，就很容易计算出节电量了。笔者做了比较多的调查比较，得出以下一些规律：1、不安装BPRT时，高炉鼓风机的电机运行电流一般是额定电流的70-75%之间，当WD=1.2Wz时为75%左右；当WD=1.3Wz时为73%左右；当WD=1.4Wz时为70%左右。2、安装BPRT以后，高炉鼓风机的电机运行电流降至额定电流的45～52%之间。当WD=1.2Wz时为52%左右，当WD=1.3Wz时为48%左右，当WD=1.4Wz时为45%左右。这样我们得到一个结论：BPRT的节电率一般在30%～35%左右。电机配的越大，节电越多，电机配的越小，节电越少。按高炉利用系数3.8计算，笔者调查了较多的高炉（主要是配套AV45、AV50、AV56的高炉轴流风机的炉型）安装BPRT的节电量，折合吨铁节电量在20-22kwh。比TRT的吨铁发电量28-32kwh相差甚大。众所周知，鼓风机是炼铁的主要设备，常把它比喻成是高炉的心脏。在鼓风机末端安上BPRT及增速离合器，就是多了三个事故隐患点。一旦这三个设备中任何一个出现故障，都会直接影响高炉生产或停止节电。BPRT一次投资是比TRT节约300多万元，但TRT比BPRT保守的讲每吨铁要多发6kwh的电，很短时间就可以把这笔投资收回来的，长期效益要好于BPRT。从以上可以比较出TRT与BPRT的各自优劣了。如果一个钢铁企业中除了满足自用外，还有富裕的煤气，应该怎么利用呢？一般有两种方法：一是用来发电，二是用汽轮机代替一些大功率电机拖动高炉鼓风机、制氧空压机等设备。下面我们比较一下这二种方法的优缺点。一、用来发电：首先要做出全厂煤气平衡表，计算出煤气的富余量，然后按下列经验公式计算出配置多大燃气锅炉。G=2.51×10-6QCmηGA-1式中Q：富裕煤气量Nm3/hG：锅炉能力T/hCm：煤气发热值KJ/m3ηG：锅炉热效率A：蒸汽焓值系数，一般取1.1～1.2选出锅炉能力后，可按公式WG=720G求出锅炉的功率（kw）。汽轮机所需配套的锅炉功率，计算起来比较麻烦，要通过中温中压或高温高压蒸汽经过汽轮机进汽口、排汽口的压降、实际焓降与等熵焓降之比来进行详细计算。一般情况下可按锅炉功率的25%大致估计可以带动的汽轮机功率WQ，用WQ÷1.2得出可拖动设备的轴功率。这样我们就可以选配多大的发电机了。汽轮机的机械效率相当低，这就是为什么淘汰蒸汽火车头的原因了。汽轮机冷凝水能达到95%的回收率，这就大大降低了锅炉水处理的投资。为进一步提高汽轮机的能量使用，可以采用抽汽式汽轮机，将作功完后的一部分低压蒸汽抽出来供工厂采暖、洗浴使用。以上计算很不准确，只是用来大致估算一下富裕煤气量能烧多大的锅炉、能拖动多大功率的汽轮机、能拖动多大功率的发电机或设备，真正要上项目时，需进行详细、准确的计算。配置：①燃气锅炉及辅属设施。②发电式汽轮机。③发电机。④电器柜。优点：减少了煤气放空，利用煤气的化学能通过锅炉转变成中温中压蒸汽的压力能及热能，再通过汽轮机转变成机械能，再通过发电机转变为电能。符合国家节能减排政策。缺点：发电量有限，并入国家电网手续繁琐，发电后还要给电机使用，电机本身还有一个效率，电机一般不直拖设备，还要经过变速箱拖动设备，变速箱也有本身的效率，这些都造成了能量的损失，发电机、电机、变速箱三个效率的连乘使能量损失了不少。二、用汽轮代替大功率电机直拖设备：配置：①燃气锅炉及辅属设施。②可调速工业拖动式汽轮机。③鼓风机、制氧空压机等设备。优点：符合国家节能减排政策，比发电少配置了发电机、电器柜，还减少了鼓风机、制氧空压机等设备必须使用的变速箱，及配套的高压电器柜、启动柜等，一次性投资比发电节省500万元以上。由于取消了发电机、电机、变速箱，提高了整个机械系统效率约3%以上，进一步节约了能量。缺点：汽轮机启动时有一个暖机过程，一般需3-4小时，不像电机启动那么方便。好在高炉鼓风机、制氧空压机等设备，都是常年运行，而不是频繁启动的设备。这个缺点也就可以忽略不计了。从以上比较看，显然是用汽轮机代替大功率电机直拖设备比发电强得多。综上所述，钢铁企业煤气综合利用的较好方法是：先利用高炉煤气的压力能和潜热能，上TRT发电。它不减少煤气量，排出的低压煤气优先供炼铁的烤包器、热风炉；轧钢加热炉或均热炉；烧结机、白灰窑；炼钢的混铁炉、在线、离线烤包器自用。如仍有富裕煤气，可利用它的化学能烧锅炉，产生中温中压或高温高压过热蒸汽推动可调速工业拖动式汽轮机，代替大功率电机直拖高炉鼓风机或制氧空压机等设备。这样的配置充分利用了煤气的能量、投资少、见效快，符合国家节能减排政策。以上仅是笔者孔中窥豹的一家之谈，调查研究的数量不够多，专业知识有限。肯定有很多不周，乃至于错误之处，敬恳同行不恪指正赐教。不甚感激之至。集团冶金建设公司刘黎明