Hoogoven Gas Top Druk Herstel Turbine

Hoogoven Gas Top Druk Herstel Turbine

Moderne hoogovens in staalfabrieken werken met een hoge topgasdruk. Het hoogovengas (BF) dat de BF aan de bovenkant verlaat, handhaaft nog steeds een druk van ongeveer 1,6 kg/cm² (g) tot 3 kg/cm² (g) en heeft een temperatuur van ongeveer 200 graden C.  Dit BF-gas dat komt uit aan de bovenkant van een BF wordt gereinigd om stof te verwijderen en het gereinigde gas wordt in de staalfabriek gebruikt als brandstof voor verwarmingsdoeleinden bij een relatief lage druk. Daarbij gaat een grote hoeveelheid drukenergie over de klep verloren. BF gas topdrukterugwinningsturbine (TRT) is een mechanisme dat de BF gaswarmte en drukenergie gebruikt om een ​​turbine aan te drijven. Het werk dat door de turbine wordt gegenereerd, wordt overgebracht naar een generator en omgezet in elektrische stroom. TRT genereert stroom door gebruik te maken van een bekende eigenschap van alle gassen, namelijk de expansie van het gasvolume met de verlaging van de druk. Het systeem omvat stofopvangapparatuur, een gasturbine en een generator.

TRT is in feite een energiebesparende maatregel bij de BF die de afvaldrukenergie van het BF-topgas gebruikt om elektrische stroom op te wekken. Een TRT-eenheid kan ongeveer 15 tot 60 kWh/t ruwijzer (HM) produceren. De output kan ongeveer 30% van het vermogen leveren dat nodig is voor alle apparatuur (inclusief de luchtblazer) van de BF. Het BF-gas dat de TRT-eenheid verlaat, kan nog steeds worden gebruikt als brandstof in de staalfabriek.

Tijdens het ijzerproductieproces wordt BF-gas met hoge druk en temperatuur geproduceerd in een hoogoven. In de conventionele praktijk is de energie van BF-gas verspilling door drukverlaging bij de septumklep. Het uitrusten van een TRT-eenheid is de beste manier om de druk en thermische energie van BF-gas terug te winnen. TRT-eenheid wordt normaal gesproken geïnstalleerd in de stroomafwaartse gasreinigingsapparatuur voor een hoogoven. Normaal gesproken is het economisch om de hoogovens met een capaciteit van meer dan 1.000 kubieke meter uit te rusten met TRT.

Het TRT-systeem is een energieopwekkingssysteem dat de fysieke energie van BF-topgas onder hoge druk omzet in elektriciteit met behulp van een expansieturbine. Hoewel het drukverschil klein is, maken de grote gasvolumes de terugwinning economisch haalbaar. De sleuteltechnologie van TRT is om de stabiele en zeer efficiënte werking van de expansieturbine in stoffige hoogovens te verzekeren, zonder de BF-werking te belemmeren.

Er zijn verschillende belangrijke parameters voor een TRT-eenheid die de prestaties van de TRT en het uitgangsvermogen ervan bepalen. Deze belangrijke parameters worden hieronder gegeven.

• Volume van BF-topgas
• Druk van BF-gas aan de top van de hoogoven
• Drukval over de gasreinigingsinstallatie (GCP)
• Temperatuur van BF-gas na de GCP
• Druk van BF-gas bij de uitlaat van de TRT
• Kwaliteit van het BF-gas aan de top van de hoogoven
• Efficiëntie van TRT
• Efficiëntie van de generator in combinatie met de TRT

Het topgas van de hoogoven bevat typisch ongeveer 5 g/N cumstof en moet door een gasreinigingsinstallatie (GCP) worden geleid om de hoeveelheid stof te verminderen tot minder dan 5 mg/N cum. De vermindering van het stofgehalte is noodzakelijk voor een goede werking van TRT.

BF top-gassystemen met TRT-units worden gecategoriseerd als natte en droge systemen voor gasreiniging, afhankelijk van de methode die ze gebruiken om de stofdeeltjes te verwijderen. Droge systemen verbruiken minder water en elektriciteit. Ze hebben minder drukval en de gastemperatuur is ongeveer 50°C hoger in vergelijking met het natte type systeem. Met droge gasreiniging kan het TRT-systeem doorgaans 30% meer vermogen produceren met de mogelijkheid om tot 60% meer vermogen te genereren. Droge systemen worden daarom beschouwd als gunstiger voor de economie.

Er zijn twee soorten turbines:radiale en axiale turbines. Momenteel worden axiale turbines veel gebruikt in TRT omdat ze meer geschikt zijn voor het omgaan met een groot stroomvolume. TRT is meestal een meertraps expansieturbine van het variabele type met een axiale stromingsreactie-ontwerp en is normaal gesproken voorzien van een horizontaal gespleten omhulsel en een regelaarsnelheid van 3.000 tpm. TRT keurt normaal gesproken een borstelloze synchrone stroomgenerator goed. De generator is gewoonlijk geschikt ontworpen om te werken onder alle belastingscondities die worden opgelegd door de turbine waarop hij zal worden aangesloten. De TRT-generator genereert meestal bij 6,6 kV en wordt vervolgens opgevoerd tot 33 kV via een 6,6 kV/33 kV step-up transformator

De stabiliteit van de topdruk is van groot belang. De kleine fluctuatie van de topdruk is gunstig voor de werking van BF. De topdruk wordt geregeld door het openen of sluiten van de statorschoepen van de 1e trap van de turbine in overeenstemming met de toename of afname van het BF-gasvolume. Bij een conventionele turbine werd in combinatie ook een regelklep gebruikt voor het regelen van de topdruk. Een regelklep veroorzaakt echter een groter drukverlies in vergelijking met statorschoepen en was dus nadelig met het oog op vermogensterugwinning en geluidspreventie. Daarom wordt in het systeem dat nu veel wordt gebruikt, de regelklep geëlimineerd en wordt de topdruk alleen geregeld door de statorbladen van de 1e trap.

Het typische schematische stroomdiagram voor natte en droge TRT-systemen wordt getoond in Fig. 1.

Fig 1 Typisch schematisch stroomdiagram voor nat en droog TRT-systeem

Nadat stof is verzameld door gasreinigingsapparatuur, wordt schoon BF-gas naar de turbine geleid via een inlaatvlinderklep en een inlaatbrilklep. Normaal gesloten omloopkleppen en open noodafsluitklep worden gebruikt voor noodgevallen.

In de TRT wordt het mechanische werk dat door de turbine wordt gegenereerd, overgebracht naar een generator voor elektrische stroom. BFG met lage druk en temperatuur komt de gasleiding binnen via de uitlaatbrilklep.

De werking van TRT kan in twee fasen worden verdeeld, namelijk (i) opstartfase en (ii) normale bedrijfsfase. In de opstartfase moeten alle voorbereidingen zoals hydraulisch subsysteem worden gecontroleerd. Vervolgens wordt een signaal voor het starten van TRT naar de BF-operator gestuurd. Als BF-operator akkoord gaat met het verzoek, worden de inlaatvlinderklep en noodafsluitklep geopend. De snelheid van de turbine wordt geregeld door de inlaatvlinderklep en de topgasdruk wordt geregeld door de septumkleppen. Totdat de turbine het gewenste toerental bereikt, worden de septumkleppen langzaam gesloten. Dan gaat de opstartfase over in de normale bedrijfsfase. In de normale bedrijfsfase wordt de topgasdruk volledig geregeld door de statorschoepen van de 1e trap van de turbine. De topdruk wordt geregeld door de statorschoepen van de 1e trap van de turbine te openen of te sluiten.

Onder omstandigheden waarbij de gewenste topgasdruk en het topgasvolume niet beschikbaar is, kunnen de gassen de TRT omzeilen. Gesloten hogedrukbrilventiel, voorzien in het circuit, zorgt voor een ononderbroken werking van de hoogoven onder omstandigheden van volledige isolatie van de TRT (bijvoorbeeld tijdens de onderhoudsfase).

Het TRT-systeem kan worden gesynchroniseerd met het stroomdistributiesysteem van de staalfabriek. De TRT-fabriek heeft meestal dezelfde beschikbaarheid als de hoogoven, die 350 dagen per jaar in bedrijf is. Het hulpverbruik van de TRT-centrale is erg laag.

TRT is een bewezen technologie en er is zeer weinig risico bij de installatie of het gebruik ervan. Als het TRT-systeem om wat voor reden dan ook uitvalt, wordt het expanderende gas opgevangen in de bestaande scrubber. Dit is normaal in hoogovens waar geen TRT-systeem is geïnstalleerd.

Er is geen invloed op de werking van de hoogoven en het BF-gas wordt niet verbruikt. Omdat BF-gas zeer brandbaar is, wordt het normaal gesproken in andere delen van de fabriek gebruikt om warmte of energie op te wekken voor andere processen. Als het TRT-systeem is geïnstalleerd, genereert het BF-gas effectief twee keer energie:één keer in de turbine en opnieuw wanneer het wordt verbrand voor zijn gebruikelijke doel.

TRT is een schonere en energiezuinige technologie omdat het gebruik van drukenergie in de procesafvalgasstroom mogelijk maakt. TRT wordt gebruikt voor energiebesparing en om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Hoewel de economische voordelen van het installeren van TRT aanzienlijk zijn, zijn de milieuvoordelen ook een belangrijke overweging. TRT is zeer duurzaam omdat er geen uitstoot is van het proces van het produceren van elektriciteit met behulp van deze technologie. Het proces is 100% groen.

In het kort heeft TRT de volgende kenmerken.

• Het is een energiebesparende technologie die wordt gebruikt in een hoogoven van een staalfabriek
• Het is een apparaat voor het opwekken van energie dat is uitgerust met een functie om de topdruk van een hoogoven te regelen.
• Energie wordt opgewekt door een turbine aan te drijven met behulp van hoogovengas dat wordt gegenereerd in een hoogoven.
• Er is geen brandstof nodig voor stroomopwekking.
• Omdat er geen brandstof wordt verbrand, ontstaat er dus ook geen CO2 of andere broeikasgassen.
• TRT-systeem draagt ​​bij aan CO2-reductie in overeenstemming met het stroomopwekkingsvolume.
•  TRT-systeem genereert minder geluid in vergelijking met een conventionele septumklep, wat bijdraagt ​​aan de verbetering van de omgeving rond een hoogoven
• Er is geen geavanceerde technologie nodig voor de bediening en het onderhoud van het TRT-systeem en kan daarom gemakkelijk worden uitgevoerd door het bedienings- en onderhoudspersoneel van BF.
• Er zijn slechts kleine hoeveelheden water, stikstof, enz. nodig voor de werking, die gemakkelijk kunnen worden gedekt door bestaande apparatuur voor een hoogoven.