Hochofen-Gaskopf-Druckrückgewinnungsturbine

Hochofengas-Druckrückgewinnungsturbine

Moderne Hochöfen in Stahlwerken arbeiten mit hohem Topgasdruck. Das Hochofengas (BF), das den BF oben verlässt, behält immer noch einen Druck von etwa 1,6 kg/cm² (g) bis 3 kg/cm² (g) bei und hat eine Temperatur von etwa 200 °C. Dieses BF-Gas, das kommt oben aus einem BF heraus, wird gereinigt, um Staub zu entfernen, und das gereinigte Gas wird im Stahlwerk als Brennstoff für Heizzwecke bei relativ niedrigem Druck verwendet. Dabei geht viel Druckenergie über das Ventil verloren. Die BF-Gas-Top-Pressure-Recovery-Turbine (TRT) ist ein Mechanismus, der die Wärme- und Druckenergie des BF-Gases nutzt, um eine Turbine anzutreiben. Die von der Turbine erzeugte Arbeit wird auf einen Generator übertragen und in elektrische Energie umgewandelt. TRT erzeugt Strom, indem es eine bekannte Eigenschaft aller Gase ausnutzt, nämlich die Ausdehnung des Gasvolumens bei Verringerung seines Drucks. Das System umfasst eine Staubabscheidungsausrüstung, eine Gasturbine und einen Generator.

TRT ist im Grunde eine Energiesparmaßnahme am BF, die die überschüssige Druckenergie des BF-Gichtgases zur Stromerzeugung nutzt. Eine TRT-Anlage kann etwa 15 bis 60 kWh/t Roheisen (HM) produzieren. Seine Leistung kann etwa 30 % der Leistung decken, die von der gesamten Ausrüstung (einschließlich des Luftgebläses) des BF benötigt wird. Das die TRT-Einheit verlassende BF-Gas kann weiterhin als Brennstoff im Stahlwerk verwendet werden.

Während des Eisenherstellungsprozesses wird im Hochofen BF-Gas mit hohem Druck und hoher Temperatur erzeugt. In der herkömmlichen Praxis wird die Energie des BF-Gases durch Druckminderung am Septumventil verschwendet. Die Ausstattung mit einer TRT-Einheit ist der beste Weg, um die Druck- und Wärmeenergien von BF-Gas zurückzugewinnen. Die TRT-Einheit wird normalerweise hinter einer Gasreinigungsanlage für einen Hochofen installiert. Normalerweise ist es wirtschaftlich, Hochöfen mit Kapazitäten über 1.000 Kubikmeter mit TRT auszustatten.

Das TRT-System ist ein Stromerzeugungssystem, das die physikalische Energie des Hochdruck-BF-Topgases mithilfe einer Expansionsturbine in Elektrizität umwandelt. Obwohl die Druckdifferenz gering ist, machen die großen Gasvolumina die Rückgewinnung wirtschaftlich machbar. Die Schlüsseltechnologie von TRT besteht darin, den stabilen und hocheffizienten Betrieb der Expansionsturbine im staubigen Hochofenzustand sicherzustellen, ohne den BF-Betrieb zu beeinträchtigen.

Es gibt mehrere Schlüsselparameter für eine TRT-Einheit, die die Leistung der TRT und die von ihr abgegebene Leistung bestimmen. Diese Schlüsselparameter sind unten angegeben.

• Volumen des BF-Gichtgases
• Druck des BF-Gases am Hochofenkopf
• Druckabfall über der Gasreinigungsanlage (GCP)
• Temperatur des BF-Gases nach dem GCP
• Druck des BF-Gases am Ausgang des TRT
• Qualität des BF-Gases am Hochofenkopf
• Effizienz von TRT
• Effizienz des mit dem TRT gekoppelten Generators

Das Gichtgas aus dem Hochofen enthält typischerweise etwa 5 g/N cum Staub und soll durch eine Gasreinigungsanlage (GCP) geleitet werden, um die Staubmenge auf unter 5 mg/N cum zu reduzieren. Die Reduzierung des Staubgehalts ist für den ordnungsgemäßen Betrieb von TRT erforderlich.

BF-Gichtgasanlagen mit TRT-Einheiten werden je nach Methode zur Entfernung der Staubpartikel in Nass- und Trockengasreinigungssysteme eingeteilt. Trockensysteme verbrauchen weniger Wasser und Strom. Sie haben einen geringeren Druckabfall und die Gastemperatur ist im Vergleich zum Nasssystem um etwa 50 °C höher. Mit trockener Gasreinigung kann das TRT-System typischerweise 30 % mehr Energie erzeugen, mit der Möglichkeit, bis zu 60 % mehr Energie zu erzeugen. Trockene Systeme gelten daher als wirtschaftlich günstiger.

Es gibt zwei Arten von Turbinen:Radial- und Axialturbinen. Gegenwärtig werden Axialturbinen in großem Umfang in der TRT verwendet, da sie besser geeignet sind, um mit einem großen Strömungsvolumen fertig zu werden. TRT ist normalerweise eine mehrstufige variable Expansionsturbine mit Axialströmungsreaktionsdesign und ist normalerweise mit einem horizontal geteilten Gehäuse und einer Reglerdrehzahl von 3.000 U / min ausgestattet. TRT verwendet normalerweise einen bürstenlosen Erregungs-Synchronstromgenerator. Der Generator ist normalerweise so ausgelegt, dass er unter allen Lastbedingungen betrieben werden kann, die von der Turbine, an die er angeschlossen wird, auferlegt werden. Der TRT-Generator erzeugt normalerweise bei 6,6 kV und wird dann durch einen 6,6-kV/33-kV-Aufwärtstransformator auf 33 kV erhöht

Die Stabilität des Oberdrucks ist von entscheidender Bedeutung. Die geringe Schwankung des Oberdrucks ist vorteilhaft für den Betrieb von BF. Der obere Druck wird durch Öffnen oder Schließen der Leitschaufeln der ersten Stufe der Turbine entsprechend der Zunahme oder Abnahme des BF-Gasvolumens gesteuert. Bei einer konventionellen Turbine wurde in Kombination auch ein Governor Valve zur Steuerung des Kopfdrucks eingesetzt. Ein Regelventil verursacht jedoch im Vergleich zu Statorschaufeln einen größeren Druckverlust und war daher im Hinblick auf Energierückgewinnung und Geräuschvermeidung nachteilig. Daher wird in dem heute weit verbreiteten System das Regelventil eliminiert und der obere Druck wird nur durch die Statorschaufeln der 1. Stufe gesteuert.

Das typische schematische Flussdiagramm für nasse und trockene TRT-Systeme ist in Abb. 1 dargestellt.

Abb. 1 Typisches schematisches Flussdiagramm für ein nasses und trockenes TRT-System

Nachdem der Staub durch die Gasreinigungsausrüstung gesammelt wurde, wird sauberes BF-Gas durch ein Einlassdrosselventil und ein Einlassbrillenventil zur Turbine geleitet. Normalerweise geschlossene Bypassventile und offene Notabsperrventile werden für Notfälle verwendet.

Beim TRT wird die von der Turbine erzeugte mechanische Arbeit auf einen Generator für elektrische Energie übertragen. BFG mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur tritt durch das Auslassbrillenventil in die Gasleitung ein.

Der Betrieb von TRT kann in zwei Phasen unterteilt werden, nämlich (i) Startphase und (ii) normale Betriebsphase. In der Startphase müssen alle Vorbereitungen wie das hydraulische Teilsystem überprüft werden. Dann wird ein Signal zum Starten von TRT an den BF-Operator gesendet. Wenn der BF-Bediener der Anfrage zustimmt, werden die Einlassdrosselklappe und das Notabsperrventil geöffnet. Die Geschwindigkeit der Turbine wird durch das Einlassdrosselventil gesteuert und der obere Gasdruck wird durch die Septumventile gesteuert. Bis die Turbine die erforderliche Drehzahl erreicht, werden die Septumventile langsam geschlossen. Dann geht die Anlaufphase in die normale Laufphase über. In der normalen Betriebsphase wird der Topgasdruck vollständig durch die Leitschaufeln der 1. Stufe der Turbine geregelt. Der obere Druck wird durch Öffnen oder Schließen der Leitschaufeln der 1. Stufe der Turbine gesteuert.

Unter Umständen, in denen der gewünschte Topgasdruck und das Topgasvolumen nicht verfügbar sind, können die Gase den TRT umgehen. Ein geschlossenes Hochdruckbrillenventil, das im Kreislauf vorgesehen ist, gewährleistet einen ununterbrochenen Betrieb des Hochofens unter Umständen einer vollständigen Isolierung des TRT (z. B. während der Wartungsphase).

Das TRT-System kann mit dem Energieverteilungssystem des Stahlwerks synchronisiert werden. Die TRT-Anlage hat normalerweise die gleiche Verfügbarkeit wie der Hochofen, nämlich 350 Tage Betriebszeit pro Jahr. Der Nebenverbrauch des TRT-Kraftwerks ist sehr gering.

TRT ist eine bewährte Technologie und es besteht nur ein sehr geringes Risiko bei der Installation oder dem Betrieb. Wenn das TRT-System aus irgendeinem Grund ausfällt, wird das expandierende Gas im vorhandenen Wäscher untergebracht. Dies ist normal in Hochöfen, die kein TRT-System installiert haben.

Der Betrieb des Hochofens wird nicht beeinflusst und das BF-Gas wird nicht verbraucht. Da BF-Gas sehr brennbar ist, wird es normalerweise in anderen Teilen der Anlage verwendet, um Wärme oder Energie für andere Prozesse zu erzeugen. Wenn das TRT-System installiert ist, erzeugt das BF-Gas effektiv zweimal Energie – einmal in der Turbine und erneut, wenn es für seinen üblichen Zweck verbrannt wird.

TRT ist eine sauberere und energieeffizientere Technologie, da sie die Nutzung von Druckenergie im Prozessabgasstrom ermöglicht. TRT wird zur Energieeinsparung und zur Reduzierung der Emission von Treibhausgasen verwendet. Während die wirtschaftlichen Vorteile der Installation von TRT beträchtlich sind, spielen auch die Umweltvorteile eine wichtige Rolle. TRT ist sehr nachhaltig, da der Prozess der Stromerzeugung mit dieser Technologie keine Emissionen verursacht. Der Prozess ist zu 100 % grün.

Kurz gesagt hat TRT die folgenden Eigenschaften.

• Es handelt sich um eine energiesparende Technologie, die in einem Hochofen eines Stahlwerks verwendet wird
• Es handelt sich um eine Stromerzeugungsanlage, die mit einer Funktion zur Steuerung des oberen Drucks eines Hochofens ausgestattet ist.
• Strom wird erzeugt, indem eine Turbine mit Hochofengas angetrieben wird, das in einem Hochofen erzeugt wird.
• Für die Stromerzeugung wird kein Brennstoff benötigt.
• Da kein Kraftstoff verbrannt wird, entstehen auch keine CO2 oder andere Treibhausgase.
• Das TRT-System trägt entsprechend dem Stromerzeugungsvolumen zur CO2-Reduktion bei.
•  Das TRT-System erzeugt im Vergleich zu einem herkömmlichen Septumventil weniger Lärm und trägt zur Verbesserung der Umgebung eines Hochofens bei
• Für den Betrieb und die Wartung des TRT-Systems ist keine ausgefeilte Technologie erforderlich und kann daher problemlos vom Betriebs- und Wartungspersonal von BF durchgeführt werden.
• Für den Betrieb werden nur geringe Mengen an Wasser, Stickstoff etc. benötigt, die problemlos durch vorhandene Anlagen für einen Hochofen gedeckt werden können.






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