高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，簡稱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，推動透平膨脹機(jī)旋轉(zhuǎn)做功、驅(qū)動發(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)行過程中不產(chǎn)生污染，發(fā)電成本較低，可為鋼鐵企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。因此，TRT是目前國際上公認(rèn)的有價值的二次能源回收裝置。
經(jīng)過30多年的發(fā)展，國產(chǎn)TRT裝置經(jīng)歷了從無到有，尤其在進(jìn)入21世紀(jì)以后，TRT技術(shù)在我國鋼鐵企業(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，還應(yīng)在生產(chǎn)實踐過程中總結(jié)先進(jìn)企業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗，在行業(yè)內(nèi)推廣，以提高全行業(yè)TRT的應(yīng)用效果。
我國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)在我國鋼鐵行業(yè)的推廣經(jīng)歷了較長的一段時間。從1981年引進(jìn)第1套TRT起到1995年的12套TRT，我國用了15年的時間，其中5套引進(jìn)、7套國產(chǎn)，當(dāng)時采用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年的時間，TRT的普及率從6.9%提高到80%左右。
隨著TRT設(shè)備的國產(chǎn)化，TRT技術(shù)在我國鋼鐵企業(yè)得到快速普及和應(yīng)用。2000年，我國鋼鐵企業(yè)僅有33套TRT，而截至2007年底，我國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95%。到2010年，我國總計有超過600座高爐配備了597套TRT設(shè)備。由此可見，2000年~2010年是我國鋼鐵企業(yè)TRT技術(shù)的快速普及期。
通過調(diào)研2010年國內(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，TRT在運(yùn)行良好的情況下，發(fā)電量為20千瓦時/噸鐵~40千瓦時/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/噸鐵。濕式TRT的發(fā)電量為20千瓦時/噸鐵~40千瓦時/噸鐵，而干式TRT的發(fā)電量為10千瓦時/噸鐵~50千瓦時/噸鐵。由實際生產(chǎn)運(yùn)行得知，同級別高爐容積中，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，淘汰小高爐對提高TRT的應(yīng)用效果具有明顯作用。
我國先進(jìn)鋼鐵企業(yè)的TRT噸鐵發(fā)電量接近國際先進(jìn)水平，但總體而言仍有較大差距，因此，我國鋼鐵企業(yè)在TRT技術(shù)的應(yīng)用效果方面，還有很大潛力。以2013年我國生鐵產(chǎn)量6.6億噸、TRT普及率98%、TRT發(fā)電量30千瓦時/噸鐵計算，TRT回收的電量為196億千瓦時，相當(dāng)于一個裝機(jī)容量為250萬千瓦的發(fā)電廠1年的發(fā)電量。若將TRT發(fā)電量提高1千瓦時/噸鐵，則每年可多發(fā)電6.5億千瓦時。由此可見，提高TRT的應(yīng)用效果，可以成為我國有效降低鋼鐵行業(yè)能源消耗的重要措施之一。
目前，我國鋼鐵企業(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。通過調(diào)研分析，影響我國TRT應(yīng)用效果的主要因素有以下3個方面：
一是小高爐大量存在。2012年我國重點(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。
若將高爐煤氣通過透平機(jī)做功過程看作絕熱過程，則由計算公式可知，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是未來發(fā)展方向
我國TRT技術(shù)與高爐生產(chǎn)工藝的結(jié)合方面還存在一些問題，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)量不過關(guān)，故障率高，影響運(yùn)行時間，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)展趨勢是淘汰小高爐，注重開發(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，同時采取措施，解決葉片磨損、管道腐蝕等問題，更好地發(fā)揮干式TRT的利用效果。開展對高爐容積、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)；對兩爐共用型TRT和BPRT技術(shù)（煤氣透平與電動機(jī)同軸驅(qū)動的高爐鼓風(fēng)機(jī)組）進(jìn)行深入研究和實踐，以進(jìn)一步確定各自的回收利用效果。