高炉ガストップ圧力回収タービン
高炉ガス上部圧力回収タービン
製鉄所の最新の高炉は、高い最高ガス圧で作動します。 BFを上部に残す高炉（BF）ガスは、依然として約1.6 kg / sq cm（g）から3 kg / sq cm（g）の圧力を維持し、温度は約200℃です。このBFガスはBFの上部に出てくる高炉ガスは、ほこりを取り除くために洗浄され、洗浄されたガスは、比較的低圧で加熱する目的の燃料として製鉄所で使用されます。その過程で、バルブ全体で大量の圧力エネルギーが失われます。 BFガストップ圧力回収タービン（TRT）は、BFガスの熱と圧力エネルギーを利用してタービンを駆動するメカニズムです。タービンで発生した仕事は発電機に送られ、電力に変換されます。 TRTは、すべてのガスの既知の特性である、圧力の低下に伴うガスの体積の膨張を利用して発電します。このシステムは、集塵装置、ガスタービン、および発電機で構成されています。
TRTは基本的にBFの省エネ対策であり、BFトップガスの廃圧エネルギーを利用して発電します。 TRTユニットは、約15〜60 kWh / tの溶銑（HM）を生成できます。その出力は、BFのすべての機器（送風機を含む）が必要とする電力の約30％を満たすことができます。 TRTユニットを出た高炉ガスは、鉄鋼プラントの燃料として引き続き使用できます。
製鉄工程では、高炉で高圧高温のBFガスを発生させます。従来の慣行では、BFガスのエネルギーはセプタムバルブでの圧力低下によって浪費されます。 TRTユニットを装備することは、BFガスの圧力と熱エネルギーを回収するための最良の方法です。 TRTユニットは通常、高炉用ガス洗浄装置の下流に設置されます。通常、1,000cumを超える高炉にTRTを装備するのは経済的です。
TRTシステムは、膨張タービンを使用して高圧BFトップガスの物理エネルギーを電気に変換する発電システムです。圧力差は小さいですが、ガス量が多いため、経済的に回収できます。 TRTの重要な技術は、BFの運転を妨げることなく、高炉の粉塵状態での膨張タービンの安定した高効率運転を確保することです。
TRTの性能とそこからの出力を決定するTRTユニットにはいくつかの重要なパラメータがあります。これらの重要なパラメータを以下に示します。
- BFトップガスの量
- 高炉上部でのBFガスの圧力
- ガス洗浄プラント（GCP）全体の圧力損失
- GCP後の高炉ガスの温度
- TRTの出口でのBFガスの圧力
- 高炉上部のBFガスの品質
- TRTの効率
- TRTと組み合わせた発電機の効率
高炉からの上部ガスには通常、約5 g / Nのダストが含まれており、ガス洗浄プラント（GCP）を通過して、ダストの量を5 mg/N未満に減らします。 TRTを適切に操作するには、粉塵含有量を減らす必要があります。
TRTユニットを備えたBFトップガスシステムは、ダスト粒子の除去に使用する方法に応じて、ガス洗浄のウェットシステムとドライシステムに分類されます。乾式システムは、より少ない水と電気を使用します。ウェットタイプと比較して、圧力損失が少なく、ガス温度が約50℃高くなっています。乾式ガス洗浄では、TRTシステムは通常30％多い電力を生成でき、最大60％多くの電力を生成できる可能性があります。したがって、乾式システムの方が経済的に有利であると見なされます。
タービンには、ラジアルタービンと軸流タービンの2種類があります。現在、軸流タービンは、大量の流量を処理するのにより適しているため、TRTで広く使用されています。 TRTは通常、軸流反応設計の多段可変型膨張タービンであり、通常、水平分割ケーシングと3,000rpmのガバナ速度を備えています。 TRTは通常、ブラシレス励起同期発電機を採用しています。発電機は通常、接続されるタービンによって課せられるすべての負荷条件下で動作するように適切に設計されています。 TRT発電機は通常6.6kVで発電し、その後6.6kV /33kV昇圧変圧器を介して33kVに昇圧します
トッププレッシャーの安定性は非常に重要です。上部圧力のわずかな変動は、BFの操作に有利です。最高圧力は、BFガス量の増減に応じてタービンの第1段ステータブレードを開閉することで制御されます。従来のタービンでは、トップ圧力を制御するためにガバナバルブも組み合わせて使用されていました。しかしながら、ガバナバルブは、ステータブレードと比較してより大きな圧力損失を誘発するため、電力回収およびノイズ防止の観点から不利でした。そのため、現在広く使用されているシステムでは、ガバナバルブが不要になり、トップ圧力は第1段ステータブレードによってのみ制御されます。
ウェットおよびドライTRTシステムの典型的な概略フロー図を図1に示します。
図1ウェットおよびドライTRTシステムの一般的な概略フロー図
ダストがガス洗浄装置によって収集された後、クリーンなBFガスは、入口バタフライバルブと入口ゴーグルバルブを介してタービンに導かれます。緊急の場合は、通常閉のバイパスバルブと開いた緊急遮断バルブが使用されます。
TRTでは、タービンによって生成された機械的仕事が電力用の発電機に転送されます。低圧および低温のBFGは、出口ゴーグルバルブからガスラインに入ります。
TRTの操作は、（i）起動フェーズと（ii）通常の実行フェーズの2つのフェーズに分けることができます。始動段階では、油圧サブシステムなどのすべての準備をチェックする必要があります。次に、TRTを開始するための信号がBFオペレーターに送信されます。 BFオペレーターが要求に同意すると、インレットバタフライバルブと緊急遮断バルブが開きます。タービンの速度はインレットバタフライバルブによって制御され、トップガス圧力はセプタムバルブによって制御されます。タービンが必要な回転速度に達するまで、セプタムバルブはゆっくりと閉じられます。次に、起動フェーズが通常の実行フェーズに変わります。通常の運転段階では、トップガス圧力はタービンの第1段ステータブレードによって完全に調整されます。最高圧力は、タービンの第1段ステータブレードを開閉することによって制御されます。
所望のトップガス圧力およびトップガス量が利用できない状況下では、ガスはTRTをバイパスすることができます。回路内に設けられた密閉型高圧ゴーグルバルブは、TRTが完全に隔離されている状況下（メンテナンス段階など）で高炉の連続運転を保証します。
TRTシステムは、鉄鋼プラントの配電システムと同期させることができます。 TRTプラントは通常、年間350日間稼働する高炉と同じ可用性を備えています。 TRT発電所の補助消費量は非常に少ないです。
TRTは実績のある技術であり、その設置や運用にリスクはほとんどありません。 TRTシステムが何らかの理由で故障した場合、膨張するガスは既存のスクラバーに収容されます。これは、TRTシステムが設置されていない高炉では正常です。
高炉の運転に影響はなく、BFガスは消費されません。 BFガスは非常に可燃性であるため、通常、プラントの他の部分で他のプロセスの熱またはエネルギーを生成するために使用されます。 TRTシステムを設置すると、高炉ガスは効果的に2回エネルギーを生成します。1回はタービンで、もう1回は通常の目的で燃焼するときに発生します。
TRTは、プロセス廃ガス流で圧力エネルギーを利用できるため、よりクリーンでエネルギー効率の高い技術です。 TRTは、省エネと温室効果ガスの排出削減に使用されます。 TRTをインストールすることの経済的利点はかなりのものですが、環境上の利点も重要な考慮事項です。 TRTは、この技術を使用して発電するプロセスからの排出がゼロであるため、非常に持続可能です。プロセスは100％グリーンです。
つまり、TRTには次の機能があります。
- 鉄鋼プラントの高炉で使用される省エネ技術です
- 高炉の最高圧力を制御する機能を備えた発電装置です。
- 電力は、高炉で生成された高炉ガスを使用してタービンを駆動することによって生成されます。
- 発電に燃料は必要ありません。
- 燃料が燃焼しないため、CO2やその他の温室効果ガスが発生しません。
- TRTシステムは、発電量に応じたCO2削減に貢献します。
- TRTシステムは、従来のセプタムバルブと比較して騒音が少なく、高炉周辺の環境改善に貢献します
- TRTシステムの運用と保守には高度な技術は必要ないため、BFの運用と保守の担当者は簡単に実行できます。
- 操作に必要な水や窒素などは少量で、高炉用の既存の装置で簡単にカバーできます。
製造プロセス