Turbina de recuperación de presión superior de gas de alto horno

Turbina de recuperación de presión superior de gas de alto horno

Los altos hornos modernos en las plantas siderúrgicas funcionan con una presión de gas superior alta. El gas del alto horno (BF) que sale del BF en la parte superior todavía mantiene una presión de alrededor de 1,6 kg/cm2 (g) a 3 kg/cm2 (g) y tiene una temperatura de alrededor de 200 °C. Este gas BF que que sale por la parte superior de un BF se limpia para eliminar el polvo y el gas limpio se utiliza en la planta siderúrgica como combustible para fines de calefacción a una presión relativamente baja. En el proceso, se pierde una gran cantidad de energía de presión a través de la válvula. La turbina de recuperación de presión superior (TRT) de gas BF es un mecanismo que utiliza el calor y la energía de presión del gas BF para impulsar una turbina. El trabajo generado por la turbina se transfiere a un generador y se convierte en energía eléctrica. TRT genera energía mediante la explotación de una propiedad conocida de todos los gases que es la expansión del volumen de gas con la reducción de su presión. El sistema comprende un equipo colector de polvo, una turbina de gas y un generador.

TRT es básicamente una medida de ahorro de energía en el BF que utiliza la energía de presión residual del gas superior del BF para generar energía eléctrica. Una unidad TRT puede producir alrededor de 15 a 60 kWh/t de metal caliente (HM). Su salida puede satisfacer alrededor del 30 % de la potencia que necesita todo el equipo (incluido el soplador de aire) del BF. El gas BF que sale de la unidad TRT todavía se puede utilizar como combustible en la planta siderúrgica.

Durante el proceso de fabricación de hierro, se produce gas BF con alta presión y temperatura en el alto horno. En la práctica convencional, la energía del gas BF se desperdicia mediante la reducción de presión en la válvula de septum. Equipar la unidad TRT es la mejor manera de recuperar la presión y las energías térmicas del gas BF. La unidad TRT normalmente se instala aguas abajo del equipo de limpieza de gas para un alto horno. Normalmente es económico equipar con TRT los altos hornos con capacidades superiores a 1.000 cum.

El sistema TRT es un sistema de generación de energía que convierte la energía física del gas superior BF a alta presión en electricidad mediante el uso de una turbina de expansión. Aunque la diferencia de presión es baja, los grandes volúmenes de gas hacen que la recuperación sea económicamente factible. La tecnología clave de TRT es asegurar el funcionamiento estable y de alta eficiencia de la turbina de expansión en condiciones de alto horno polvoriento, sin obstaculizar el funcionamiento del BF.

Hay varios parámetros clave para una unidad TRT que determinan el rendimiento de la TRT y la potencia de salida de la misma. Estos parámetros clave se dan a continuación.

• Volumen de gas superior BF
• Presión del gas BF en la parte superior del alto horno
• Caída de presión en la planta de limpieza de gas (GCP)
• Temperatura del gas BF después del GCP
• Presión de gas BF a la salida del TRT
• Calidad del gas BF en la parte superior del alto horno
• Eficiencia de TRT
• Eficiencia del generador acoplado al TRT

El gas superior del alto horno normalmente contiene alrededor de 5 g/N cum de polvo y debe pasar a través de una planta de limpieza de gas (GCP) para reducir la cantidad de polvo por debajo de 5 mg/N cum. La reducción del contenido de polvo es necesaria para el correcto funcionamiento de TRT.

Los sistemas de gas BF top con unidades TRT se clasifican como sistemas húmedos y secos de limpieza de gas, según el método que utilicen para eliminar las partículas de polvo. Los sistemas secos usan menos agua y electricidad. Tienen menos caída de presión y la temperatura del gas es más alta en alrededor de 50 grados C en comparación con el sistema de tipo húmedo. Con la limpieza de gas de tipo seco, el sistema TRT normalmente puede producir un 30 % más de energía con la posibilidad de generar hasta un 60 % más de energía. Por lo tanto, se considera que los sistemas secos tienen una economía más favorable.

Hay dos tipos de turbinas:turbinas radiales y axiales. Actualmente, las turbinas axiales son ampliamente utilizadas en TRT porque son más apropiadas para tratar con un gran volumen de flujo. La TRT suele ser una turbina de expansión de tipo variable multietapa con un diseño de reacción de flujo axial y normalmente se proporciona con una carcasa dividida horizontal y una velocidad del regulador de 3000 rpm. TRT normalmente adopta un generador de energía síncrono de excitación sin escobillas. El generador suele estar diseñado adecuadamente para operar en todas las condiciones de carga impuestas por la turbina a la que se conectará. El generador TRT generalmente genera a 6,6 kV y luego aumenta a 33 kV a través de un transformador elevador de 6,6 kV/33 kV

La estabilidad de la presión superior es de vital importancia. La pequeña fluctuación de la presión superior es ventajosa para el funcionamiento de BF. La presión superior se controla abriendo o cerrando los álabes del estator de la primera etapa de la turbina de acuerdo con el aumento o la disminución del volumen de gas BF. Con una turbina convencional, también se utilizó una válvula reguladora en combinación para controlar la presión máxima. Sin embargo, una válvula reguladora induce una mayor pérdida de presión en comparación con las palas del estator y, por lo tanto, era desventajosa en vista de la recuperación de energía y la prevención del ruido. Por lo tanto, en el sistema ampliamente utilizado ahora, se elimina la válvula del gobernador y la presión superior es controlada solo por las palas del estator de la primera etapa.

El diagrama de flujo esquemático típico para sistemas TRT húmedos y secos se muestra en la Fig. 1.

Fig. 1 Diagrama de flujo esquemático típico para el sistema TRT húmedo y seco

Una vez que el equipo de limpieza de gas recolecta el polvo, el gas BF limpio se conduce a la turbina a través de una válvula de mariposa de entrada y una válvula de goggle de entrada. Las válvulas de derivación normalmente cerradas y la válvula de cierre de emergencia abierta se utilizan para casos de emergencia.

En el TRT el trabajo mecánico generado por la turbina se transfiere a un generador de energía eléctrica. BFG con baja presión y temperatura ingresa a la línea de gas a través de la válvula de salida de las gafas protectoras.

El funcionamiento de TRT se puede dividir en dos fases, a saber, (i) fase de inicio y (ii) fase de funcionamiento normal. En la fase de puesta en marcha, se deben comprobar todos los preparativos, como el subsistema hidráulico. Luego, se envía una señal para iniciar TRT al operador BF. Si el operador de BF está de acuerdo con la solicitud, se abrirán la válvula de mariposa de entrada y la válvula de cierre de emergencia. La velocidad de la turbina está controlada por la válvula de mariposa de entrada y la presión de gas superior está controlada por las válvulas de septum. Hasta que la turbina alcanza la velocidad de rotación requerida, las válvulas de septum se cierran lentamente. A continuación, la fase de puesta en marcha se convierte en la fase de funcionamiento normal. En la fase de funcionamiento normal, la presión de gas superior está totalmente regulada por las palas del estator de la primera etapa de la turbina. La presión máxima se controla abriendo o cerrando los álabes del estator de la primera etapa de la turbina.

En circunstancias en las que la presión de gas superior deseada y el volumen de gas superior no estén disponibles, los gases pueden pasar por alto el TRT. La válvula de goggle de alta presión de tipo cerrado, provista en el circuito, asegura el funcionamiento ininterrumpido del alto horno en circunstancias de aislamiento completo del TRT (por ejemplo, durante la fase de mantenimiento).

El sistema TRT se puede sincronizar con el sistema de distribución de energía de la planta siderúrgica. La planta TRT suele tener la misma disponibilidad que el alto horno, que es de 350 días de operación anual. El consumo auxiliar de la central TRT es muy bajo.

TRT es una tecnología probada y hay muy poco riesgo en su instalación u operación. Si el sistema TRT falla por algún motivo, el gas en expansión se acomoda en el depurador existente. Esto es normal en los altos hornos que no tienen instalado un sistema TRT.

No hay influencia en el funcionamiento del alto horno y el gas BF no se consume. Como el gas BF es muy combustible, normalmente se utiliza en otras partes de la planta para generar calor o energía para otros procesos. Con el sistema TRT instalado, el gas BF genera energía dos veces:una vez en la turbina y otra vez cuando se quema para su propósito habitual.

TRT es una tecnología más limpia y eficiente desde el punto de vista energético, ya que permite la utilización de energía de presión en la corriente de gas residual del proceso. TRT se utiliza para la conservación de energía y para reducir la emisión de gases de efecto invernadero. Si bien los beneficios económicos de instalar TRT son considerables, las ventajas ambientales también son una consideración importante. TRT es muy sostenible ya que hay cero emisiones del proceso de producción de electricidad utilizando esta tecnología. El proceso es 100 % verde.

En resumen, TRT tiene las siguientes características.

• Es una tecnología de ahorro de energía utilizada en un alto horno de una planta siderúrgica
• Es un equipo de generación de energía equipado con una función para controlar la presión superior de un alto horno.
• La energía se genera impulsando una turbina usando gas de alto horno generado en un alto horno.
• No se necesita combustible para generar energía.
• Dado que no se quema combustible, no se genera CO2 ni otros gases de efecto invernadero.
• El sistema TRT contribuye a la reducción de CO2 de acuerdo con el volumen de generación de energía.
•  El sistema TRT genera menos ruido en comparación con una válvula de septum convencional, lo que contribuye a mejorar el entorno alrededor de un alto horno
• No se necesita tecnología sofisticada para la operación y el mantenimiento del sistema TRT y, por lo tanto, el personal de operación y mantenimiento de BF puede realizarlo fácilmente.
• Solo se requieren pequeñas cantidades de agua, nitrógeno, etc. para la operación, que pueden cubrirse fácilmente con el equipo existente para un alto horno.






Factores que afectan la tasa de coque en un alto horno Diseño de pase de rollo