CN108802486B - 测量和改善发电过程中trt系统能效的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流体节能技术领域，旨在提供一种测量和改善发电过程中TRT系统能效的方法。其中，测量发电过程中TRT系统能效包括：利用计量仪表或传感器采集高炉煤气余压透平发电系统在发电过程中的运行数据，并通过信号线传递至工控机；运行于工控机的软件模块接收运行数据并计算TRT系统的发电效率，并将实时结果显示在显示屏上；改善TRT系统发电效率的方法，是对TRT系统中的煤气入口压力、煤气入口温度、TRT入口静叶角度的运行参数进行调整，以改善TRT系统的发电效率。本发明可依据机组的需求及运行状态对其进行性能的在线分析和计算，方便有效测量TRT系统在运行状态下的发电效率，为机组的运行调整或技术改造提供量化依据。测量简单方便，时间短，准确性高。

Description

测量和改善发电过程中TRT系统能效的方法
技术领域
本发明属于流体节能技术领域，具体涉及测量和改善发电过程中TRT系统能效的方法。
背景技术
高炉煤气余压透平发电装置(即TRT)是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功,将其转化为机械能，再将机械能转化为电能。原本的高炉煤气通过洗涤和除尘，再经过减压阀组，将170KPa左右的压力减弱到合适水平送至用户，这个过程使高炉煤气余压白白消耗掉了。通过TRT机组，可以将煤气余压转换成电能，然后再送至最终用户，把原本没有用的余压转换成了电能，可以获得一定的经济效益。
为了达到节能目标，应明确气动系统内部的能量分配以及各环节的损失情况，借鉴实际经验，制定相应的行之有效的节能措施，深入开展气动节能活动，将对各用户，企业实现总节能目标具有重要意义。但是，由于TRT发电系统运行参数复杂，目前尚无针对TRT系统在发电过程中能效的测量方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种测量和改善发电过程中TRT系统能效的方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种测量发电过程中TRT系统能效的方法，包括以下步骤：
(1)利用计量仪表或传感器采集高炉煤气余压透平发电系统(即TRT系统)在发电过程中的运行数据，并通过信号线传递至工控机；
(2)运行于工控机的软件模块接收运行数据，按下述公式计算TRT系统的发电效率η，并将实时结果显示在显示屏上；
Figure BDA0001742941690000011
Figure BDA0001742941690000012
或者
Figure BDA0001742941690000021
式中：P有功功率为实际测量得到的发电功率；P气动功率为单位时间内高炉煤气对外做功的能力；
Figure BDA0001742941690000022
是指对有效能E的微分；其中E为TRT高炉发电的有效能，即发电系统对外做功的能力；t为高炉煤气的温度，单位℃；pa为大气绝对压力，101.3kPa；Qa为煤气在标准状态下的体积流量，单位为m3/s；ps为煤气进口绝对压力，kPa；k为高炉煤气的比热比；θs为煤气进口绝对温度，单位K；θa为标准状态下大气的温度，293.15K；Q为高炉煤气的体积流量，升/s；P出为RT系统中透平机的出口压力，kPa；P入为RT系统中透平机的入口压力，kPa。
本发明中，所述高炉煤气的比热比k是通过下述方法获得的：
(1)利用气体取样装置抽取高炉煤气，送入气相色谱仪后获得在线测量结果：
高炉煤气中各气体成分所占的体积比为：
H2：M1％；CO：M2％；CO2：M3％；N2：M4％；H2O：M5％；
(2)将气相色谱仪的在线测量结果传送至工控机，由内置软件模块按下述公式计算获得高炉煤气的比热比k：
Figure BDA0001742941690000023
当高炉煤气的温度t<626.9℃时，上式中各气体成份的比热比为：
Figure BDA0001742941690000024
cco＝(0.3103+0.0124t×10-3+0.01786t2×10-6)×4.186；
Figure BDA0001742941690000025
Figure BDA0001742941690000026
Figure BDA0001742941690000027
本发明进一步提供了利用前述测量结果改善TRT系统发电效率的方法，是对TRT系统中的煤气入口压力、煤气入口温度、TRT入口静叶角度的运行参数进行调整，以改善TRT系统的发电效率；在调整时，采用调节设备运行参数的方式，或对设备进行技术改造以实现设备运行参数的调节。
发明原理描述：
首先，为测量高炉煤气余压透平发电系统(即TRT系统)发电效率，本发明引入了气动功率(P气动功率)的概念。气动功率是指单位时间内高炉煤气的有效能，而有效能是指高炉煤气具有的对外做功的能力。
本发明提出了两种计算气动功率的方法：
Figure BDA0001742941690000031
或者
Figure BDA0001742941690000032
其次，比热比是描述气体热力学性质的一个重要参数，定义为定压比热Cp与定容比热Cv之比，通常用符号γ表示，即γ＝Cp/Cv，本发明中用k表示高炉煤气的比热比。Cp为定压比热，即为在等压过程中，1mol气体温度升高(或降低)1K时所吸收或放出的热量；Cv为定容比热，即为在等容过程中，1mol气体温度升高(或降低)1K时所吸收或放出的热量。
高炉煤气是由混合气体组成的，其比热比值不能由单一气体的比热比值代替。
例如，经测定某高炉煤气中各气体成分所占的体积比为：
H2：2.3％；CO：23.4％；CO2:14.6％；N2：54.7％；H2O：5％
当t<626.9℃时，各气体成份的比热比计计算公式如下，
Figure BDA0001742941690000033
cco＝(0.3103+0.0124t×10-3+0.01786t2×10-6)×4.186；
Figure BDA0001742941690000034
Figure BDA0001742941690000035
Figure BDA0001742941690000036
应用上述公式，计算高炉煤气温度为125℃时的比热比值：
k＝1.7472×14.6％+1.3086×54.7％+1.3086×23.4％+1.2996×2.3％+1.5076×5％＝1.3498。
与现有技术相比，本发明具有如下的技术特点：
(1)本发明可以在满足TRT系统工艺要求的前提下，依据机组的需求及运行状态对其进行性能的在线分析和计算，从而方便有效的测量TRT系统在运行状态下的发电效率，为机组的运行调整或技术改造提供量化依据。
(2)只需少量现场数据参数的采集，测量过程简单方便，所需时间较短，结果准确性高而可靠。
(3)可根据实际数据经验进行参数调整，有助于明确气动系统内部的能量损失，推动气动节能的深入探究，从而推动解决气动系统效率偏低的问题。
具体实施方式
以下结合具体实例，对本发明的实现方式进行描述：
(1)选取某钢厂运行中的TRT系统，对现场运行数据和高炉煤气组分进行测量，并将相关实时数据传送至工控机进行计算，汇总有关数据或结果如下：
Qa＝383900万m3/h＝383900/3600m3/s＝106.6m3/s
ps＝208.3pa+pa＝208.3+101.3Kpa＝309.6kpa
θs＝136.1℃＝136.1+273.15K＝409.25K
k＝1.36
P出＝12.3+101.3kpa＝113.6kpa
P入＝207.5+101.3kpa＝308.8kpa
P有功功率＝7472KW
(2)根据方法一：
Figure BDA0001742941690000041
得：
P气动功率＝101.3×1000×106.6×[ln(309.6/101.3)+(1.3498/(1.3498-1))×((409.25-293.15)/293.15-ln(409.25/293.15))＝14665(单位KW)
η＝7472/14882＝50.95％
(3)根据方法二：
Figure BDA0001742941690000042
P气动功率＝1.3498×(136.1+273.15)×106.6×1000×[1-(113.6/308.8)0.2591]＝13444(单位KW)
η＝7472/13444＝55.58％
注：此处Q的单位为升/s；
在获得上述测量结果后，与TRT系统的初始设计指标对比发电效率偏低。最终确认，通过对TRT系统中的煤气入口压力、煤气入口温度、TRT入口的静叶角度等运行参数进行调整，以改善TRT系统的发电效率；在调整时，可以采用对设备进行技术改造的方式实现设备运行参数的调节，进而改善TRT系统的发电效率。

Claims (3)

1.一种测量发电过程中TRT系统能效的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用计量仪表或传感器采集高炉煤气余压透平发电系统在发电过程中的运行数据，并通过信号线传递至工控机；
(2)运行于工控机的软件模块接收运行数据，按下述公式计算TRT系统的发电效率η，并将实时结果显示在显示屏上；
Figure FDA0002420077870000011
Figure FDA0002420077870000012
或者
Figure FDA0002420077870000013
式中：P有功功率为实际测量得到的发电功率；P气动功率为单位时间内高炉煤气对外做功的能力；
Figure FDA0002420077870000014
是指对有效能E的微分；其中E为TRT高炉发电的有效能，即发电系统对外做功的能力；t为高炉煤气的温度，单位℃；pa为大气绝对压力，101.3kPa；Qa为煤气在标准状态下的体积流量，单位为m3/s；ps为煤气进口绝对压力，kPa；k为高炉煤气的比热比；θs为煤气进口绝对温度，单位K；θa为标准状态下大气的温度，293.15K；Q为高炉煤气的体积流量，升/s；P出为RT系统中透平机的出口压力，kPa；P入为RT系统中透平机的入口压力，kPa。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高炉煤气的比热比k是通过下述方法获得的：
(1)利用气体取样装置抽取高炉煤气，送入气相色谱仪后获得在线测量结果：
高炉煤气中各气体成分所占的体积比为：
H2：M1％；CO：M2％；CO2：M3％；N2：M4％；H2O：M5％；
(2)将气相色谱仪的在线测量结果传送至工控机，由内置软件模块按下述公式计算获得高炉煤气的比热比k：
Figure FDA0002420077870000019
当高炉煤气的温度t<626.9℃时，上式中各气体成分的比热比计算公式为：
Figure FDA0002420077870000015
cco＝(0.3103+0.0124t×10-3+0.01786t2×10-6)×4.186；
Figure FDA0002420077870000016
Figure FDA0002420077870000017
Figure FDA0002420077870000018
3.利用权利要求1中TRT系统的发电效率的计算结果改善TRT系统发电效率的方法，其特征在于，是对TRT系统中的煤气入口压力、煤气入口温度、TRT入口静叶角度的运行参数进行调整，以改善TRT系统的发电效率；在调整时，采用调节设备运行参数的方式，或对设备进行技术改造以实现设备运行参数的调节。
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