高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置管道流體數(shù)值模擬及振動(dòng)分析.pdf

1、鋼鐵工業(yè)是資源能源密集型產(chǎn)業(yè),多年來(lái)鋼鐵工業(yè)的能耗約占全國(guó)能源消費(fèi)總量的10％,排位第三。高能耗不僅導(dǎo)致高成本,同時(shí)也造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染,嚴(yán)重影響鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此解決高能耗問(wèn)題,應(yīng)是鋼鐵工業(yè)今后結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn)工作之一。根據(jù)鋼鐵工業(yè)目前狀況可知,二次能源的利用潛力是很大的,作好其回收與利用工作,對(duì)行業(yè)的降耗、減污和增效具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。高爐煤氣鋼鐵工業(yè)的二次能源主要考慮有三個(gè)方面:鋼鐵生產(chǎn)中的可燃?xì)怏w、余熱和余壓(主

2、要是高爐爐頂余壓)。
　　在高爐爐頂余壓利用中普遍采用的是高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置(TOP gas pressure Recovergy Turbine,簡(jiǎn)稱(chēng)TRT)是利用高爐自身產(chǎn)生的高壓力煤氣,經(jīng)透平機(jī)膨脹作功,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。與常規(guī)火力發(fā)電相比,省去了燃煤鍋爐及各種相應(yīng)的配套設(shè)施;不需要燃料,也不消耗煤氣,可節(jié)省大量能源。
　　TRT發(fā)電主要利用高爐煤氣的壓力能。TRT是與高爐減壓閥組、脫水器并聯(lián)的一套透平發(fā)電裝置。

3、TRT不運(yùn)行時(shí),高爐煤氣通過(guò)減壓閥組后進(jìn)入凈煤氣總管;TRT運(yùn)行時(shí),減壓閥組關(guān)閉,高爐煤氣引入TRT裝置,經(jīng)過(guò)各種大型閥門(mén)進(jìn)入透平主機(jī),經(jīng)膨脹作功,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在發(fā)電過(guò)程中,只利用高爐煤氣的壓力能,不消耗煤氣量。由于在TRT啟停過(guò)程中通過(guò)閥門(mén)的切換來(lái)控制高爐煤氣的流向,在此過(guò)程中容易引起管道的振動(dòng),對(duì)于管道及關(guān)聯(lián)設(shè)備帶來(lái)安全隱患。為保證TRT機(jī)組安全運(yùn)行,消除安全事故隱患,非常有必要對(duì)于引起管道振動(dòng)原因和解決方法進(jìn)行研究和分析。

4、r>　　本論文以某鋼鐵公司TRT機(jī)組管道為模型,在查閱和參照大量國(guó)內(nèi)外管道振動(dòng)分析的相關(guān)資料之后,實(shí)測(cè)了管道振動(dòng)部位,分析了管道振動(dòng)的原因、危害以及消除振動(dòng)的措施。從計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,簡(jiǎn)稱(chēng)CFD)和相關(guān)理論出發(fā),采用大型CFD分析軟件對(duì)TRT和管道進(jìn)行三維建模,對(duì)管道在不同閥門(mén)開(kāi)度情況下進(jìn)行流體計(jì)算分析,并將計(jì)算結(jié)果作為應(yīng)力計(jì)算分析前提,為優(yōu)化管道布置,解決管道振動(dòng)提供了依據(jù)。

5、r>　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研,發(fā)現(xiàn)TRT管道振動(dòng)主要發(fā)生在TRT啟停過(guò)程當(dāng)中,而在TRT正常運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較小,因此對(duì)管道的建模主要在啟停過(guò)程中不同的閥門(mén)開(kāi)度情況下進(jìn)行分析,分別對(duì)閥門(mén)不同開(kāi)度建立4個(gè)模型并利用FLUENT對(duì)這些模型進(jìn)行計(jì)算分析,包括管道的壓力分布,速度分布,流場(chǎng)矢量,不同部位流線等。針對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析,對(duì)于影響管道系統(tǒng)振動(dòng)的原因進(jìn)行了綜合分析、比較。
　　分析結(jié)果表明,高爐煤氣在TRT管道流動(dòng)過(guò)程中在幾個(gè)重