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

1、鋼鐵工業(yè)是資源能源密集型產(chǎn)業(yè),多年來鋼鐵工業(yè)的能耗約占全國能源消費總量的10％,排位第三。高能耗不僅導致高成本,同時也造成資源的浪費和環(huán)境污染,嚴重影響鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此解決高能耗問題,應是鋼鐵工業(yè)今后結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點工作之一。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,對行業(yè)的降耗、減污和增效具有十分重要的現(xiàn)實意義。高爐煤氣鋼鐵工業(yè)的二次能源主要考慮有三個方面:鋼鐵生產(chǎn)中的可燃氣體、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,簡稱TRT)是利用高爐自身產(chǎn)生的高壓力煤氣,經(jīng)透平機膨脹作功,帶動發(fā)電機組發(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的配套設施;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不運行時,高爐煤氣通過減壓閥組后進入凈煤氣總管;TRT運行時,減壓閥組關閉,高爐煤氣引入TRT裝置,經(jīng)過各種大型閥門進入透平主機,經(jīng)膨脹作功,帶動發(fā)電機發(fā)電。在發(fā)電過程中,只利用高爐煤氣的壓力能,不消耗煤氣量。由于在TRT啟停過程中通過閥門的切換來控制高爐煤氣的流向,在此過程中容易引起管道的振動,對于管道及關聯(lián)設備帶來安全隱患。為保證TRT機組安全運行,消除安全事故隱患,非常有必要對于引起管道振動原因和解決方法進行研究和分析。

4、r>　　本論文以某鋼鐵公司TRT機組管道為模型,在查閱和參照大量國內(nèi)外管道振動分析的相關資料之后,實測了管道振動部位,分析了管道振動的原因、危害以及消除振動的措施。從計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics,簡稱CFD)和相關理論出發(fā),采用大型CFD分析軟件對TRT和管道進行三維建模,對管道在不同閥門開度情況下進行流體計算分析,并將計算結(jié)果作為應力計算分析前提,為優(yōu)化管道布置,解決管道振動提供了依據(jù)。

5、r>　　通過現(xiàn)場實地調(diào)研,發(fā)現(xiàn)TRT管道振動主要發(fā)生在TRT啟停過程當中,而在TRT正常運行時振動較小,因此對管道的建模主要在啟停過程中不同的閥門開度情況下進行分析,分別對閥門不同開度建立4個模型并利用FLUENT對這些模型進行計算分析,包括管道的壓力分布,速度分布,流場矢量,不同部位流線等。針對計算結(jié)果進行了詳細的對比分析,對于影響管道系統(tǒng)振動的原因進行了綜合分析、比較。
　　分析結(jié)果表明,高爐煤氣在TRT管道流動過程中在幾個重