Turbina de Recuperação de Pressão Superior de Gás de Alto Forno

Turbina de recuperação de alta pressão de gás de alto forno

Os altos-fornos modernos em usinas siderúrgicas operam com alta pressão de gás no topo. O gás de alto-forno (BF) que sai do BF no topo ainda mantém uma pressão de cerca de 1,6 kg/sq cm (g) a 3 kg/sq cm (g) e tem uma temperatura de cerca de 200 graus C.  Este gás BF que está saindo no topo de um BF é limpo para remover a poeira e o gás limpo é usado na usina siderúrgica como combustível para fins de aquecimento a uma pressão relativamente baixa. No processo, uma grande quantidade de energia de pressão é perdida através da válvula. A turbina de recuperação de pressão superior de gás BF (TRT) é um mecanismo que utiliza o calor do gás BF e a energia de pressão para acionar uma turbina. O trabalho gerado pela turbina é transferido para um gerador e convertido em energia elétrica. O TRT gera energia explorando uma propriedade conhecida de todos os gases que é a expansão do volume do gás com a redução de sua pressão. O sistema compreende um equipamento de coleta de poeira, uma turbina a gás e um gerador.





O TRT é basicamente uma medida de economia de energia no BF que utiliza a energia de pressão residual do gás de topo do BF para gerar energia elétrica. Uma unidade TRT pode produzir cerca de 15 a 60 kWh/t de metal quente (HM). Sua saída pode atender cerca de 30% da potência necessária por todos os equipamentos (incluindo o soprador de ar) do BF. O gás BF que sai da unidade TRT ainda pode ser utilizado como combustível na siderúrgica.

Durante o processo de fabricação do ferro, o gás BF com alta pressão e temperatura é produzido no alto-forno. Na prática convencional, a energia do gás BF é desperdiçada pela redução da pressão na válvula do septo. Equipar a unidade TRT é a melhor maneira de recuperar a pressão e as energias térmicas do gás BF. A unidade TRT é normalmente instalada a jusante do equipamento de limpeza de gás para um alto-forno. Normalmente é econômico equipar com TRT os altos-fornos com capacidades superiores a 1.000 cum.

O sistema TRT é um sistema de geração de energia, que converte a energia física do gás top BF de alta pressão em eletricidade usando uma turbina de expansão. Embora a diferença de pressão seja baixa, os grandes volumes de gás tornam a recuperação economicamente viável. A tecnologia chave do TRT é garantir a operação estável e de alta eficiência da turbina de expansão na condição de alto-forno empoeirado, sem prejudicar a operação do BF.

Existem vários parâmetros-chave para uma unidade TRT que determinam o desempenho do TRT e a potência de saída dele. Esses parâmetros-chave são fornecidos abaixo.

• Volume de gás de topo BF
• Pressão do gás BF no topo do alto-forno
• Queda de pressão na planta de limpeza de gás (GCP)
• Temperatura do gás BF após o GCP
• Pressão do gás BF na saída do TRT
• Qualidade do gás BF no topo do alto-forno
• Eficiência do TRT
• Eficiência do gerador acoplado ao TRT

O gás de topo do alto-forno normalmente contém cerca de 5 g/N cum pó e deve ser passado por uma planta de limpeza de gás (GCP) para reduzir a quantidade de pó abaixo de 5 mg/N cum. A redução do teor de poeira é necessária para o bom funcionamento do TRT.

Os sistemas de gás top BF com unidades TRT são categorizados como sistemas de limpeza de gás úmido e seco, dependendo do método usado para remover as partículas de poeira. Os sistemas secos usam menos água e eletricidade. Eles têm menos queda de pressão e a temperatura do gás é mais alta em cerca de 50 graus C em comparação com o sistema do tipo úmido. Com a limpeza de gás do tipo seco, o sistema TRT normalmente pode produzir 30% mais energia com possibilidade de gerar até 60% mais energia. Os sistemas secos são, portanto, considerados como tendo uma economia mais favorável.

Existem dois tipos de turbinas:turbinas radiais e axiais. Atualmente, as turbinas axiais são amplamente utilizadas no TRT por serem mais apropriadas para lidar com um grande volume de vazão. O TRT é geralmente uma turbina de expansão do tipo variável de vários estágios com design de reação de fluxo axial e normalmente é fornecida com carcaça dividida horizontal e uma velocidade do regulador de 3.000 rpm. TRT normalmente adota gerador de energia síncrona de excitação sem escova. O gerador geralmente é projetado adequadamente para operar sob todas as condições de carga impostas pela turbina à qual será conectado. O gerador TRT geralmente gera a 6,6 kV e depois aumenta para 33 kV através do transformador elevador de 6,6 kV/33 kV

A estabilidade da pressão máxima é de fundamental importância. A pequena flutuação da pressão de topo é vantajosa para o funcionamento do BF. A pressão de topo é controlada abrindo ou fechando as pás do estator do 1º estágio da turbina de acordo com o aumento ou diminuição do volume de gás BF. Com uma turbina convencional, uma válvula reguladora também foi usada em combinação para controlar a pressão máxima. Uma válvula reguladora, no entanto, induz uma perda de pressão maior em comparação com as pás do estator e, portanto, era desvantajosa em relação à recuperação de energia e prevenção de ruído. Assim, no sistema amplamente utilizado atualmente, a válvula reguladora é eliminada e a pressão máxima é controlada apenas pelas pás do estator do 1º estágio.

O diagrama de fluxo esquemático típico para sistemas TRT úmidos e secos é mostrado na Fig. 1.

Fig 1 Diagrama de fluxo esquemático típico para sistema TRT úmido e seco

Depois que a poeira é coletada pelo equipamento de limpeza de gás, o gás BF limpo é conduzido para a turbina através de uma válvula borboleta de entrada e uma válvula de proteção de entrada. Válvulas de desvio normalmente fechadas e válvula de corte de emergência aberta são usadas para casos de emergência.

No TRT o trabalho mecânico gerado pela turbina é transferido para um gerador de energia elétrica. BFG com baixa pressão e temperatura entra na linha de gás através da válvula de proteção de saída.

A operação do TRT pode ser dividida em duas fases, a saber (i) fase de partida e (ii) fase de operação normal. Na fase de partida, todas as preparações, como o subsistema hidráulico, devem ser verificadas. Em seguida, um sinal para iniciar o TRT é enviado ao operador BF. Se o operador BF concordar com a solicitação, a válvula borboleta de entrada e a válvula de corte de emergência serão abertas. A velocidade da turbina é controlada pela válvula borboleta de entrada e a pressão do gás superior é controlada pelas válvulas de septo. Até que a turbina atinja a velocidade de rotação necessária, as válvulas do septo são fechadas lentamente. Em seguida, a fase de arranque transforma-se na fase de funcionamento normal. Na fase de funcionamento normal, a pressão do gás de topo é totalmente regulada pelas pás do estator do 1º estágio da turbina. A pressão máxima é controlada abrindo ou fechando as pás do estator do 1º estágio da turbina.

Em circunstâncias em que a pressão de gás de topo desejada e o volume de gás de topo não estejam disponíveis, os gases podem contornar o TRT. Válvula de proteção de alta pressão do tipo fechado, fornecida no circuito, garante a operação ininterrupta do alto-forno em circunstâncias de isolamento completo do TRT (por exemplo, durante a fase de manutenção).

O sistema TRT pode ser sincronizado com o sistema de distribuição de energia da siderúrgica. Usina de TRT normalmente tem a mesma disponibilidade do alto-forno que é de 350 dias de operação anual. O consumo auxiliar da usina TRT é muito baixo.

O TRT é uma tecnologia comprovada e há muito pouco risco em sua instalação ou operação. Se o sistema TRT falhar por qualquer motivo, o gás em expansão é acomodado no depurador existente. Isso é normal em altos-fornos que não possuem sistema TRT instalado.

Não há influência na operação do alto-forno e o gás BF não é consumido. Como o gás BF é muito combustível, normalmente é utilizado em outras partes da planta para gerar calor ou energia para outros processos. Com o sistema TRT instalado, o gás BF efetivamente gera energia duas vezes – uma vez na turbina e outra quando é queimado para sua finalidade usual.

O TRT é uma tecnologia mais limpa e energeticamente eficiente, pois permite a utilização de energia de pressão no fluxo de gás residual do processo. TRT é usado para conservação de energia e para reduzir a emissão de gases de efeito estufa. Embora os benefícios econômicos da instalação do TRT sejam consideráveis, as vantagens ambientais também são uma consideração importante. O TRT é muito sustentável, pois há zero emissões do processo de produção de eletricidade usando essa tecnologia. O processo é 100% verde.

Em suma, o TRT possui os seguintes recursos.

• É uma tecnologia de economia de energia utilizada em um alto-forno de uma siderúrgica
• É um equipamento gerador de energia equipado com a função de controlar a pressão máxima de um alto-forno.
• A energia é gerada acionando uma turbina usando gás de alto-forno gerado em um alto-forno.
• Não é necessário combustível para a geração de energia.
• Como nenhum combustível é queimado, não há geração de CO2 ou outros gases de efeito estufa.
• O sistema TRT contribui para a redução de CO2 de acordo com o volume de geração de energia.
•  O sistema TRT gera menos ruído em comparação com uma válvula de septo convencional, contribuindo para a melhoria do ambiente ao redor de um alto-forno
• Nenhuma tecnologia sofisticada é necessária para operação e manutenção do sistema TRT e, portanto, pode ser facilmente executada pelo pessoal de operação e manutenção da BF.
• Somente pequenas quantidades de água, nitrogênio, etc. são necessárias para a operação, que podem ser facilmente cobertas por equipamentos existentes para um alto-forno.





Fatores que afetam a taxa de coque em um alto-forno Design de Passe de Rolo