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1、铁合金高效余热发电技术及应用睇达西北铁合金有限贡任公司矿热炉余热发电项目介绍DW铁合金高效余热发电技术及应用x铁合金高效余热发电技术及应用1、 前言：铁合金属于高耗能行业，其冶炼耗能已超过全国工业能耗的2%。目前，我国能源 生产的增长速度还难以适应国民经济发展的要求，能源价格仍呈上升趋势，能源费用占 企业生产总成本30%以上，铁合金企业面临着不小的挑战。利用好铁合金生产过程中 的大量余热，将是保障铁合金工业健康发展的有力手段。铁合金行业中又以硅铁生产的能耗最为突出，虽然硅铁生产的产量只约占铁合金总 量的1/3,但其消耗的电能却占整个铁合金工业的一半以上。所以本文以硅铁冶炼的余 热发电利用作为重
2、点进行论述。在硅铁冶炼过程中，输入电炉能量的45%为电能，其余的大部分来自于冶炼化学反 应。可以利用的能量主要有电炉尾气的显热和合金显热。硅铁电炉烟气中大量热能（大 约为总输入热量的50%）如果不利用将被烟气带走排入大气。当前，节能减排己成为我国的基本国策，而铁合金、电石、水泥行业又正是典型的 高能耗行业，在这些行业里推广余热回收发电技术有利于降低企业能耗，提高能源利用 效率。国家对铁合金行业的电价优惠全部取消后，2010年发改委下达文件，自6月1 日起，将限制类企业执行的电价加价标准由现行每千瓦时0.05元提高到0.10元，淘汰 类企业执行的电价加价标准由现行每千瓦时0. 20元提高到0.
3、30元，今年国家会制定科 学的节能减排方法，将继续执行差别电价，设备先进的、能耗低的给予优惠政策，能耗 高的，节能减排不达标的实行惩罚性上涨电价等，在用电成本增加的情况下，铁合金、 电石、水泥等企业余热回收发电项目的投资回收期将进一步缩短，高效余热发电技术将 会有更好的发展前景。2、 技术发展趋势近几年，我国铁合金工业迅猛发展，产能和产量快速增长，我国己成为世界第一铁 合金生产、消费和出口大国。同时，我国的铁合金生产设备更新换代步伐也在加快，装 备技术正向大型化和自动化发展，涌现出的一批新工艺对铁合金工业发展起到了很大推 动作用。尽管如此，我国铁合金工业运行和发展中仍存在一些亟待解决的突出矛盾
4、和问题， 如生产能力过剩、工艺装备技术落后、产业集中度偏低等。国家有关部门多次出台铁合 金行业相关政策，以淘汰落后产能、节能减排、调整结构为发展重点。在铁合金生产过程中，会产生大量余热。鉴于铁合金生产过程工艺比较成熟，对生 产过程中产生余热加以利用，将成为铁合金工艺节能的主要研究方向之一。硅铁是以焦炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的。生产一吨硅铁 电能消耗约为：8400-9000kwh/t o铁合金企业常用的废气余热利用方式归纳起来主要有以下几种：1 .使用换热器；2 .余热锅炉；3 .余热发电（热电联产）；4 .余热制冷。由于国家对限制类和淘汰类企业执行电价加价政策，甚至拉闸限
5、电，加上国内能源 紧张电价一直呈上涨趋势，铁合金企业采用废气余热发电的方式成为首选。硅铁矿热炉烟气余热发电的核心技术包括：1 .余热锅炉进出口烟气参数的确定；2 .余热电站热力系统及参数的确定；3 .余热锅炉的清灰技术的确定；4 .余热锅炉的高效换热技术的确定；根据铁合金矿热炉不同形式，余热发电热力系统可以考虑采用单压余热发电、双压 余热发电、闪蒸余热发电、中温中压余热发电、联合循环余热发电等技术。硅铁电炉烟气中的硅灰（sio）：极细，其微小的颗粒被称为硅微粉，平均粒径 O.lS-O.ZOjim,比表面积为1500020000m2/Kg,具有极强的表面活性，对于余热锅炉受 热面其有着极强粘附力
6、和非常高的热阻。受热外管壁粘灰后大大降低了热交换率，这是 一个非常棘手的问题。锅炉受热面清灰方式包括：钢珠清灰、机械振打、激波、燃气爆燃等等。无论采用哪种余热发电热力系统和清灰方式，首先需要考虑在同规模矿热炉或同等 的余热条件下，选择余热转换为电能效率最高的技术，即选择余热发电站的余热发电效 率最高的技术。目前的几项应用技术指标比较见表1：幢表1硅铁合金矿热炉余热发电技术比较表企业名称硅铁矿 热炉炉 容量单台 电炉 烟气万 Nm3/h废气 温 度配余热锅炉发电装机容量I MW)清灰 方式/ 锅炉 结构青海百通硅铁厂3x1250 0KVA约370-4301*3机械 刷灰 加激 波/锅 炉非 自带
7、 除氧器鄂尔多斯冶金有限8x2500 0KVA12约370-430（两台电炉 配一台锅 炉）产汽量：18.5t/h,1.35MPa, t=340排烟温度大 于 150 2*9机械 振打 为主，燃气 爆燃 为辅/ 真空 除氧责任公司青海物通集团实业有限公司2*1400 OkVA400-850排烟温度大 于 150 1*3机械 钢刷腾达西北铁合金有限责2x2500 0KVA12-14（实 际9）430- 480 （实 际330- 470）（单台电炉配一台锅炉）产汽量：16.5t/h,2.0MPa, t=40010aC（实际约380） 排烟温度：150匕 （实际排烟温度：B4C）1*7.5侠际运行约
8、5.6MW)钢珠 清灰/ 立式 余热 锅炉 自带 除氧器任 公 司期腾达西北铁合金有限责任公司二期4x2500 0KVA12-14（实 际11）430- 480 （实 际360- 480）（单台电炉配一台锅炉）产汽量：16.5t/h,2.0MPa, t=40010-C（实际约380） 排烟温度：150C （实际排烟温度：B4C）1*15 傻际运行约1 1.1 2MW)钢珠 清灰/ 立式 余热 锅炉 自带 除氧器从以上的工程业绩比较，我们可以看出：采用,钢珠清灰的技术指标具有明显的优势，单位硅铁合金产量所对应的发电量最高。自带除氧器可以明显降低余热发电锅炉的排烟温度，因为在锅炉尾部设置了除氧加热
9、器受热面，充分利用锅炉尾部余热加热进行自除氧。除氧的热源基本来自于锅炉尾部 的除氧器加热器，钢珠清灰可以长期有效清除锅炉受热面表面的积灰，保持了受热面良 好的传热效果（也有助于降低排烟温度）。硅铁电炉烟气中的硅微粉极细，有极强粘附力和非常高的热阻，受热外管壁粘灰后 大大降低了热交换率，采用小钢珠定期下落清灰的方式，可以很好的解决此问题：钢珠清灰被最早开发硅铁矿热炉余热发电的国外同行以及国内多年的实践所公认 的最有效、最长期可靠的清灰方式，其耐高温和连续清灰的功能，为确保锅炉受热面的 传热效果奠定了可靠的技术基础，这从锅炉的排烟温度能够维持在130140,C,而锅 炉漏风率又维持在极低的水平可以
10、判断，锅炉排烟温度的降低意味着锅炉的余热利用效 率最大化。三、设备配置及工艺流程简介本文以腾达西北铁合金有限责任公司硅铁矿热炉余热发电一期、二期工程为例，介 绍一种高效硅铁合金余热发电技术的应用情况。项目位于甘青交界的甘肃省兰州市永登 县连城镇境内，本余热发电工程规模为一台15MW发电机和一台7.5MW发电机，项目 于2009年12月开工，一期工程于2010年12月投产发电，二期工程于2011年04月投 产发电，运行稳定正常，不影响主工艺生产的产量和质量，测试结果表明本项目达到了 设计的技术指标，经济和社会及环保效益显著，深受业主好评。业主2009年拥有2套25MVA节能型矿热炉，电炉冶炼生产
11、中产生430480c的高 温含尘烟气，经过管式空气冷却器、火花捕集器、布袋除尘器后，通过引风机排出烟囱。2009年腾达西北铁合金有限责任公司建设了 4套节能型矿热炉，冶炼过程同样存 在着大量430480c的高温含尘烟气需要排放。本项目利用2套25MVA的矿热炉以及在建的4套25MVA的矿热炉进行余热废气 利用，每台矿热炉配置1套16.5t/h的单压余热锅炉。其中已有的2套矿热炉对应的2 台余热锅炉配置1套7.5MW的低压纯凝汽式汽轮发电机组,其作为该电站工程的一期。 当时在建的4套矿热炉对应的4台余热锅炉配置1套15MW的低压纯凝汽式汽轮发电 机组，其作为该电站工程的二期。该项目通过对烟气产生
12、机理、灰的性质研究，确定了烟气中气相成分、固相成分以 及烟气对锅炉系统的影响。采用可隔离多通道锅炉系统，以确保锅炉的运转率相对电炉 达98%以上，基本保证锅炉满足电炉运行工艺系统能连续运行。采用钢珠清灰系统；结构采用占地少便于连续清灰的立式结构，同时符合电炉上部 高温烟气引出，下部低温烟气引出除尘的要求。余热锅炉烟气设计数据如下表1-1：表2余热锅炉进口烟气设计参数汇总表项1矿热炉备注矿热炉16废气量P120000实际运行废气温O430480实际运行入口废g4.55.5灰尘成二氧化硅本项目6台25MVA矿热炉生产线，每台矿热炉各配一台引风机及反引风机，冷风 和矿料换热后变为430480C的热烟
13、气，通过旋风除尘器和布袋除尘器之后排向大气, 造成热量大量浪费。在每台矿热炉和尾部旋风除尘器之间烟道上设置1台余热锅炉，吸收矿热炉排出的 高温废烟气废热，产生过热蒸汽，驱动凝汽式汽轮发电机组发电。本项目在余热锅炉进口烟道上设置1套电动挡板门，以利于余热热回收系统故障时 随时隔离余热回收系统，使废烟气通过旁路直接排入大气，以保证矿热炉生产的正常进 行。根据硅铁矿热炉的烟气温度及流量，以及烟气成分分析，通过设计计算，确定机组 的主要技术参数如下：(1)余热锅炉数量：6台。其中单台锅炉设计参数如下：额定工况：额定入口 烟气量13x104Nm3/h入口烟气 温度450额定蒸发曷16.5t/h (301
14、10%)额定蒸汽 温度40010额定蒸汽 压力2.0MPa(g)锅筒工作 压力2.2MPa(g)给水温度40排烟温度140锅炉设计 热效率（锅炉余 热利用效率）66%额定工况 烟气侧阻力1600Pa浙江西子联合工程有限公司9铁合金高效余热发电技术及应用腌达西北铁合金有限责任公司矿热炉余热发电项目介绍最大烟气 侧阻力2500Pa汽轮机一期：汽轮机型号N6-1.9-390汽轮机形 式凝汽 式数量1台汽机额定 功率6MW主蒸汽压 力1.9MPa(A)主蒸汽温 度390进汽量33t/h排汽压力7kPa浙江西子联合工程有限公司(A)二期：汽轮机型号N12-1.9-390汽轮机形 式凝汽 式数量1台汽机额
15、定 功率12MW主蒸汽压 力1.9MPa(A)主蒸汽温 度390进汽量65t/h排汽压力7kPa(A)汽轮发电机一期：型号QFW-7.5-2数量1台铭牌额定 功率7.5MW效率297%额定电压6.3kV二期：型号QFW-15-2数量1台铭牌额定 功率15MW效率297%额定电压6.3kV本工程为余热利用发电，锅炉为单压余热锅炉。铁合金高效余热发电技术及应用腾达西北铁合金有限责任公司矿热炉余热发电项目介表3主要技术经济指标表号项 目位一期额 定工况二期额 定工况锅炉由慈t汽机讲汽景td nKd汽轮少由机k欣71a7厂用由景k，7n11a由厂供由曷kan厂用由密c只9由厂供由标2庄运行小时hRon
16、nn由厂年供热1n nn n由厂年供由1mi由厂在，散标t1Q1四、关键技术归纳总结1 .锅炉内部清灰系统采用具国际先进水平的钢珠清灰系统，安全可靠，能 够避免硅微粉附着在受热面，真正实现了耐高温连续清灰，锅炉排烟温 度仅130/40C,锅炉的余热利用效率高。其它清灰技术由于间断清灰, 耐高温能力差，造成锅炉受热面传热效果下降，锅炉排烟温度升高，锅 炉的余热利用效率下降。2 .锅炉采用立式结构，自带除氧器，便于在狭小的区域内加装或改造余热 回收系统，系统集成度高，占地小。3本工程锅炉自带除氧器，除氧器系统为锅炉热力系统一部分。汽轮机凝 结水进入除氧器除氧，自带除氧器可以明显降低余热发电锅炉的排
17、烟温 度，因为在锅炉尾部设置了除氧加热器受热面，充分利用锅炉尾部余热 加热进行自除氯，而锅炉的余热利用效率与锅炉排烟温度呈反比o O4 .锅炉密封性能很好，漏风率很低，不同于其它技术：锅炉本体设计问题 或有动静结合部分，漏风率较高。5 .针对硅铁矿热炉喂料、捣炉时烟温波动大，流量、温度偏低的情况，采 用滑压凝汽式汽轮发电系统，两套炉以上配套滑压凝汽式汽轮发电系统， 充分稳定地利用电炉废热能源，以获得最高的余热回收效率。6 .烟道、锅炉受热面采用高强度材料，防磨、防止积灰，设备运行可靠性 高，整套余热发电设备使用寿命为30年以上。7 .余热发电系统厂用电率不超过9%。五、 结束语本项目的节能、环
18、保效益明显，本工程的余热发电机组额定发电功率（一、 二期）：20.63MW,对外供电约18. 93MW,如果折合成燃煤电厂的标准煤耗，本 电站每年可节约标煤量5. 7532万吨（按380g/kWh计算,8000h）,大大减少了 温室气体和酸性气体的排放，项目投资回收期大约三年多。对于铁合金高耗能企业，节能减排的潜力巨大，应用铁合金矿热炉余热发 电技术需要经过工程实际的考验，针对硅铁电炉余热发电项目建议：1、采用可靠的国内外公认的锅炉钢珠清灰技术。2、采用高效的立式自带除氧器高效余热回收技术。以确保单位硅铁合金产量所对应的发电量最高，为企业的节能降耗提供长 期可靠的基础。浙江西子联合工程有限公司15