33MVA硅鈣合金礦熱爐煙氣余熱利用發(fā)電技術(shù)實(shí)踐

徐 斌，周江峰

（1.陜西省鎮(zhèn)巴屈家山礦業(yè)有限公司，陜西 漢中 723607；2.陜西盛華冶化有限公司，陜西 漢中 723300）

硅鈣合金是鋼鐵生產(chǎn)使用的一種理想的脫氧劑、脫硫劑，是用硅石和石灰石在礦熱爐中冶煉還原制得[1]。硅鈣行業(yè)屬于高能耗工業(yè)，它的能源消耗量約占全國能源消耗量16%，能源消耗費(fèi)用高于企業(yè)生產(chǎn)總成本的24%，每年消耗大量能源。

當(dāng)前，我國的能源形式十分嚴(yán)峻，較低的能源利用效率是我國能源現(xiàn)狀形成的根本原因。從世界范圍來看，目前美國是將工業(yè)能源轉(zhuǎn)化為余熱能源并加以利用最多的國家，它的利用率能夠達(dá)到60%，歐洲的余熱利用率為50%，而我國目前的余熱利用率卻只有30%[2]，就余熱利用現(xiàn)狀來看，我國與目前世界上比較發(fā)達(dá)的國家相比有很大的提高空間，如圖1所示。

圖1 我國與國際先進(jìn)國家余熱資源利用率對(duì)比

隨著我國節(jié)能減排工作的深入進(jìn)行，硅鈣礦熱爐余熱回收勢(shì)在必行。實(shí)施節(jié)能技術(shù)，提高能源綜合利用效率，既能降低企業(yè)成本，又能提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[3]。

1 33MVA礦熱爐煙氣余熱利用發(fā)電技術(shù)概述

圖2 硅鈣冶煉余熱綜合利用工藝流程圖

煙氣余熱發(fā)電的技術(shù)核心是余熱鍋爐進(jìn)出口煙氣參數(shù)的確定、余熱電站熱力系統(tǒng)及參數(shù)的確定、余熱鍋爐的低溫?fù)Q熱技術(shù)、余熱鍋爐的清灰技術(shù)（機(jī)械振打、機(jī)械刷、燃?xì)馊急?、鋼珠等）、粉塵的回收利用，陜西盛華冶化有限公司（以下簡(jiǎn)稱“盛華冶化”）根據(jù)前期大量的調(diào)查研究及關(guān)鍵技術(shù)的模擬實(shí)驗(yàn)，克服了在大型硅鈣礦熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)工程在設(shè)計(jì)、建設(shè)、工藝幾何參數(shù)和電氣參數(shù)選定等環(huán)節(jié)無任何工程實(shí)例的不足，經(jīng)過認(rèn)真、反復(fù)論證，確定關(guān)鍵設(shè)備、工藝、電氣、排放量等參數(shù)，最終建立了全球首條33MVA硅鈣礦熱電爐余熱煙氣生產(chǎn)線，利用硅鈣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣余熱進(jìn)行發(fā)電，年發(fā)電量5962萬KWh，年節(jié)約標(biāo)煤2.09萬噸，年減排二氧化碳5.52萬噸，減排二氧化硫418噸，使得各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)取得最優(yōu)、最大化?；厥樟斯桠}冶煉中產(chǎn)生的大量低熱值廢氣，減少了生產(chǎn)排放廢氣對(duì)環(huán)境的熱污染，不僅解決了能源浪費(fèi)問題，而且還改善了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高了硅鈣產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

盛華冶化公司采用管殼式余熱鍋爐綜合利用硅鈣礦熱爐生產(chǎn)中排出的高溫?zé)煔?，產(chǎn)生蒸汽帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，其工藝流程見圖2所示。

2 33MVA礦熱爐煙氣余熱利用發(fā)電系統(tǒng)工作原理

圖3 33MVA礦熱爐煙氣余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

33MVA礦熱爐煙氣余熱利用發(fā)電系統(tǒng)組成見圖3所示，其工作原理為：硅石、石灰石和還原劑（煤、冶金焦和褐煤焦）在礦熱爐1中進(jìn)行冶煉，冶煉后的硅鈣合金通過礦熱爐1的出料口4落入篦冷機(jī)5內(nèi)，篦冷機(jī)5內(nèi)多個(gè)風(fēng)室的風(fēng)機(jī)對(duì)硅鈣合金吹風(fēng)進(jìn)行冷卻產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔馔ㄟ^煙罩6和第一管道15進(jìn)入多個(gè)換熱器3內(nèi)；高溫?zé)煔庠趽Q熱器3內(nèi)散熱，通過兩個(gè)循環(huán)加熱余熱鍋爐2內(nèi)的水，這兩個(gè)循環(huán)分別為：①余熱鍋爐2內(nèi)的水通過第二管道16依次流入多個(gè)換熱器3內(nèi)的第一蒸發(fā)器7，多個(gè)換熱器3內(nèi)的高溫?zé)煔馍幔訜岬谝徽舭l(fā)器7內(nèi)的水，加熱后的水通過第二管道16流回余熱鍋爐2內(nèi)，此循環(huán)可以對(duì)余熱鍋爐2內(nèi)進(jìn)行持續(xù)不斷地加熱；②余熱鍋爐2內(nèi)的熱蒸汽通過第三管道17進(jìn)入汽輪機(jī)9中，汽輪機(jī)9將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)10進(jìn)行發(fā)電，汽輪機(jī)9做功后乏汽通過凝汽器11冷凝成水，凝結(jié)水泵12輸送凝汽器11內(nèi)的凝結(jié)水至除氧器13，對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行除氧，最后在給水泵14的作用下通過第四管道18送進(jìn)多個(gè)第二蒸發(fā)器8內(nèi)，水在換熱器3內(nèi)進(jìn)行加熱，加熱后的水再輸送給余熱鍋爐2，以此循環(huán)。發(fā)電機(jī)10通過電網(wǎng)與礦熱爐1連接，發(fā)電機(jī)10產(chǎn)生的電能再輸送給礦熱爐1使用，大大地降低了生產(chǎn)成本，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 硅鈣合金電爐余熱發(fā)電建設(shè)的問題及解決措施

3.1 煙氣溫度與設(shè)備配套問題

由于進(jìn)口煙氣溫度較高，鍋爐進(jìn)口和旁通風(fēng)門閥板易變形，后材質(zhì)由普通碳鋼改為耐熱不銹鋼，并在閥板上加加強(qiáng)筋和耐火可塑料；另在閥體內(nèi)圈增加密封擋板，解決了風(fēng)門漏風(fēng)、變現(xiàn)和開關(guān)時(shí)卡塞的問題。

3.2 清灰問題

及時(shí)清除余熱鍋爐受熱面的積灰、保證傳熱效率是煙氣余熱利用工程成功的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用的是鋼珠清灰裝置，運(yùn)行效果良好，尤其是高溫?zé)煔舛吻謇硇Ч?，到省煤器低溫段，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移出現(xiàn)少量積灰，這跟不同的礦熱爐產(chǎn)品的粉塵特性有關(guān)，還要在今后的運(yùn)行過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，或輔助激波清灰等其他方式加以解決。

3.3 管道堵塞問題

開發(fā)了煙氣管道粘結(jié)防治技術(shù)，攻克了超細(xì)CaO及SiO2粉塵粘結(jié)造成的管道堵塞和余熱鍋爐換熱管管束積塵結(jié)垢[4]；研發(fā)的閥門密封技術(shù)和專用煙氣控制閥，克服了高溫?zé)煔鈱?dǎo)致閥板變形泄漏的瓶頸。避免了停產(chǎn)清堵，提高了鍋爐換熱效率，增強(qiáng)了系統(tǒng)密閉性，保障了煙氣余熱鍋爐和發(fā)電機(jī)組高效連續(xù)生產(chǎn)。

3.4 煙氣余熱回收監(jiān)控問題

將分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于礦熱爐生產(chǎn)工藝中，開發(fā)出高可靠性的煙氣余熱回收監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立了鍋爐、發(fā)電、收塵系統(tǒng)合理匹配。克服了煙氣流量和煙溫波動(dòng)造成的系統(tǒng)失穩(wěn)，在確保礦熱爐生產(chǎn)和粉塵治理設(shè)施不間斷運(yùn)行條件下，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)緊急保護(hù)停機(jī)，滿足了并網(wǎng)發(fā)電的安全要求。

4 總結(jié)

盛華冶化公司在引進(jìn)、消化、吸收的基礎(chǔ)上進(jìn)行再創(chuàng)新，建立了全球首條33MVA硅鈣合金礦熱爐煙氣余熱發(fā)電生產(chǎn)線，解決了硅鈣合金電爐煙氣溫度、煙氣量與余熱鍋爐參數(shù)等設(shè)備的自動(dòng)化控制及合理匹配；煙氣中極細(xì)CaO及SiO2粘結(jié)造成管道積塵堵塞；采用拋丸清灰工藝提高了余熱鍋爐的換熱效率等技術(shù)難點(diǎn)，最大限度的對(duì)煙氣余熱進(jìn)行了利用，同時(shí)也保證了冶煉粉塵排放嚴(yán)格控制在排放標(biāo)準(zhǔn)控制范圍內(nèi)。實(shí)現(xiàn)年發(fā)電量5962萬KWh，年節(jié)約標(biāo)煤2.09萬噸，年減排二氧化碳5.52萬噸，減排二氧化硫418噸。進(jìn)一步增強(qiáng)了環(huán)境保護(hù)的效果，促進(jìn)了我國硅鈣煙氣余熱發(fā)電技術(shù)和裝備制造水平的技術(shù)進(jìn)步。