论余热发电文档 1

论硅铁矿热炉废气余热发电

可行性和经济性

摘要：利用硅铁生产过程中产生的余热，建设余热发电机组，回收矿热炉生产过程中产生的余热，保护环境，节约能源，论述了余热发电的必要性和可行性，并进行了定性和定量的分析，提出了明确结论及建议。

关键词：硅铁矿热炉；余热发电；综合利用；经济性； 0硅铁矿热炉烟气余热发电系统发展概述

利用硅铁生产过程中产生的高温烟气，建设余热发电机组，回收硅铁生产过程中产生的余热，减少硅铁厂对环境的热污染以及二氧化碳和一氧化碳的排量，余热发电回用于硅铁生产，是一种典型的循环经济、节能减排工程。

目前使用的矮烟罩半封闭硅铁矿热炉具有广泛的适应能力，它不仅解决冶炼75%硅铁时的工艺操作需要，也有效地解决炉气净化，并为余热回收奠定了基础。

利用硅铁矿热炉生产装置产生的尾气余热，采用中、低温余热发电技术，国外在上世纪六、七十已有应用，八十年代达到高潮。对于硅铁余热发电来说，1977—1979年，挪威比约尔夫森厂23000kVA电炉；法国格拉夫林厂96000 kVA电炉；日本重化工和贺川厂32000 kVA电炉余热发电工程先后投运。吨产品回收电能2000kWh。

我国在上世纪末，低温余热发电技术在水泥干法回转窑、电石、硅锰铁合金等行业得到较快发展， 但硅铁余热发电比其它行业滞后，主要原因是其烟气中所含的二氧化硅粉尘对锅炉热交换管的粘附污染，二氧化硅粉尘表面活性很强的粘附特性使清除工作变得很复杂。声波、爆炸、喷丸、震打等工艺均有采用，近年来国家产业政策鼓励

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硅铁矿热炉建设项目配套建设余热发电装置，回收余热，有力的推动了硅铁余热发电项目建设。内蒙鄂尔多斯冶金集团、甘肃腾达西北铁合金集团公司、青海物通冶金集团以及我区天净银川冶金公司都已建设了纯低温余热发电装置，余热发电技术基本成熟。 1建设烟气余热发电系统的必要性 1.1环境保护的需要

随着经济建设的发展，对环境保护的要求也越来越高。铁合金生产均消耗能源（电能、兰碳等），消耗过程产生的二氧化碳或一氧化碳对自然环境产生负面影响。铁合金冶炼炉废气（余热）直接排入大气，热岛现象在每一个铁合金冶炼厂已充分显现出来。本项目建成投产后，冶炼炉废气余热被回收利用，部分转化为电能，从而减轻了热污染；其次，冶炼炉废气经过余热锅炉后，烟气温度大幅降低，减轻了除尘风机的工作负荷，延长除尘布袋的使用寿命,进而提高除尘效率，减轻了粉尘污染。 1.2节约能源的需要

“余热发电”是一种有效的节能措施，将铁合金生产过程中的废气余热回收用于发电，再将所发电力回用于铁合金生产，可以大幅度降低铁合金生产的综合能耗。 1.3资源综合利用

余热发电技术在水泥干法回转窑、电石、硅锰铁合金等行业得到较快发展，资源综合利用，经济效益得到大幅度提高。这对硅铁行业是一个极大的鼓舞。

硅铁产品每生产一吨，约消耗8000 kWh电能，（约折2.56吨标煤）；1.1吨兰碳，（约折2吨标煤），是一个能耗较高的产品，其生产每吨硅铁产品所需的热量约31920000 kcal/T的热量（折合标准煤

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4.56T），产生每吨硅铁产品时，矿热炉放出的热量约25540000 kcal/T（折合标准煤3.64T），考虑了产品的形成物理热损失以及其他物料的热损耗，则硅铁矿热炉剩余的烟气余热量（废气）约14400000 kcal。生产每吨硅铁产品需要排放的热量（废气）约占矿热炉放出热量的56%，因此尾气余热利用价值很大。

综上所述，利用硅铁生产过程中产生的高温烟气，建设余热发电机组，回收硅铁生产过程中产生的余热，保护环境，节约能源，既符合国家的产业政策，降低硅铁生产运营成本，提高硅铁生产中资源利用水平，又符合我国机械装备水平情况，因此，建设烟气余热发电系统是非常必要的。

适用于在铁合金、水泥窑及高耗能有大量废气余热产生的行业推广应用。

2余热发电主要技术原则

2.1总体原则要求稳定可靠，技术成熟，降低能耗，节约投资的原则。 2.2硅铁矿是主业，余热发电是副业，技术方案的确定不影响主业为原则，

2.3余热发电的各系统技术方案应把运行安全，可靠、稳定放在第一位，其次考虑技术指标，经济指标的先进性。

2.4最大限度的利用余热发电，如针对2x45000KVA的硅铁矿热炉，每台硅铁矿热炉配一台余热锅炉，两台余热锅炉配一套汽轮发电机组，（最好以多台余热锅炉配一台汽轮发电机组的形式降低工程造价）。

2.5生产设备原则上采用国产成熟产品，但部分关键控制设备和仪表考虑采用引进技术国内生产的产品，以降低工程造价。

2.6最大限度的回收剩余余热并使其有效转化为电能来确定电站方

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案。

2.7发电机出口电压采用10KV，采用发变组单元接线，接入原有10KV系统，采用原有并网线与系统并网不上网（可根据供电部门批复的接入系统方案接入）。

2.8热工控制采用DCS控制系统，采用机、炉、电集中控制。 2.9供水与硅铁矿热炉的供水设施统一规划设计，对余热发电单独设计化学水处理室，保证余热发电所需水量和水质的要求。 3余热发电设备选型方案

3.1余热发电工程根据硅铁矿热炉及其他生产线的余热条件，配套建设余热发电装机规模。

3.2一般回转窑生产线根据余热条件可配置窑头“AQC”余热锅炉和窑尾“SP”余热锅炉，汽轮发电机组可配置双压凝汽式机组，对硅铁矿热炉可根据余热条件每台矿热炉配置一台余热锅炉，两台余热锅炉 配置一台单压凝汽式汽轮发电机组或采用多台余热锅炉配一台汽轮发电机组的形式。

3.3余热发电主要设备技术参数的选型配置

3.3.1余热的条件，针对硅铁矿热炉每产生一吨硅铁产品需要排放的热量约14400000kcal/T，约占矿热炉放出热量的56%，针对水泥生产过程中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排掉的370℃以下废气(余热)其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗量的45%左右。

3.3.2如硅铁矿热炉每小时生产5吨硅铁，排放的废气（余热）量约72000000kcal，折算标准煤约10.2857吨。初步分析得出每小时产能5吨的硅铁矿热炉，余热排放量72000000Kcal，扣除各种热损失及转换热效率（供电标煤耗815G/KWH）。计算配置锅炉的蒸发量，根据锅炉给水温度、蒸汽压力、蒸汽温度参数查出热焓值，则计算出每小时

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可产生的蒸汽量约32.714t/h～34.3t/h。

3.3.3根据余热锅炉的产汽量32ｔ／ｈ，可配置4.5MW～5MW的汽轮发电机组，根据现场条件，如果两台45000KVA硅铁矿热炉，在目前技术条件下可配置9MW的汽轮发电机组。如果采取工程优化及一体化设计方案，减少热损失，提高资源的利用率等措施，可配置12MW的汽轮发电机组。

3.3.4两台45000kVA 硅铁矿热炉配置余热发电的主要设备技术参数如下：

锅炉技术参数： 型号：

过热蒸汽压力： 1.35Mpa 过热蒸汽温度： 350℃ 额定蒸发量： 30t/h 给水温度： 40℃ 排烟温度： ９８℃ 循环方式： 自然循环

布置方式： 立式、（紧身封闭） 台数 2台 汽轮机技术参数 ： 型号： 单压凝汽式机组

额定功率： 9MW 额定转速： 3000rpm

额定进汽压力： 1.25Mpa（+0.35，-0.25） 额定进汽温度： 340℃（+5，-5）

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排汽压力： 6.5KPa 额定进汽流量： 58t/h 额定给水温度： 40℃ 汽机汽耗率: 5.8kg/kwh 台数 1台 发电机技术参数： 型号： 额定功率： 9MW 额定电压： 10.5KV 额定功率因数： 0.85 频率： 50HZ 额定转速： 3000r 绝缘等级： F

励磁方式： 静止可控硅励磁 台数 1台

3.4经以上初步估算分析，２Ｘ４５０００硅铁矿热炉产生的余热（废气）可满足9MW机组发电的需求，每台硅铁矿热炉对应一台余热锅炉，两台余热锅炉配一台汽轮发电机组，但应注意余热（废气）温度的控制，不可低于５００℃的要求，否则不能满足余热锅炉需求的热量。 3.5热力系统方案，主蒸汽采用母管制，两炉带一机，给水系统采用两炉共用给水母管，给水泵互为备用，余热锅炉采用立式布置，顶部进气，尾部出气便于余热锅炉清灰等。

3.6两台锅炉的蒸汽汇集后进入汽轮机做功，汽轮机最大进汽量58T/H, 额定进汽压力 1.25Mpa,额定进汽温度340℃,汽轮发电机额

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定功率9MW，机组的参数匹配基本合理，符合机组的选型规范要求。 3.7如果两台45000KVA硅铁矿热炉余热按产汽2Ｘ34T/H 计算，余热锅炉的蒸发量２Ｘ34T/H，汽轮机额定功率１２MW，进汽量６７Ｔ／Ｈ，发电机额定功率为１２ＭＷ，提高了余热的利用率，发挥了更好经济效益。

4余热发电主要经济技术指标

如果采用两台45000KVA硅铁矿热炉利用（废气）余热发电主要经济技术指标见表1：

表1 余热电站主要经济技术指标

序1 2 3 4 4 6 5 6 7 8 9 10 11 12 13 项目名称 余热电站装机： 电站年利用小时数： 年发电量： 年供电量： 电站自用电率： 电厂供电折算煤耗率： 总投资： 单位千瓦造价： 供电单价： 供电单位成本（不计余热成本）： 内部收益率(税后)： 投资利润率： 投资利税率： 资本金利润率： 投资回收期(税后): 单 位 MW h 104k104K% G/KW万元 元元元％ ％ ％ ％ 年 数 量 9 6000 5400 5022 7 815 5850 6500 0.47 0.12 34.64 38.17 47.26 30.87 3.5 对余热发电进行经济指标分析得出，财务的盈利能力，清偿能力，

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可知余热发电的经济效益较好，项目投资回收期较短，静态指标和动态指标比较理想，具有一定的抗风险能力，余热发电在经济上是可行的。

5余热发电工艺流程

化学软化水经经补给水泵送入除氧器，除氧后向余热锅炉供水，硅铁炉产生高温烟气（废气）对余热锅炉进行加热，余热锅炉一般采取顶部进气，底部出气的方式，可使废气中的向下沉降，便于受热面的清灰。余热锅炉将给水加热至产生合格的蒸汽参数。各余热锅炉的主蒸汽汇总后进入汽轮机并推动汽轮机做高速旋转，汽轮机带动发电机做功发电。汽轮机做功后剩余乏汽经过凝汽器冷却后，形成凝结水，经凝结水泵打入轴封加热器，经轴封加热器吸收热量后供给除氧器，给水除氧后经给水泵再次送入余热锅炉。硅铁炉产生高温烟气（废气）进入余热锅炉进行热交换后，进入除尘器，除尘后经引风机排入烟囱。 6结论及建议 6.1结论

利用硅铁生产过程中产生的高温烟气，建设余热发电机组，回收硅铁生产过程中产生的余热，经可行性分析硅铁矿热炉产生的余热（废气）可满足不同机组发电的需求，目前根据我国电力技术发展水平，余热发电技术很快会得到发展和应用，符合国家关于节能减排和资源综合利用的政策，得到当地各级政府的大力支持。

6.1.1利用硅铁生产过程中产生的高温烟气，建设余热发电机组，回收硅铁生产过程中产生的余热，保护环境，节约能源，既符合国家的产业政策，降低硅铁生产运营成本，因此，建设烟气余热发电系统是

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最有效的技术途径，是非常必要的。

6.1.2采用余热发电，技术条件非常成熟，从工程设计，设备制造，安装调试及试运行，都有成功的经验和可靠的技术保证。

6.1.3两台45000KVA硅铁矿热炉废气余热回收发电，可满足9MW的汽轮发电机组，额定工况下发电功率为9MW，年供电量约5022万KWH，如果折算成燃煤电厂的标准煤耗，电站每年可节约标准煤量约5.0万吨，大大减少了温室气体和酸性气体的排放，并取得较好经济效益，进一步降低产品的成本，提高产品的竞争能力。 6.2建议

需要各级政府的关心和支持，出台有关余热发电的优惠政策。 6.2.1接入系统的支持，准许接入系统，可并网不上网。 6.2.2准许余热发电的商业营运。

6.2.3成立专业化的队伍进行设计、施工、安装、调试、试运行及专业化管理。发挥企业更好经济效益、社会效益、环保效益。 6.2.4硅铁矿热炉或水泥回转窑炉等在建设时与余热发电站，统一规划，统一设计，同时施工，同时投产。

6.2.5从工程整体规划开始做好工程的优化设计，提高资源综合利用率。

6.2.6在余热综合利用项目上，应该注重做好一到两个示范工程，在此基础上进一步总结、优化。更好的利用余热发电，提高企业的整体经济效益。

二O一二年十月

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