工業硅行業作為現代工業的重要組成部分,每年消耗大量能源,據統計,中國平均每噸工業硅需要消耗13000kW/h電以上,全國年產100×104t工業硅需要耗電13×108kW/h以上。隨著中國逐步建立全社會的資源循環利用體系和節能減排工作的深入進行,工業硅作為能耗大戶,佘熱回收勢在必行。接下來陜西工業硅爐廠家合元冶金機電小編就工業硅爐煙氣余熱利用這一熱點和大家進行探討。
工業熱(re)爐煙氣(qi)余熱(re)發電技(ji)術探討
為實(shi)施節能技術改造,佘熱回收(shou)—提高(gao)能源(yuan)綜合(he)效(xiao)率,既是(shi)響應國家號(hao)召,建設節約(yue)型社會的客觀需要,也是(shi)企(qi)業降(jiang)低成本,提高(gao)企(qi)業市場競爭力的需要。
發電(dian)綜合利(li)用項目,對當前工業(ye)硅爐煙氣余熱發電(dian)技術(shu)進(jin)行了研究和探討。
工業(ye)硅煙氣余熱特點(dian)
a)煙氣(qi)余熱屬于中溫余熱、廢氣(qi)流量較少,熱品(pin)位較低(di);
b)煙氣(qi)余熱的(de)(de)參數(shu)(溫度(du)、流量(liang))具有一定的(de)(de)波(bo)動性,波(bo)動范(fan)圍大;
c)煙(yan)氣中的硅灰(俗稱硅微粉)極(ji)細,有極(ji)強粘(zhan)附力和非常高的熱(re)阻(zu)。受熱(re)外管壁(bi)粘(zhan)灰后會大大降低熱(re)交換率。
煙(yan)氣余(yu)熱(re)發電改造前狀況
某工業硅廠2臺礦熱(re)(re)爐來的(de)(de)(de)400℃~600℃高溫(wen)煙(yan)氣(qi)(qi),通過混風(feng),達到(dao)(dao)降溫(wen)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。溫(wen)度降低到(dao)(dao)220℃~230℃后,首先進入(ru)到(dao)(dao)雙效旋風(feng)除(chu)(chu)塵(chen)器(qi)中,進行(xing)..次(ci)除(chu)(chu)塵(chen)處理(li),除(chu)(chu)塵(chen)得(de)到(dao)(dao)的(de)(de)(de)煙(yan)塵(chen)(即SiO2粉)經卸(xie)料機卸(xie)出,進行(xing)包裝。經過..次(ci)除(chu)(chu)塵(chen)處理(li)的(de)(de)(de)煙(yan)氣(qi)(qi),在(zai)進入(ru)風(feng)機之前(qian),通過向煙(yan)氣(qi)(qi)管到(dao)(dao)噴淋冷(leng)卻水,進行(xing)二次(ci)降溫(wen)處理(li),經冷(leng)卻水冷(leng)卻的(de)(de)(de)煙(yan)塵(chen)溫(wen)度降低到(dao)(dao)180℃~200℃左右,通過引風(feng)機進入(ru)布袋除(chu)(chu)塵(chen)器(qi),凈化(hua)后煙(yan)氣(qi)(qi)由除(chu)(chu)塵(chen)器(qi)上部排(pai)入(ru)大氣(qi)(qi)。目(mu)前(qian)這種煙(yan)氣(qi)(qi)處理(li)方(fang)法(fa),基本能(neng)滿足環保(bao)要求,但(dan)需耗費(fei)大量電能(neng)和水資源,同時煙(yan)道的(de)(de)(de)高溫(wen)煙(yan)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)熱(re)(re)能(neng)沒有得(de)到(dao)(dao)合(he)理(li)的(de)(de)(de)利(li)用造成熱(re)(re)能(neng)的(de)(de)(de)浪費(fei)。
余熱發電(dian)改造方案(an)
余熱資源
高(gao)溫煙氣(qi)的(de)流量和(he)溫度參數決(jue)定了余熱電站的(de)裝(zhuang)機方(fang)案,高(gao)溫煙氣(qi)的(de)煙塵(chen)成分及其(qi)含量決(jue)定了余熱鍋爐的(de)清灰方(fang)式。經現場實測,原工業硅廠2臺礦熱爐煙氣(qi)余熱參數如下:
煙氣(qi)總量:2×70000Nm3/h;
煙氣溫度:450℃;
煙(yan)氣成分(fen)單位N2H2OCO2O2
體(ti)積含量(liang)%772318
煙塵(chen)成分單位SiO2Al2O3Fe2O3CaO
體積含量(liang)%86~900.2~1.70.3~6.00.2~0.5
煙氣含塵量(liang):7g/Nm3.
裝機(ji)方(fang)案
按目前成(cheng)熟(shu)的余熱(re)(re)發電工藝,煙氣(qi)經廢熱(re)(re)鍋爐利用(yong)后,溫度可從450℃降至(zhi)200℃左右(you)。根據熱(re)(re)力學(xue)公式,可以計(ji)算出每小時1臺礦(kuang)熱(re)(re)爐可利用(yong)的煙氣(qi)余熱(re)(re)量為2415×104kJ/h.
根據設(she)計及(ji)工(gong)程(cheng)(cheng)實施的(de)(de)數(shu)據及(ji)工(gong)程(cheng)(cheng)經驗,余熱(re)鍋(guo)爐(lu)對余熱(re)的(de)(de)利用(yong)(yong)效(xiao)率(lv)90%,發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)組的(de)(de)效(xiao)率(lv)為(wei)40%.本(ben)項目計算取余熱(re)鍋(guo)爐(lu)80%的(de)(de)能效(xiao),取發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)組的(de)(de)能效(xiao)40%.則(ze)2臺礦(kuang)熱(re)爐(lu)產生煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)的(de)(de)計算余熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)平均(jun)功(gong)率(lv)為(wei)4293kW.考慮到(dao)余熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)受礦(kuang)熱(re)爐(lu)工(gong)況影響較大(da),煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)溫度和流(liu)量等參數(shu)具有一(yi)定的(de)(de)波動性(xing),且波動范圍較大(da)等因素,本(ben)項目確定裝(zhuang)機(ji)方案2×8t/h硅業(ye)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)專用(yong)(yong)余熱(re)鍋(guo)爐(lu)1×3MW純凝汽式汽輪發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)組。三大(da)主機(ji)主要(yao)參數(shu)如下(xia):
工藝流程
利用(yong)(yong)(yong)硅(gui)廠(chang)工業硅(gui)礦熱(re)爐高溫(wen)煙氣(qi)(qi)進行回收用(yong)(yong)(yong)于(yu)發(fa)電(dian)(dian),達到節能減排(pai)(pai)、綜合利用(yong)(yong)(yong)、保護環(huan)境的(de)目的(de)[3].煉硅(gui)產生的(de)高溫(wen)余(yu)熱(re)煙氣(qi)(qi)經煙道送入(ru)(ru)余(yu)熱(re)鍋爐經過換熱(re)后(hou),產生的(de)高溫(wen)高壓(ya)蒸(zheng)氣(qi)(qi)推動汽輪發(fa)電(dian)(dian)機(ji)(ji)組發(fa)電(dian)(dian),高溫(wen)煙氣(qi)(qi)經余(yu)熱(re)鍋爐吸熱(re)降溫(wen)后(hou),再進入(ru)(ru)原有(you)除塵(chen)器(qi),經除塵(chen)后(hou)排(pai)(pai)放。發(fa)電(dian)(dian)機(ji)(ji)所發(fa)電(dian)(dian)能通過升(sheng)壓(ya)變(bian)壓(ya)器(qi)升(sheng)壓(ya)后(hou)接(jie)入(ru)(ru)硅(gui)爐35kV配(pei)電(dian)(dian)裝置母線(xian),余(yu)熱(re)電(dian)(dian)站與(yu)現有(you)電(dian)(dian)力系(xi)統實(shi)現并(bing)網(wang)運行,運行方式(shi)為并(bing)網(wang)不(bu)上網(wang)。在不(bu)改變(bian)原有(you)供電(dian)(dian)及(ji)運行方式(shi)的(de)前提下,發(fa)電(dian)(dian)機(ji)(ji)發(fa)出的(de)電(dian)(dian)量將全部用(yong)(yong)(yong)于(yu)全廠(chang)負荷(he)。
按(an)照煙(yan)氣(qi)余(yu)熱(re)(re)發電方案,已經被利用(yong)(yong)過的煙(yan)氣(qi)從余(yu)熱(re)(re)鍋爐出(chu)來后(hou),溫(wen)(wen)度(du)仍然有200℃,由于溫(wen)(wen)度(du)較低,其熱(re)(re)能品(pin)位降低,利用(yong)(yong)難(nan)度(du)加(jia)大。為充分利用(yong)(yong)好能源(yuan),提高能源(yuan)利用(yong)(yong)效率,根據煙(yan)氣(qi)余(yu)熱(re)(re)梯級利用(yong)(yong)原理(li)(li),其熱(re)(re)量(liang)可以被用(yong)(yong)來產生(sheng)(sheng)余(yu)熱(re)(re)鍋爐補汽。但(dan)是從補汽鍋爐出(chu)來的煙(yan)氣(qi)溫(wen)(wen)度(du)仍然有150℃左右(you),這(zhe)部分煙(yan)氣(qi)仍包含(han)熱(re)(re)量(liang),對此,這(zhe)部分熱(re)(re)量(liang)可以用(yong)(yong)來產生(sheng)(sheng)熱(re)(re)水(shui)用(yong)(yong)于洗澡用(yong)(yong),然后(hou)被冷卻到120℃以下的煙(yan)氣(qi)可以符合標準的進(jin)入(ru)布袋除塵器進(jin)行處理(li)(li)。
該方案(an)從能源(yuan)利(li)用與(yu)工藝角度來講,它能源(yuan)利(li)用比較充分,能源(yuan)利(li)用率高,出(chu)口煙氣(qi)溫度能立即達到(dao)布袋塵除塵器的要(yao)求,不需要(yao)另外投資降溫裝置(zhi),工藝配(pei)合性好。
余(yu)熱發電技術改造(zao)重點和(he)難點
煙氣參數測(ce)量(liang)
余(yu)熱電(dian)站(zhan)能否到(dao)達設計要(yao)(yao)求的(de)(de)(de)額定出力,能否取得良好的(de)(de)(de)經濟效益和環保(bao)效益,高溫余(yu)熱煙(yan)氣(qi)的(de)(de)(de)流(liu)量、溫度等參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)起到(dao)至(zhi)關(guan)重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)作用。根據實際調研,并結合(he)工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)硅(gui)生產(chan)行(xing)(xing)業(ye)(ye)(ye)目(mu)前普(pu)遍(bian)的(de)(de)(de)發(fa)展水平,大多數(shu)(shu)(shu)工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)硅(gui)廠不能提供(gong)煙(yan)氣(qi)監測(ce)(ce)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu),在原(yuan)工(gong)(gong)廠建設時(shi)也沒有考慮預(yu)留(liu)煙(yan)氣(qi)監測(ce)(ce)接(jie)(jie)口,而現場工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)硅(gui)爐處于全天24小時(shi)不間斷生產(chan)狀態,要(yao)(yao)實時(shi)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量煙(yan)道的(de)(de)(de)高溫煙(yan)氣(qi)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu),需要(yao)(yao)面臨現場高溫帶電(dian)作業(ye)(ye)(ye)、高空(kong)墜落等危(wei)險因素的(de)(de)(de)考驗。但若(ruo)不測(ce)(ce)量煙(yan)氣(qi)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu),則(ze)設計無重要(yao)(yao)原(yuan)則(ze)性(xing)輸入的(de)(de)(de)支撐(cheng)。因此,建議委托(tuo)專業(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)熱工(gong)(gong)測(ce)(ce)量隊伍,依托(tuo)專業(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量技術和專業(ye)(ye)(ye)儀器設備,采(cai)取有效的(de)(de)(de)安全防范措施和手段,對余(yu)熱煙(yan)氣(qi)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)進行(xing)(xing)實地測(ce)(ce)量,以(yi)取得.直接(jie)(jie)的(de)(de)(de)原(yuan)始(shi)設計參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)。
總平面布置
工(gong)業(ye)硅(gui)高(gao)溫(wen)(wen)余熱(re)(re)煙(yan)氣發電(dian)綜合(he)利(li)(li)(li)用(yong)(yong)均在(zai)原有(you)硅(gui)廠(chang)(chang)(chang)廠(chang)(chang)(chang)區內(nei)依托原有(you)高(gao)溫(wen)(wen)煙(yan)道進行技術改造,新增汽(qi)機房、余熱(re)(re)鍋爐、冷卻塔、主(zhu)變壓器等(deng)設(she)(she)施。而根(gen)據調研,大多數工(gong)業(ye)硅(gui)廠(chang)(chang)(chang)的(de)(de)(de)現狀(zhuang)是(shi)建(jian)(jian)(jian)設(she)(she)時缺乏統一規劃,廠(chang)(chang)(chang)區內(nei)管(guan)線縱橫交錯,能有(you)效利(li)(li)(li)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)場地(di)較少,且普遍存在(zai)原有(you)建(jian)(jian)(jian)構(gou)筑(zhu)物缺少或遺失原始土建(jian)(jian)(jian)或工(gong)藝設(she)(she)計資(zi)料(liao)的(de)(de)(de)情(qing)況。因此,如(ru)(ru)何利(li)(li)(li)用(yong)(yong)有(you)限的(de)(de)(de)場地(di)資(zi)源合(he)理(li)(li)布(bu)置分區,即(ji)節約用(yong)(yong)地(di)、合(he)理(li)(li)利(li)(li)(li)用(yong)(yong)地(di)形、方(fang)便集中管(guan)理(li)(li),又保(bao)證(zheng)縮短(duan)管(guan)線、工(gong)藝系統布(bu)局走向(xiang)合(he)理(li)(li);既要(yao)滿足(zu)項目的(de)(de)(de)安全、穩定(ding)、經(jing)濟性要(yao)求,又要(yao)滿足(zu)項目施工(gong)及(ji)投產后的(de)(de)(de)安全性要(yao)求,是(shi)擺在(zai)設(she)(she)計面前的(de)(de)(de)一個重(zhong)大課題。建(jian)(jian)(jian)議如(ru)(ru)果(guo)能夠收集到與余熱(re)(re)發電(dian)綜合(he)利(li)(li)(li)用(yong)(yong)工(gong)程相關的(de)(de)(de)原廠(chang)(chang)(chang)建(jian)(jian)(jian)構(gou)筑(zhu)物及(ji)其基礎設(she)(she)計原始資(zi)料(liao),在(zai)確保(bao)安全、可靠、經(jing)濟并(bing)有(you)利(li)(li)(li)于總平面優(you)化布(bu)置的(de)(de)(de)前提下,經(jing)過和業(ye)主(zhu)的(de)(de)(de)充分溝通,征得(de)業(ye)主(zhu)同意的(de)(de)(de)前提下,可以考慮利(li)(li)(li)用(yong)(yong)原廠(chang)(chang)(chang)即(ji)有(you)的(de)(de)(de)一些(xie)設(she)(she)備支(zhi)吊架、廠(chang)(chang)(chang)區管(guan)架進行項目的(de)(de)(de)設(she)(she)計。否則,從安全可靠的(de)(de)(de)角(jiao)度(du)出發,余熱(re)(re)電(dian)站的(de)(de)(de)設(she)(she)備支(zhi)吊架等(deng)建(jian)(jian)(jian)構(gou)筑(zhu)物應(ying)全部考慮新建(jian)(jian)(jian),不應(ying)與原廠(chang)(chang)(chang)建(jian)(jian)(jian)構(gou)筑(zhu)物發生聯系,但這(zhe)同時對余熱(re)(re)電(dian)站總圖(tu)的(de)(de)(de)優(you)化布(bu)置提出了(le)更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)要(yao)求。
鍋(guo)爐(lu)清灰(hui)方式選擇
余(yu)熱鍋(guo)爐(lu)為本工程.關(guan)鍵(jian)設備之一,工業硅(gui)余(yu)熱鍋(guo)爐(lu)的(de)(de)難點在(zai)于:工業硅(gui)礦熱爐(lu)煙(yan)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)SiO2極細,其微(wei)小的(de)(de)顆粒(li)被(bei)稱為硅(gui)微(wei)粉(fen)。硅(gui)微(wei)粉(fen)的(de)(de)平均粒(li)徑(jing)200nm~400nm,粉(fen)塵(chen)壁表面積20m2/g(極易產(chan)生靜電、極易吸附而(er)(er)且隔熱性能非常(chang)(chang)好),其煙(yan)氣(qi)中(zhong)硅(gui)微(wei)粉(fen)塵(chen)含量在(zai)灰5g/Nm3~7g/Nm3(濃度較高(gao)),粉(fen)塵(chen)堆積密(mi)度:0.18t/m3(特輕(qing));其具有極強的(de)(de)粘附力(li)(li),和非常(chang)(chang)高(gao)的(de)(de)阻熱、隔熱力(li)(li)。如(ru)果硅(gui)微(wei)粉(fen)清(qing)理不凈,鍋(guo)爐(lu)很難正常(chang)(chang)運(yun)(yun)行,進而(er)(er)將直(zhi)接影響機組的(de)(de)長(chang)期穩定運(yun)(yun)行能力(li)(li)及發(fa)電量的(de)(de)大小。
據調查(cha)了(le)解,余(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)鍋(guo)(guo)爐受(shou)熱(re)(re)面有(you)螺(luo)旋(xuan)鰭片管(guan)、光管(guan)、熱(re)(re)管(guan)等主(zhu)要形(xing)(xing)式(shi)(shi)(shi),而余(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)鍋(guo)(guo)爐除灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)有(you)蒸汽(qi)吹灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)、激波吹灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)、機(ji)械(xie)振打(da)清(qing)(qing)(qing)灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)、鋼(gang)刷(shua)除灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)、乙炔(gui)爆燃除灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)等形(xing)(xing)式(shi)(shi)(shi),余(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)鍋(guo)(guo)爐清(qing)(qing)(qing)灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)是否徹底和(he)干(gan)凈,既和(he)鍋(guo)(guo)爐受(shou)熱(re)(re)面的(de)形(xing)(xing)式(shi)(shi)(shi)息息相關,又和(he)鍋(guo)(guo)爐清(qing)(qing)(qing)灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)的(de)方式(shi)(shi)(shi)密切聯系。只有(you)選擇(ze)了(le)合適(shi)的(de)受(shou)熱(re)(re)面形(xing)(xing)式(shi)(shi)(shi)和(he)與之相適(shi)應(ying)的(de)清(qing)(qing)(qing)灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)方式(shi)(shi)(shi),才(cai)能有(you)效解決余(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)鍋(guo)(guo)爐的(de)積灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)問題(ti)。根據調查(cha)了(le)解到的(de)目前(qian)一些余(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)鍋(guo)(guo)爐生產廠(chang)家的(de)情況(kuang),通過對(dui)(dui)一些硅(gui)鐵(tie)余(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)發(fa)電廠(chang)運營情況(kuang)的(de)調查(cha),考慮到螺(luo)旋(xuan)鰭片管(guan)因(yin)自身結(jie)構原因(yin),對(dui)(dui)硅(gui)微(wei)粉(fen)積灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)很難(nan)清(qing)(qing)(qing)理。硅(gui)微(wei)粉(fen)有(you)很強(qiang)的(de)粘結(jie)性,遇(yu)水或水蒸汽(qi)更容易粘結(jie)。激波吹灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)能量(liang)相對(dui)(dui)較低,對(dui)(dui)吸附性極好的(de)硅(gui)微(wei)粉(fen)的(de)清(qing)(qing)(qing)除比較困難(nan)。采用(yong)光管(guan)機(ji)械(xie)擦刷(shua)式(shi)(shi)(shi)清(qing)(qing)(qing)灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)方式(shi)(shi)(shi),清(qing)(qing)(qing)灰(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)效果雖然較好,但是在滿足總圖緊湊(cou)布置要求(qiu)的(de)情況(kuang)下將(jiang)增加工程(cheng)土建(jian)投資。
綜(zong)合(he)考(kao)慮,在本工程中(zhong),選擇了(le)熱(re)(re)(re)管式光管受熱(re)(re)(re)面(mian)(mian)乙炔(C2H2)爆燃除灰(hui)方(fang)(fang)式的(de)余熱(re)(re)(re)鍋(guo)爐(lu)。建議在類似項目開(kai)展過(guo)(guo)程中(zhong),應加大(da)收(shou)資(zi)力度,通過(guo)(guo)調查走訪,多(duo)了(le)解(jie)目前余熱(re)(re)(re)鍋(guo)爐(lu)廠主要的(de)受熱(re)(re)(re)面(mian)(mian)形式和(he)清灰(hui)方(fang)(fang)式組合(he),尤(you)其要多(duo)調查了(le)解(jie)已有的(de)余熱(re)(re)(re)電(dian)站運行(xing)情況,對余熱(re)(re)(re)鍋(guo)爐(lu)實際運行(xing)效果進(jin)行(xing)分析比較,再結合(he)項目實際煙氣參數情況,選擇.合(he)適的(de)余熱(re)(re)(re)發電(dian)鍋(guo)爐(lu)。
余熱發電綜合利用能耗及(ji)環保(bao)效(xiao)益
工(gong)業(ye)硅生產(chan)是(shi)高能(neng)(neng)耗(hao)行業(ye),無(wu)論從國家(jia)節(jie)能(neng)(neng)降(jiang)(jiang)耗(hao)政(zheng)策,還是(shi)企(qi)業(ye)自(zi)身發展(zhan)的(de)需要,采用(yong)先進(jin)(jin)節(jie)能(neng)(neng)技術(shu),大(da)幅度降(jiang)(jiang)低(di)消(xiao)耗(hao)和生產(chan)成本,消(xiao)除安(an)全隱患,是(shi)生產(chan)企(qi)業(ye)目(mu)(mu)前迫切需要解決(jue)的(de)問題。該(gai)余熱(re)發電綜(zong)合利用(yong)項目(mu)(mu)成功實(shi)(shi)施(shi),可以對(dui)企(qi)業(ye)生產(chan)系統用(yong)能(neng)(neng)進(jin)(jin)行優化,提高能(neng)(neng)源利用(yong)效率,對(dui)降(jiang)(jiang)低(di)企(qi)業(ye)產(chan)品成本,實(shi)(shi)現節(jie)能(neng)(neng)降(jiang)(jiang)耗(hao),增強企(qi)業(ye)的(de)可持(chi)續發展(zhan)能(neng)(neng)力(li)具有(you)重要意義。同時也為地區(qu)行業(ye)內規(gui)模化開展(zhan)節(jie)能(neng)(neng)減排、綜(zong)合利用(yong)工(gong)作(zuo)起到積極示范和推動(dong)作(zuo)用(yong)。