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。

工業熱爐煙(yan)氣余熱發電技術探討

為(wei)實施節能技術改(gai)造，佘熱回收(shou)—提(ti)高(gao)能源(yuan)綜合(he)效率，既是響應國(guo)家號召，建設節約型(xing)社會(hui)的客觀(guan)需要，也是企業降低成本(ben)，提(ti)高(gao)企業市場競(jing)爭力的需要。

發(fa)(fa)電(dian)綜合利用(yong)項目，對當前工業硅爐(lu)煙氣余熱發(fa)(fa)電(dian)技術進行了研究和探(tan)討。

工業硅煙氣(qi)余熱(re)特點

a）煙氣余(yu)熱(re)屬于中溫余(yu)熱(re)、廢氣流量較少(shao)，熱(re)品位較低；

b）煙(yan)氣(qi)余熱的參數（溫(wen)度、流量）具有一定的波動(dong)性，波動(dong)范圍大(da)；

c）煙氣中的(de)硅(gui)(gui)灰(hui)（俗稱硅(gui)(gui)微粉）極細，有(you)極強(qiang)粘附力(li)和非常高(gao)的(de)熱(re)(re)阻。受熱(re)(re)外管壁粘灰(hui)后會大大降低熱(re)(re)交(jiao)換(huan)率。

煙氣余熱發電改(gai)造前(qian)狀況

某工業硅廠(chang)2臺礦熱爐來的(de)(de)400℃~600℃高溫(wen)(wen)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)，通過混(hun)風(feng)，達(da)到(dao)(dao)(dao)降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)的(de)(de)目的(de)(de)。溫(wen)(wen)度降(jiang)(jiang)低到(dao)(dao)(dao)220℃~230℃后(hou)，首先進(jin)入(ru)到(dao)(dao)(dao)雙效旋風(feng)除(chu)(chu)塵(chen)器中，進(jin)行..次除(chu)(chu)塵(chen)處(chu)理(li)(li)，除(chu)(chu)塵(chen)得(de)到(dao)(dao)(dao)的(de)(de)煙(yan)(yan)(yan)塵(chen)（即SiO2粉）經卸(xie)料機卸(xie)出，進(jin)行包裝。經過..次除(chu)(chu)塵(chen)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)，在進(jin)入(ru)風(feng)機之(zhi)前，通過向煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)管到(dao)(dao)(dao)噴淋(lin)冷(leng)(leng)卻水(shui)，進(jin)行二次降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)處(chu)理(li)(li)，經冷(leng)(leng)卻水(shui)冷(leng)(leng)卻的(de)(de)煙(yan)(yan)(yan)塵(chen)溫(wen)(wen)度降(jiang)(jiang)低到(dao)(dao)(dao)180℃~200℃左(zuo)右，通過引風(feng)機進(jin)入(ru)布袋除(chu)(chu)塵(chen)器，凈(jing)化后(hou)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)由除(chu)(chu)塵(chen)器上部排入(ru)大(da)氣(qi)。目前這(zhe)種煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)處(chu)理(li)(li)方法，基本能滿足環(huan)保要求，但需耗費大(da)量電能和水(shui)資源，同時(shi)煙(yan)(yan)(yan)道的(de)(de)高溫(wen)(wen)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)的(de)(de)熱能沒有得(de)到(dao)(dao)(dao)合理(li)(li)的(de)(de)利用造成熱能的(de)(de)浪費。

余熱發(fa)電改造方案

余熱資源

高(gao)(gao)溫(wen)(wen)煙氣(qi)(qi)的(de)(de)流量(liang)和溫(wen)(wen)度參數(shu)決定了(le)余(yu)熱(re)電站的(de)(de)裝(zhuang)機方案，高(gao)(gao)溫(wen)(wen)煙氣(qi)(qi)的(de)(de)煙塵成(cheng)分及其含量(liang)決定了(le)余(yu)熱(re)鍋爐的(de)(de)清灰方式。經現場實(shi)測，原工(gong)業硅(gui)廠2臺礦熱(re)爐煙氣(qi)(qi)余(yu)熱(re)參數(shu)如(ru)下：

煙氣(qi)總量(liang)：2×70000Nm3/h；

煙氣溫度：450℃；

煙氣成(cheng)分單位N2H2OCO2O2

體積含量(liang)%772318

煙(yan)塵成分單位SiO2Al2O3Fe2O3CaO

體積含量(liang)%86～900.2～1.70.3～6.00.2～0.5

煙氣(qi)含塵量(liang)：7g/Nm3.

裝機方案

按(an)目前(qian)成熟(shu)的余熱(re)發(fa)電(dian)工藝，煙氣經(jing)廢熱(re)鍋爐(lu)利用(yong)后，溫度(du)可從450℃降至(zhi)200℃左右。根據(ju)熱(re)力學公式，可以計算(suan)出每小時1臺礦熱(re)爐(lu)可利用(yong)的煙氣余熱(re)量為2415×104kJ/h.

根據設計(ji)及工程實施的(de)數據及工程經驗(yan)，余(yu)熱(re)鍋爐對余(yu)熱(re)的(de)利(li)用(yong)效率(lv)(lv)90%，發電機(ji)(ji)組(zu)的(de)效率(lv)(lv)為40%.本項目計(ji)算取余(yu)熱(re)鍋爐80%的(de)能(neng)(neng)效，取發電機(ji)(ji)組(zu)的(de)能(neng)(neng)效40%.則2臺礦熱(re)爐產生(sheng)煙氣的(de)計(ji)算余(yu)熱(re)發電平(ping)均功率(lv)(lv)為4293kW.考慮到余(yu)熱(re)發電受(shou)礦熱(re)爐工況影(ying)響(xiang)較大(da)，煙氣溫度(du)和流量等參數具有(you)一定的(de)波動性，且(qie)波動范圍較大(da)等因素，本項目確定裝機(ji)(ji)方案2×8t/h硅業煙氣專用(yong)余(yu)熱(re)鍋爐1×3MW純凝汽式汽輪發電機(ji)(ji)組(zu)。三大(da)主(zhu)機(ji)(ji)主(zhu)要參數如下：

工(gong)藝(yi)流程

利(li)用硅(gui)廠工(gong)業硅(gui)礦熱(re)(re)(re)爐高溫(wen)煙(yan)氣進行(xing)回收用于發(fa)電(dian)，達到(dao)節(jie)能減排、綜合利(li)用、保護環境的(de)目(mu)的(de)[3].煉硅(gui)產生的(de)高溫(wen)余熱(re)(re)(re)煙(yan)氣經(jing)(jing)煙(yan)道送(song)入余熱(re)(re)(re)鍋爐經(jing)(jing)過換(huan)熱(re)(re)(re)后，產生的(de)高溫(wen)高壓(ya)蒸氣推(tui)動汽(qi)輪(lun)發(fa)電(dian)機組發(fa)電(dian)，高溫(wen)煙(yan)氣經(jing)(jing)余熱(re)(re)(re)鍋爐吸熱(re)(re)(re)降溫(wen)后，再進入原有除塵器(qi)，經(jing)(jing)除塵后排放(fang)。發(fa)電(dian)機所發(fa)電(dian)能通過升壓(ya)變壓(ya)器(qi)升壓(ya)后接(jie)入硅(gui)爐35kV配電(dian)裝(zhuang)置母線，余熱(re)(re)(re)電(dian)站(zhan)與現有電(dian)力系統實現并(bing)網(wang)運(yun)行(xing)，運(yun)行(xing)方式為并(bing)網(wang)不上網(wang)。在(zai)不改(gai)變原有供電(dian)及運(yun)行(xing)方式的(de)前提(ti)下，發(fa)電(dian)機發(fa)出的(de)電(dian)量將全部用于全廠負荷。

按照煙(yan)氣(qi)余(yu)熱發電方案，已經被(bei)利用(yong)(yong)(yong)(yong)過的煙(yan)氣(qi)從余(yu)熱鍋爐出(chu)來(lai)(lai)后(hou)，溫(wen)度(du)仍然(ran)有200℃，由于溫(wen)度(du)較低，其(qi)熱能(neng)品(pin)位(wei)降低，利用(yong)(yong)(yong)(yong)難度(du)加大。為充分利用(yong)(yong)(yong)(yong)好(hao)能(neng)源，提高能(neng)源利用(yong)(yong)(yong)(yong)效率(lv)，根據煙(yan)氣(qi)余(yu)熱梯級利用(yong)(yong)(yong)(yong)原理，其(qi)熱量可以(yi)被(bei)用(yong)(yong)(yong)(yong)來(lai)(lai)產(chan)生余(yu)熱鍋爐補汽。但是從補汽鍋爐出(chu)來(lai)(lai)的煙(yan)氣(qi)溫(wen)度(du)仍然(ran)有150℃左(zuo)右(you)，這(zhe)部分煙(yan)氣(qi)仍包(bao)含熱量，對此，這(zhe)部分熱量可以(yi)用(yong)(yong)(yong)(yong)來(lai)(lai)產(chan)生熱水用(yong)(yong)(yong)(yong)于洗澡用(yong)(yong)(yong)(yong)，然(ran)后(hou)被(bei)冷卻(que)到120℃以(yi)下的煙(yan)氣(qi)可以(yi)符合標準的進入布袋除(chu)塵器(qi)進行處理。

該方案從能源(yuan)利用(yong)與(yu)工(gong)(gong)藝角(jiao)度來(lai)講，它能源(yuan)利用(yong)比較充分，能源(yuan)利用(yong)率高，出口(kou)煙(yan)氣(qi)溫(wen)度能立即達到布袋塵除塵器的要求，不需要另外投(tou)資(zi)降溫(wen)裝(zhuang)置，工(gong)(gong)藝配合性好(hao)。

余(yu)熱(re)發電技術(shu)改造(zao)重點和難點

煙氣(qi)參(can)數(shu)測量

余(yu)熱(re)電站能否到達設(she)(she)計要(yao)(yao)求的(de)(de)(de)額(e)定出力，能否取(qu)得良好的(de)(de)(de)經濟效益(yi)和(he)環(huan)保(bao)效益(yi)，高溫(wen)余(yu)熱(re)煙(yan)(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)流量、溫(wen)度等(deng)參(can)數(shu)(shu)起到至(zhi)關重(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)(de)作用。根據實(shi)際調研，并結合工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)硅(gui)生產行(xing)業(ye)(ye)(ye)目(mu)前普(pu)遍的(de)(de)(de)發展水(shui)平，大多數(shu)(shu)工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)硅(gui)廠(chang)不(bu)能提供煙(yan)(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)監測(ce)(ce)參(can)數(shu)(shu)，在原(yuan)工(gong)(gong)(gong)廠(chang)建設(she)(she)時也沒有考慮預留煙(yan)(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)監測(ce)(ce)接口，而現場工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)硅(gui)爐(lu)處(chu)于全天(tian)24小(xiao)時不(bu)間(jian)斷(duan)生產狀態(tai)，要(yao)(yao)實(shi)時的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量煙(yan)(yan)(yan)(yan)道的(de)(de)(de)高溫(wen)煙(yan)(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)參(can)數(shu)(shu)，需要(yao)(yao)面臨(lin)現場高溫(wen)帶電作業(ye)(ye)(ye)、高空墜(zhui)落等(deng)危(wei)險因素的(de)(de)(de)考驗。但若不(bu)測(ce)(ce)量煙(yan)(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)參(can)數(shu)(shu)，則設(she)(she)計無(wu)重(zhong)要(yao)(yao)原(yuan)則性輸入(ru)的(de)(de)(de)支撐(cheng)。因此，建議委(wei)托專(zhuan)業(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)熱(re)工(gong)(gong)(gong)測(ce)(ce)量隊伍，依托專(zhuan)業(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量技(ji)術和(he)專(zhuan)業(ye)(ye)(ye)儀器設(she)(she)備，采取(qu)有效的(de)(de)(de)安全防范措施和(he)手(shou)段(duan)，對(dui)余(yu)熱(re)煙(yan)(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)參(can)數(shu)(shu)進(jin)行(xing)實(shi)地測(ce)(ce)量，以(yi)取(qu)得.直(zhi)接的(de)(de)(de)原(yuan)始設(she)(she)計參(can)數(shu)(shu)。

總平面(mian)布置(zhi)

工業硅(gui)高(gao)溫(wen)余(yu)熱(re)煙(yan)氣(qi)發電綜合(he)(he)利(li)(li)用(yong)均在原有硅(gui)廠(chang)(chang)廠(chang)(chang)區(qu)內依(yi)托原有高(gao)溫(wen)煙(yan)道進(jin)行(xing)技術(shu)改造，新(xin)增汽機房(fang)、余(yu)熱(re)鍋爐、冷卻塔、主(zhu)變壓器等設(she)施。而根據(ju)調研(yan)，大多數工業硅(gui)廠(chang)(chang)的(de)(de)現狀是建(jian)(jian)設(she)時缺乏統(tong)一規劃，廠(chang)(chang)區(qu)內管(guan)線縱橫交錯，能有效利(li)(li)用(yong)的(de)(de)場地(di)較(jiao)少，且普遍存在原有建(jian)(jian)構(gou)(gou)筑(zhu)物(wu)缺少或遺失原始土建(jian)(jian)或工藝(yi)設(she)計資(zi)料的(de)(de)情況。因此，如何利(li)(li)用(yong)有限的(de)(de)場地(di)資(zi)源合(he)(he)理(li)(li)布置(zhi)(zhi)分(fen)區(qu)，即節約用(yong)地(di)、合(he)(he)理(li)(li)利(li)(li)用(yong)地(di)形、方(fang)便集中管(guan)理(li)(li)，又(you)(you)保證縮短管(guan)線、工藝(yi)系統(tong)布局走向合(he)(he)理(li)(li)；既要(yao)滿(man)足項目(mu)的(de)(de)安全、穩定、經濟性(xing)要(yao)求(qiu)，又(you)(you)要(yao)滿(man)足項目(mu)施工及投產后的(de)(de)安全性(xing)要(yao)求(qiu)，是擺在設(she)計面前的(de)(de)一個重大課(ke)題。建(jian)(jian)議如果能夠收集到與(yu)余(yu)熱(re)發電綜合(he)(he)利(li)(li)用(yong)工程相關的(de)(de)原廠(chang)(chang)建(jian)(jian)構(gou)(gou)筑(zhu)物(wu)及其(qi)基礎設(she)計原始資(zi)料，在確保安全、可(ke)靠、經濟并有利(li)(li)于總平面優(you)化布置(zhi)(zhi)的(de)(de)前提下，經過和業主(zhu)的(de)(de)充分(fen)溝通，征得業主(zhu)同意(yi)的(de)(de)前提下，可(ke)以考(kao)慮利(li)(li)用(yong)原廠(chang)(chang)即有的(de)(de)一些設(she)備支吊(diao)架、廠(chang)(chang)區(qu)管(guan)架進(jin)行(xing)項目(mu)的(de)(de)設(she)計。否(fou)則，從(cong)安全可(ke)靠的(de)(de)角度出(chu)發，余(yu)熱(re)電站的(de)(de)設(she)備支吊(diao)架等建(jian)(jian)構(gou)(gou)筑(zhu)物(wu)應全部考(kao)慮新(xin)建(jian)(jian)，不應與(yu)原廠(chang)(chang)建(jian)(jian)構(gou)(gou)筑(zhu)物(wu)發生聯系，但這同時對余(yu)熱(re)電站總圖的(de)(de)優(you)化布置(zhi)(zhi)提出(chu)了更高(gao)的(de)(de)要(yao)求(qiu)。

鍋(guo)爐(lu)清灰方式選(xuan)擇

余熱(re)(re)鍋(guo)爐為(wei)本工程.關(guan)鍵設(she)備之(zhi)一，工業硅(gui)余熱(re)(re)鍋(guo)爐的(de)難(nan)點(dian)在于(yu)：工業硅(gui)礦熱(re)(re)爐煙氣中的(de)SiO2極細，其微小的(de)顆粒(li)被稱為(wei)硅(gui)微粉(fen)(fen)。硅(gui)微粉(fen)(fen)的(de)平(ping)均粒(li)徑200nm~400nm，粉(fen)(fen)塵壁表面(mian)積20m2/g（極易產生靜電(dian)、極易吸(xi)附而(er)且(qie)隔熱(re)(re)性能非(fei)常好），其煙氣中硅(gui)微粉(fen)(fen)塵含(han)量在灰5g/Nm3~7g/Nm3（濃(nong)度(du)較高），粉(fen)(fen)塵堆積密(mi)度(du)：0.18t/m3（特輕）；其具有極強的(de)粘附力(li)，和非(fei)常高的(de)阻熱(re)(re)、隔熱(re)(re)力(li)。如果硅(gui)微粉(fen)(fen)清(qing)理不(bu)凈，鍋(guo)爐很難(nan)正常運(yun)行(xing)，進(jin)而(er)將直(zhi)接影響機組的(de)長期(qi)穩定運(yun)行(xing)能力(li)及發電(dian)量的(de)大小。

據調查了(le)(le)解，余(yu)(yu)熱(re)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)受(shou)熱(re)面有(you)(you)螺(luo)旋鰭片管(guan)、光(guang)管(guan)、熱(re)管(guan)等(deng)主要形(xing)式(shi)，而余(yu)(yu)熱(re)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)除(chu)(chu)灰(hui)有(you)(you)蒸汽(qi)吹灰(hui)、激波吹灰(hui)、機械(xie)振打清(qing)(qing)灰(hui)、鋼刷除(chu)(chu)灰(hui)、乙炔爆燃除(chu)(chu)灰(hui)等(deng)形(xing)式(shi)，余(yu)(yu)熱(re)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)清(qing)(qing)灰(hui)是否徹底(di)和干凈(jing)，既(ji)和鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)受(shou)熱(re)面的(de)形(xing)式(shi)息(xi)息(xi)相(xiang)關，又(you)和鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)清(qing)(qing)灰(hui)的(de)方(fang)式(shi)密(mi)切聯系。只有(you)(you)選擇了(le)(le)合適的(de)受(shou)熱(re)面形(xing)式(shi)和與之相(xiang)適應(ying)的(de)清(qing)(qing)灰(hui)方(fang)式(shi)，才能有(you)(you)效解決(jue)余(yu)(yu)熱(re)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)的(de)積灰(hui)問題。根據調查了(le)(le)解到(dao)的(de)目前一些(xie)余(yu)(yu)熱(re)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)生產廠(chang)家(jia)的(de)情(qing)況，通過(guo)對(dui)(dui)(dui)一些(xie)硅鐵余(yu)(yu)熱(re)發電廠(chang)運營情(qing)況的(de)調查，考(kao)慮到(dao)螺(luo)旋鰭片管(guan)因自身結(jie)構原(yuan)因，對(dui)(dui)(dui)硅微粉(fen)(fen)積灰(hui)很難清(qing)(qing)理。硅微粉(fen)(fen)有(you)(you)很強的(de)粘(zhan)結(jie)性，遇水(shui)或(huo)水(shui)蒸汽(qi)更容(rong)易粘(zhan)結(jie)。激波吹灰(hui)能量相(xiang)對(dui)(dui)(dui)較低，對(dui)(dui)(dui)吸附性極好的(de)硅微粉(fen)(fen)的(de)清(qing)(qing)除(chu)(chu)比(bi)較困(kun)難。采(cai)用光(guang)管(guan)機械(xie)擦(ca)刷式(shi)清(qing)(qing)灰(hui)方(fang)式(shi)，清(qing)(qing)灰(hui)效果雖然較好，但是在滿足總圖緊湊布(bu)置要求的(de)情(qing)況下將增加工程土建(jian)投資。

綜合(he)考慮，在本工程(cheng)中，選擇了熱(re)(re)管式光管受熱(re)(re)面(mian)乙炔（C2H2）爆燃除(chu)灰方式的余(yu)熱(re)(re)鍋(guo)爐。建議在類似(si)項目(mu)(mu)開(kai)展(zhan)過(guo)程(cheng)中，應加大收資力度，通過(guo)調(diao)查(cha)走訪(fang)，多(duo)了解目(mu)(mu)前(qian)余(yu)熱(re)(re)鍋(guo)爐廠主要的受熱(re)(re)面(mian)形式和(he)清灰方式組合(he)，尤(you)其要多(duo)調(diao)查(cha)了解已(yi)有(you)的余(yu)熱(re)(re)電站運(yun)行情況(kuang)(kuang)，對余(yu)熱(re)(re)鍋(guo)爐實際(ji)運(yun)行效果進行分析(xi)比(bi)較，再結合(he)項目(mu)(mu)實際(ji)煙氣參數情況(kuang)(kuang)，選擇.合(he)適的余(yu)熱(re)(re)發電鍋(guo)爐。

余熱發電綜合利用能耗及環保效益

工業(ye)硅生產(chan)(chan)是(shi)高(gao)能(neng)耗行業(ye)，無(wu)論(lun)從國家節(jie)能(neng)降耗政策(ce)，還是(shi)企業(ye)自(zi)身發展(zhan)的需(xu)(xu)要(yao)(yao)，采用(yong)先進節(jie)能(neng)技術，大幅度(du)降低消耗和生產(chan)(chan)成本，消除安(an)全隱患，是(shi)生產(chan)(chan)企業(ye)目(mu)前迫切需(xu)(xu)要(yao)(yao)解決的問題。該余(yu)熱(re)發電綜合利(li)用(yong)項目(mu)成功實施，可以對企業(ye)生產(chan)(chan)系統(tong)用(yong)能(neng)進行優化(hua)，提高(gao)能(neng)源(yuan)利(li)用(yong)效率，對降低企業(ye)產(chan)(chan)品(pin)成本，實現(xian)節(jie)能(neng)降耗，增(zeng)強企業(ye)的可持續發展(zhan)能(neng)力具有重要(yao)(yao)意(yi)義。同時也(ye)為地區(qu)行業(ye)內規模化(hua)開展(zhan)節(jie)能(neng)減排(pai)、綜合利(li)用(yong)工作起到積(ji)極示范和推動作用(yong)。