硅铁矿热炉余热发电系统设计方案

硅铁矿热炉余热发电系统设计方案

2019年10月3日

矿热炉生产中烟气温度约400℃左右，烟气带走的热量约为输入总热量的40%~50%。因此，充分利用余热资源实现节能减排、保护环境具有重要的现实意义。

硅铁矿热炉生产运行特点：

(1)热负荷不稳定。在连续稳定的生产工艺中，加料、熔化、出料时，烟气温度变化较大，难以人工控制;

(2)硅石和煤炭是硅铁冶炼的原料，烟尘中含SiO2和SO2。SiO2具有较强的粘附性，粒径极小，比表面积大，绝热性能强。其粘附在换热管束上致使换热效果恶化。除灰技术研究的主要问题即如何更有效的去除粘附在换热管上的SiO2粉尘。烟道中的部分SO2转化成SO3，与水蒸汽接触产生硫酸蒸汽。当锅炉受热面温度低于硫酸蒸汽露点时，则其在管壁凝结造成低温腐蚀。

目前在硅铁矿热炉上实施余热发电项目的单位分别采用不同的除灰方式,不同的余热锅炉型式、不同的蒸汽参数、不同的余热发电方案，在硅铁行业节能降耗、减少污染排

放方面取得初步成效。但都不同程度地存在某些问题。发展、完善低温低压余热锅炉的研究与设计方案亟待解决的关键问题:首先研制高效吹灰技术，取代结构复杂、笨重、多发故障的机械除灰方式;其次是采用强化换热技术,取代目前体积庞大、耗用钢材较多的光管结构余热锅炉;第三，选择适当的蒸汽参数，选择最佳的系统配置。

余热资源

某冶炼公司现有4台25.5MVA硅铁矿热炉，实测每台硅铁矿热炉产生的烟气温度约350?550℃左右，流量102000Nm3/h(正常工况)，出料时流量97500Nm3/h。运行工况具有一定波动性，依据测量参数，结合行业经验数据，取设计方案烟气参数，烟尘成分及粒度。

硅微粉呈灰白色，质轻粒细，容重约为200kg/m3,安息角约为48度，吸湿差。硅铁烟尘的主要成分以SiO2为主，占90%以上;比电阻高，在225℃时，比电阻不低于1.0x10的11次方W.cm。高电绝缘性：比电阻通常在10的11次方~10的13次Ω.cm，具有极强隔热性，热传导率≤0.05W/mK(由于多孔性),粉尘以小粒径为主，小于5微米的硅微粉占93%以上。

余热发电系统设计方案

为了提高热力循环系统效率，一般情况下应尽量提高主蒸汽参数。为了更有效地利用烟气热量，应尽量采用双压蒸汽系统。

通过锅炉热平衡计箅及锅炉结构计算可知，采用双压可以充分利用烟气余热，更好地控制排出烟气温度，利用低压系统吸收低温烟气的部分热量(温度一般在350?550℃之间)回送到汽轮机补汽系统。

水泥生产线已成功应用双压发电系统。对于单一热源的硅铁矿热炉，计算和应用均证明双压系统较单压系统也可以提高系统热效率3%?5%。

双压系统配置双压余热锅炉及补汽凝汽式汽轮机。系统较单压系统复杂、费用稍高。采用双压系统可实现余热资源的梯级利用，提高余热利用率，提高系统发电能力。

双压系统是在锅炉低温段设置低压汽包、低压过热器。当工况波动的时候，根据低压蒸汽压力调节进入汽轮机的补汽流量，从而降低锅炉的排烟温度，可以很好地适应工况的变化，产生低压过热蒸汽进入汽轮机做功发电。

单压系统初期投资比双压少，但适应工况的波动能力较

差，并且发电能力小，长期收益差。

在冬季，可以用部分低压蒸汽给厂区供暖。

余热锅炉采用双压系统和单压系统的热力参数计算结果对比。

采用双压系统明显比单压系统计算发电机输出功率大。综合考虑到4条生产线的运行情况，余热电站装机容最选择9000kW。

选择双压系统应重点考虑：

(1)高压蒸汽温度

蒸汽温度提髙,余热锅炉出口蒸汽比焓增加，锅炉蒸发量减少，反之,蒸汽温度越低，蒸发量可增加。蒸发量增加可增加做功能力，但总体上，降低温度导致做功能力下降，主蒸汽温度一般比烟气温度低10?20℃。

(2)高压蒸汽压力

高压主蒸汽压力增加，蒸汽比焓增加，在温度及蒸发量不变情况下，做功增加。但压力提高，争取过热度降低，汽轮机排汽干度下降，对末级叶片的安全性和经济性不利。此外由于进汽比容降低，而且压力增加也使系统耗功增加。因此，髙压蒸汽压力并不是越高越好，要考虑汽轮机排汽

干度的限制、机组内效率的变化等多种因素确定最合适的初压。

(3)蒸发量的分配

高低压蒸发量合适的匹配，使排烟温度合理，总发电量最大。

(4)低压补汽温度选择

低压温度增加,蒸发量会降低。补汽温度对发电电影响较小。温度应与补汽口蒸汽温度匹配，以降低缸体的热应力，并要保证补汽的过热度。

(5)降低排烟温度使烟气余热得到充分利用，但排烟温度与所选蒸汽循环形式、节点温差等因素有关,尤其含硫烟气，要考虑烟气中水蒸汽冷凝问题。采用双压可使温度降至90?150℃，温度低时，烟气中蒸汽凝结,烟尘易粘附在管壁上，可考虑给水加热方案。另外，为防止低温腐蚀，可考虑省煤器采用特殊钢管。