33MVA硅鈣合金礦熱爐煙氣余熱利用發電技術實踐

徐 斌，周江峰

（1.陜西省鎮巴屈家山礦業有限公司，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]。硅鈣行業屬于高能耗工業，它的能源消耗量約占全國能源消耗量16%，能源消耗費用高于企業生產總成本的24%，每年消耗大量能源。

當前，我國的能源形式十分嚴峻，較低的能源利用效率是我國能源現狀形成的根本原因。從世界范圍來看，目前美國是將工業能源轉化為余熱能源并加以利用最多的國家，它的利用率能夠達到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]，就余熱利用現狀來看，我國與目前世界上比較發達的國家相比有很大的提高空間，如圖1所示。

圖1 我國與國際先進國家余熱資源利用率對比

隨著我國節能減排工作的深入進行，硅鈣礦熱爐余熱回收勢在必行。實施節能技術，提高能源綜合利用效率，既能降低企業成本，又能提高市場競爭力[3]。

1 33MVA礦熱爐煙氣余熱利用發電技術概述

圖2 硅鈣冶煉余熱綜合利用工藝流程圖

煙氣余熱發電的技術核心是余熱鍋爐進出口煙氣參數的確定、余熱電站熱力系統及參數的確定、余熱鍋爐的低溫換熱技術、余熱鍋爐的清灰技術（機械振打、機械刷、燃氣燃爆、鋼珠等）、粉塵的回收利用，陜西盛華冶化有限公司（以下簡稱“盛華冶化”）根據前期大量的調查研究及關鍵技術的模擬實驗，克服了在大型硅鈣礦熱爐余熱發電系統工程在設計、建設、工藝幾何參數和電氣參數選定等環節無任何工程實例的不足，經過認真、反復論證，確定關鍵設備、工藝、電氣、排放量等參數，最終建立了全球首條33MVA硅鈣礦熱電爐余熱煙氣生產線，利用硅鈣生產過程中產生的廢氣余熱進行發電，年發電量5962萬KWh，年節約標煤2.09萬噸，年減排二氧化碳5.52萬噸，減排二氧化硫418噸，使得各項經濟和技術指標取得最優、最大化。回收了硅鈣冶煉中產生的大量低熱值廢氣，減少了生產排放廢氣對環境的熱污染，不僅解決了能源浪費問題，而且還改善了當地的環境質量，降低了企業的生產成本，提高了硅鈣產品的市場競爭力。

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中排出的高溫煙氣，產生蒸汽帶動汽輪發電機組發電，其工藝流程見圖2所示。

2 33MVA礦熱爐煙氣余熱利用發電系統工作原理

圖3 33MVA礦熱爐煙氣余熱利用發電系統的結構示意圖

33MVA礦熱爐煙氣余熱利用發電系統組成見圖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5內，篦冷機5內多個風室的風機對硅鈣合金吹風進行冷卻產生大量的高溫煙氣，高溫煙氣通過煙罩6和第一管道15進入多個換熱器3內；高溫煙氣在換熱器3內散熱，通過兩個循環加熱余熱鍋爐2內的水，這兩個循環分別為：①余熱鍋爐2內的水通過第二管道16依次流入多個換熱器3內的第一蒸發器7，多個換熱器3內的高溫煙氣散熱，加熱第一蒸發器7內的水，加熱后的水通過第二管道16流回余熱鍋爐2內，此循環可以對余熱鍋爐2內進行持續不斷地加熱；②余熱鍋爐2內的熱蒸汽通過第三管道17進入汽輪機9中，汽輪機9將熱能轉換為機械能帶動發電機10進行發電，汽輪機9做功后乏汽通過凝汽器11冷凝成水，凝結水泵12輸送凝汽器11內的凝結水至除氧器13，對凝結水進行除氧，最后在給水泵14的作用下通過第四管道18送進多個第二蒸發器8內，水在換熱器3內進行加熱，加熱后的水再輸送給余熱鍋爐2，以此循環。發電機10通過電網與礦熱爐1連接，發電機10產生的電能再輸送給礦熱爐1使用，大大地降低了生產成本，取得良好的經濟效益。

3 硅鈣合金電爐余熱發電建設的問題及解決措施

3.1 煙氣溫度與設備配套問題

由于進口煙氣溫度較高，鍋爐進口和旁通風門閥板易變形，后材質由普通碳鋼改為耐熱不銹鋼，并在閥板上加加強筋和耐火可塑料；另在閥體內圈增加密封擋板，解決了風門漏風、變現和開關時卡塞的問題。

3.2 清灰問題

及時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鍵。本系統采用的是鋼珠清灰裝置，運行效果良好，尤其是高溫煙氣段清理效果好，到省煤器低溫段，隨著運行時間的推移出現少量積灰，這跟不同的礦熱爐產品的粉塵特性有關，還要在今后的運行過程中總結經驗，或輔助激波清灰等其他方式加以解決。

3.3 管道堵塞問題

開發了煙氣管道粘結防治技術，攻克了超細CaO及SiO2粉塵粘結造成的管道堵塞和余熱鍋爐換熱管管束積塵結垢[4]；研發的閥門密封技術和專用煙氣控制閥，克服了高溫煙氣導致閥板變形泄漏的瓶頸。避免了停產清堵，提高了鍋爐換熱效率，增強了系統密閉性，保障了煙氣余熱鍋爐和發電機組高效連續生產。

3.4 煙氣余熱回收監控問題

將分布式計算機控制系統應用于礦熱爐生產工藝中，開發出高可靠性的煙氣余熱回收監測系統，建立了鍋爐、發電、收塵系統合理匹配。克服了煙氣流量和煙溫波動造成的系統失穩，在確保礦熱爐生產和粉塵治理設施不間斷運行條件下，實現汽輪機緊急保護停機，滿足了并網發電的安全要求。

4 總結

盛華冶化公司在引進、消化、吸收的基礎上進行再創新，建立了全球首條33MVA硅鈣合金礦熱爐煙氣余熱發電生產線，解決了硅鈣合金電爐煙氣溫度、煙氣量與余熱鍋爐參數等設備的自動化控制及合理匹配；煙氣中極細CaO及SiO2粘結造成管道積塵堵塞；采用拋丸清灰工藝提高了余熱鍋爐的換熱效率等技術難點，最大限度的對煙氣余熱進行了利用，同時也保證了冶煉粉塵排放嚴格控制在排放標準控制范圍內。實現年發電量5962萬KWh，年節約標煤2.09萬噸，年減排二氧化碳5.52萬噸，減排二氧化硫418噸。進一步增強了環境保護的效果，促進了我國硅鈣煙氣余熱發電技術和裝備制造水平的技術進步。