硅鐵礦熱爐余熱發(fā)電優(yōu)化設計、運行分析及建議4300字

1、硅鐵礦熱爐余熱發(fā)電優(yōu)化設計、運行分析及建議4300字 摘 要：礦熱爐消費工藝中，會消耗大量的電能，而排放大量的廢氣余熱，其熱量約占系統(tǒng)總能耗量的40%左右，進一步充分利用這些中、低品位的余熱是節(jié)能降耗、減少溫室氣體排放的關鍵。 關鍵詞：礦熱爐；余熱發(fā)電；優(yōu)化設計；分析；建議引言寧夏昌茂祥冶煉現(xiàn)有2臺36MVA硅鐵礦熱爐，礦熱爐投產(chǎn)時并未設置余熱發(fā)電設施，北京動力源公司作為投資方，以EMC方式運作余熱發(fā)電設施工程，委托我公司進展設計。筆者作為本工程的工程經(jīng)理及工藝專業(yè)負責人參與了本工程的設計工作。本文介紹了寧夏工程余熱回收設施的主要配置、主機設備、工藝流程等設計內(nèi)容，并在一定根底上對工程進展了大

2、量的優(yōu)化及創(chuàng)新。通過實際運行情況，對設計及運行中出現(xiàn)的問題進展了相應的分析和建議，為今后類似工程的設計提供了經(jīng)歷。建議礦熱爐企業(yè)建立時同時配建余熱發(fā)電設施或者預留發(fā)電設施占地，優(yōu)化余熱發(fā)電設施的相關設計，使之發(fā)揮最大的效能，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為企業(yè)的節(jié)能減排做出更大的奉獻。1緒論礦熱爐消費工藝中，會消耗大量的電能，而排放大量的廢氣余熱，其熱量約占系統(tǒng)總能耗量的40%左右，進一步充分利用這些中、低品位的余熱是節(jié)能降耗、減少溫室氣體排放的關鍵。寧夏昌茂祥冶煉現(xiàn)有2臺36MVA硅鐵礦熱爐，礦熱爐投產(chǎn)時并未設置余熱發(fā)電設施，北京動力源公司作為投資方，以EMC方式運作余熱發(fā)電設施工程，委托

3、我公司進展設計。筆者作為本工程的工程經(jīng)理及工藝專業(yè)負責人參與了本工程的設計工作。本著回收最大化的目的，結合煙氣流量、溫度等實際參數(shù)，并在設計過程中進展了大量的優(yōu)化及創(chuàng)新，最終使本工程成為了礦熱爐行業(yè)余熱發(fā)電方面一個極為成功的范例。工程投產(chǎn)后，運行穩(wěn)定，回收電能約10%，產(chǎn)生了大量的經(jīng)濟效益和社會效益，證明了在硅鐵、錳鐵、鎳鐵等礦熱爐冶煉企業(yè)設置余熱發(fā)電設施是可行的，也是必要的。本文也對運行后所遇到問題進展了分析，并提出了相應的建議，以期對以后類似的工程提供經(jīng)歷。1寧夏昌茂祥硅鐵礦熱爐余熱發(fā)電設施1.1硅鐵礦熱爐工藝流程及可利用余熱概況硅鐵消費以硅石、蘭炭和鋼屑為主要原料，按照工藝給定的比例進展

4、計量、混料后，布入爐內(nèi)。在半密閉礦熱爐冶煉硅鐵中，每復原一個Si，生成二個CO，生成的一氧化碳在料面與混入的空氣燃燒，形成高溫煙氣。寧夏昌茂祥冶煉現(xiàn)有2臺36MVA硅鐵礦熱爐，可利用本工程2臺礦熱爐的高溫煙氣作?橛噯確縟仍礎?煙氣經(jīng)煙道進入余熱鍋爐汽水熱交換，產(chǎn)生的蒸氣推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電，電經(jīng)升壓并網(wǎng)送回礦熱爐自用。經(jīng)余熱鍋爐熱交換冷卻的煙氣，進入布袋除塵器凈化后通過煙囪排入大氣。1.2余熱發(fā)電設施根據(jù)礦熱爐煙氣可利用熱量，結合現(xiàn)場實際情況，筆者組織工程團隊進展了從初步設計到施工圖階段的設計工作。決定本工程建立2臺18t/h的中溫低壓余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)：P=2.0MPa，T=450、1臺7.

5、5MW汽輪機及1臺9MW發(fā)電機電機。1.3余熱發(fā)電的工藝流程1.3.1煙氣工藝流程煙氣管道分別從礦熱爐3個煙氣出口接出，管徑為DN2000，至鍋爐前匯總為1根DN3000管道，煙氣從鍋爐的上部程度引入，程度引出。低溫煙氣通過除塵風機，經(jīng)過布袋除塵器引入煙囪。另外設置旁路系統(tǒng)，并在旁路管道上設置冷卻空氣入口，當鍋爐故障時，可通過旁路系統(tǒng)將煙氣冷卻后送至除塵器及煙囪，可保證高溫煙氣不對空排放或者燒壞除塵器。如圖1所示：1.3.2汽水工藝流程2臺鍋爐產(chǎn)生的中溫低壓主蒸汽匯總為1個蒸汽母管，直徑為D1596，材質(zhì)取15CrMoG，管道通過外管網(wǎng)架空敷設至汽輪機主廠房，進入汽輪機，進而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。做

6、完功的蒸汽進入凝汽器，由循環(huán)水系統(tǒng)將蒸汽冷卻為凝結水，然后由凝結水泵送至真空除氧器除氧后，經(jīng)鍋爐給水泵送至鍋爐，加熱以產(chǎn)生蒸汽，再進入汽輪機組發(fā)電，以此完成汽、水、電的轉(zhuǎn)換。1.4余熱發(fā)電工程的優(yōu)化設計1.4.1高溫煙道保溫方式的優(yōu)化由于硅鐵礦熱爐煙氣溫度較高，可到達400600，普通的碳鋼管耐溫350，已無法正常使用。一般的解決方法不外乎以下幾種：采用耐高溫的合金鋼，投資太大；采用水冷構造，需增設循環(huán)泵，消耗電能，構造復雜而不穩(wěn)定。本工程通過技術優(yōu)化，采用管道內(nèi)保溫，將耐高溫的保溫層設置在碳鋼管道內(nèi)部，利用熱傳導計算，通過調(diào)整保溫厚度，使不同管徑的煙氣管道金屬內(nèi)壁溫度均保持在300以內(nèi)，既不

7、浪費熱量，又大大降低了管道造價，并保證了煙氣管道及余熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1.4.2電站布置的優(yōu)化鍋爐與礦熱爐對應，布置在礦熱爐附近，主汽管道通過架空支架敷設至發(fā)電站廠房，減少了煙氣等大管道的投資費用。以往工程，汽機主廠房運轉(zhuǎn)層較多采用大平臺式布置，投資較大，并對下層空間采光造成一定影響。本工程運轉(zhuǎn)層采用島式布置，在減少投資的根底上，進步各下層空間的采光，改善了電站的勞動條件。為土建廠房投資節(jié)省了50多萬元。1.4.3旁通煙道優(yōu)化鍋爐事故時，煙氣不能直接排放，需設置旁通煙道，煙氣經(jīng)過已有布袋除塵器除塵后排至煙囪，而除塵器耐溫200，那么高達600多度的煙氣需降溫后才能排至除塵器。常規(guī)利用噴水降溫

8、等很不經(jīng)濟。本工程對旁通煙道進展了優(yōu)化設計：在旁通管路上設置一個自動噴吹冷風管道，噴冷風管道上設置氣動擋板，控制冷空氣混入，在管路進入除塵器之前設置遠傳溫度測點，當溫度高于200時，自動控制擋板翻開，利用管道內(nèi)部的負壓，自動混入冷空氣，煙氣低于200，控制混氣擋板關閉，以此保證除塵器不被高溫損壞。 而自動噴吹冷風管道管徑是根據(jù)混合溫度、煙氣流速等合理計算選取的。 2余熱發(fā)電設施運行狀況2.1發(fā)電負荷受礦熱爐運行影響較大工程于2022年5月開場建立，當年12月8日順利完成發(fā)電機組的并網(wǎng)發(fā)電，負荷為4000KW左右波動，低于預期效果，分析原因如下：礦熱爐由于礦熱爐調(diào)試原因，負荷長期較低，出口煙氣溫

9、度太低，低于350，負荷根本維持在20MVA，相應使鍋爐入口煙氣流量及溫度均無法到達設計值，發(fā)電系統(tǒng)處于低負荷運行。另外，礦熱爐停爐事故經(jīng)常發(fā)生，且每次礦熱爐停爐1小時，發(fā)電系統(tǒng)啟動需要4小時以上，影響發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。至2022年4月份以后，礦熱爐運行逐步穩(wěn)定，電站負荷根本可到到達7.5MW左右，完全滿足設計要求。2.2真空除氧器起到了節(jié)能的要求設計中采用了真空除氧器，鍋爐給水溫度為40左右，較低的鍋爐進水溫度有效地降低了鍋爐出口煙溫，對于保護后序布袋除塵器起到了良好的作用，另外又降低了排煙能量損失。理論證明對于不含硫等可產(chǎn)生腐蝕氣體的余熱鍋爐，不需要設置額外消耗蒸汽的熱力除氧器，采用同樣

10、滿足除氧效果的真空除氧器，可到達少耗蒸汽、降低鍋爐排煙溫度、進步機組效率的目的。2.3旁通煙道自動噴吹冷風裝置獲得了良好的效果鍋爐及發(fā)電機組投產(chǎn)前，旁通煙道需要提早投入使用，針對于較高的排煙溫度，自動噴吹冷風裝置需投用，才不至于燒壞布袋除塵器。理論證明，每次當布袋除塵器前排煙溫度高于200時，自動噴吹裝置均可以自動投入使用，依靠管道的負壓，使空氣可以順利噴入管道，到達降低煙氣溫度的目的。在后期的鍋爐故障時，旁通管道及自動噴吹冷風裝置同樣到達了預期的效果。3硅鐵礦熱爐余熱發(fā)電的考慮和建議3.1礦熱爐余熱發(fā)電設施節(jié)能效果顯著在硅鐵消費中，電費約占消費本錢的65%以上。礦熱爐企業(yè)是名副其實的耗電大戶

11、，而對于余熱的回收，像挪威等技術成熟的國家，電量回收率可以到達13%，甚至更高，我國在礦熱爐運行及余?嶧厥占際醴矯嫫鴆獎冉賢恚?目前回收率接近10%，假如運行良好，效益同樣客觀。據(jù)理解，目前國內(nèi)的硅鐵、錳鐵、鎳鐵等鐵合金企業(yè)大局部都在考慮新增余熱發(fā)電設施，以降低運行本錢。3.2應進步礦熱爐的運行技術以使余熱發(fā)電節(jié)能效果更好由于礦熱爐的煙氣量及煙氣溫度根本決定了余熱設施的運行參數(shù)，故在建立時，一定提供盡量準確的煙氣溫度、流量、煙氣成分、尾氣的露點溫度等重要參數(shù)，作為鍋爐等設施的設計根據(jù)，使余熱設施設計時就比擬靠近正常值。另外，礦熱爐的運行好壞也根本上決定了余熱回收的效果，事實證明，當?shù)V熱爐爐門開

12、得過大，漏入空氣過多時，大量低溫、大流量的煙氣會使鍋爐的效率達不到額定數(shù)據(jù)，而爐體密封效果好，爐門及工作人孔設計合理、風機設置變頻的礦熱爐均會到達良好的效果。這就要求礦熱爐企業(yè)進步礦熱爐設計及運行技術，在工藝進步的前提下可以回收更多的電能，以到達節(jié)能降耗的目的。3.3礦熱爐施行前最好同時設計或預留余熱發(fā)電設施局部礦熱爐企業(yè)建立時并不規(guī)劃余熱發(fā)電設施，而是等礦熱爐投產(chǎn)后，由投資企業(yè)以EMC等方式融資建立，造成了局部浪費，鍋爐不能貼近礦熱爐就近布置，發(fā)電機組也同樣需要布置在較遠的位置，這就需要增加煙氣管道、汽水管道的長度，造成了占地及布置的不合理、大量管道等設備及材料的投資增加、長間隔 管道輸送的能源浪費。建議以后礦熱爐企業(yè)建立時同時配建余熱發(fā)電設施或者預留發(fā)電設施占地。4結語寧夏昌茂祥余熱發(fā)電工程已順利發(fā)電并網(wǎng)，并隨著礦熱爐運行的成熟到達了額定負荷，完成了以下預期目的：1解決了礦熱爐高溫煙氣的排放問題。2各項優(yōu)化設計均到達了應有的效果。3回收電量到達10%，節(jié)能效果顯著。4經(jīng)濟效益：7.5MW機組滿負荷消費，按1年8000小時計算，年發(fā)電量0.6億KW.h，節(jié)省冶煉本錢約0.3億元。5社會效益：礦熱爐產(chǎn)生的