陳業(yè)麟

摘 要：工業(yè)礦爐在生產(chǎn)時(shí)有大量的余熱資源被白白浪費(fèi)、本文針以某工業(yè)礦爐為例，對(duì)工業(yè)礦爐生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行采樣分析，并運(yùn)用先進(jìn)的Thermoflow軟件建模分析，提出可以采用余熱發(fā)電的方法減少能源需求，降低能源浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)礦爐；余熱發(fā)電；建模；節(jié)能減排

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.182

0 引言

能源、原材料、水和土地等自然資源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是整個(gè)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的保證。但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，資源約束的矛盾日益凸顯。2016年12月，國(guó)家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布了能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃，規(guī)劃中明確指出：“在‘十三五期間，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降18.4%，二氧化碳排放強(qiáng)度下降20%以上”。鐵合金行業(yè)是典型的能耗大，效率低，污染大的行業(yè)，若能以先進(jìn)適用的技術(shù)加以改造，淘汰落后工藝設(shè)備，促進(jìn)工藝裝備升級(jí)，不僅可以提高能源利用效率，同時(shí)也可以大大降低對(duì)環(huán)境的影響。

本文采用模擬軟件對(duì)工業(yè)礦爐進(jìn)行余熱發(fā)電技術(shù)的建模分析，利用熱回收裝置將礦熱爐排放的尾氣余熱回收并轉(zhuǎn)換為電能再用于冶煉生產(chǎn)，尾氣溫度大幅降低并處理后排入大氣，這對(duì)降低鐵合金生產(chǎn)綜合能耗、碳排放、減少對(duì)環(huán)境的熱污染將是非常有效的途徑。

1 改造前狀況

業(yè)主方原有兩臺(tái)2臺(tái)25MVA的礦熱爐生產(chǎn)工業(yè)硅、鐵合金等產(chǎn)品，在生產(chǎn)的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?。根?jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，1#爐的煙氣平均溫度為440℃，2#爐的煙氣平均溫度為460℃。通常的做法是利用空氣和尾氣混合，當(dāng)溫度降至220℃左右，利用旋風(fēng)除塵器進(jìn)行除塵。之后在進(jìn)入引風(fēng)機(jī)之前，利用冷卻水對(duì)煙管進(jìn)行噴淋（二次降溫處理），冷卻后的尾氣溫度降低到180℃左右，通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入布袋除塵器，處理后的尾氣由除塵器上部排入大氣。目前這種煙氣處理方法，基本能滿足環(huán)保要求，但缺點(diǎn)是需耗費(fèi)大量電能和水資源，同時(shí)尾氣的熱能沒有得到充分的利用造成能源浪費(fèi)。

2 模擬軟件簡(jiǎn)介

美國(guó)Thermoflow公司是一家專門從事電廠熱平衡類計(jì)算的專業(yè)軟件公司。其主要產(chǎn)品包括燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)和火力發(fā)電STEAM系列，其主要作用是幫助技術(shù)人員解決電廠設(shè)計(jì)前期所涉及到的熱平衡，電廠費(fèi)用估算及經(jīng)濟(jì)性分析等。

3 改造方案

3.1 煙氣資源

在對(duì)余熱電站進(jìn)行詳細(xì)的建模分析之前，首先必須對(duì)煙氣的余熱資源進(jìn)行詳細(xì)的采樣分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，煙氣的余熱參數(shù)如下表1：

3.2 改造工藝模型介紹

3.2.1 改造工藝介紹

改造方案擬在每臺(tái)礦熱爐的煙氣出口和原有的除塵器煙道中間增加一套余熱發(fā)電系統(tǒng)，將原有的尾氣處理系統(tǒng)旁通。改造后，從礦爐中產(chǎn)生的高溫尾氣經(jīng)余熱鍋爐放熱后，再經(jīng)過原袋式除塵器，而后由引風(fēng)機(jī)送至大氣。若余熱鍋爐和發(fā)電系統(tǒng)故障，則尾氣仍可以利用原除塵系統(tǒng)，并不會(huì)對(duì)排放造成任何影響。這兩套系統(tǒng)之間的切換由煙道上的閥門來控制，如此可以確保這兩套系統(tǒng)靈活切換使用。其工藝流程圖如下圖所示：

3.2.2 余熱電站模型

將工業(yè)礦爐的出口煙氣參數(shù)輸入進(jìn)Thermoflow軟件，根據(jù)軟件模擬可以得到整個(gè)余熱電站的系統(tǒng)圖如下：

該余熱電站的三大主機(jī)參數(shù)如下：

（1）1#余熱鍋爐主要熱力參數(shù)（1臺(tái)）：

鍋爐蒸發(fā)量 13.66t/h

蒸汽出口壓力 1.70MPa

蒸汽出口溫度 420℃

（2）2#余熱鍋爐主要熱力參數(shù)（1臺(tái)）：

鍋爐蒸發(fā)量 14.70t/h

蒸汽出口壓力 1.70MPa

蒸汽出口溫度 440℃

（3）汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)（1臺(tái)）：

型式：?jiǎn)胃?、沖動(dòng)、純凝式汽輪機(jī)組

額定輸出功率： 6，000kW

主蒸汽壓力： 1.60MPa

主蒸汽溫度： 420℃

工況主蒸汽流量： 28.36t/h

（4）發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)（1臺(tái)）：

額定功率： 6，000kW

額定電壓： 10KV

功率因素： 0.8

勵(lì)磁方式：靜止可控硅勵(lì)磁

3.3 軟件模擬結(jié)果

3.4 項(xiàng)目實(shí)施的難點(diǎn)和重點(diǎn)

3.4.1 改造重點(diǎn)

（1）進(jìn)口風(fēng)管保溫隔熱處理，最大限度利用好系統(tǒng)尾氣資源，確保尾氣溫度不低于結(jié)露溫度；

（2）優(yōu)化余熱系統(tǒng)與主工藝協(xié)調(diào)，確保礦熱爐原有生產(chǎn)不受影響的情況下做到發(fā)電量最大化；

（3）智能化控制系統(tǒng)。將余熱發(fā)電系統(tǒng)分解為多個(gè)分系統(tǒng)，先由DCS或PLC實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)或分步驟的自啟停，再通過項(xiàng)目編程根據(jù)機(jī)組的啟停順序?qū)⒁陨戏窒到y(tǒng)或分步驟進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，從而達(dá)到系統(tǒng)智能啟停的目的，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能操作。

3.4.2 改造難點(diǎn)

（1）本項(xiàng)目新建余熱電站需增加一系列的大型設(shè)備，因此，如何更合理的布置這些設(shè)備以及與原來系統(tǒng)的連接以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的方式是下個(gè)階段需要仔細(xì)克服的難題；

（2）本項(xiàng)目的尾氣煙塵含量是8g/m3，且煙塵粒度較小，具有極強(qiáng)的粘附力和非常高的阻熱、隔熱力。如果清理不凈，余熱鍋爐換熱面被煙塵附著，短期將造成余熱鍋爐蒸發(fā)量下降，發(fā)電量減小等問題。長(zhǎng)期運(yùn)氣會(huì)導(dǎo)致鍋爐換熱管擊穿，造成重大事故。因此，根據(jù)本項(xiàng)目煙氣含塵濃度較高的特點(diǎn)，建議采用光管管束，以減少煙塵附著在換熱面上。目前，余熱鍋爐清灰裝置有多種方式可供選擇，如機(jī)械振打、介質(zhì)（蒸汽或壓縮空氣）吹灰、沖擊波吹灰、鋼珠清灰等。建議采用鋼珠清灰的裝置。能更好的達(dá)到吹除積灰保證受熱面清潔，提高傳熱效率，恢復(fù)余熱鍋爐出力。

4 項(xiàng)目效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)模型計(jì)算，整個(gè)項(xiàng)目的投資大約為3，800萬元。按照大工業(yè)用電價(jià)格0.45元/kWh計(jì)算，年節(jié)省電費(fèi)約為1，847萬元。再扣除水費(fèi)、人員工資、折舊等費(fèi)用，年凈節(jié)省約為1，300萬元。簡(jiǎn)單投資回報(bào)年限為3年左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.2 環(huán)境效益分析

模型中，年發(fā)電量達(dá)到4，414×104kWh，扣除自用電后年供電量達(dá)到4，105×104kWh，按目前全國(guó)火電機(jī)組的平均供電煤耗為330g/kWh標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤13，546t，每年減少CO2排放量33，771t，SO2排放量1，015t，NOx排放量507t。

5 結(jié)論

鐵合金行業(yè)是高能耗高污染的行業(yè)，無論從國(guó)家節(jié)能減排的角度，還是從企業(yè)自身發(fā)展的需要，都對(duì)采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，降低消耗和生產(chǎn)成本有迫切的需求。本文就工業(yè)礦爐的余熱發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行建模分析，分析證明，余熱發(fā)電作為一種循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式，提升了經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，并起到了節(jié)能減排，最大限度地減少污染物排放的作用，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都是起到了積極示范和推動(dòng)的作用。

參考文獻(xiàn)：

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