工业硅行（háng）业作为现代工业的重要组成部分（fèn），每（měi）年（nián）消耗大量能源，据（jù）统计，中国平均每吨工业（yè）硅需要消耗13000kW/h电以上，全国年产100×104t工业硅需要耗电13×108kW/h以上。随着中国逐步建立全社会（huì）的资源循环利用体系和节（jiē）能减排工作的深（shēn）入进行，工业硅作为能耗大（dà）户，佘热回（huí）收势在必行。接下（xià）来陕西工业硅（guī）炉厂（chǎng）家合元冶金机电小编就工业硅炉烟气余热利用这一热点和大家进行探讨。

工业（yè）热炉烟气余（yú）热发电技术探（tàn）讨

为实施节能技术（shù）改造，佘热回（huí）收—提高能源综合效率，既是响应国家（jiā）号召，建设节约型社会（huì）的客观需要（yào），也是企业降低成本，提高企业市场竞争力的（de）需要。

发电综合利用项目，对当前工业硅炉烟气余热发电技术进行了研（yán）究和探讨。

工业硅烟气余热特点

a）烟气余热（rè）属于中温余（yú）热、废气流（liú）量较少，热品位较低；

b）烟气余热的（de）参数（温度、流量（liàng））具有一定的波动性，波动范（fàn）围大；

c）烟气中的硅灰（俗称硅微粉）极（jí）细，有（yǒu）极强粘附力和（hé）非常高（gāo）的热阻。受热外管壁粘灰后（hòu）会大大降低热交换率。

烟（yān）气余热发（fā）电改造前状况

某工业（yè）硅厂2台矿热炉来的400℃~600℃高温（wēn）烟气，通过混风，达到降温的目的。温度降低到220℃~230℃后，首先进（jìn）入到双效旋风除（chú）尘器中，进行..次除尘处理（lǐ），除尘得到（dào）的烟尘（即SiO2粉）经卸料机卸出，进行包装。经过..次除尘处理的（de）烟气，在进入风机之前（qián），通（tōng）过向烟气管到喷淋冷却水，进行二次降温处理，经冷（lěng）却水冷却的烟尘温度降低（dī）到180℃~200℃左右，通过引风机进入布（bù）袋除尘器，净（jìng）化后（hòu）烟气由除尘（chén）器上（shàng）部（bù）排入大气。目前这种烟气（qì）处理方法，基本能满足环保要求（qiú），但需（xū）耗费大量电（diàn）能和水资源，同时烟道的高（gāo）温烟气的热能没有得到合理的（de）利用造成热能的浪费。

余热发电改造方案（àn）

余热资源

高（gāo）温烟气的流量（liàng）和温度参数决定了余（yú）热电站的装机方案，高温烟气的烟尘成（chéng）分及其含（hán）量决定了余热锅炉（lú）的（de）清灰方式（shì）。经现（xiàn）场实（shí）测，原工业硅厂2台矿热炉烟气余热参数如（rú）下：

烟气（qì）总量：2×70000Nm3/h；

烟气温度：450℃；

烟（yān）气（qì）成分单位N2H2OCO2O2

体积含量%772318

烟尘成（chéng）分单位SiO2Al2O3Fe2O3CaO

体积含量%86～900.2～1.70.3～6.00.2～0.5

烟气含尘量：7g/Nm3.

装机方案（àn）

按目前成熟的余热发电工艺，烟气经废热锅炉利用后，温度可从450℃降至200℃左右。根据热力学公式，可以计算出每小时1台矿热（rè）炉可利（lì）用的烟气余热量为2415×104kJ/h.

根据设计及工程（chéng）实施的数据及工程（chéng）经验，余热锅炉对余热的利用效（xiào）率90%，发电机组的效（xiào）率为40%.本项目计算取余热锅炉80%的能效，取发电机组的能效40%.则（zé）2台矿热炉产生烟气的（de）计算余热发（fā）电平均功率为4293kW.考（kǎo）虑（lǜ）到余热发电受矿热炉工况影响较大，烟（yān）气温度和流量等参数具有一定的波动性，且波动（dòng）范围较大等因素，本项目确定装（zhuāng）机方案2×8t/h硅业烟气专用余热（rè）锅炉1×3MW纯凝汽式汽轮发电机组（zǔ）。三大主机主要参数如下（xià）：

工艺流程

利用（yòng）硅厂工业硅矿热炉高温烟气进行回收用于（yú）发电，达到节能减排、综合利用、保护环境的目的[3].炼硅产生的高温余热烟气（qì）经烟道（dào）送（sòng）入余（yú）热锅炉经（jīng）过换热后，产（chǎn）生的高温高压蒸气推动（dòng）汽轮（lún）发（fā）电机组发电（diàn），高温烟（yān）气（qì）经余热锅炉吸热降（jiàng）温后，再进入原有除尘器，经除尘后排放。发电机所发电能通过升压变压器升压后接入硅炉（lú）35kV配电（diàn）装置母线，余热电站与现（xiàn）有（yǒu）电力系统实现并网运行，运行方式为并（bìng）网（wǎng）不上（shàng）网。在（zài）不改变原有供电及运行（háng）方式的前提下，发电机发出的电量将全（quán）部用于全厂负荷。

按照烟气余（yú）热发电方案，已经被利用过的烟气从余热锅（guō）炉出来后，温度仍然有200℃，由于温度较低，其热能品位（wèi）降低，利用难度（dù）加大。为充分利用好（hǎo）能源，提（tí）高能（néng）源利（lì）用效率，根据烟气余热梯级利用原理，其热量（liàng）可以被用来产生余热锅炉（lú）补（bǔ）汽。但是从补汽锅炉出来（lái）的烟气温度仍然有150℃左右，这（zhè）部分烟气（qì）仍包含热量，对此，这部分热量可以用来产生（shēng）热水用（yòng）于洗澡用，然后被冷却到120℃以（yǐ）下的烟气可以（yǐ）符合（hé）标准的进入布袋除尘器进行处（chù）理。

该方（fāng）案从能源利用与工艺角度来讲，它能源利用比较充分，能源利用率高（gāo），出口烟气温度能立即达到布袋尘除（chú）尘器的要求，不需要另外投（tóu）资降温装置，工艺配合性好。

余热发电技术改（gǎi）造重点和难点

烟气参数测量

余热电站能否（fǒu）到达设计要（yào）求的额定出力，能否取得良好的经济效益和环保效益，高温余热（rè）烟气的流量、温度等参数起到至关重要的作用。根据实际调研，并结（jié）合（hé）工业硅生产行业目前普遍的发（fā）展水平，大（dà）多数工业硅厂不能提（tí）供烟气监（jiān）测参数，在原工厂建设时也没有考虑预留烟气监测接口，而（ér）现场工业硅炉处于全（quán）天24小时不间断生产状态，要实时（shí）的测量烟道（dào）的高（gāo）温烟气参数，需要面临（lín）现场高温带电作业、高空坠落等危险因素的考验。但若不测量烟气参数，则设计无重要原则性输入的支撑。因此（cǐ），建议委（wěi）托专业的热工测量队伍，依托专业的（de）测（cè）量技术（shù）和专业仪器（qì）设备，采取有效的（de）安全防（fáng）范措施和手段，对余热烟气参数进行实地（dì）测（cè）量，以取得.直接的原始设（shè）计（jì）参数。

总平面布置

工业硅（guī）高温余热烟气发电综合利用均在原有硅厂厂区内依托原有高温烟（yān）道进（jìn）行技术（shù）改造，新增汽机房、余热锅炉、冷却塔、主变压器（qì）等设施。而根据调研，大多（duō）数工业硅厂的现状是建设时缺乏统一（yī）规划，厂区内管线纵横交错（cuò），能（néng）有效利用的（de）场地较少，且普遍存在原有建构筑（zhù）物（wù）缺少或遗失原始土建或工（gōng）艺设计资料的情况。因此，如何利用有限的场地资源合理布（bù）置分区，即节约用地、合理利用地形、方便集（jí）中管理，又保证缩短管线、工（gōng）艺系统布局走向合理；既要满足项目（mù）的安全、稳定、经济性要求，又（yòu）要满足项目施工及投产后的安全性要求，是摆在设计面前的一个重大（dà）课题。建议（yì）如果能够收集到与余（yú）热发电综合利用工程相关的原厂（chǎng）建构筑物（wù）及其基础设计原始资料，在确保安全（quán）、可靠、经济并有利于总平面优化布置的前提下，经过和业主的（de）充分（fèn）沟通，征得业（yè）主同意的前提下，可以考虑利（lì）用原厂即（jí）有的一些设备支吊架、厂区管架进行项（xiàng）目的设计（jì）。否则，从安全可（kě）靠的角度出发，余热电站的（de）设备支吊架等建构筑物应全部考虑新建，不应与原厂建构筑物发生联系，但这同时（shí）对余热电站总图的优化布置提出了更高的要（yào）求。

锅炉（lú）清灰方式（shì）选择

余热锅炉为本工程.关键设备之一，工业硅余热锅（guō）炉的难点（diǎn）在于：工业硅矿热炉烟气（qì）中的SiO2极细，其微小的（de）颗粒被（bèi）称为硅微粉。硅微（wēi）粉的平均粒径200nm~400nm，粉尘壁表面积（jī）20m2/g（极易产生静电、极易吸附而且（qiě）隔热性能非常好），其烟气中硅微粉尘含（hán）量在（zài）灰5g/Nm3~7g/Nm3（浓度较高），粉尘堆积密度：0.18t/m3（特轻）；其具有（yǒu）极强的（de）粘附力，和非常高的阻热、隔热力。如果硅微粉清（qīng）理不净，锅炉（lú）很难（nán）正常运（yùn）行，进而将直接影（yǐng）响机组的（de）长期稳定运行能力（lì）及发电（diàn）量的（de）大小。

据调查了解，余热锅炉（lú）受热面有螺旋鳍片管、光管、热管等（děng）主（zhǔ）要形式，而余热锅炉除灰有蒸汽吹灰、激（jī）波吹灰（huī）、机械振打清灰、钢刷除灰、乙炔爆燃除灰等形式，余（yú）热锅炉清灰是否彻底和干净，既和锅炉受热面的形（xíng）式息息相关，又和锅炉清灰的方式密切联系。只有选择了（le）合（hé）适的受热面形式和与之相适应（yīng）的清灰方式，才能有效解决余热锅炉的积（jī）灰问题。根据调查了解到的（de）目前一些余热锅炉生产厂家的情况，通过对一些硅铁余热发电厂（chǎng）运营情况（kuàng）的调查，考虑到（dào）螺旋（xuán）鳍片管因自身结构原因，对硅微粉积灰很难清理。硅微粉有很强的粘结性，遇水或水蒸汽更容（róng）易粘结。激波吹灰能量相对较低，对吸附性极好的硅微粉的清除比较困难。采用光管机械擦刷式清灰方式，清灰效果（guǒ）虽然较好，但是在满足总图紧凑布置要求的情况下将增加工程土建投资。

综合考虑，在本工程中，选择了热（rè）管（guǎn）式（shì）光管受热面乙炔（C2H2）爆燃除灰（huī）方式的余热锅炉。建议在类似项（xiàng）目（mù）开（kāi）展过程中，应加大收资（zī）力度，通过调查走访（fǎng），多了解目（mù）前余热锅（guō）炉厂主要的受热（rè）面形式和清灰方式组合，尤其要多调（diào）查（chá）了（le）解已有的（de）余热电站运行情况，对余热锅炉实际运行（háng）效果进行分析比较，再结（jié）合项（xiàng）目实际烟气参数情况，选择（zé）.合（hé）适的余热发电（diàn）锅炉。

余热发（fā）电综合利（lì）用能耗及环保效益

工业硅生（shēng）产是高能耗行业，无论从国家节能降耗政策，还是（shì）企业自身发展的（de）需要，采用先（xiān）进节能技术（shù），大幅度降（jiàng）低（dī）消耗和生产成本，消（xiāo）除安（ān）全（quán）隐患，是生产企业目前迫切需要解决的（de）问（wèn）题。该余（yú）热发电综合利用项目成功实施，可以对企业生产系（xì）统用能进行优化，提高能源利用效率，对降低（dī）企（qǐ）业产（chǎn）品成本，实现节能降耗，增强企业的可持续发展能力具有重要意义。同时也为地区行业内规模化（huà）开展节能减排、综合利用工作起到积（jī）极示范和推动作用。