工（gōng）业硅行业作为现代工业的重要（yào）组成（chéng）部分，每年消耗大量能源，据统计，中国平均每（měi）吨（dūn）工业硅需要消耗13000kW/h电以上，全国年产100×104t工业硅需要耗电（diàn）13×108kW/h以上。随着中国逐步建立全社会的资源循（xún）环利用体系和节能减排工作的深入进行，工业硅作为能耗大户，佘热回收势在必（bì）行。接下（xià）来陕西工业硅（guī）炉厂家合元冶金（jīn）机电小编就工业硅炉烟气余热利（lì）用（yòng）这一热点和大家进行探讨。

工业热炉烟气余热发电技术（shù）探讨

为实施节能技术改造，佘热回收—提高能源综合效率，既是响应国家号召，建设节约型社会的客观（guān）需（xū）要，也是企（qǐ）业降低成本，提高企业（yè）市场竞争力的需要。

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究和探讨。

工业硅烟气余热特点

a）烟气余热属于中温余热、废气流量较少，热（rè）品位较低；

b）烟气余热的参数（温度（dù）、流量）具有一定的波动性，波动范围大；

c）烟气中的硅灰（俗称硅微粉）极细（xì），有极强粘附力和（hé）非常（cháng）高的热阻。受热（rè）外管壁粘（zhān）灰后会大大降低热（rè）交换率。

烟气余热发电改造前状况

某工（gōng）业硅厂2台矿热炉（lú）来的400℃~600℃高（gāo）温烟气，通过混风，达到降温的目的。温度降低到220℃~230℃后，首先（xiān）进入到双效（xiào）旋风除尘器中，进行..次除尘处理，除尘得到的烟（yān）尘（即（jí）SiO2粉）经卸料机卸出，进行（háng）包装。经过..次除尘处理的烟气，在进入风机之前，通过向（xiàng）烟（yān）气管到喷淋冷却水，进行二次降温处理，经冷却水冷却的（de）烟尘温（wēn）度降低到180℃~200℃左右，通过引风机进入布袋除尘（chén）器，净化后烟气由除尘器上（shàng）部排入（rù）大气。目前这种烟气处理方法，基本能满足环保要求，但需耗费大量（liàng）电能和水资源，同时烟道的高（gāo）温烟（yān）气的（de）热能没有得到合理的利用造成（chéng）热能的浪费。

余热发电改（gǎi）造方案

余热资源

高温烟气的流量和温度参数决定了余热电站的装机方案，高温烟气的烟尘成分及其含（hán）量决定了余热锅炉的清灰方式。经现场实测，原工业硅厂2台矿热炉烟气（qì）余热参数如下：

烟气总量：2×70000Nm3/h；

烟气（qì）温度：450℃；

烟（yān）气成分单位N2H2OCO2O2

体积含量%772318

烟尘成分单位SiO2Al2O3Fe2O3CaO

体积含量%86～900.2～1.70.3～6.00.2～0.5

烟气含尘（chén）量：7g/Nm3.

装机（jī）方案（àn）

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

根据设计及工程实施的数据及工程经验，余热锅炉对余热的利用效率90%，发电机组的效率为40%.本（běn）项目计算取余热锅炉80%的能效，取发电机组的能效40%.则2台矿热炉产生烟气的（de）计（jì）算余热发电平（píng）均功率为4293kW.考虑到余热发电受矿热炉工况影（yǐng）响较大，烟气温度和流量等参数（shù）具有一（yī）定的波动性，且波动范围（wéi）较大（dà）等因素，本项目确定装机方（fāng）案2×8t/h硅业烟气专用余热锅炉（lú）1×3MW纯凝汽式汽轮发电机（jī）组。三（sān）大主机主要参（cān）数如下：

工艺流程

利（lì）用硅厂工业硅矿（kuàng）热炉高温烟气进行回收用于发电，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（wēn）余热烟气经烟道送入余（yú）热锅炉经过换热后，产生的高温高（gāo）压蒸（zhēng）气推动汽轮发电机组发电，高（gāo）温烟气经余热锅炉吸热降温后，再（zài）进入原有（yǒu）除尘器，经除尘后（hòu）排放。发电机所发电能通过升压变压器升压后接入硅炉35kV配电装置母线，余热电站与现有电力（lì）系统实现并网运行（háng），运行方式为并网不上网。在不改变（biàn）原有（yǒu）供电（diàn）及（jí）运行方（fāng）式的前提下，发电（diàn）机发出的电量将全（quán）部用于全厂负荷。

按照烟气（qì）余热发电（diàn）方案，已经（jīng）被利用过的烟气从余热锅炉出来后，温度仍然有200℃，由于温度较低，其热能品位降低，利用难度加大。为（wéi）充分利用好（hǎo）能源，提高能源利用效率，根据烟气余热梯级利用原理，其热量可以被用来产生余（yú）热锅炉（lú）补汽。但是从补汽锅炉出来的烟气温度仍然有150℃左右，这部分烟气仍包含热（rè）量，对此，这部分热量（liàng）可以用（yòng）来（lái）产生热水用于洗澡用（yòng），然后被冷却到120℃以下的烟气可以符合标准的进（jìn）入（rù）布袋除尘器进行处理。

该方案从能源利（lì）用与（yǔ）工艺角度来讲，它能源利用比较充（chōng）分（fèn），能源（yuán）利用率（lǜ）高，出口烟气温度能立即达到（dào）布袋尘除（chú）尘器的要求，不需要另外投资降温装置，工艺配合性好。

余热发电技术改造重点和难点

烟气参数测量

余热电站能否到达设计要求的额定出力（lì），能（néng）否取得良好的经济（jì）效益和环保效益，高温余热烟气的流量、温度等参（cān）数起（qǐ）到至关重要的作用。根据实际（jì）调研（yán），并结合工（gōng）业硅生产行业目前普遍的发展水平，大多数工业硅厂不（bú）能提（tí）供（gòng）烟气监测参数，在原工厂建设时也没有考虑预留烟气监测接口，而现场工业硅炉处于全天24小时不间断生产状态，要实时的（de）测量烟道的高温烟气参数，需要面临现场高温带电作业、高空（kōng）坠落等危险因素的考验。但若不测量烟气参数，则设计无（wú）重（chóng）要原则性输入的支撑。因此（cǐ），建议委托专业的热工（gōng）测（cè）量（liàng）队伍，依托专业的测量技术和专（zhuān）业仪器设备，采（cǎi）取有效的安全（quán）防范措施和手段（duàn），对（duì）余热烟（yān）气参（cān）数进行实地测量（liàng），以取得.直接的原始设计参（cān）数。

总平面布置

工（gōng）业硅高温余热（rè）烟气发电综合利（lì）用均在（zài）原有硅厂厂区内依托原有高温烟道进行技（jì）术改造，新增汽机房、余热锅炉、冷（lěng）却塔（tǎ）、主变压器等设（shè）施。而（ér）根据调研，大多数工业硅厂的（de）现状是建设时缺乏统一规划，厂区内管线纵横交错，能有效利用的场地较少，且普（pǔ）遍存（cún）在原有建构筑物缺少或遗失原始土建或工艺设计资料的情（qíng）况。因此，如何利用有限的（de）场地资源合理布置分（fèn）区，即（jí）节约用地、合理利（lì）用地形、方便集中管理（lǐ），又保证缩短管线、工艺系统布局走向合理；既要满足项目的安（ān）全、稳定、经济性要求，又要满足项目施工及投产后的安全性要求，是摆在设计面（miàn）前的一个重大课题。建议如果能够收集到与余热发电综合（hé）利用工程相关的原厂建构筑物及其（qí）基础设计原始资料，在确保安全（quán）、可靠、经济（jì）并（bìng）有利于总平面优化布置的前提下，经过和业主的充分沟（gōu）通，征得业主同意的前提下，可以考虑利用原厂即有的一些设备支吊架、厂区管架进行项目的设计。否则，从安全可靠的角度出发（fā），余热电站的设备支吊架（jià）等建构筑物应（yīng）全部考虑新建，不（bú）应与原厂建构筑物（wù）发生联系，但（dàn）这同时对余热电站总图的优化布（bù）置提出了更高的要求。

锅炉清灰方式选（xuǎn）择

余热锅炉为本工程.关键设备之一，工业硅余热锅炉的（de）难点（diǎn）在于：工业硅矿热（rè）炉烟气中的SiO2极细（xì），其微小的颗粒被称为（wéi）硅微粉。硅微粉的平均粒径200nm~400nm，粉尘壁表面积20m2/g（极易产生静电、极易吸附（fù）而（ér）且（qiě）隔热性能非常好），其烟（yān）气中硅微粉尘（chén）含量在灰5g/Nm3~7g/Nm3（浓度较高），粉尘堆积密度：0.18t/m3（特轻）；其具有极强的粘附力，和（hé）非常（cháng）高的阻热、隔热力。如果硅微粉清理不净（jìng），锅炉（lú）很难（nán）正常运行，进而将直（zhí）接影响机组的长期稳定运行能力及发电量的大小。

据调查（chá）了解，余（yú）热锅炉受热面有螺旋（xuán）鳍片管、光管、热管（guǎn）等主要（yào）形式，而余热锅炉除灰有蒸汽吹灰、激波吹灰、机械振打清灰（huī）、钢刷除灰、乙炔爆燃除灰等形式，余热锅炉清灰是（shì）否（fǒu）彻底和干（gàn）净，既和锅（guō）炉受热面的（de）形式（shì）息息相关，又和锅炉清（qīng）灰的方式密切联系。只有选择了（le）合适的受热面形式和与之相适应的清灰方式，才能有效解决余热锅炉的积灰问题。根据调查了解到的（de）目前一些（xiē）余热锅炉生（shēng）产厂家的情况，通过对一些硅铁（tiě）余热发电厂运营（yíng）情况的调查，考（kǎo）虑到螺旋（xuán）鳍片管因自身结构原因，对硅微粉积灰很难（nán）清理。硅微（wēi）粉有很强的粘结性，遇水或水蒸汽更容易粘（zhān）结。激波吹灰能量相对较低，对（duì）吸附性极好的硅微粉的清除比较困难。采（cǎi）用（yòng）光管机（jī）械擦刷式清灰方式，清灰效果虽然较好，但是在满足总图紧凑布置要（yào）求的情况下将增加工程土建投资。

综合考（kǎo）虑，在本工程中，选择了（le）热管式光管受热面乙炔（C2H2）爆（bào）燃除灰方式的余热锅炉。建议在类似项目开展过程中，应加大收资力度，通过调（diào）查走访，多了（le）解目前余热锅炉厂主要的受热面（miàn）形（xíng）式和（hé）清灰方式组合，尤其要（yào）多调查了解已有的余热（rè）电站运行情况（kuàng），对余热（rè）锅炉实（shí）际运行效果进行分析比较，再结合项目实际烟气参数情况，选择.合适的余（yú）热发电锅炉。

余热发电综合利用能耗及环保效益

工（gōng）业（yè）硅（guī）生产是高能耗行业，无论从国家节（jiē）能（néng）降耗政策，还是企业自身（shēn）发展的（de）需要，采用先进节能（néng）技术，大幅度降低（dī）消耗和生（shēng）产成本，消除安全隐患（huàn），是生产企业目前迫切需要解（jiě）决的问题。该（gāi）余热发电综合利用项目成功实施（shī），可以对企业生产系（xì）统用能进行优化，提高能源利用（yòng）效率，对降低企业产品成本，实（shí）现节能降耗，增强企业的可持（chí）续发展能力具有重要意义。同时也为地（dì）区行业内规模化开展节能减排、综合利用工作起（qǐ）到积极示范和推动作用。