工业硅行业作为现代工业的重要组成部分，每年消耗大量能源，据统（tǒng）计，中国平均每吨工业硅需要消耗13000kW/h电以上，全国年产100×104t工业硅需要耗电13×108kW/h以上。随着中国逐步建立全社会的资源循环利用（yòng）体系（xì）和节能减（jiǎn）排工作的深入进行，工业硅作为能耗大户，佘热回收势（shì）在必行。接下来陕西工业硅炉厂家合（hé）元冶金机电小（xiǎo）编就工业硅（guī）炉烟气余热利（lì）用这一热点和（hé）大家进行探讨（tǎo）。

工业热（rè）炉烟气余热（rè）发电技术探（tàn）讨

为实施节能技术改造，佘热（rè）回收（shōu）—提高能源综合效率，既是（shì）响应国家号（hào）召，建设节约型社（shè）会的客观需要，也是企业降低成本，提高企业市（shì）场竞争力的需要。

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

工业硅烟气余热特点

a）烟（yān）气余（yú）热属于中温余热、废气流量较少，热品位较低；

b）烟（yān）气余（yú）热的参数（温度、流量）具有一定的波动性，波动范围大（dà）；

c）烟气中的硅（guī）灰（俗称硅微粉）极（jí）细，有极强粘附力和非常高的热阻。受热外管壁粘灰后会大（dà）大降低（dī）热交换率。

烟气余热发电改造前状况

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

余热（rè）发（fā）电改造方案

余热（rè）资源

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

烟气总量：2×70000Nm3/h；

烟气温度：450℃；

烟气成分单位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（hán）尘量：7g/Nm3.

装机方案

按目前（qián）成（chéng）熟的（de）余热发电工（gōng）艺，烟气经废热（rè）锅炉利用（yòng）后，温（wēn）度可从450℃降（jiàng）至200℃左右。根据热力学公式，可以计算出（chū）每小时1台矿热炉可利用的（de）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（yàn），余热锅炉对余热的利（lì）用效率90%，发（fā）电机组的（de）效率为40%.本项（xiàng）目计（jì）算取余热锅炉（lú）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）计算余热（rè）发电平（píng）均（jun1）功率为4293kW.考虑到（dào）余热发电受矿热炉工况影响较大，烟气温度和流量等参数具有一定的波动性，且波动范围较大等因素，本项目确定装机方（fāng）案（àn）2×8t/h硅业（yè）烟气专用余热锅炉1×3MW纯凝（níng）汽（qì）式汽（qì）轮发电（diàn）机组。三大主机主要参数如下：

工艺流程

利用硅（guī）厂工业硅矿热炉高温（wēn）烟气进行回收用于发电，达到节（jiē）能减排、综合利用、保护环境的目的[3].炼硅产生（shēng）的高温余热烟气经烟（yān）道（dào）送入余热锅（guō）炉经过换热后，产（chǎn）生的（de）高温高压蒸气推动汽轮发电机组发电，高温烟气经余热锅炉吸热降温后，再进入原有除尘器，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（jiē）入硅炉35kV配电装置母线，余热电站与现有电力系统实现并网运行，运行方式为（wéi）并网不上网（wǎng）。在（zài）不改变原有供电及运（yùn）行方式的前提下，发电机发（fā）出的电量将全部用于全厂负荷。

按照烟气余热发电方案，已经被利用过的（de）烟气从余热锅炉出来后，温度仍然有200℃，由于温度较低（dī），其热能品位降低，利用难度加大。为充分利用（yòng）好能源，提高（gāo）能源利用效率，根据烟气余热梯级利用（yòng）原理，其（qí）热量（liàng）可以被用来产（chǎn）生余热锅炉（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（fèn）烟气仍包含热量，对此，这部分热量可以用来产生热（rè）水用于洗澡用，然后（hòu）被冷却到120℃以下的烟气可以符合标准的（de）进入布袋除尘器进（jìn）行处理。

该方案从能源利用与工艺角（jiǎo）度来讲，它能源利用比较充分，能（néng）源利（lì）用率高，出口烟气温度能立即达到布袋尘除尘器的要求，不需要另外投资降温装置（zhì），工（gōng）艺配合性好。

余热发电技术改造重点（diǎn）和难点

烟气参数测量

余（yú）热电站能否到达（dá）设计要求的额定出力，能否（fǒu）取得良好的经济效益和环保效益，高温余热烟气的流量（liàng）、温度等参数起到至关重（chóng）要的作用。根据实际调研，并结合工业硅生（shēng）产行业目前普遍的发展水平，大多数工业硅厂不能提供烟气监（jiān）测参数，在原工厂建设时也没有考虑预（yù）留（liú）烟气（qì）监测接（jiē）口，而现场工业硅炉处于全天24小时不（bú）间断生产状态，要实时的测（cè）量（liàng）烟道的高温烟气参数，需要（yào）面临（lín）现场（chǎng）高温带电作业、高空（kōng）坠落等危（wēi）险因素的考（kǎo）验。但若不测（cè）量烟气参数，则设（shè）计无重要原则（zé）性输入的（de）支撑。因此，建（jiàn）议委托专业的热工（gōng）测量（liàng）队伍，依托专业的测量技（jì）术和专业仪器设备，采取有效的安全防范措施和手（shǒu）段，对余热烟气参数进行实地测（cè）量（liàng），以（yǐ）取（qǔ）得.直接的原始设（shè）计参数。

总平面布置

工业硅高温余热烟气发电综合利（lì）用均在原（yuán）有硅厂厂区内依托原有高温烟道进行（háng）技术改造（zào），新增汽机房、余热锅炉、冷却塔（tǎ）、主变压（yā）器等设施。而根据调（diào）研，大多数（shù）工业硅厂（chǎng）的（de）现状是（shì）建设时（shí）缺乏统一规划，厂区内管线纵横交错，能有效利用的（de）场地较少，且（qiě）普遍（biàn）存在原有建构筑物缺少或遗失原始土建（jiàn）或工艺设计资（zī）料（liào）的情况。因此，如何利用有限的（de）场（chǎng）地（dì）资源合理布置分区，即节约用地、合理（lǐ）利用地形、方便集中管理，又保证缩（suō）短管线、工（gōng）艺（yì）系统（tǒng）布局走向合（hé）理；既要满足项目的安全、稳定（dìng）、经济性（xìng）要求，又要满（mǎn）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课题。建议如（rú）果能够收集到与余热发（fā）电综（zōng）合利用工程相关的原厂建构筑物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（miàn）优化布置的前提下，经过和业主的充分沟通，征得业（yè）主同意的前提下，可以考虑利用原厂即有的一些（xiē）设备支吊架、厂区管架进行项目的设计。否则，从安全可靠（kào）的角度出发，余热电站的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，但这同时对余热电站总图的优化布置提出（chū）了更高的要求。

锅炉清灰方式选择

余热锅炉为本工程.关键设备之一（yī），工业硅余热锅炉的难点（diǎn）在于：工业硅矿热炉烟气中的SiO2极细，其微小的颗粒被称为硅（guī）微粉。硅微（wēi）粉的平均粒径200nm~400nm，粉尘壁（bì）表面积20m2/g（极易产（chǎn）生静电、极易吸附而且隔热性能（néng）非常（cháng）好），其烟气中硅微粉尘含量在灰5g/Nm3~7g/Nm3（浓度较高），粉尘（chén）堆积密度：0.18t/m3（特轻）；其具有极强的粘附力，和非常高的阻（zǔ）热、隔热力。如果硅微（wēi）粉清（qīng）理不净，锅炉很难正常运行，进而将直接影响机组的（de）长期稳定运行能力及发（fā）电量的大小。

据（jù）调查了解，余热锅炉受热面有螺旋鳍（qí）片管（guǎn）、光管、热管等主要形式，而余（yú）热锅炉（lú）除灰有蒸（zhēng）汽吹（chuī）灰、激波吹灰、机械振打清灰、钢刷除灰、乙炔爆燃（rán）除灰（huī）等形式，余热锅炉清灰是否（fǒu）彻底和干净，既和锅炉（lú）受热面的形式息息相关，又和锅炉清灰的方式（shì）密切联系（xì）。只有选择了合适的受热面（miàn）形式和与之相适应的清灰方（fāng）式，才能有效解决余热锅炉的（de）积灰问题。根据调查了解到的目前一些余（yú）热（rè）锅炉生产（chǎn）厂家的情况，通过对一些硅铁余热发电厂运营（yíng）情（qíng）况（kuàng）的调查，考虑到螺旋鳍片管因自身结（jié）构原因，对硅微粉积灰很难清理。硅（guī）微粉有很强的粘结性，遇水或水蒸汽（qì）更容易粘结（jié）。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，清灰效果虽然较好，但是在满足总图紧凑布置要求的情（qíng）况下将增加工程土建投资。

综合（hé）考虑（lǜ），在本工程（chéng）中，选择了热管式光管受热面乙炔（C2H2）爆燃除灰方式的余热锅炉。建议在类似项目开展过程中，应加（jiā）大收资力（lì）度，通过（guò）调查走访，多了解目前余热（rè）锅炉厂主要的（de）受热面形式和清灰方式组合，尤其要多调查了解已有的余热电站运行情况，对余热（rè）锅炉实际运行效（xiào）果进（jìn）行分析比（bǐ）较，再结合项目实际烟气参数情况，选择.合适的余热发电锅炉。

余（yú）热发电（diàn）综合利用能耗及环保效益

工业硅生产是（shì）高能耗（hào）行业，无论（lùn）从国家节能降耗政策，还是企业自身发展的（de）需要（yào），采用先进节能技术，大幅度降低（dī）消耗和生产成本，消除安全隐患，是生产企业目前迫切需（xū）要解决的问题。该余热发电综合利用（yòng）项目成功（gōng）实施（shī），可以对企业生产系统用能进行优化，提高能源利用效率，对降低企业产品成本，实现节能降耗，增强企业的可持续（xù）发展能力具有重要意义。同时（shí）也（yě）为地区行业内规模化开展节能减（jiǎn）排、综合利用工作起到积极（jí）示范和推动作用。