【文章內容簡介】 前提下設計遵循“ 穩(wěn)定可靠，技術先進，降低能耗，節(jié)約投資 ”的原則， 認真研究項目建設條件，通過多方案比較，提出供業(yè)主選擇的技術方案，為業(yè)主選擇適宜的技術 方案提供依據。 具體指導思想如下： （ 1） 嚴格執(zhí)行國家有關法律法規(guī)和產業(yè)政策的要求。做到建設項目的安全設施必須與主體工程同時設計，同時施工，同時投入生產與使用。 （ 2）在穩(wěn)定可靠的前提下，提倡技術先進，要盡可能采用先進的工藝技術方案，以降低發(fā)電成本和基建投入。 （ 3）盡可能利用公司現有設備、設施并盡最大可能利用余熱。 （ 4）生產設備原則上采用國產設備。 （ 5）余熱電站的 電機 控制和過程控制采用計算機控制系統， 達到高效、節(jié)能、穩(wěn)定生產、優(yōu)化控制的目的，并最大程度地減少操作崗位定員，以降低成本。 熱力系統及 裝機方案 鄂爾多斯冶金 集團節(jié)能減排項目 —— 大型集群 電爐低溫煙氣余熱 資源綜合利用能效電廠工程 技術方案 天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司 中材節(jié)能發(fā)展有限公 司 — 13 — 可利用的余熱資源 鄂爾多斯冶金集團 有限責任公司 上述 26 臺 冶煉電爐， 均 為矮煙罩半封閉式礦 冶 爐 ， 配干法布袋除塵裝置。 半封閉式硅鐵還原電爐排出的廢氣帶走的熱量相當于輸入電能總量的 40%～ 50%。煙氣量的大小及溫度的高低受冶煉爐況與操作爐門開閉的影響，與混入空氣的多少有直接關系。 根據 中材節(jié)能發(fā)展有限公司 2020 年 8 月 3 日 ～ 5 日對 七分廠 2＃ 爐 、八分廠 2＃ 爐 （ 25000kVA 硅鐵冶煉電爐 ） 和十分廠 1＃ 爐 （ 16500kVA 硅鐵冶煉電爐 ） 的現場 測試結果 和業(yè)主提供的數據，其主要廢氣參數如下： 25000kVA 硅鐵冶煉電爐煙氣溫度 250～ 420℃，平均溫度約 320℃，煙氣流量 92020～ 131000m3/h（標況） ， 平均煙氣流量 113000m3/h（標況）， 含塵濃度為 5g/m3（標況） ； 16500KVA 硅鐵 冶煉 電爐煙氣溫度 290～ 440℃，平均溫度約 353℃，煙氣流量 23000～ 79000m3/h（標況） ， 平均煙氣流量 55167m3/h（標況） ,含塵濃度為 7g/m3（標況） 。 以上數據與國內、外同規(guī)模爐型相比， 流量 、 溫度偏低。 通過現場勘 查 和與業(yè)主 的充分交流、分析、研究，我們認為導致煙氣 流量 、 溫度偏低的 主要原 因 有以下 幾 方面： ① 電爐 喂料口 爐 門 采用 空 氣幕密封， 導 入 了 大量冷風 ； ② 由于現有空 冷 器 效果較差，不能滿足布袋除塵的溫度要求，所以在引風機入口處增設了混冷風閥門，標定時冷風閥開度為 30％。 ③ 系統密封不嚴 ，造成大量冷空氣進入。 ④ 部分管道無保溫措施，表面散熱增加。 針對 上述存在的問題 首先要加強管理，采取相應措施： ① 電爐 喂料口 爐 門 的開度盡量減小， 空 氣幕密封 風機采用變頻調速裝置 ， 減少不必要的 冷風 侵入； ② 由于余熱鍋爐的排煙溫度保證在 160℃以下，滿足布鄂爾多斯冶金 集團節(jié)能減排項目 —— 大型集群 電爐低溫煙氣余熱 資源綜合利用能效電廠工程 技術方案 天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司 中材節(jié)能發(fā)展有限公 司 — 14 — 袋除塵的溫度要求，可以取消引風機入口處混冷風閥門 ； ③ 加強 系統 密封 ； ④ 增加 保溫措施， 減少 表面散熱 損失 。 采取以上各項措施后，進入余熱鍋爐的煙氣溫度將會明顯提高， 據估算， 三期 8 臺 25000kVA 硅鐵冶煉電爐 （六～九分廠） 的煙氣 參數 平均 可達 125000m3/h(標況 )－ 360℃， 四期 18 臺 25000kVA 電爐（十～十三分廠）煙氣參數平均為 90000 m3/h(標況 )－ 380℃ 。 熱力系統及裝機方案設計 原則 1） 充分利用 公司現有 廢 氣 余熱 資源 ； 2） 本余熱 電站的建設及運行應不影響 原有 生產系統的 正常 運行 ； 3） 本余熱 電站的系統及設備應 以 成熟可靠 、技術先進、節(jié)省投資、提高效益為原則， 并考慮目前國內余熱發(fā)電設備實際技術水平 。 4） 煙氣通過余熱鍋爐沉降下來的 爐 灰應回收 利用 以達到節(jié)約資源及保護環(huán)境的目的。 裝機方案及 熱力系統 確定 裝機方案 的確定 根據目前國內純余熱發(fā)電技術及裝備現狀，結合 硅鐵 生產余熱資 源情況，本工程裝機方案采用純低溫余熱發(fā)電技術。 由 總圖布置及工藝流程 可知 ， 同一系統各 生產車間 之間 的 距離較遠，給低壓蒸汽的輸送帶來較大的困難， 根據上述余熱條件以及目前的純低溫余熱發(fā)電的技術水平， 本方案僅 對單壓 和 閃蒸 兩種 熱力系統 進行比較 。 1） 按實測數據 計算 單臺 電爐 發(fā)電能力如下： 系統 類別 電爐 規(guī)格 鍋爐 主 汽 壓力（ MPa） 鍋爐 主 汽溫度（ ℃ ） 鍋爐 主 蒸汽 流量（ t/h） 閃蒸 蒸 汽 壓力（ MPa） 閃蒸 蒸 汽 流量（ t/h） 鍋爐 排 煙溫度（ ℃ ） 發(fā)電功率 （ kW） 單壓系統 25000kVA 310 0 0 166 ～ 1451 16500kVA 310 0 0 156 ～ 906 鄂爾多斯冶金 集團節(jié)能減排項目 —— 大型集群 電爐低溫煙氣余熱 資源綜合利用能效電廠工程 技術方案 天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司 中材節(jié)能發(fā)展有限公 司 — 15 — 閃蒸系統 25000kVA 310 125 ～ 1634 16500kVA 310 125 ～ 977 2） 按改造后數據 計算 單臺電爐 發(fā)電能力如下： 系統 類別 電爐規(guī)格 鍋爐 主 汽 壓力（ MPa） 鍋爐 主 汽溫度（ ℃ ） 鍋爐 主蒸汽 流量（ t/h） 閃蒸 蒸 汽 壓力（ MPa） 閃蒸 蒸 汽 流量（ t/h） 鍋爐 排 煙溫度（ ℃ ） 發(fā)電功率 （ kW） 單壓系統 25000kVA 310 0 0 154 ～ 2149 16500kVA 310 0 0 118 ～ 1743 閃蒸系統 25000kVA 310 118 ～ 2332 16500kVA 310 130 ～ 1813 通過上述計算， 閃蒸 系統具有較高的發(fā)電能力，因此建議采用 閃蒸熱力系統。 按照以上單臺電爐的 平均余熱發(fā)電功率 推算， 一期電站 18 臺16500kVA 硅鐵冶煉電爐 和 二期 8 臺 25000kVA 硅鐵冶煉電爐 改造 前、 后電站計算平均 發(fā)電能力 及裝機容量 如下： 電站編號 改造前、后 電爐臺數 鍋爐臺數 蒸汽參數 平均發(fā)電 功率 （ kWh） 裝機容量 （ MW） 一期 改造前 18 4 主汽： MPa－ 310℃ － 閃蒸 ： MPa－ 111℃ － t/h 17586 30 改造后 18 4 主汽： MPa－ 310℃ － 閃蒸 ： MPa－ 111℃ － t/h 32634 二期 改造前 8 4 主汽： MPa－ 310℃ － t/h 閃蒸 ： MPa－ 111℃ － t/h 13072 15MW 改造后 8 4 主汽： MPa－ 310℃ － 閃蒸 ： MPa－ 111℃ － t/h 18656 以上計算結果是基于汽輪機排汽壓力均為 ，汽輪機效率鄂爾多斯冶金 集團節(jié)能減排項目 —— 大型集群 電爐低溫煙氣余熱 資源綜合利用能效電廠工程 技術方案 天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司 中材節(jié)能發(fā)展有限公 司 — 16 — 均為 80％的條件得到的。 此 方案 中 ，由于采用 直接空氣冷卻系統 使 汽輪機的排汽 壓力升高 ， 進、出口焓差顯著下降，根據當地氣象條件估算 ，直接空氣冷卻系統的排汽背壓為 ~，與水冷系統相比，同樣條件下減少發(fā)電量約為 10％～ 15％， 即一期改造后的平均發(fā)電能力為；二期改造后的平均發(fā)電能力為 。 余熱鍋爐 的 結構 形式 及清灰方案 根據 工藝 流程和廢氣參數及粉塵的特性， 余 熱鍋爐采用單鍋筒 、光管受熱面、 自然循環(huán)方式、露天立式布置，結構緊湊、占地 面積 小。煙氣從上向下 依次 橫向沖刷過熱器、蒸發(fā)器、省煤器，氣流方向與粉塵沉降方向一致， 有利于受熱面的清灰。 鍋爐 受熱面 采用光管錯排方式布置，使氣流在管壁形成擾動，阻止煙塵沉降 。 鍋爐分兩段設置，其中 I 段為蒸汽段， II 段為熱水段。 為便于運行和檢修，設有多層平臺。 試驗證明： 煙塵的 主要成份為： SIO C、 CaO、 Fe2O AI2O3等，各種成份所占比例分別為： %、 %、 %、 %、 %，其它成份 占 %， 堆積比重只有 ， 煙塵粒度 ≤ 1μ m 的占 80％以上，平均粒徑為 ~ m。 當 煙氣 溫度 ≥ 160℃ 、 通流截面風速 ≥ 8m/s 時 ，煙氣粉塵很難在 光管 受熱面堆積成型 。 但是， 硅微粉表面張力很小，具有較強的親水性。 針對廢氣粉塵粒度很小，比重較輕的特點，余熱鍋爐在正常運行時積灰?guī)茁瘦^小，但在事故 狀態(tài) 下，仍然存在積灰 的可能 ， 如電爐電極冷卻水套漏水、鍋爐爆管等。 因此 在鍋爐的各受熱面之間布置了激波脈沖清灰裝置。 以減輕余熱鍋爐的 積灰，提高鍋爐的換熱效率。 鍋筒材料 為 20g，安裝在鋼架頂部。鍋筒內部裝置的一次分離采用縫隙擋板 結構，二次分離元件為特殊的鋼絲網分離器。為了保證好的蒸汽品質和合格的鍋水，還裝有加藥管和表面排污管。 為保證安全和便于操作，鍋筒上部裝有壓力表、安全閥和備用管座。鄂爾多斯冶金 集團節(jié)能減排項目 —— 大型集群 電爐低溫煙氣余熱 資源綜合利用能效電廠工程 技術方案 天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司 中材節(jié)能發(fā)展有限公 司 — 17 — 鍋筒前方設有兩組石英玻璃管水位表，其中一只為雙色水位表，便于用戶單位設置工業(yè)攝像頭以監(jiān)視水位；一組電接點液位計管座，可作水位顯示和接水位報警器用；兩組水位平衡容器，作水位記錄與控制用。 鍋爐四周布置有內護板，與熱煙道組成煙氣通道，內護板、熱煙道外敷設輕型保溫層。鍋爐整個外表面 采用 彩色鋼板 作保護層 ，使得整個鍋爐的漏風率小于 3％。 通過上述計算， 1 12 三個 硅鐵分廠 12 臺 16500kVA 硅鐵冶煉電爐 每 分廠 冶煉電爐 可生產 － 310℃ 的 過熱 蒸汽 ；同時可通過閃蒸器產生 MPa－ 111℃ 的飽和蒸汽 t/h。 13 硅鐵分廠 6臺 16500kVA硅鐵冶煉電爐 可生產 － 310℃ 的 過熱 蒸汽 ；同時可通過閃蒸器產生 MPa－ 111℃ 的飽和蒸汽 t/h。 9 四個 硅鐵分廠 8 臺 25000kVA 硅鐵冶煉電爐 每分廠 冶煉電爐 可生產 － 310℃ 的 過熱 蒸汽 ；同 時可通過閃蒸器產生 MPa－ 111℃ 的飽和蒸汽 t/h。 低溫余熱發(fā)電汽輪機的 特點 本 項目 采用的汽輪機是針對低溫余熱發(fā)電而 特殊 設計的低參數 補汽凝汽式汽輪機。 考慮管線的壓力、溫度等損失，混合至主汽母管的 主蒸汽參數為 — 300℃過熱蒸汽 ； 補汽 汽參數為 — 111℃ 飽和 蒸汽 。 汽輪機的通流部分由一個復速級和七個壓力級組成，不設回熱抽汽口。汽輪機前汽缸選用耐熱鉻鉬合金鑄鋼材料，后汽缸則采用優(yōu)質鑄鐵材料。前后汽缸用垂直中分面法蘭螺栓聯接，上下半汽缸，由水平中分面螺栓聯接，前汽缸用貓爪結構搭在前軸承座上，前軸承座通過前座架固定在汽機基礎平臺上，后軸承座用螺栓及半圓墊圈固定在后汽缸上，后汽缸通過后座架直接固定在基礎上。 來自 余熱 鍋爐的主蒸汽經隔離閥 、 速關閥進入汽輪機高壓部分蒸汽鄂爾多斯冶金 集團節(jié)能減排項目 —— 大型集群 電爐低溫煙氣余熱 資源綜合利用能效電廠工程 技術方案 天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司 中材節(jié)能發(fā)展有限公 司 — 18 — 室，然后由調節(jié)汽閥控制進入汽輪機通流部分，蒸汽膨脹作功后，乏汽排入凝汽器凝結成水 ， 再由凝結水泵泵出至除氧器。凝結水泵出口處引一路凝結水回凝汽器熱井作再循環(huán)管路。凝汽器上裝有安全膜