工业硅行（háng）业作为现代工（gōng）业的重要组（zǔ）成（chéng）部分，每年消（xiāo）耗大量能源，据统计（jì），中（zhōng）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（guó）逐步建立全社会的资源循环利用体系和节（jiē）能减排工作的深入进行，工业硅作为能（néng）耗大户，佘热回收势在必（bì）行。接下来陕西（xī）工业硅（guī）炉（lú）厂家合元冶（yě）金机（jī）电小编就工业（yè）硅炉烟气余热利用这一热点和大家进行探讨。

工业热炉烟气余热发电技术探讨

为实施节能技术改造（zào），佘热回收—提高能（néng）源综合效率（lǜ），既是响（xiǎng）应国家（jiā）号召，建设（shè）节约型社会的（de）客观需要，也是企业降低成本，提高企业市场（chǎng）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（yú）热发电技术进行了研究和探讨。

工业（yè）硅烟气余热特点（diǎn）

a）烟气余热（rè）属于中温余热、废气（qì）流量较（jiào）少，热品位（wèi）较低；

b）烟气余热的参数（温度、流量）具有一定的波（bō）动性，波动范围大；

c）烟气中的硅灰（俗称硅微粉）极细，有极强粘附力和非常高的热阻。受热外管壁粘灰后会大大降低热交换率（lǜ）。

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，通过混风，达到降温的目的。温度降低到220℃~230℃后，首先进入（rù）到（dào）双效（xiào）旋风（fēng）除尘器中，进行..次除尘处（chù）理，除尘得到的烟尘（即SiO2粉）经卸料机卸出，进行包装。经过..次除尘处理的烟气，在（zài）进入风机（jī）之前，通过向烟气管到（dào）喷淋（lín）冷却水，进（jìn）行二次降（jiàng）温处理，经冷却水冷却（què）的烟尘温度（dù）降低到180℃~200℃左右，通过（guò）引风机进入布袋除尘器，净（jìng）化后烟气由除尘器上部（bù）排入大气。目前这种烟气处理方法，基本能满足环保要求，但需耗费大（dà）量电能和水（shuǐ）资源，同时烟道的高温烟气的热能（néng）没有得到合理的利用造（zào）成热能的浪费。

余热发电改造方案

余热资源

高温烟气的流量和温（wēn）度参（cān）数决定了余热（rè）电站的装机方案，高温烟气的烟尘成分及其含量决定了余（yú）热（rè）锅炉的清灰方式。经现场（chǎng）实测，原工业硅厂2台矿热（rè）炉烟气余热参数如下：

烟气总量：2×70000Nm3/h；

烟气温度：450℃；

烟气成分（fèn）单（dān）位N2H2OCO2O2

体积含量%772318

烟（yān）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（zhuāng）机方案

按目前（qián）成熟的余热发电工（gōng）艺，烟气经废热锅炉利用（yòng）后，温度可从（cóng）450℃降至200℃左右。根（gēn）据热力学公（gōng）式，可以计算出每（měi）小时1台矿热炉可利用（yòng）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（chéng）经验，余热锅炉（lú）对余热的利用效率90%，发电（diàn）机组的效率为40%.本项目计算取余热锅炉（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计算余热发电平均功率为4293kW.考虑到余热发电受矿热炉工况影响较大，烟气温度和流量等参数（shù）具有一定的波动性，且波动范围较大等因素，本项（xiàng）目（mù）确定装机方案2×8t/h硅业烟气专用（yòng）余热锅炉1×3MW纯凝汽式汽轮发（fā）电机组（zǔ）。三大主机（jī）主要参数（shù）如下：

工艺流程

利用硅厂工业硅矿热炉高温烟气（qì）进行回收用于发电，达到（dào）节能减排、综合利用、保护（hù）环境的目（mù）的[3].炼硅产生的高温余热烟气（qì）经烟道送入余热锅炉经过换热后，产生（shēng）的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（jīng）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35kV配电装置母线，余（yú）热电站与现有电力系（xì）统实现并网运（yùn）行（háng），运行方式为并网不（bú）上网。在不改变原有供电及运行方式（shì）的前提下，发电机发出的（de）电量（liàng）将全（quán）部用（yòng）于全厂负荷。

按照烟气余热发电方案，已经被利用（yòng）过的烟气从（cóng）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。为充分利用好能源，提高（gāo）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热锅炉补汽。但是从补（bǔ）汽锅炉（lú）出来的（de）烟气温度仍然有150℃左（zuǒ）右，这部分烟（yān）气仍包含热量，对此，这部（bù）分热量可（kě）以用来产生热水用于洗澡用，然后（hòu）被冷却到120℃以下的烟气可以符合标准的进（jìn）入布袋除尘器进行处（chù）理。

该方案从能源利用与工（gōng）艺角度来讲，它能源利用比较充分，能源利用率高，出口（kǒu）烟气（qì）温（wēn）度能立即达到布袋尘除（chú）尘器的要求，不需（xū）要另外投资（zī）降温装置，工艺配合性好（hǎo）。

余热发电技术改造重点和难点

烟气参数（shù）测（cè）量

余热电站能（néng）否到达设计要求的额定出力，能否取得良好的经（jīng）济效益和环保效益，高温（wēn）余热烟气的流量、温度等参数起到至关重要的作用。根据实际（jì）调研（yán），并结合工业硅生产行业目前普遍的发（fā）展水平，大多数工业硅厂不能提供烟气监测参数，在原工厂（chǎng）建设时也没有考虑预留烟气监测（cè）接口，而现场工（gōng）业硅炉处于（yú）全天24小时不间断生产状态，要实时的测（cè）量烟道的高温烟气参（cān）数（shù），需要面临现场高温带电作业、高空坠落等危险因素（sù）的考验。但若不测量（liàng）烟气参数，则设计无（wú）重要原则性输入的支撑。因此，建议委托专业的热工测量队伍，依托专业的测量技术和专业仪器设备，采取（qǔ）有效的安全防范措施和手段，对余热烟气参数进行实地测（cè）量，以取（qǔ）得.直（zhí）接的原（yuán）始设计参数。

总平面布置（zhì）

工业硅（guī）高温（wēn）余热烟气发电综合利用（yòng）均在原有硅厂厂区内依托（tuō）原有高温烟（yān）道进行技术改造，新增汽机房、余热锅炉、冷却塔、主变压器等设施。而根据调研，大多数工业硅厂（chǎng）的现状是建设时缺乏统一规划，厂区内管线纵横（héng）交错，能有效利用的场（chǎng）地较少，且普（pǔ）遍存在（zài）原有（yǒu）建构筑物缺少或遗失原（yuán）始土建或工艺设计资料的情况。因此（cǐ），如何（hé）利用有限的场地资源合理布置分区，即节约用地、合理利（lì）用地形、方便集中管理，又（yòu）保证缩短管线、工艺系统布（bù）局走向合理；既要满足项目的安全、稳定、经济性要求，又要满足项目施工及投产后的安全性要（yào）求，是摆在设计面前的一（yī）个重大（dà）课题。建议如果能够收（shōu）集到与余（yú）热发电综（zōng）合利用（yòng）工程相关的原厂建构筑物及其基础设（shè）计（jì）原始（shǐ）资料（liào），在确保安全、可靠（kào）、经济（jì）并有利于总平面优化（huà）布置的前提下，经过和业主的充（chōng）分沟通（tōng），征（zhēng）得业主同意的前（qián）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（fǒu）则，从安全可靠的角度出发，余热电站的设备支吊架等建构筑物应全部（bù）考虑新建（jiàn），不（bú）应与原（yuán）厂（chǎng）建构（gòu）筑物发生联系，但这同时（shí）对余热电站总图（tú）的优化（huà）布置（zhì）提出了更高的（de）要求。

锅炉（lú）清灰方式选择

余热锅炉为本工程.关键设备之一，工业硅余热锅炉的（de）难点在于：工业硅矿热炉烟气中的SiO2极细，其微（wēi）小的颗粒被称为硅微粉。硅微粉的平均粒径200nm~400nm，粉尘壁表（biǎo）面积20m2/g（极易产生（shēng）静电（diàn）、极易（yì）吸附而且隔热性能非常（cháng）好），其（qí）烟气中硅（guī）微（wēi）粉尘（chén）含量在灰5g/Nm3~7g/Nm3（浓度较高），粉尘堆（duī）积密（mì）度：0.18t/m3（特轻）；其具有极强的粘附力，和非常高的阻热、隔热力。如果硅微（wēi）粉清理（lǐ）不净，锅炉很难正常运行，进（jìn）而将直（zhí）接影响机（jī）组的长期稳定运行能力及发电量的大小。

据调查了解，余热锅炉受（shòu）热面有（yǒu）螺旋鳍片管、光管、热管等主要形式，而余热锅炉除灰有蒸汽吹灰（huī）、激波吹灰、机械振打清灰、钢刷除灰、乙（yǐ）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式息息相关，又（yòu）和锅炉清灰的方式密切联系。只有选择了合适的受热面形式和与之相（xiàng）适（shì）应的（de）清灰方式，才能（néng）有效解决余热锅炉的积灰问题。根据调查（chá）了解到的目前一些余热锅炉生产（chǎn）厂家的情况，通过对一（yī）些硅铁余热发电（diàn）厂运营情况的（de）调查，考虑到螺旋鳍片管因（yīn）自身结构原因，对硅微粉积灰很难清理。硅微粉有很强的（de）粘结性，遇（yù）水或水蒸（zhēng）汽更容易（yì）粘结。激波吹灰能量相对（duì）较低（dī），对吸附性极好的硅微粉的清除比较（jiào）困难。采用光管机（jī）械擦刷式清灰方式，清灰效果虽然较（jiào）好，但是在满足（zú）总图紧凑布置要求的情况下将增（zēng）加工程土建投资。

综合考虑，在（zài）本工程中，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，应加大收资力度，通过调查走访，多了解目前余热锅炉厂主要的受（shòu）热（rè）面形式和清灰方式（shì）组合（hé），尤其要多调查了解已有（yǒu）的余热电（diàn）站运行情况，对余热锅炉实（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（de）余热发电锅炉。

余热发电综合利用能耗及环保效益

工业（yè）硅生产是（shì）高能耗行业，无（wú）论从国家（jiā）节能降耗政策，还是企（qǐ）业自身发展的需要，采用先进节能技术，大幅度（dù）降低消耗和生产成本，消除安全隐患，是生（shēng）产企业目（mù）前迫切需要解决的问题。该余热发电综合利用项目成功实施（shī），可以对企业生产系统用（yòng）能进行优化，提高能源利用效率，对（duì）降低（dī）企（qǐ）业（yè）产品成本，实现节能降耗，增强（qiáng）企业（yè）的可持续发（fā）展能力具有重要意义。同时也为地区行业内（nèi）规模化开展节（jiē）能减排、综合（hé）利用工作起到积极示范和推（tuī）动作用。