（节能减排项目）大型集群电炉低温烟气余热资源综合利用工程可研报告

XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 1 XXXX 冶金 集团节能减排 项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源 综合利用能效电厂工程 初步 技术 方案 XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 2 1 项目 建设 单位情况 1.1 项目概况 XXXX 冶金 有限 责任 公司 根 据本公司 余热资源 的 具体情况，在对国家 及 内蒙古自治区 资源综合利用的产业政策进行认真的学习和研究 的基础上 ，对国内现有的资源综合利用电站的系统和技术进行了综合调研，为了实施可持续发展战略和执行资源综合利用政策， 针对 企业现有生产规模、技术条件，并综合考虑现有余热 资源 及场地布置等因素，拟 利用硅铁电炉 生产过程中产生的废气余热，通 过设置 余热锅炉 产生的低压 过热 蒸汽 余热资源， 配套 建设低 参数 余热电站。 以达到 充分 利用废热资源，降低生产成本，提高企业经济效益 之目的 。 1.2 项目 建设 单位情况 简介 XXXX 冶金 有限 责任 公司 隶属于 XXXX 控股集团 ， 座 落于 京包银兰经济带的工业重镇中国内蒙古 XXXX 棋盘井工业园区，占地面积 15 平方公里 。 依托丰富的矿产资源和超凡的创业胆识 ， 借助 XXXX 控股集团年产 660 万吨煤炭和装机容量 93 万千瓦的电力等配套产业优势，大胆探索高载能循环经济模式，实现了资源、能源和高附加值产品的快速转化。投巨资建设了 64 台矿热电炉，总 容量 118 万 KVA， 铁合金系列产品的生产能力 达 100 多万吨 ， 成 为 世界上总容量最大，炉台数最多，产能最高的铁合金生产基地 ， 不但是中国铁合金产品生产和出口的特大型支柱企业，在全世界铁合金生产领域中产销量均名列前茅。 产品有普通硅铁、特种硅铁、硅锰合金、电石等，远销中东、欧美、日韩、东南亚、非洲等 20 多个国家、地区和中国 30 多个省市自 治 区。 到 2015 年，凭借年 5000 万吨的煤炭产能和 291 万千瓦的发电能力，依托具有自主产权并可开采数百年的金属矿产资源以及 109 国道、 110国道和东乌铁路等便利的交通运输条件， XXXX 冶集团将涉足铬铁、硅钙、氧化铝、电解铝、水泥熟料、稀贵金属铁合金等领域，产能总量将达到 500 多万吨 ,其中普通硅铁 70 万吨、特种硅铁 5 万吨、工业硅 20 万XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 3 吨、硅锰 15 万吨、碳化硅 1 万吨、硅微粉 10 万吨、电石 100 万吨、氧化铝 80 万吨、电解铝 40 万吨、水泥熟料 155 万吨。 XXXX 冶金 有限 责任 公司 以“ XXXX”品牌为创业灵魂 ,以“质量和服务是 XXXX 的象征” 为兴业目标，一心树就“能源经济、高科技经济和资本经济”同轨道加速运行的“蓝海”发展战略，全力构筑用“集智、放胆、拓荒、创新”的企业文化精神凝结而成的品牌发 展之路。产品的纯度、精度都达到了国际水准。 推进资源综合开发利用，实施资源控制战略，大力发展循环经济，提高优势产业集中度，培育产业集群，延伸产业链，使优势产业的规模进一步扩大，是公司发展的战略选择。把优势产业做大做强，必须坚持“科技是第一生产力”的思想，只有在我国高载能产业领域不断地探索、创新 ， 抢占技术制高点，实现技术突围，才能提高产业竞争力。 1.3 项目提出的必要性和意义 1.3.1 开展节能活动 能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，能源使用效率的高低已成为一个部门、一个行业乃至一个国家技术进步的重要标 志。 随着我国经济的快速发展和人口的不断增加， 能 源相对不足的矛盾 已 日 显 突出，寻找新的 能 源或可再生 能 源，以及合理的综合利用现有的宝贵 能 源将是我国今后如何确保经济可持续发展的关键所在。 2005 年以来，国务院先后发出了关于建设节约型社会近期重点工作的通知和关于加快发展循环经济的若干意见等重要文件，批准发布了节能中长期专项规划。为实现规划目标，国家发改委启动了十大重点节能工程。通过实施十大重点节能工程，“十一五”期间将实现节约 2.4 亿吨标准煤的节能目标。并重点提出“十一五”期间“实现在钢铁联合企业 形成年节能能力 266 万吨标准煤；”的具体要求。 2006 年 4 月国家发改委等政府部门又颁布了千家企业节能行动实XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 4 施方案，进一步明确了“以提高能源利用效率为核心，坚持节能与结构调整、技术进步和加强管理相结合，大力调整和优化结构，开发和推广应用节能技术”的指导思想。 冶金 工业是国民经济重要的基础原材料工业，也是高耗能、高污染工业。 冶金 工业节 能 潜力巨大 。 为此，国 内、 外大型企业纷纷采取先进技术，开展节能降耗和综合利用，不断优化 企 业的能耗指标和环保指标，以期达到能耗最少，环保最优。 目前，能源生产的增长速度尚难 以适应国民经济发展的要求，能源价格仍呈上升趋势，这对于能源费用占企业生产总成本 20% 30%的 冶金 工业将是新的挑战。因此，节能降耗 将 是 冶金 工业长期 发展 的战略任务。 1.3.2 循环经济的发展 利用硅铁 电炉 生产过程中产生的 400以下的废气余热作为热源的纯低温余热发电，在不增加生产能耗的前提下，整个热力系统不燃烧任何一次能源 ， 电站的产品 电力将回用于 冶金 生产，这套系统在回收冶金 工业 生产过程中产生的大量余热的同时，又减少 了 冶金 工业 对环境的热污染以及粉尘污染， 这 将给企业带来巨大的经济效益 。 这套系统是一个典型的循环 经济范例。 循环经济的思想萌芽兴起 于 60 年代， 到了 80 年代，人们的认识经历了从 “排放废物 ”到 “净化废物 ”再到 “利用废物 ”的过程。到了 90 年代，特别是可持续发展战略成为世界潮流的近几年，源头预防和全过程治理替代末端治理成为国家环境与发展政策的真正主流，人们在不断探索和总结的基础上，提出以资源利用最大化和污染排放最小化为主线，逐渐将清洁生产、资源综合利用、生态设计和可持续消费等融为一套系统的循环经济战略。循环经济内涵是一种 “促进人与自然的协调与和谐 ”的经济发展模式，它要求以 “减量化 再利用 再循环 ”（ 3R） 为 社会经济活动的行为准则，把经济活动组织成一个 “资源 产品 再生资源 ”的反馈XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 5 式流程，实现 “低开采、高利用、低排放 ”，以最大限度利用进入系统的物质和能量，提高资源利用率，最大限度地减少污染物排放，提升经济运行质量和效益。 “减量化、再利用、再循环 ”是循环经济最重要的实际操作原则。 由此可见， 节能减排 是社会和政府在能源节约和环境保护的巨大压力下提出的紧迫要求 ,也是 冶金行业 面对日益激烈的市场竞争的经济形势下的 明智选择 。 而利用日益成熟的低温余热 发电 技术，可大量回收和充分利用 冶金 工业 中 的 低温废气余热， 提高 冶金 工业 的整体资 源利用水平， 此项技术必将成为 冶金 工业节能降耗的有效途径之一。 余热电站建成后，可 大力回收和循环利用 工业 废 气，提高 企 业 的整体资源利用水平，为资源的绿色消费贡献力量。另外，利用 企 业 的废气余热 进行 发电，实际上就是相应减少了电力系统中燃煤电站产生同等电量而产生的 CO2 的排放。根据京都议定书规定的基于市场经济原则的清洁发展机制（ CDM），这些 CO2 的减排量是可以在国际碳排放交易中出售的，从而可以 进一步 减少余热发电的投资 成本 。 1.3.3 理想的 CDM 项目 为了应对温室气体排放对全球气候变化带来的严重影响， 近 20 多年来，人类社会进行了持续不懈的努力。 1997 年 12 月在日本京都通过的京都议定书是这种努力的里程碑式的极其重要的成果。在联合国气候变化框架公约之下，世界各国最终签署了具有法律约束力的京都议定书，规定在 2008 到 2012 年的第一个承诺期内，工业发达国家必须将二氧化碳排放总量在 1990 年排放总量的基础上减少 5.2%；发展中国家在此期间不承担减排义务，而且可以将本国实现的减排量出售给发达国家，换取资金与技术，再用于国内的环境保护事业，促进发展中国家的可持续发展，这就是京都议定书所设计的 “清洁发 展机制（简称 CDM Clean Development Machanism） ”的精髓。 CDM 是京都议定书第 12 条所建立的发达国家与发展中国家之XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 6 间的一种国际合作机制。京都议定书所设计的 CDM 包含双重目的：帮助发展中国家实现可持续发展；帮助发达国家实现其减限排承诺。CDM 规定发达国家通过提供资金和技术的方式，与发展中国家开展项目合作，将项目所实现的 “核证减排量（ CERs） ”用于发达国家缔约方完成他们在议定书中的减排承诺 。 CDM 被普遍认为是一种 “双赢 ”机制：发展中国家通过合作可以获得资金和技术，有 助于实现自己的可持续发展；发达国家可以大幅度降低其在国内实现减排所需的高昂费用。 清洁发展机制为发达国家实现减排承诺提供了另一种可行的途径。在全球范围内，无论在哪里进行减排，效果都是一样的，但在发展中国家实现减排所需的成本与难度相对更低一些。 CDM 模式的主要内容是，发达国家可以在发展中国家的项目中投入资金、技术，帮助其减少温室气体的排放量，然后向发展中国家购买其减排量，这样发达国家就能以比较低的成本完成减排承诺。 CDM 在发达国家和发展中国家之间创造了一种商机，使温室气体的减排量可以作为商品在国际市场上进 行交易，发展中国家可以通过 CDM 项目获得一定的资金和较先进的技术。 火力发电 项目 需要燃烧大量的煤炭资源， 并 在生产过程中排放大量的 CO2 气体， 本 项目 建成后 的发电能力 ，相当于 减少了 燃煤电站 燃煤量 ， 以 一台 与 6MW 余热发电机组 相当的燃煤发电机组， 按年发电量 4200 万kWh 来计算， 每 年 可减少 CO2气体 的 排放 量 近 4.13 万 t，因此余热发电机组运行的社会环保效益十分明显 ，是一个 很 好的 CDM 项目。 1.4 项目的技术 支持 条件 国外纯低温余热发电技术从六十年代末期即开始研制，到七十年代中期，无论是热力系统还是装备都已进入实 用阶段。此项技术的应用到八十年代初期达到了高潮，尤其是日本，此项技术较为成熟，不但在本国得到应用，并且出口到台湾、韩国等一些国家和地区。 2004 年 2 月 14 日，马钢同日本川崎重工业代株式会社签定了利用烧结余热发电项目的合同，将公司二铁总厂烧结车间现有的两台 300 平XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 7 方米烧结 带冷 机产生的余热进行回收发电，发电机装机容量为 1.75 万千瓦，年发电量为 1.4 亿千瓦时。工程于 2004 年 9 月开工， 2005 年 9 月 6日，二铁厂烧结余热发电并网发电成功。预计项目投产三年后便可收回前期投入的全部成本。 具有极高的经济效益、社会效益 和环境效益。 据考查，该系统的技术方案和 1996 年日本新能源产业株式会社（ NEDO）向我国安徽省宁国水泥厂 4000t/d预分解窑赠送 的 一套 6480kW的纯中、低温余热电站设备完全一致。而宁国水泥厂余热电站的工程设计、开发、技术转化正是由 XX 水泥工业设计研究院承担的。 近年来， 随着国内低参数、多级进汽 、 饱和 进汽 式 汽轮机的开发成功（ XX 水泥工业设计研究院 联合有关汽轮机制造厂开发、制造），国产装备的纯中、低温余热电站 已 进入了成熟阶段，采用中、低品位余热动力转换机械的纯中、低温余热发电技术具有更显著的节能效果。 抚 顺新钢铁有限责任公司 是东北地区较有实力的民营钢铁企业 ，由于 该 企业烧结厂、炼钢厂、轧钢厂都 设 有余热锅炉，余热锅炉产 生的低压饱和蒸汽解决了全厂 冬季采暖和生产用汽的需要， 节约了大量的一次能源。但在非采暖期，这些蒸汽由于没有找到很好的用途被 白白排入大气，即浪费了能源，又损失了大量的软化水，同时 蒸汽 排放产生的噪声对周围环境也造成了一定的影响。 2005 年 10 月 抚顺新钢铁有限责任公司 委托 XX 水泥工业设计院能达公司 承担 该 工程 的设计任务 ， 经过详细的评估和实际测量， 综合 蒸汽管网的 压力确定为 0.49MPa（ 饱和 ），流量 为 45t/h 左右，基于以上两个条件，经计算，汽机选型为： N5.5-0.49 饱和进汽凝汽式汽轮发动机组 ，发电机 型号 为： QFW-6-Z 单支座数字式无刷 励 磁发电机 ， 额定 功率为6MW。 工程总投资约 2200 万元 （部分设施利旧） 。 年收益 为 1572 万元 ，约需 1.4 年的时间即可收回 全部 投资。 工程 已于 2007 年 7 月投入运行 ，目前，实际发电 功率为 5MW。 中 材节能发展有限公司 的 前身为 XX 水泥工业设计研究院能达技术XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 8 发展 有限公司 。 上世纪 80 年代中期， XX 水泥工业设计研究院 有限公司 （简称“ TCDRI”） 率先 开展了 利用水泥厂废 气余 热进行发电 的研究。 1990 年，TCDRI 成立中低温余热发电 “八五 ”攻关组，承担 “ 八 五 ” 国家重点科技攻关项目 带补燃锅炉的水泥厂中、低温余热发电技术及装备的研究开发 工作。经过 “ 八 五 ” 期间的艰苦努力，完成了带补燃锅炉的水泥厂中、低温余热发电技术及装备的研究开发的攻关工作，成功地回收了水泥生产过程中大量排放的 400 以下的废气余热，获得了 “ 八 五 ” 国家重大科技攻关成果奖。 1998 年 6 月 1 日， 为了更好的开展余热发电技术的研发工作， TCDRI余热发电室改组为 XX 能达技术发展有限公司 。 2007 年 7 月 9 日，中国中 材集团经过精心的前期准备，联合战略投资者共同签署了 “ XX 能达技术发展有限公司增资协议 ” ，公司注册资本增加至 3 亿元，公司名称变更为 “ 中材节能发展有限公司 ” 。 中 材节能发展有限 公司 注册地所在区域为国家级高新技术产业园区 XX 北辰科技园区 。经营范围：余热发电项目的投资、开发、建设；余热发电工程技术开发、设计、咨询及工程总承包；相关建筑材料、金属材料、保温材料、机械电器批发、零售；提供清洁发展机制项目的开发方案及技术咨询，代理清洁发展机制项目产生的减排额销售业务。 中 材节能发展有限 公司拥有 国内 从事余热发电 业务最大的一支技术队伍 ，截止到 2007 年底 职工人数 108 人，其中高级职称人员 38 人，中级职称 19 人 ，初级 职称（包括 硕 士）人员 28 人， 本科以上学历 90 人，占公司员工比例 83.33%。注册资本 3 亿元 。 中 材节能发展有限 公司拥有 “ 新型干法水泥厂余热发电 ” 和 “ 玻璃工厂余热发电 ” 两项专利技术，具有自主知识产权的专利技术和其他专有技术已经达到国际先进水平。 为我国迄今为止唯一具有低温余热发电系统专利技术的企业， 2008 年 1 月 荣获国家知识产权局授予的第十届中XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 9 国专利优秀奖（国知发管字 200819 号文）。 中 材节能发展有限 公司的业务形态主要有三种模式：工业余热发电工程的总承包（ EPC）、工业余热发电项目的成套技术装备供应（ EP）、工业余热发电项目的投资（ BOT）。 中 材节能发展有限 公司的市场区域已经开始向全球扩展， 2007 年 1月 15 日与 “ 泰水泥 SAIM” 签订 了 3 条水泥生产线 的 纯低温余热发电工程项目总承包合同，全部采用本公司技术产品 或国产装备 ，成为中国首家向国外出口该类技术的企业。 2007 年 5 月， 中 材节能发展有限 公司与世界第一大水泥制造商 “ 拉法基 Larfarge” 签订 4 条水泥生产线纯低温余热发电项目工程总承包合同。这是拉法基公司第一次在其全球所属的水泥制造工厂实施纯低温余热发电。意味着世界高端客户对本公司余热发电技术的肯定，对 中 材节能发展有限 公司今后开拓国际市场具有深远的意义。 截止 2008 年 3 月底，由 TCDRI 改组的“ 中 材节能发展有限 公司 ”已经完成和正在建设中的国内外纯低温余热发电的投资项目（ BOT）、合同能源管理项目（ EMC）、工程总承包项目（ EPC 或 EP）、工程设计和技术服务项目涉及近 130 个水泥工厂的近 160 条水泥生产线，总装机容量近 800MW，为我国乃至世界的节能减排事业作出了卓越贡献！ 以上 这些余热电 站的相继建成及投产，标志着我国中、低温余热发电技术已经成熟并进入批量实际应用阶段 ，已经 收到良好的经济效益与社会效益，在大幅度降低水泥生产成本的同时也为国家节约了能源，保护了环境，为可持续发展战略作出了贡献。 中 材节能发展有限 公司在大量的工程设计实践中积累了丰富的经验，使得该项技术日臻成熟、投资额不断降低。 XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 10 2 拟建项目情况 2.1 拟建项目范围及内容 XXXX 冶金有限责任公司 于 2004 年 5 月开始建设， 现 在 共有 硅铁 冶炼电炉 48 台， 硅锰合金冶炼电炉 2 台，电石电炉 6 台，工业硅电炉 8 台，总计 62 台 电炉 。 分布在十七个 分厂内，除一分厂外，上述电炉全部集中在半径 为 1000 米 的 范围之内。 各分厂 电炉设备规格及台数 如下表 : 编号 分厂名称 分厂规模 编号 分厂名称 分厂规模 电炉规格 台数 电炉规格 台数 1 硅铁一 分厂 12500kVA 2 10 硅铁十 分厂 25000kVA 4 2 硅铁二 分厂 12500kVA 4 11 硅铁十一 分厂 25000kVA 4 3 硅铁三 分厂 12500kVA 4 12 硅铁十 二分厂 25000kVA 4 4 硅铁四 分厂 12500kVA 4 13 硅铁十三 分厂 25000kVA 6 5 硅铁五 分厂 12500kVA 4 14 冶炼试验厂 12500kVA 2 6 硅铁六 分厂 25000kVA 2 15 同源化工公司 25000kVA 6 7 硅铁七 分厂 25000kVA 2 16 EJM 锰合金公司 25000kVA 2 8 硅铁八 分厂 25000kVA 2 17 金属冶炼公司 6300kVA 8 9 硅铁九 分厂 25000kVA 2 合 计： 115.5 万 kVA 62 XXXX 冶金集团有限责任公司 硅铁分厂总计 分四 期， 一 期 1 分厂 2台 12500KVA 硅铁电炉； 二 期 2、 3、 4、 5 分厂，每厂 4 台 12500KVA电炉； 三 期 6、 7、 8、 9 分厂，每厂 2 台 25000KVA 电炉； 四 期 10、 11、12 和 13 分厂，其中 10、 11、 12 分厂每厂 4 台 16500KVA 电炉， 13 分厂6 台 16500KVA 电炉。此外，试验分厂 2 台 12500KVA 电炉，同源化工6 台 25000KVA 电石炉。 四 期硅铁分厂，每期对应 1 个变电站，同源化XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 11 工 1 个变电站，试验分厂 1 个变电站，总计 6 个变电站。 根据 生产车间的总图布置及工艺流程，结合 电炉 废气参数的特性，本方案拟采用按 区域 和生产规模分组 （ 按照 业主 方 意见 ， 余热发电工程暂 按两期规划 ） ， 一 期 电站 利用 10、 11、 12 和 13 硅铁分厂 18 台 16500KVA硅铁电炉的余热进行发电； 二 期 电站 利用 6、 7、 8、 9 硅铁分厂 8 台25000KVA 硅铁电炉的余热进行发电； 将 每 分厂多台 电炉的废气 汇集后进入 一台余热锅炉、每 期工程 配套建设一套低参数凝汽式汽轮发电机组。总计配 套 建设 8 台 余热 锅炉 ， 共 2 座 汽轮发电机组 系统 。 余热电站 配置方案见 下 表： 电站编号 分厂名称 电炉 锅炉 台数 机组 台数 规格 台数 一期 硅铁 10分厂 16500kVA 4 1 1 硅铁 11分厂 16500kVA 4 1 硅铁 12分厂 16500kVA 4 1 硅铁 13分厂 16500kVA 6 1 二期 硅铁 6分厂 25000kVA 2 1 1 硅铁 7分厂 25000kVA 2 1 硅铁 8分厂 25000kVA 2 1 硅铁 9分厂 12500kVA 2 1 合计 26 8 2 根据 工程 实际情况及 业主 的要求，本 方案 研究的范围如下： 1） 26 台 冶炼 电 炉 共 增设 8 台 余热锅炉； 2） 2 台套 汽轮发电机 系统； 3） 电站 冷却 系统 （风冷方案） ； 4） 站用电系统； 5） 电站自动 控制系统； 6） 电站室外汽水系统； 7） 电站 烟风 系统； 8） 电站相关配套的通讯、给排水、照明等辅助系统。 XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 12 2.2 技术方案 编制依据 业主方 提供的有关 该 项目的基础资料； 中材节能发展有限公司 2007 年 8 月对该系统 余热资源 所做的热工标定数据 ； 国家有关法律、法规，技术规范、规定等。 2.3 主要设计原则及指导思想 技术方案 必须体现国家宏观经济政策和可持续发展的要求，坚持“客观、公正、科学、可靠”的原则，真实、全面地反映项目的有利和不利因素，提出可供业主决策的建议。 总体技术方案要求 ， 在本工程实施 和电 站在正常发电 时不能影响 企业 的正常生产，在此前提下设计遵循“ 稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资 ”的原则， 认真研究项目建设条件，通过多方案比较，提出供业主选择的技术方案，为业主选择适宜的技术方案提供依据。 具体指导思想如下： （ 1） 严格执行国家有关法律法规和产业政策的要求。做到建设项目的安全设施必须与主体工程同时设计，同时施工，同时投入生产与使用。 （ 2）在稳定可靠的前提下，提倡技术先进，要尽可能采用先进的工艺技术方案，以降低发电成本和基建投入。 （ 3）尽可能利用公司现有设备、设施并尽最大可能利用余热。 （ 4）生产设备原则上采用国产设备。 （ 5）余热电站的 电机 控制和过程控制采用计算机控制系统， 达到高效、节能、稳定生产、优化控制的目的，并最大程度地减少操作岗位定员，以降低成本。 2.5 热力系统及装机方案 2.5.1 可利用的余热资源 XXXX 冶金集团 有限责任公司 上述 26 台 冶炼电炉， 均 为矮烟罩半封闭式矿 冶 炉 ， 配干法布袋除尘装置。 XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 13 半封闭式硅铁还原电炉排出的废气带走的热量相当于输入电能总量的 40% 50%。烟气量的大小及温度的高低受冶炼炉况与操作炉门开闭的影响，与混入空气的多少有直接关系。 根据 中材节能发展有限公司 2007 年 8 月 3 日 5 日对 七分厂 2 炉 、八分厂 2 炉 （ 25000kVA 硅铁冶炼电炉 ） 和十分厂 1 炉 （ 16500kVA 硅铁冶炼电炉 ） 的现场 测试结果 和业主提供的数据，其主要废气参数如下： 25000kVA 硅铁冶炼电炉烟气温度 250 420，平均温度约 320，烟气流量 92000 131000m3/h（标况） ， 平均烟气流量 113000m3/h（标况）， 含尘浓度为 5g/m3（标况） ； 16500KVA 硅铁 冶炼 电炉烟气温度 290 440，平均温度约 353，烟气流量 23000 79000m3/h（标况） ， 平均烟气 流量 55167m3/h（标况） ,含尘浓度为 7g/m3（标况） 。 以上数据与国内、外同规模炉型相比， 流量 、 温度偏低。 通过现场勘 查 和与业主 的充分交流、分析、研究，我们认为导致烟气 流量 、 温度偏低的主要原 因 有以下 几 方面： 电炉 喂料口 炉 门 采用 空 气幕密封， 导 入 了 大量冷风 ； 由于现有空 冷 器 效果较差，不能满足布袋除尘的温度要求，所以在引风机入口处增设了混冷风阀门，标定时冷风阀开度为 30。 系统密封不严 ，造成大量冷空气进入。 部分管道无保温措施，表面散热增加。 针对 上述存在的问题 首先要加强管理，采取相应措施： 电炉 喂料口 炉 门 的开度尽量减小， 空 气幕密封 风机采用变频调速装置 ， 减少不必要的 冷风 侵入； 由于余热锅炉的排烟温度保证在 160以下，满足布袋除尘的温度要求，可以取消引风机入口处混冷风阀门 ； 加强 系统密封 ； 增加 保温措施， 减少 表面散热 损失 。 采取以上各项措施后，进入余热锅炉的烟气温度将会明显提高， 据估算， 三期 8 台 25000kVA 硅铁冶炼电炉 （六九分厂） 的烟气 参数 平XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 14 均 可达 125000m3/h(标况 ) 360， 四期 18 台 25000kVA 电炉（十十三分厂）烟气参数平均为 90000 m3/h(标况 ) 380 。 2.5.2 热力系统及装机方案设计 原则 1） 充分利用 公司现有 废 气 余热 资源 ； 2） 本余热 电站的建设及运行应不影响 原有 生产系统的 正常 运行 ； 3） 本余热 电站的系统及设备应 以 成熟可靠 、技术先进、节省投资、提高效益为原则， 并考虑目前国内余热发电设备实际技术水平 。 4） 烟气通过余热锅炉沉降下来的 炉 灰应回收 利用 以达到节约资源及保护环境的目的。 2.5.3 装机方案及 热力系统 确定 2.5.3.1 装机方案 的确定 根据目前国内纯余热发电技术及装备现状，结合 硅铁 生产余热资 源情况，本工程装机方案采用纯低温余热发电技术。 由 总图布置及工艺流程 可知 ， 同一系统各 生产车间 之间 的 距离较远，给低压蒸汽的输送带来较大的困难， 根据上述余热条件以及目前的纯低温余热发电的技术水平， 本方案仅 对单压 和 闪蒸 两种 热力系统 进行比较 。 1） 按实测数据 计算 单台 电炉 发电能力如下： 系统 类别 电炉 规格 锅炉 主 汽 压力（ MPa） 锅炉 主 汽温度（ ） 锅炉 主 蒸汽 流量（ t/h） 闪蒸 蒸 汽 压力（ MPa） 闪蒸 蒸 汽 流量（ t/h） 锅炉 排 烟温度（ ） 发电功率 （ kW） 单压系统 25000kVA 1.35 310 7.54 0 0 166 1451 16500kVA 1.35 310 4.71 0 0 156 906 闪蒸系统 25000kVA 1.35 310 7.54 0.15 1.862 125 1634 16500kVA 1.35 310 4.71 0.15 0.716 125 977 2） 按改造后数据 计算 单台电炉 发电能力如下： XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 15 系统 类别 电炉规格 锅炉 主 汽 压力（ MPa） 锅炉 主 汽温度（ ） 锅炉 主蒸汽 流量（ t/h） 闪蒸 蒸 汽 压力（ MPa） 闪蒸 蒸 汽 流量（ t/h） 锅炉 排 烟温度（ ） 发电功率 （ kW） 单压系统 25000kVA 1.35 310 11.18 0 0 154 2149 16500kVA 1.35 310 9.065 0 0 118 1743 闪蒸系统 25000kVA 1.35 310 11.18 0.15 1.862 118 2332 16500kVA 1.35 310 9.065 0.15 0.716 130 1813 通过上述计算， 闪蒸 系统具有较高的发电能力，因此建议采用 闪蒸热力系统。 按照以上单台电炉的 平均余热发电功率 推算， 一期电站 18 台16500kVA 硅铁冶炼电炉 和 二期 8 台 25000kVA 硅铁冶炼电炉 改造 前、 后电站计算平均 发电能力 及装机容量 如下： 电站编号 改造前、后 电炉台数 锅炉台数 蒸汽参数 平均发电 功率 （ kWh） 装机容量 （ MW） 一期 改造前 18 4 主汽： 1.35 MPa 310 84.78t/h 闪蒸 ： 0.15 MPa 111 12.96 t/h 17586 30 改造后 18 4 主汽： 1.35 MPa 310 163.1t/h 闪蒸 ： 0.15 MPa 111 12.96 t/h 32634 二期 改造前 8 4 主汽： 1.35 MPa 310 60.3 t/h 闪蒸 ： 0.15 MPa 111 14.9 t/h 13072 15MW 改造后 8 4 主汽： 1.35 MPa 310 89.6t/h 闪蒸 ： 0.15 MPa 111 14.9 t/h 18656 以上计算结果是基于汽轮机排汽压力均为 0.0075MPa，汽轮机效率均为 80的条件得到的。 此 方案 中 ，由于采用 直接空气冷却系统 使 汽轮机的排汽 压力升高 ， 进、出口焓差显著下降，根据当地气象条件估算 ，直接空气冷却系统的排汽背压为 0.0150.03MPa，与水冷系统相比，同样条件下减少发电量约 为 10 15， 即一期改造后的平均发电能力为27.74MW；二期改造后的平均发电能力为 15.8MW。 2.5.3.1.1 余热锅炉 的 结构 形式 及清灰方案 XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 16 根据 工艺 流程和废气参数及粉尘的特性， 余热锅炉采用单锅筒 、光管受热面、 自然循环方式、露天立式布置，结构紧凑、占地 面积 小。烟气从上向下 依次 横向冲刷过热器、蒸发器、省煤器，气流方向与粉尘沉降方向一致， 有利于受热面的清灰。 锅炉 受热面 采用光管错排方式布置，使气流在管壁形成扰动，阻止烟尘沉降 。 锅炉分两段设置，其中 I 段为蒸汽段， II 段为热水段。 为便于运行和检修，设有多层平 台。 试验证明： 烟尘的 主要成份为： SIO2、 C、 CaO、 Fe2O3、 AI2O3等，各种成份所占比例分别为： 91.7%、 7.5%、 0.2%、 0.2%、 0.3%，其它成份 占 0.1%， 堆积比重只有 0.2t/m3， 烟尘粒度 1 m 的占 80以上，平均粒径为 0.10.15 m。 当 烟气 温度 160 、 通流截面风速 8m/s 时 ，烟气粉尘很难在 光管 受热面堆积成型 。 但是， 硅微粉表面张力很小，具有较强的亲水性。 针对废气粉尘粒度很小，比重较轻的特点，余热锅炉在正常运行时积灰几率较小，但在事故 状态 下，仍然存在积灰 的可能 ， 如电炉 电极冷却水套漏水、锅炉爆管等。 因此 在锅炉的各受热面之间布置了激波脉冲清灰装置。 以减轻余热锅炉的 积灰，提高锅炉的换热效率。 锅筒材料 为 20g，安装在钢架顶部。锅筒内部装置的一次分离采用缝隙挡板结构，二次分离元件为特殊的钢丝网分离器。为了保证好的蒸汽品质和合格的锅水，还装有加药管和表面排污管。 为保证安全和便于操作，锅筒上部装有压力表、安全阀和备用管座。锅筒前方设有两组石英玻璃管水位表，其中一只为双色水位表，便于用户单位设置工业摄像头以监视水位；一组电接点液位计管座，可作水位显示和接水位报警器用；两组水位平衡容 器，作水位记录与控制用。 锅炉四周布置有内护板，与热烟道组成烟气通道，内护板、热烟道外敷设轻型保温层。锅炉整个外表面 采用 彩色钢板 作保护层 ，使得整个锅炉的漏风率小于 3。 通过上述计算， 10、 11、 12 三个 硅铁分厂 12 台 16500kVA 硅铁冶炼XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 17 电炉 每 分厂 冶炼电炉 可生产 1.35MPa 310 的 过热 蒸汽 36.26t/h；同时可通过闪蒸器产生 0.15 MPa 111 的饱和蒸汽 2.88 t/h。 13 硅铁分厂 6台 16500kVA 硅铁冶炼电炉 可生产 1.35MPa 310 的 过热 蒸汽 54.39t/h；同时可通过闪蒸器产 生 0.15 MPa 111 的饱和蒸汽 4.32 t/h。 6、 7、 8、 9 四个 硅铁分厂 8 台 25000kVA 硅铁冶炼电炉 每分厂 冶炼电炉 可生产 1.35MPa 310 的 过热 蒸汽 22.36t/h；同时可通过闪蒸器产生 0.15 MPa 111 的饱和蒸汽 3.724 t/h。 2.5.3.1.2 低温余热发电汽轮机的 特点 本 项目 采用的汽轮机是针对低温余热发电而 特殊 设计的低参数 补汽凝汽式汽轮机。 考虑管线的压力、温度等损失，混合至主汽母管的 主蒸汽参数为 1.25MPa 300过热蒸汽 ； 补汽 汽参数为 0.15MPa 111 饱和 蒸汽 。 汽轮机的通流部分由一个复速级和七个压力级组成，不设回热抽汽口。汽轮机前汽缸选用耐热铬钼合金铸钢材料，后汽缸则采用优质铸铁材料。前后汽缸用垂直中分面法兰螺栓联接，上下半汽缸，由水平中分面螺栓联接，前汽缸用猫爪结构搭在前轴承座上，前轴承座通过前座架固定在汽机基础平台上，后轴承座用螺栓及半圆垫圈固定在后汽缸上，后汽缸通过后座架直接固定在基础上。 来自 余热 锅炉的主蒸汽经隔离阀 、 速关阀进入汽轮机高压部分蒸汽室，然后由调节汽阀控制进入汽轮机通流部分，蒸汽膨胀作功后，乏汽排入凝汽器凝结成水 ， 再由凝结水泵泵出至除氧 器。凝结水泵出口处引一路凝结水回凝汽器热井作再循环管路。凝汽器上装有安全膜板，当凝汽器内压力过高时，可直接自动向空排汽。 为了很好的适应 工艺过程的不稳定，汽轮机的进汽调节系统必须适应进汽参数的波动，保证汽轮机的稳定、安全运行。为此增加了前压调节系统，其基本原理是：将测得的新蒸汽压力信号输入前压调节器，与设定值比较后，输出控制信号，直接控制同步器，当新汽压力偏低时，XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 18 控制调节汽阀关小，反之开大。纯低温余热发电是一种以汽定电的调节方式，达到在维持系统稳定的前提下实现热电转换的目的。 2.5.3.1.3 装机方案 的确定 根据余热锅炉所能产生的主汽品位， 本工程 选用 低 压 补 汽 凝汽 式 汽轮机 ， 主蒸汽参数 确定 为 1.25MPa 300 ；补汽 汽参数为 0.15MPa 111 饱和 蒸汽 。 一期电站 4 台锅炉 共能生产主蒸 汽量约 为 ： 1.35MPa 310 163.1t/h； 闪蒸： 0.15 MPa 111 12.96 t/h，平均余热发电功率约为27.74MW， 额定装机功率为 30MW。 二期电站 4 台锅炉 共能生产主蒸 汽量约 为 ： 1.35MPa 310 89.6t/h； 闪蒸： 0.15 MPa 111 14.9 t/h，平均余热发电功率约为15.8MW， 额定装机功率为 15MW。 综上所述，本工程确定装机方案如下： 一期电站： 1 台 30MW 低 压 补汽 凝汽式 汽轮机组 4 台余热锅炉 ； 二期电站： 1 台 15MW 低 压 补汽 凝汽式 汽轮机组 4 台余热锅炉 一期电站 汽轮机 主要技术参数如下： 额定功率 30MW 经济功率 28MW 最大功率 33MW 转 速 3000r/min 额定 主 进汽压力 1.25MPa（ A） 最大允许 主 进汽压力 1.6MPa（ A） 额定 主 进汽温度 300 最大 主 进汽温度 340 额定排汽压力 0.015MPa（ A） 负荷大于 12000kW 时汽机 安全使用的最低进汽参数 P 0.7MPa（ A） t 250 XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 19 二期电站 汽轮机 主要技术参数如下： 额定功率 15MW 经济功率 15MW 最大功率 16.5MW 转 速 3000r/min 额定 主 进汽压力 1.25MPa（ A） 最大允许 主 进汽压力 1.6MPa（ A） 额定 主 进汽温度 300 最大 主 进汽温度 340 额定排汽压力 0.015MPa（ A） 负荷大于 6000kW 时汽机 安全使用的最低进汽参数 P 0.7MPa（ A） t 250 该机组在额定功率 40110%的情况下可以长期稳定运行，它的优点是进汽 参数范围较广， 适应能力强 。 2.5.3.2 热力系统 根据上述装机方案，为满足生产运行需要 并 达到节能、回收余热的目的，结合生产工艺条件，热力系统方案确定如下： 在 每个分厂多台 硅铁冶炼电炉 废气出口 各 设置 一台 废气 余热锅炉 ，每台 锅炉 均与 系统原有的空气冷却器 并联布置 。 为了防止 余热锅炉事故时 ， 影响硅铁炉的正常生产，在余热锅炉和空冷器的进 口处 各 增加 一个电动控制阀门 （详见 F02 余热锅炉烟风系统图 ） 。以便余热锅炉事故时，可以迅速从系统里解列出来 。 余 热锅炉 分 II 段设置，其中 I 段为 主 蒸汽段， II 段为 热水 段 。 各 台余热锅炉 I 段生产的 1.35MPa 330 的过热蒸汽汇合后进入汽轮机发电 ， 汽机 主 汽耗率 6.12kg/kWh； 汽机补汽压力 0.15MPa，补汽发电汽耗12.63kg/kWh，汽机超发能力 10%，并且在此负荷能够长期稳定运行。 汽轮机做功后的乏汽通过 直接空气冷却系统 冷凝成水，经凝结水泵XXXX 冶金 集团节能减排项目 大型集群 电炉低温烟气余热 资源综合利用能效电厂工程 技术方案 20 送入真空除氧器，再经给水泵为余热锅炉 热水段 提供给水， 热水段 生产的 190 的热水，其中一部分热水 作为 锅炉 蒸汽段 的给水 ，多余的热水送至闪蒸器 从而形成完整的热力循环 （ 详见附图 F03电站原则性热力系统图 ） 。 上述方案的配置，可以使电站运行方式灵活、可靠，能很好地与 硅铁 生产配合，可最大限度的利用余热。 上述方案 的特点如下 ： 1） 为了保证电站事故不影响 硅铁正常 生产，余热锅炉均设有旁通废气管道，一旦余热锅炉或电站发生事故时，可以将余热锅炉从 硅铁 生产系统中解列，不影响 硅铁 生产的正常运行。 2） 余热锅炉采用立式锅炉，减少占地面积，减少漏风 ， 提高余热回收率。 3）本工程 采用 真空 除氧方式，有效的保证除氧效果 ，并 最大限度的利用余热 。 4） 针对 废气粉尘粒度 很小 ， 比重较轻 的特点 ， 余热锅炉在正 常运行时积灰几率较小， 但在事故解列的情况下，仍然存在积灰现象，因此 在锅炉的 各 受热面 之间 布置了激波脉冲 清 灰装置