（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CDMClean 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。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12500kVA210硅铁十分厂25000kVA42硅铁二分厂12500kVA411硅铁十一分厂25000kVA43硅铁三分厂12500kVA412硅铁十二分厂25000kVA44硅铁四分厂12500kVA413硅铁十三分厂25000kVA65硅铁五分厂12500kVA414冶炼试验厂12500kVA26硅铁六分厂25000kVA215同源化工公司25000kVA67硅铁七分厂25000kVA216EJM锰合金公司25000kVA28硅铁八分厂25000kVA217金属冶炼公司6300kVA89硅铁九分厂25000kVA2合 计：115.5万kVA62XXXX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16500kVA411硅铁11分厂16500kVA41硅铁12分厂16500kVA41硅铁13分厂16500kVA61二期硅铁6分厂25000kVA211硅铁7分厂25000kVA21硅铁8分厂25000kVA21硅铁9分厂12500kVA21合计2682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。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。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250420，平均温度约320，烟气流量92000131000m3/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290440，平均温度约353，烟气流量2300079000m3/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25000kVA1.353107.5400166145116500kVA1.353104.7100156906闪蒸系统25000kVA1.353107.540.151.862125163416500kVA1.353104.710.150.7161259772）按改造后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25000kVA1.3531011.1800154214916500kVA1.353109.065001181743闪蒸系统25000kVA1.3531011.180.151.862118233216500kVA1.353109.0650.150.7161301813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184主汽：1.35 MPa31084.78t/h闪蒸：0.15 MPa11112.96 t/h1758630改造后184主汽：1.35 MPa310163.1t/h闪蒸：0.15 MPa11112.96 t/h32634二期改造前84主汽：1.35 MPa31060.3 t/h闪蒸：0.15 MPa11114.9 t/h1307215MW改造后84主汽：1.35 MPa31089.6t/h闪蒸：0.15 MPa11114.9 t/h18656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1015，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1m的占80以上，平均粒径为0.10.15m。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硅铁冶炼电炉每分厂冶炼电炉可生产1.35MPa310的过热蒸汽36.26t/h；同时可通过闪蒸器产生0.15 MPa111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1.35MPa310的过热蒸汽54.39t/h；同时可通过闪蒸器产生0.15 MPa111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1.35MPa310的过热蒸汽22.36t/h；同时可通过闪蒸器产生0.15 MPa111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1.25MPa300过热蒸汽；补汽汽参数为0.15MPa111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，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1.25MPa300；补汽汽参数为0.15MPa111饱和蒸汽。一期电站4台锅炉共能生产主蒸汽量约为：1.35MPa310163.1t/h；闪蒸：0.15 MPa11112.96 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：1.35MPa31089.6t/h；闪蒸：0.15 MPa11114.9 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P0.7MPa（A）t250二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P0.7MPa（A）t250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1.35MPa330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。以减轻余热锅炉的积灰，提高锅炉的换热效率。以上各项措施已经在众多工程中应用，并取得了较好的效果，因此该技术是成熟、可靠的。2.5.4主要设备一期电站主要设备选型见下表：序号设备名称及型号数量主要技术参数、性能、指标130MW低压补汽凝汽式汽轮机1型号： BN301.25型额定功率： 30MW额定转速： 3000r/min主汽压力： 1.25MPa主汽温度： 3005补汽参数： 0.15 MPa111排汽压力： 0.015MPa主汽耗率： 6.12kg/kW230MW发电机1型号： QF302型额定功率： 30MW额定转速： 3000r/min额定电压： 10.5 kV3废气余热锅炉1入口废气量： 360000m3/h（标况）入口废气温度：380入口废气含尘浓度：7g/m3（标况）出口废气温度： 118主蒸汽参数： 1.35MPa31036.26t/h闪 蒸： 0.15 MPa1112.88 t/h给水温度： 40锅炉总漏风： 3%废气阻力： 700Pa循环方式： 自然循环布置方式： 立式露天布置4废气余热锅炉3入口废气量： 540000m3/h（标况）入口废气温度： 380入口废气含尘浓度：7g/m3（标况）出口废气温度： 118主蒸汽参数： 1.35MPa31036.26t/h闪 蒸： 0.15 MPa1114.32 t/h给水温度： 40锅炉总漏风： 3%废气阻力： 700Pa循环方式： 自然循环布置方式： 立式露天布置5激波脉冲请灰装置46真空除氧器2出力： 100t/h工作压力： 0.0075MPa工作温度： 45除氧水箱： 40m37锅炉给水泵3流量： 100t/h扬程： 274m二期电站主要设备选型见下表：序号设备名称及型号数量主要技术参数、性能、指标115MW低压补汽凝汽式汽轮机1型号： BN151.25型额定功率： 15MW额定转速： 3000r/min主汽压力： 1.25MPa主汽温度： 3005补汽参数： 0.15 MPa111排汽压力： 0.015MPa主汽耗率： 6.12kg/kW215MW发电机1型号： QF152型额定功率： 15MW额定转速： 3000r/min额定电压： 10.5 kV3废气余热锅炉4入口废气量： 250000m3/h（标况）入口废气温度：360入口废气含尘浓度：5g/m3（标况）出口废气温度： 118主蒸汽参数： 1.35MPa31022.36t/h闪 蒸： 0.15 MPa1113.724 t/h给水温度： 40锅炉总漏风： 3%废气阻力： 700Pa循环方式： 自然循环布置方式： 立式露天布置4激波脉冲请灰装置45真空除氧器2出力： 50t/h工作压力： 0.0075MPa工作温度： 45除氧水箱： 40m36锅炉给水泵3流量： 50t/h扬程： 274m2.5.5主要技术参数发电装机：（3015）MW平均发电功率：（27.7415.8）MW年运行：7200h年发电量：31348.8104kWh站用电率：6.4%年向硅铁厂供电：29342.5104kWh年减少向电网购电量：30250104kWh（线损按3%计算）2.5.5车间布置1）主厂房主厂房由汽轮发电机房及电站控制室、高低压配电室、化学水处理车间组成，布置在各自厂区中心附近的空地上，占地4230m。 汽轮发电机房占地为4221m，双层布置，0.000平面为辅机平面，布置有给水泵、汽轮机凝汽器及供油系统等，8.000平面为运转层，汽轮机及发电机布置在此平面。为了便于检修，汽机间内设平梁起重机1台，跨距LK=19.5m，起重量50/10t，轨顶标高16.500。高低压配电室、电站控制室布置在汽轮发电机房的北侧，占地为924m，双层布置。高、低压配电室布置在0.000平面，电站控制室布置在7.500平面。化学水处理车间布置在汽轮发电机房的另一侧，占地为918m，除氧器布置在化水车间上的15.600平面。2) 废气余热锅炉废气余热锅炉布置于各分厂厂房除尘器侧的空地上，采用露天布置，占地1018m，余热锅炉运行平面为4.500m，除灰装置，汽水取样器、排污扩容器、加药装置等布置在0.000平面。2.5.6 电站室外管线室外汽水管线主要有：自余热锅炉至汽机房的主蒸汽管道；由汽机房去余热锅炉的给水管道。管道敷设方式：管道采用架空敷设，并尽量利用厂区现有的建筑物或构筑物做管道的支吊架以减少占地面积和节省投资。 管道保温及油漆：管道保温采用岩棉管壳和岩棉板，管道设计按照国家和行业的有关规范和规定进行。2.5.7硅铁冶炼电炉废气工艺系统改造由于余热锅炉设置于加热炉生产的主要管道上，一旦发生事故（如锅炉爆管、粉尘堵塞等）将影响硅铁冶炼电炉的正常运行。为防止这种情况发生，余热锅炉废气管道及发电系统汽水管道均考虑了应急处理措施。 1）保留原来的废气管道，在该管道上设旁通阀，一旦锅炉发生事故，开启旁通阀使原废气管道畅通，保证硅铁冶炼电炉生产正常进行。2）发电系统汽水管路考虑了将余热锅炉从发电系统中解列出来的措施。2.6 冷却系统本工程是利用公司硅铁冶炼电炉生产线的废气余热分别建设一套装机容量为30MW（一期电站）和一套装机容量为15MW（二期电站）的低温余热电站, 年运转7200 h。本工程所在地区水资源贫乏，采用近年来逐渐兴起的直接空气冷却系统即采用直接空气冷却的凝汽设备；辅助设备采用冷却水系统。风冷系统方案（待补充）2.6.1辅助设备冷却用水量根据一、二期电站规模，确定辅助设备冷却水量如下：一期电站：冷油器冷却水量：200 m3/h空冷器冷却水量：240 m3/h锅炉给水泵冷却水量：4 m3/h循环冷却水总量：444 m3/h二期电站：冷油器冷却水量：100 m3/h空冷器冷却水量：120 m3/h锅炉给水泵冷却水量：2 m3/h循环冷却水总量：224 m3/h2.6.3 冷却水系统运行方案本工程辅助设备冷却用水拟采用循环系统（见F04-1,2-给排水系统流程图）。机组的循环冷却水系统包括循环冷却水泵站、冷却构筑物、循环水池及循环水管网。该系统运行时，循环冷却水泵自循环水池抽水送至各生产车间供生产设备冷却用水，冷却过设备的水（循环回水）利用循环水泵的余压送至冷却构筑物，冷却后的水流至循环水池，供循环水泵继续循环使用。2.6.4循环冷却水系统设备选型本工程辅助设备冷却用水采用循环系统，循环水量相对较小，为了节省投资和减少占地，辅助设备冷却水系统由厂区现有循环水系统接入，冷却过设备的水（循环回水）回到厂区现有冷却构筑物。故一、二期电站不新增循环冷却水系统。2.6.5系统损失水量与补充水量根据余热电站建设所在地区气象条件和本工程辅助设备的冷却用水量，以及系统所采用的冷却构筑物型式，计算得出：一期电站：蒸发风吹渗漏水量：8 m3/h系统排水量：2 m3/h损失水量：10 m3/h间接循环利用率为97.7 %左右，一期电站循环水系统需补充水量为10m3/h 。二期电站：蒸发风吹渗漏水量：4 m3/h系统排水量：1 m3/h损失水量：5 m3/h间接循环利用率为97.7 %左右，二期电站循环水系统需补充水量为5m3/h 。2.6.6 技术指标根据供水情况和循环水给水水质要求，循环冷却水处理系统主要技术指标如下：二期电站年消耗原水量： 7.2104 m3/a年消耗缓蚀阻垢剂： 1t/a二期电站年消耗原水量： 3.6104 m3/a年消耗缓蚀阻垢剂： 0.5 t/a2.7 化学水处理2.7.1 概述本工程余热电站中的余热锅炉的蒸汽压力均为低压蒸汽锅炉。为满足锅炉及机组的正常运行，锅炉给水指标应满足工业锅炉水质（GB1576-2001）低压锅炉水质标准要求。2.7.2 化学水处理水量给水在锅炉内不断蒸发浓缩，超过规定标准时蒸汽的品质就会恶化，影响锅炉的安全运行，因此要不断地把浓缩的炉水从汽锅中含盐浓度较高地段的水面引出，同时要不断地给锅炉补水，以满足锅炉稳定、正常的运行。机组正常运行时，一、二期电站汽水系统补水量之和为8.5m3/h，故障及调试阶段最大约15m3/h。故本工程一、二期化学水处理系统合建生产能力按按20m3/h进行设计。2.7.3 化学水处理系统方案根据公司的水源情况，且为了满足余热电站锅炉给水水质标准，化学水车间补水处理方式拟采用“过滤反渗透”系统（见F05-化学水处理系统流程图）。处理流程为：自厂区生活给水管网送来的水经过多介质过滤器、活性碳过滤器，过滤后经高压泵加压后送至反渗透装置，出水达标后进入软水箱，再由软水泵将软化水送至汽轮发电机房供机组使用。出水水质达到：硬度0.03mmol/L。为控制锅炉给水的含氧量，减少溶解氧对热力系统设备的腐蚀，采用真空除氧的方式。汽轮发电机房设有真空除氧器，软化水经除氧后：含氧量0.05mg/L。锅炉汽包水质的调整，是采用药液直接投放的方式，由加药装置中的加药泵向余热锅炉汽包投加Na3PO4溶液来实现的。2.7.4 化学水处理设备选型根据上述水量及工艺流程的特点，设备选型如下：序号设备名称及型号数量主要技术参数1清水箱1容积： 50 m32清水泵2流量： 1530 m3/h扬程： 3530 m3多介质过滤器1设计出力： 31.4 m3/h4活性碳过滤器1设计出力： 31.4 m3/h5高压泵1流量： 32m3/h扬程： 166 m6反渗透装置1设计出力： 20 m3/h7反渗透清洗装置18软水箱2容积： 50 m39软化水泵2流量： 7.515 m3/h扬程： 51.848 m2.7.5 化学水处理车间布置化学水处理车间布置在主厂房一侧，其包括水处理间、化验室及值班室，平面尺寸约为9m21m，水箱布置在车间5.000m平面上。2.7.6 技术指标根据该公司的供水情况和锅炉给水水质要求，化学水处理系统主要技术指标如下：一期电站：年消耗原水量： 5.04104 m3/a年产软水量： 3.96104 m3/a年消耗98%Na3PO412H2O： 14 t/a反渗透药品耗量凝聚剂（1011Al2O3）: 1.5 t/a反渗透阻垢剂：1.5 t/a 氨：1.5 t/a二期电站：年消耗原水量：