硅锰合金电炉煤气冷却净化与回收利用――余热发电
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【摘 要】本文通过对硅锰合金电炉煤气中含尘成分及特性的研究，提出一种新的硅锰合金电炉煤气利用方案，并通过具体实施的项目进行了论证，结果证明该方案可行，而且经济效益、社会效益、环境效益明显。
前言
我国现有各类硅锰合金企业300余家，电炉1000余台。硅锰合金电炉在冶炼过程中产生大量含尘的高温煤气，煤气量在6000～12000Nm3/h之间，温度400～800℃，含尘量120mg/Nm3。目前电炉烟气降温一般采用多管降温器，利用空气与烟气换热将烟气温度降低至200℃左右，然后喷水降温，煤气冷却后送至湿式煤气柜储存。这一煤气回收过程存在如下问题：一是煤气显热未能得到充分利用，造成大量的能源浪费；二是湿法回收过程中需要大量的水，煤气经洗涤后产生大量的污水，处理成本高。为了充分利用煤气余热及解决烟尘排放对环境造成的影响，某公司与某投资公司及铁合金厂合作进行了深入细致的研究，在国内首次采用新型煤气净化与回收利用技术对某硅锰合金厂硅锰合金电炉煤气进行回收利用。
1 某硅锰合金厂情况简介
某硅锰合金厂位于我国中部地区，始建于1958年，是建国初期国家“156”工程重点建设项目之一，也是全国18家重点铁合金生产企业。经过近50年的发展，目前拥有总容量为132750kV・A的大中型电炉16台、120m3高炉1座。该企业技术实力雄厚，曾经对煤气回收做过一些尝试，积累了一定的经验。
2 硅锰合金电炉粗煤气特性
本项目主要是针对容量为9000kV・A的101#、102#、105#硅锰合金电炉、30000kV・A的401#硅锰合金电炉和6000kV・A的103#、104#碳锰合金电炉的煤气进行净化回收利用。如下表1所示是各台电炉的煤气参数3 工艺流程图
从上表中可以看出，硅锰合金电炉粗煤气主要有以下三个特点：一、粗煤气温度、煤气量、粗煤气中CO含量变化范围大；二、粗煤气温度和煤气量随着CO含量的变化而变化，CO含量越高，煤气量和煤气温度相应下降；三、硅锰合金烟尘成分复杂，在高温状态下容易形成灰熔点较低的金属络合物；在低温状态下，烟尘粒度很细，90%以上的烟尘粒径在10μm以下，冷却后极易粘附在容器壁，不易除去。该合金厂曾在上世纪90年代在401#电炉上面安装了风冷装置，由于运行成本高，后来停运。综合考虑实际情况，拟采用一台电炉配一套烟气冷却净化处理装置和余热利用装置。工艺流程如下图所示：
S-1煤气锅炉，S-2粗煤气冷却器，S-3布袋除尘器，S-4增压风机，S-5净煤气加压风机，S-6鼓风机，S-7引风机，S-8点火放散装置。
工艺流程简述如下：
硅锰合金冶炼时，在电炉里面产生大量粗煤气，粗煤气经高温烟道进入烟气冷却装置，在烟气冷却装置中与除氧水进行热交换后，烟气温度降低到200℃左右，烟气经增压风机加压后进入布袋除尘器，经过布袋除尘器除尘后，净煤气加压后进入煤气锅炉燃烧，而粗烟气冷却装置中的水则被粗煤气加热成255℃左右的饱和蒸汽，饱和蒸汽进入煤气锅炉汽包，过热后与煤气锅炉产生的蒸汽一起送至汽轮发电机。
当炉膛内出现塌料或者刺火极端情况时，电炉出口煤气温度可达1000℃，为了保证不使布袋除尘器出口温度高于布袋除尘器设计允许温度，在高温煤气管道上设置了水冷闸阀和电动蝶阀，当电炉出口温度超过设计温度时，水冷闸阀和电动蝶阀关闭，原主烟道阀门打开，烟气经旁路烟道点火后放散。
当煤气锅炉发生故障时，煤气经过放散管点火后放散。
4 项目规模
根据实际测量烟气参数情况，计算煤气锅炉额定蒸发量分别为9.0t/h（101#、102#、105#）、6.2t/h（103#、104#）、28t/h（401#），锅炉总产汽量t/h，本工程对外供汽量10t/h，对外供热量很小，因此采用非调整抽汽凝汽式汽轮机。本余热发电项目装机方案确定为：新建6台总产汽量68t/h中温中压余热锅炉+1台15MW中温中压非调整抽汽凝汽式汽轮发电机组，配15MW发电机。
5 项目试运行情况
本项目于2009年9月开始施工，2010年10月完成，2010年11月开始调试，调试过程中发现铁合金电炉烟气量波动较大，烟气流速偏低，烟气中焦油含量3%左右；但是CO含量在17～27%之间，煤气进入锅炉后仍可以稳定燃烧。运行一周后停炉检查，发现水平管道积灰严重，冷却器中管壁结焦严重。
针对水平管道积灰严重情况，将水平管道改为斜管道，同时增加氮气吹扫点，运行过程中根据实际情况开启氮气吹扫，之前冷却器设置氮气清灰装置较少，而且氮气压力不高，停炉后不仅增加了氮气吹扫点，而且增加了氮气储罐，提高了吹扫压力。
6 经济效益
本项目总投资额1.2亿元，达产后年发电量达7.01×107kWh，年平均利润总额达1000万元，年减少粉尘排放约7000t/a，年减少CO2排放量约10万t/a。
7 结论
该项目具有较好的经济效益，社会效益，尤其环境效益更加突出，尽管冶金和钢铁行业的余热锅炉应用非常广泛，技术已相当成熟，但本次硅锰合金电炉的余热发电流程在国内还是第一次提出，通过本工程的成功实施，可以为各种合金的余热利用提供一种新的方案。