镍铁矿热炉余热发电技术研究

镍铁矿热炉余热发电技术研究

王保华

（郑州中能冶金技术有限公司，河南郑州450000）

摘要：结合镍铁矿热炉废气特点，论述了矿热炉余热发电的工艺方案、系统及设备组成，对工艺流程及全封闭和半封闭余热发电进行了比较和分析。结论证明，采用全封闭型镍铁矿热炉废气进行余热发电，是当今成熟而先进的节能减排技术在镍铁生产中的具体应用，对冶金行业可持续发展具有重要意义。

关键词：全封闭；镍铁矿热炉；废气；余热；发电

中图分类号:X756 文献标识码:A 文章编号:1003—5168(2014)24—0041—02

前言

镍铁生产作为现代工业的重要组成部分，每年消耗大量能源，随着中国逐步建立全社会的资源循环利用体系，和节能减排工作的深入进行，镍铁矿热炉余热回收势在必行。实施节能技术，提高能源综合利用效率，既是响应国家号召，建设节约型社会的客观需要，也是企业降低成本，提高市场竞争力的需要。文章结合全封闭镍铁矿热炉废气余热发电综合利用项目，对当前镍铁矿热炉废气余热发电进行了研究和探讨。

1镍铁矿热炉概况

镍铁矿热炉是一种连续作业的高耗能及高污染的冶金生产电炉。根据炉型密闭型式不同，可分为半封闭型和全封闭型两种。

半封闭型镍铁矿热炉废气流量大，主要成分是以N2和CO2为主的不可燃气体，废气温度达500℃左右；而全封闭型镍铁矿热炉废气量相对较少，主要成分是以CO、H2及CH4为主的可燃气体，废气热值达11.1MJ/Nm3。

对比半封闭型和全封闭型镍铁矿热炉废气的不同成分、特点、气量、温度等综合因素，可采取不同的工艺方案对其进行余热发电利用。

2发电工艺方案

2.1半封闭型镍铁矿热炉余热发电方案

半封闭型镍铁矿热炉废气余热发电主要采用余热锅炉＋蒸汽轮机发电机组方式。半封闭型镍铁矿热炉废气流量大、温度较低、烟尘含量大，发电过程主要利用废气的余热，未经净化的废气直接通过余热锅炉进行换热，换热后产生的高温过热蒸汽推动汽轮机做功进行发电。该工艺方案仅利用了矿热炉废气显热，废气潜热未得到利用，热效率较低。主要设备包括矿热炉半封闭型矮烟罩、余热锅炉、

蒸汽轮机、发电机、化学水系统、冷却循环水系统、电气系统、热工控制系统、除尘净化系统、引风机、烟囱及辅助系统等。工艺流程如图1所示。

图1 半封闭镍铁矿热炉余热发电工艺流程

2.2全封闭型镍铁矿热炉余热发电方案

全封闭型镍铁矿热炉产生的废气中CO约占总量的90%，发电过程主要是利用废气的潜热。全封闭型镍铁矿热炉废气主要有三种余热发电方案。

2.2.1余热锅炉＋蒸汽轮机发电机组

收集镍铁矿热炉高温废气，经烟道沉降后送入余热锅炉，换热后产生过热蒸汽，从而推动汽轮机做功发电。该方案虽利用了废气显热，但却放弃了废气潜热的应用，热效率低下。工艺流程如图2所示。

图2 全封闭镍铁矿热炉废气余热发电工艺流程

2.2.2直燃锅炉＋蒸汽轮机发电机组

镍铁矿热炉高温废气不经除尘净化而直接进入直燃锅炉内进行燃烧，由直燃锅炉产生过热蒸汽推动汽轮机做功发电。该工艺方案虽然利用了废气燃烧潜热，又利用了高温废气余热，废气热利用率高达35%，但是由于镍铁矿热炉废气烟尘含量高，对直燃锅炉结构磨损极其严重，且锅炉清灰问题尚未得到有效解决，直接影响了锅炉的可靠运行。工艺流程如图3所示。

图3 全封闭镍铁矿热炉废气直燃发电工艺流程

2.2.3燃气轮机＋余热锅炉＋蒸汽轮机联合循环发电机组

镍铁矿热炉废气经除尘净化及压缩后送入燃气轮机进行燃烧发电，燃烧后排出的尾气温度在500℃左右，再通过排气管道引入余热锅炉，余热锅炉产生过热蒸汽推动汽轮机做功并发电，从而实现了燃气-蒸汽联合循环发电，热利用率高达

45%甚至更高。主要设备包括矿热炉全封闭型矮烟罩、煤气净化系统、煤气柜、煤气压缩机、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机、化学水系统、冷却循环水系统、电气系统、热工控制系统、引风机、烟囱及辅助系统等。工艺流程如图4所示。

图4 全封闭镍铁矿热炉燃气-蒸汽联合循环发电工艺流程

三种方案中，燃气-蒸汽联合循环发电综合效益最高，以其大功率、高效率、安全可靠、低单位造价、短时启停、调峰性能好、洁净环保等优点，受到电力行业高度重视，目前已成为洁净发电的主力机组。

3燃气-蒸汽联合循环发电工业应用

江苏惠然实业有限公司拥有3台33MV A镍铁矿热炉，共计年产12%的镍铁20万t，总废气量为15000Nm3/h，废气成分中CO约占90%，其余含少量H2、CH4、CO2、O2、N2等，热值约为11.1MJ/Nm3。该公司以全封闭型矮烟罩所收集镍铁矿热炉废气为燃料，建设1台15MW燃气轮机＋1台38t/h余热锅炉＋1台9MW凝气式汽轮机＋1台24MW同步发电机组，燃气轮机、蒸汽轮机及发电机组采用单轴布置，同轴运转，实现燃气-蒸汽联合循环发电。年发电量 1.92×108kWh，年节约标煤23586t，年减排CO2为61324t，年节约电费12480万元。4结论

我国的废气余热发电技术在冶金行业已日臻完善，镍铁矿热炉余热发电不仅可以高效利用废气潜热及显热进行发电，还能将电能回用于生产，降低企业能耗，同时还能减少对环境的热污染及粉尘污染，是一举多得的措施。建议国内有条件的镍铁生产企业，尽可能多的在节能降耗技术方面进行思考和探索，借鉴国际镍铁生产节能先进技术，提高我国的镍铁生产水平及效益。

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作者简介：

王保华（1986.7—），男，暖通工程师，研究方向：节能。