李騰飛，劉新國

（郴州金貴銀業(yè)股份有限公司，湖南郴州 423038）

余熱發(fā)電工藝在有色冶煉廠的應(yīng)用

李騰飛，劉新國

（郴州金貴銀業(yè)股份有限公司，湖南郴州 423038）

介紹了將還原爐、煙化爐所產(chǎn)生的飽和蒸汽加熱至過熱蒸汽，并送至汽輪機(jī)，沖動(dòng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功的工作原理，以及余熱發(fā)電的主要特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)組成。余熱發(fā)電不僅可以充分利用余熱能源，而且可以達(dá)到節(jié)能減排、改善環(huán)境的目的，通過余熱發(fā)電工藝在有色冶煉廠的實(shí)踐應(yīng)用分析，說明了余熱發(fā)電的效益顯著。

飽和蒸汽；過熱蒸汽；余熱發(fā)電；發(fā)電機(jī)組

在工業(yè)飛速發(fā)展的今天，節(jié)能已是全世界當(dāng)務(wù)之急關(guān)注的焦點(diǎn)問題。節(jié)能減排主要表現(xiàn)在減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放，充分發(fā)揮再利用技術(shù)。湖南郴州市金貴銀業(yè)股份有限公司在余熱發(fā)電項(xiàng)目上邁出了成功的一步。

金貴銀業(yè)綜合回收廠還原爐和煙化爐的余熱鍋爐每小時(shí)產(chǎn)生的飽和蒸汽約20～30 t，其壓力為3.0～3.6 MPa，除了職工生活、洗澡以及食堂洗碗用少量蒸汽外，其余全部排空，不僅浪費(fèi)了大量的余熱能源，而且有較嚴(yán)重的噪音污染和熱污染。為了響應(yīng)國家對于環(huán)保的號召，降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源、改善環(huán)境，金貴銀業(yè)股份有限公司決定投資余熱發(fā)電項(xiàng)目，并于2014年1月開工建設(shè)，于2015年1月正式投產(chǎn)發(fā)電。該余熱發(fā)電項(xiàng)目選用青島捷能汽輪機(jī)集團(tuán)股份有限公司的汽輪發(fā)電機(jī)組，該汽輪機(jī)型式為：中溫中壓、單缸、單軸、純凝汽沖動(dòng)式汽輪機(jī)，總裝機(jī)容量6 000 kW，在供汽充足時(shí)（主蒸汽壓力達(dá)到2.3～2.4 MPa，主蒸汽溫度達(dá)到400～420℃），發(fā)電最高可以達(dá)到5 500～5 900 kW。

目前該機(jī)組已安全、穩(wěn)定運(yùn)行超900 d，發(fā)電量達(dá)到了4 700余萬kW·h。

1 金屬鉛、鋅冶煉中余熱發(fā)電的生產(chǎn)工藝簡介

1.1 蒸汽的收集、輸送及加熱

還原爐和煙化爐在熔煉過程中產(chǎn)生的大量的600～800℃的高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔饨?jīng)過減溫器到達(dá)余熱鍋爐，爐腔內(nèi)穿過了數(shù)百根由高壓給水泵供水的蛇形管道，煙氣與布置在爐膛里的蛇形管內(nèi)的水進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射、對流換熱，將熱量傳給蛇形管內(nèi)水和過熱器的蒸汽，高壓給水經(jīng)熱交換后產(chǎn)生中壓低溫的飽和蒸汽后，進(jìn)入余熱鍋爐收集。將飽和蒸汽通過蒸汽管道送入穩(wěn)壓站蓄熱器，再由穩(wěn)壓站的燃煤過熱器鍋爐將飽和蒸汽進(jìn)一步加熱成中溫中壓，符合汽輪機(jī)進(jìn)汽要求的過熱蒸汽，過熱蒸汽通過蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)，具有中溫中壓的高速氣流從而沖動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功［1，2］，如圖1、圖2、圖3所示。

1.2 汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電

發(fā)電機(jī)組從新蒸汽母管上引取鍋爐加熱后的合格蒸汽，先經(jīng)電動(dòng)主蒸汽閥到汽輪機(jī)自動(dòng)主汽門，蒸汽按一定的方向進(jìn)入汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的葉片，葉片強(qiáng)迫汽流改變運(yùn)行方向，產(chǎn)生蒸汽對葉片的作用力，沖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功，將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。使汽輪機(jī)達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速3 000 r／min，發(fā)電機(jī)再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，調(diào)節(jié)機(jī)端電壓、相位、頻率、初相角與工廠電網(wǎng)并網(wǎng)。

1.3 余熱發(fā)電的系統(tǒng)控制

系統(tǒng)控制采用集散式控制，所有的現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都連接到中控室內(nèi)，通過對各生產(chǎn)工藝參數(shù)、技術(shù)數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存以及系統(tǒng)分析，再由中控室發(fā)出控制指令，對生產(chǎn)中各種參與連鎖的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的調(diào)度與調(diào)整，以使發(fā)電生產(chǎn)各流程處于最佳的生產(chǎn)狀態(tài)。

圖1 還原爐余熱鍋爐系統(tǒng)圖

圖2 煙化爐余熱鍋爐系統(tǒng)圖

圖3 穩(wěn)壓站系統(tǒng)圖

2 余熱發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)以及主要特點(diǎn)

2.1 余熱鍋爐

余熱鍋爐是為回收高溫?zé)煔庥酂岫O(shè)計(jì)的鍋爐，流動(dòng)方向隧道式布置的單煙道鍋爐。四川自貢東聯(lián)鍋爐有限公司制造的余熱鍋爐主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 兩臺(tái)套余熱鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

兩臺(tái)余熱鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下［3～6］：

1.鍋爐整體采用管箱式結(jié)構(gòu)，采用管箱式結(jié)構(gòu)可將鍋爐漏風(fēng)降至最低，減少鍋爐漏風(fēng)熱損失，提高鍋爐效率。

2.鍋爐采用箱體外保溫結(jié)構(gòu)。在外保溫外面裝設(shè)外護(hù)板，對保溫材料加以保護(hù)，散熱損失不超過2%。

3.在蒸發(fā)管束和過熱器、蒸發(fā)管束和省煤器之間均留有檢修間隙，并裝有人孔便于觀察和停爐時(shí)清灰。

4.余熱鍋爐采用立式結(jié)構(gòu)，煙氣自上而下，受熱面采用鰭片管強(qiáng)化傳熱。

5.鍋爐水循環(huán)方式為自然循環(huán)。

6.鍋爐布置形式采用立式結(jié)構(gòu)，立式布置的優(yōu)點(diǎn)：占地面積?。粺煔饬鲃?dòng)均勻，可避免出現(xiàn)煙氣走廊而導(dǎo)致傳熱效率降低和局部過速磨損。

7.考慮到煙氣中含塵量，過熱器上部、蒸發(fā)管束中部及省煤器上部都預(yù)留吹灰孔，吹灰方式采用人工與爆破清灰相結(jié)合，鍋爐下部設(shè)置排灰、排污水裝置。

8.鍋爐密封性能好。

9.受熱面采用具有高擴(kuò)展受熱面的螺旋鰭片管來獲得最佳的傳熱效果和最低的煙氣阻力，使得鍋爐結(jié)構(gòu)變得非常緊湊，體積小、重量輕、節(jié)省鍋爐投資。

2.2 穩(wěn)壓站燃煤過熱器鍋爐

燃煤過熱器型鍋爐為低壓中溫、爐膛煙道“∏”型布置、煤粉懸浮燃燒，固態(tài)排渣。

燃煤過熱器鍋爐的主要作用：將飽和蒸汽進(jìn)一步加熱成中溫中壓，符合汽輪機(jī)進(jìn)汽要求的過熱蒸汽。

鍋爐爐膛四面由高溫澆注料組成，在水平煙道布置高溫過熱器、低溫過熱器，尾部豎井煙道里布置了上下兩級省煤器。過熱器采用一次充分混合、一級噴水減溫來保證蒸汽溫度在規(guī)定值。爐膛布置有一定數(shù)量的火焰監(jiān)視孔、檢修火孔及防爆門；過熱器區(qū)、省煤器域布置4組脈沖激波吹灰裝置，尾部布袋收塵轉(zhuǎn)置，“人”字管風(fēng)冷系統(tǒng)與脫硫裝置相連。

上海工業(yè)鍋爐有限公司制造的燃煤過熱器鍋爐主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 燃煤過熱器鍋爐技術(shù)參數(shù)

2.3 汽輪發(fā)電機(jī)組

2.3.1 汽輪機(jī)設(shè)備簡況以及主要技術(shù)參數(shù)

本汽輪機(jī)為青島捷能汽輪機(jī)集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)，型式為：中溫中壓、單缸、單軸、純凝汽沖動(dòng)式汽輪機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.3.2 發(fā)電機(jī)設(shè)備簡況以及主要技術(shù)參數(shù)

本發(fā)電機(jī)為東方電氣集團(tuán)東風(fēng)電機(jī)有限公司生產(chǎn)，型式為空冷發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)具有勵(lì)磁、自調(diào)節(jié)（電壓調(diào)節(jié)范圍為正負(fù)5%）、定子接法為Y、有刷等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.3.3 用于余熱發(fā)電的汽輪發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)

1.機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)電壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、頻率保護(hù)、電壓、電流、有功無功功率、有功無功電量、功率因素的儲(chǔ)存與顯示，以及所有工藝參數(shù)、報(bào)警信息的儲(chǔ)存與顯示。

2.應(yīng)用范圍廣、負(fù)荷變化大。由于采用了6組噴嘴調(diào)節(jié)閥，因而有很寬的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍以及較高的負(fù)荷效率，機(jī)組可適應(yīng)15%～100%范圍的負(fù)荷變化，具有較高的調(diào)節(jié)精度。也比較適合金貴銀業(yè)綜合回收廠余熱蒸汽負(fù)荷變化范圍大的余熱鍋爐系統(tǒng)。

3.發(fā)電過程中會(huì)有蒸汽在能量轉(zhuǎn)換過程中冷凝成水，產(chǎn)生的冷凝水回收后進(jìn)入余熱鍋爐給水系統(tǒng)循環(huán)利用。

4.本系列機(jī)組采用的是數(shù)字電－液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）。主要由南京科遠(yuǎn)數(shù)字式調(diào)節(jié)器SY8000、電液轉(zhuǎn)換器CPCII、液壓伺服機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)汽閥等組成。機(jī)組的保安系統(tǒng)采用冗余保護(hù)。除了傳統(tǒng)的機(jī)械一液壓式保安裝置外，增加了電調(diào)裝置（DEH）、儀表監(jiān)測系統(tǒng)的電氣保護(hù)（TSI）、汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）。

5.結(jié)構(gòu)簡單、啟停迅速。11級汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，一次性投資費(fèi)用低，運(yùn)行成本低?？梢杂米钚〉耐度氆@得最大的收益。汽輪機(jī)組操作簡單，從啟動(dòng)至成功并網(wǎng)發(fā)電，順利的時(shí)候，只需3 h。而短期停機(jī)后重新啟機(jī)，如主蒸汽溫度和壓力保持在一定范圍以內(nèi)，只需1 h。并網(wǎng)分為全自動(dòng)并網(wǎng)和手動(dòng)并網(wǎng)。汽輪發(fā)電機(jī)組啟停是非常方便的。

6.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)為電液調(diào)節(jié)：電調(diào)和液調(diào)，電調(diào)主要靠電信號（模擬量轉(zhuǎn)換）來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能，液調(diào)一般是通過液壓油（控制油路的通斷）來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。

7.良好的防水防腐蝕特性。采用高性能材質(zhì)及殼體，并減少了蒸汽含濕度至設(shè)計(jì)值。

8.設(shè)備體積小，基礎(chǔ)簡單，容易安裝，需要加設(shè)的管道也少。

9.該機(jī)組已無故障運(yùn)行2 a，設(shè)計(jì)使用壽命為30 a。

3 汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行實(shí)踐

機(jī)組于2014年1月正式開工建設(shè)，于2015年1月正式并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行，在進(jìn)行的72 h試車調(diào)試過程中，現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)表明機(jī)組運(yùn)行效果良好。該機(jī)組已無故障運(yùn)行2 a，設(shè)計(jì)使用壽命為30 a。在這2 a的運(yùn)行中，煙化爐、還原爐全開運(yùn)行時(shí)，并且正常運(yùn)行，平均每日往余熱發(fā)電站輸送蒸汽360～500 t，平均發(fā)電量為81 000～90 000 kW·h，最高發(fā)電功率為5 800 kW，機(jī)組持續(xù)、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行2 a。詳細(xì)實(shí)測數(shù)據(jù)見表5。

表5 實(shí)測運(yùn)行數(shù)據(jù)

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

在2016年的生產(chǎn)規(guī)模下（2016年還原爐年生產(chǎn)56 000 t粗鉛，煙化爐年生產(chǎn)6 000 t氧化鋅），平均用于發(fā)電的飽和蒸汽為20 t／h，2016年全年發(fā)電量為22 465 560 kW·h，發(fā)電機(jī)組年運(yùn)行6 696.5 h，平均發(fā)電量為3 354 kW·h，每度電的市場價(jià)格為0.61元／kW·h，發(fā)電成本為0.3元／kW·h，2016年大修費(fèi)用為70萬元人民幣。

年度發(fā)電利潤＝年度發(fā)電量×電價(jià)－年度發(fā)電量×發(fā)電成本－2016年大修費(fèi)用。

即：年度發(fā)電利潤為：

22 465 560×0.61－22 465 560×0.3－700 000＝6 260 000（元）

4.2 社會(huì)效益及環(huán)境效益分析

建設(shè)余熱發(fā)電項(xiàng)目后，不僅節(jié)約能源而且減少排放。余熱發(fā)電裝機(jī)容量為6 000 kW，如果機(jī)組運(yùn)行正常，假設(shè)全年按7 000 h運(yùn)行，全年發(fā)電2 300萬kW·h計(jì)算，年創(chuàng)造效益1 300余萬，并且實(shí)現(xiàn)了年節(jié)能量折合標(biāo)準(zhǔn)煤16 000余t，相當(dāng)于每年向大氣中減排CO26.5萬余t、減排SO243 t、減排粉塵煙塵65.5 t。

余熱發(fā)電項(xiàng)目的投入和實(shí)施，對大氣環(huán)境不增加任何污染物的排放，而且還可以降低排汽溫度，減輕溫室效應(yīng)和降低熱污染，是節(jié)約能源、資源、降低企業(yè)成本極為有效的途徑，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境有促進(jìn)作用，環(huán)保效益與節(jié)能效益顯著。

5 結(jié) 語

利用純凝汽沖動(dòng)式發(fā)電機(jī)組進(jìn)行冶煉廢氣余熱發(fā)電，是節(jié)約能源、節(jié)約資源的有效途徑。利用煙氣余熱進(jìn)行發(fā)電，可以在廠區(qū)直接并網(wǎng)利用，不僅可緩解電力供應(yīng)緊張的局面，而且是較低成本電力的補(bǔ)充，減少了對外部供電的依賴性，為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也改善了金貴銀業(yè)綜合回收廠中蒸汽熱力系統(tǒng)配置不合理、浪費(fèi)嚴(yán)重的狀況，提高了熱能利用效率，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。該工藝不僅先進(jìn)可靠，而且見效非常快，投資回收期短，值得在有色冶煉行業(yè)中大力推廣應(yīng)用。

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［2］ 宋冬根.鉛鋅冶煉廠爐窯的余熱回收及利用［J］.有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2005，（3）：1－4.

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［4］ 顏建民，畢剛芝.火法鋅冶煉中的余熱發(fā)電工藝［J］.湖南有色金屬，2011，27（1）：20－23＋80.

［5］ 張榮.煙化爐在鉛鋅熔煉循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用［A］.賓萬達(dá)，黃其興，王建鉻，等.中國首屆熔池熔煉技術(shù)及裝備專題研討會(huì)論文集［C］.北京：中國有色金屬學(xué)會(huì)重冶學(xué)委會(huì)，2007.

［6］ 徐毅，王釗炎，張樂如.煙化爐－余熱鍋爐一體化研制［J］.有色冶金節(jié)能，2001，（4）：18－20.

The App lication of the Technology of Power Generation from Residual Heat in M etal Smelters

LITeng-fei，LIU Xin-guo
（Chenzhou Jingui Silver Industry Co.，Ltd.，Chenzhou 423038，China）

The working principle is introduced in this study that heating the saturated steam produced by the reducing furnace and fuming furnace to superheated steam，and then sending to the impulse rotor of steam turbin can drive the generator work.Additionally，we briefed themain characteristics and structure of power generation from residual heat which not only can take full advantage of heat energy，but also can be energy saving and emission reduction and environmental-friendly.By analyzing the practical application of the technology of power generation from residual heat in metal smelters，we found that power generation from residual heat improved the efficiency prominently.

saturated steam；superheated steam；power generation from residual heat；generating set

TM611.1

A

1003－5540（2017）04－0028－05

2017－07－02

李騰飛（1991－），男，助理工程師，主要從事余熱發(fā)電技術(shù)管理工作。