工业硅炉烟气余热利用

工业硅炉烟气余热利用

工业硅行业，作为现代工业的关键一环，能源消耗巨大。据统计，中国工业硅炉每生产一吨工业硅，平均需要消耗超过13000千瓦时的电能。若年产100万吨工业硅，则电能消耗将高达130亿千瓦时以上。鉴于中国正致力于构建全社会的资源循环利用体系和深化节能减排工作，工业硅行业，作为能耗大户，其烟气余热的回收利用已成为当务之急。

工业硅炉烟气余热发电技术解析

为了响应国家建设节约型社会的号召，同时降低企业成本、增强市场竞争力，实施节能技术改造、回收余热、提高能源综合效率显得尤为重要。当前，针对工业硅炉烟气余热发电技术的研究正在深入进行。

工业硅烟气余热特性

工业硅烟气余热具有以下特点：首先，它属于中温余热，废气流量较少，热品位相对较低；其次，烟气余热的参数（如温度和流量）波动范围大；再者，烟气中的硅灰（硅微粉）极细，粘附力极强，且热阻高，受热外管壁粘灰后会显著降低热交换率。

烟气余热发电改造前状况分析

某工业硅厂原有两台矿热炉，其排放的高温烟气（400℃~600℃）通过混风降温至220℃~230℃后，首先进入双效旋风除尘器进行除尘处理。除尘得到的烟尘（SiO2粉）经卸料机卸出并包装。经过除尘处理的烟气，在进入风机前，再通过喷淋冷却水进行二次降温，使烟尘温度降至180℃~200℃左右，随后通过引风机进入布袋除尘器净化，最终排入大气。这种处理方法虽能满足环保要求，但耗费大量电能和水资源，且高温烟气的热能未得到合理利用，造成热能浪费。

余热发电改造方案设计

余热资源评估

高温烟气的流量和温度参数决定了余热电站的装机方案，而烟尘成分及其含量则决定了余热锅炉的清灰方式。经现场实测，该工业硅厂两台矿热炉的烟气余热参数如下：烟气总量为2×70000Nm³/h，烟气温度为450℃，烟尘成分为SiO₂（86%~90%）、Al₂O₃（0.2%~1.7%）、Fe₂O₃（0.3%~6.0%）、CaO（0.2%~0.5%），烟尘含量为7g/Nm³。

装机方案制定

根据成熟的余热发电工艺，烟气经余热锅炉利用后，温度可降至200℃左右。经计算，每台矿热炉每小时可利用的烟气余热量为2415×10⁴kJ/h。考虑到余热锅炉和发电机组的效率，本项目确定装机方案为2×8t/h硅业烟气专用余热锅炉和1×3MW纯凝汽式汽轮发电机组。

工艺流程描述

炼硅产生的高温余热烟气经烟道送入余热锅炉换热后，产生的高温高压蒸汽推动汽轮发电机组发电。降温后的烟气再进入原有除尘器除尘后排放。发电机所发电能通过升压变压器升压后接入硅炉35kV配电装置母线，实现并网运行，所发电量全部用于全厂负荷。

为提高能源利用效率，根据烟气余热梯级利用原理，已被利用的烟气从余热锅炉出来后，其热量仍可用于产生余热锅炉补汽。进一步降低温度的烟气可用于产生热水，最终被冷却到120℃以下的烟气可符合标准地进入布袋除尘器处理。

余热发电技术改造重难点剖析

烟气参数测量

高温余热烟气的流量、温度等参数对余热电站的额定出力和经济效益至关重要。但大多数工业硅厂无法提供烟气监测参数，且现场存在高温带电作业、高空坠落等危险因素。因此，建议委托专业热工测量队伍进行实地测量，以获取直接的原始设计参数。

总平面布置

大多数工业硅厂建设时缺乏统一规划，场地利用受限。因此，如何利用有限场地合理布置新增设施，既满足项目要求，又节约用地、方便管理，是设计面临的重大课题。建议收集原厂建构筑物及其基础设计原始资料，在可靠、经济并有利于总平面优化布置的前提下，考虑利用原厂设备支吊架、厂区管架进行设计。否则，应全部考虑新建，这对余热电站总图的优化布置提出了更高要求。

锅炉清灰方式选择

余热锅炉是工程关键设备之一。工业硅烟气中的硅微粉极细、粘附力强、阻热高，清理不净将影响锅炉正常运行。综合考虑受热面形式和清灰方式，本工程选择了热管式光管受热面乙炔（C₂H₂）爆燃除灰方式的余热锅炉。建议类似项目应加大收资力度，通过调查走访了解余热锅炉厂主要的受热面形式和清灰方式组合，再结合项目实际烟气参数情况，选择合适的余热发电锅炉。

余热发电综合利用效益分析

该工业硅炉余热发电综合利用项目的成功实施，将对企业生产系统用能进行优化，提高能源利用效率，降低产品成本，实现节能降耗，增强企业的可持续发展能力。同时，它也为地区行业内规模化开展节能减排、综合利用工作起到了积极示范和推动作用。