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利用奧斯麥特銅冶煉廢氣余熱發(fā)電論文
提要：利用奧斯麥特銅冶煉廢氣余熱進行發(fā)電，發(fā)電后產(chǎn)生的尾氣用于銅電解等生產(chǎn)及生活所需。冷凝水也達(dá)到循環(huán)利用，最大程度地提高余熱綜合利用率。
關(guān)鍵詞：余熱發(fā)電；飽和蒸汽發(fā)電機組；應(yīng)用
北方銅業(yè)股份有限公司侯馬冶煉廠著眼環(huán)保與產(chǎn)能提升，采用了奧斯麥特銅冶煉工藝。奧斯麥特熔煉和吹煉余熱鍋爐每小時生產(chǎn)的飽和蒸汽約34t，其壓力為4.0MPa，除冬季采暖及職工生活洗澡用蒸汽占蒸汽總量的不足10％外，其余全部排空，不僅造成巨大的能源浪費，而且形成較嚴(yán)重的熱污染。侯馬冶煉廠為降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能耗，改善環(huán)境，引進了德國Tuthill公司C5DS+II十G飽和蒸汽發(fā)電機組，實施余熱發(fā)電改造。發(fā)電機組排放的尾氣，全部用于50kt/A電解銅的生產(chǎn)及生活用汽，使熱能利用率達(dá)到95％以上，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
一、奧斯麥特銅冶煉余熱發(fā)電工藝
奧斯麥特熔煉余熱鍋爐與奧斯麥特吹煉余熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽在現(xiàn)有節(jié)流孔板后就近并聯(lián)，首先流經(jīng)汽水分離器和蒸汽過濾器，再通過緊急切斷閥和由調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)噴嘴組，直接進入透平機，通過熱膨脹，飽和蒸汽的熱能通過透平機轉(zhuǎn)化為動能輸出，透平機動能輸出經(jīng)齒輪箱變速后轉(zhuǎn)化為滿足同步發(fā)電機需求動能輸入，從而驅(qū)動同步發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電過程中形成冷凝水并產(chǎn)生尾汽，冷凝水回收后進入余熱鍋爐給水系統(tǒng)冷卻后循環(huán)利用，尾汽用于全廠生活及電解銅等生產(chǎn)所需。
奧斯麥特熔煉余熱鍋爐蒸發(fā)量16.0t/h（4.0MPa飽和蒸汽），吹煉余熱鍋爐蒸發(fā)量18.01/h（4.0MPa飽和蒸汽），飽和蒸汽流量26～34t/h（波動），汽輪機入口蒸汽壓力4.0MPa（最高4.4Mpa），汽輪機出口蒸汽壓力0.5MPa（最低0.4MPa），汽輪機入口蒸汽溫度250.3℃（最高254.7℃），汽輪機出口蒸汽溫度152℃（最低148℃）。
二、發(fā)電機組成及特點
C5DS+II+G型飽和蒸汽發(fā)電機組（德國TUTHILL公司生產(chǎn)）包括透平機和內(nèi)置式齒輪箱，同步發(fā)電機，潤滑油站，速度調(diào)節(jié)器，緊急停車裝置，就地儀表顯示盤，溫度、壓力、振動監(jiān)測系統(tǒng)，透平機、同步發(fā)電機自動控制柜，汽水分離器，進口蒸汽過濾器，自動式排水器。透平機主軸葉輪懸臂式設(shè)計，同步發(fā)電機具有自勵磁、自調(diào)節(jié)、無刷結(jié)構(gòu)的特點。
同步交流發(fā)電機參數(shù)：額定輸出2750kVA，功率因數(shù)0.8，電壓（±5%）6300V，頻率50Hz，軸轉(zhuǎn)速1500r/min。
機組主要特點：
1.C5DS+II+G型飽和蒸汽發(fā)電機組適用于快速啟動，在蒸汽入口和出口蒸汽排放后，透平機可以啟動，因其熱彈性結(jié)構(gòu)，在30s內(nèi)就可以從冷狀態(tài)達(dá)到全速運行狀態(tài)，并能適應(yīng)頻繁的啟婷操作，無須預(yù)熱。
2.機組自動并網(wǎng)、自動解裂，可實現(xiàn)無人值守。
3.機組振動監(jiān)測采用本特律一納瓦達(dá)3500系列振動監(jiān)測系統(tǒng)，包括16個近位通道，4個軸向推力通道，通信門路聯(lián)接器模塊，繼電卡，功率提供，振動數(shù)據(jù)顯示在PLC接口屏幕上。
4.軸承和發(fā)電機定子熱電阻（RTD）監(jiān)測，帶讀數(shù)顯示。
5.發(fā)電機保護采用Beckwith M-304數(shù)字多功能發(fā)電機和交叉拉桿保護繼電器，可以實現(xiàn)過流、過欠壓、過欠頻、過勵磁保護，255個事件系列紀(jì)錄，帶時間標(biāo)記精度到毫秒，過失前后示波捕獲。
6.透平和發(fā)電機控制采用西門子PLC為基礎(chǔ)的透平控制器和WOODWARD505電子調(diào)速器，控制能夠從自動速度到同步速度，同步功能隨著功用總線和自動轉(zhuǎn)換器操作控制參數(shù)。
7.透平機葉輪采用Curtis型一級，主軸選用完全雙自動可傾金斯百瑞式軸承。
三、余熱發(fā)電尾氣利用及效益
飽和蒸汽發(fā)電機組所產(chǎn)生的尾氣出口正常壓力為0.5MPa（152℃），最低壓力為0.4MPa（148℃），尾氣量為34～28t/h，尾氣壓力能夠滿足現(xiàn)生產(chǎn)、生活及采暖用蒸汽壓力要求。原生產(chǎn)、廠區(qū)生活、采暖用汽量約為9t/h，同步上馬的電解銅技改工程生產(chǎn)用蒸汽為11.0t/h，還剩余蒸汽量為最大時14t/h，正常時88A。多余蒸汽可作為以后新產(chǎn)品開發(fā)用蒸汽，或作為生活區(qū)熱源。
項目成本（消耗的原材料主要是奧斯麥特熔煉和吹煉余熱產(chǎn)生的飽和蒸汽，因此原材料費用為零；機組無故障運行兩年，檢修備件運行費用為零；由于無需運行人員，不計人員工資；機組使用年限為40年）合計17.6萬元／a。
年度總收益＝發(fā)電收益－成本=460-17.6=442.4萬元。
投資回收期＝項目總投資／年度總收益＝919萬元／442.4萬元=2.07年，預(yù)計該機組投入運行，2008年即可完全收回投資。
四、結(jié)論
1.利用奧斯麥特銅冶煉廢氣余熱進行發(fā)電，發(fā)電后產(chǎn)生的尾氣用于銅電解等生產(chǎn)及生活所需。冷凝水也達(dá)到循環(huán)利用，最大程度地提高余熱綜合利用率。
2.整個發(fā)電工藝過程不需要任何燃料，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，對保護生態(tài)環(huán)境有促進作用，環(huán)保效益與節(jié)能效益顯著。
3.利用廢氣余熱進行發(fā)電，在廠區(qū)直接并網(wǎng)利用，不僅可減緩電力供應(yīng)緊張的局面，而且較低成本電力的補充，可為企業(yè)創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益。
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