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硅冶炼及平板玻璃生产过程余能回收利用技术开发

时间:2017-11-08        字体显示:        阅读:{{ pvCount }}次

 

    ①课题来源与背景

    

  我国金属硅和平板玻璃产能占全世界总产量的50%以上,以2012年为例,金属硅产能为375万吨、平板玻璃产能4500万吨。大部分硅冶炼企业采取人工配料,炉膛敞开式的电弧炉来冶炼金属硅,使得大量的热直接散失到了周围大气中,大量的CO等可燃气体也通过自然引流方式从冶炼炉的烟囱直接排入到大气中,既浪费了能源资源的极大浪费,也严重地污染了周边环境。同时,作为建材行业能耗大户,玻璃企业生产需要消耗大量的能源。以目前典型年产22万吨的平板玻璃生产线为例,玻璃熔窑排烟温度500℃左右、热量约15MW,退火窑排烟温度250℃左右、热量约1MW,循环冷却水温度60℃左右、热量约13MW。目前利用玻璃生产余热的方法是在熔窑尾部设余热换热器,生产的蒸汽部分用于玻璃生产及采暖,但是这些热负荷远没有充分利用余热资源,在南方地区或以天然气为燃料的玻璃生产企业这种现象更为突出。如果将此领域余热回收利用,每年可以节省标煤560万吨、减少二氧化碳排放1400万吨以上。 

  为解决上述问题,课题组开展了《金属硅冶炼过程中的能源高效利用技术开发(科技部科技人员服务企业项目2009GJC40024)》的研究,之后,在该研究成果的基础上,由集美大学牵头,联合凤阳海泰科能源环境管理服务有限公司、福建大源节能环保科技有限公司、江西琦丰大源绿色能源有限公司等生产、研发单位,通过《余热发电技术服务》、《低温工业烟气余热资源化利用成套技术开发》等产学合作项目的开展,实施了平板玻璃生产线余热资源高效回收利用研究开发工作,对本成果进行了进一步的完善和拓展。 

  ②研究目的与意义 

  本项目针对硅及平板玻璃的生产工艺,通过回收利用生产过程和排气中的余能,以提高能源利用效率,降低企业生产能耗,提高企业竞争力,同时减少化石燃料的利用,降低CO2、SO2、NOX、粉尘以及余热等的直接排放对环境的破坏。此外,该技术开发及成果转化应用符合国家大力发展循环经济、开发节能产品的国策,对我国节能减排工作具有重要意义。 

  ③主要研究内容 

  (1) 金属硅冶炼过程中的能源高效利用技术开发 

  对已投产金属硅冶炼炉进行生产工艺改造,设计回收其生产过程热能及排气余能的能量回收装置,并进行热力发电利用。具体研究内容包括:金属硅冶炼生产过程的能耗分析。 结合企业金属硅生产工艺流程的改进(改敞开式炉膛为封闭式炉膛,并实现给料自动化、生产测控自动化),计算企业生产用电量,进行蒸汽发电机组的选型。计算金属硅生产过程电弧冶炼炉排气所携带的废热量,进行带有补燃的余热锅炉选型与设计计算。 

  (2) 平板玻璃生产过程中的能源高效利用技术开发 

  平板玻璃生产线排放的余热属于中低品位余热资源,这些余热资源的回收利用存在技术复杂、热利用率低、投资回报期过长等一系列问题,为解决该问题,开展了平板玻璃生产线余热资源高效回收利用研究开发工作。通过玻璃生产线余热资源的分析测试,设计余热资源梯级综合利用方案,集成玻璃生产线余热回收系统技术(含各系统配套、主辅机设计选型,设备调试运行),完成玻璃生产线余热回收系统开发,实现余热资源高效回收、热电联产、能源梯级利用; 

   ④创新点 

  1)在硅冶炼炉炉膛设置受热面作为烟罩,冷却保护电极的同时,实现余热回收。 

  2)通过控制除氧器温度(而不是排烟温度),彻底解决玻璃窑余热回收系统腐蚀问题,实现余热发电机组安全稳定运行。 

  3)对平板玻璃生产工艺不同能源品位和种类的余热资源进行优化整合、梯级利用,开发相应的余热资源利用系统,降低了热污染。 

  ⑤社会经济效益 

  本项目成果通过技术开发、技术服务、专利转让等形式应用于福建大源节能环保科技有限公司(5MW发电+5.5t/h供汽)、江西琦丰大源绿色能源有限公司(5MW发电+10t/h供汽)、凤阳大唐海泰科节能科技有限公司(3MW+15t/h供汽)等三家合同能源管理企业,三家公司利用玻璃生产线余热资源的高效梯级利用,生产电力和热力蒸汽,低价出售给玻璃生产企业。 

  2014年1月至2016年12月期间,三家公司三年共计售电22388万kWh,销售蒸汽46.7万吨的收入、利润及上交的税收分别为:11077.0万元、1676.0万元、886.9万元;此外,玻璃生产企业低价购买余热回收项目生产的电力和蒸汽,减少支出9317.3万元。本项目不仅仅体现为经济效益,还具有较好的社会环境效益,余热回收发电和供汽节省标煤13.1万吨,减少CO2排放35.4万吨, 并分别减少SO2、NOx、粉尘排放1022.7吨、898.6吨、423.2吨,并减少热污染排放383万GJ。并提供就业岗位84个。 

  ⑥历年获奖情况 

  硅冶炼炉余能回收工艺及其装置   2015年度福建省专利奖二等奖

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