摘要：在绿色理念和循环经济的影响下，铁合金生产过程中低温余热发电技术逐渐发展起来。目前国内关于纯低温余热发电已经形成了比较完整的技术体系，主流的技术有单压进气、双压补气两种形式。其中，双压技术是以210℃为分界线，将余热废气分为高温热源和低温热源两种，分别进行独立的发电处理，发电效率和经济效益相比于其他技术均有显著优势。本文首先概述了纯低温余热发电中应用双压技术的优势，随后就双压系统的具体应用和系统功能展开了简要分析，最后结合发电能力和经济效益两项标准，对这两种技术进行了横向比较。
关键词：余热发电；双压系统；余热锅炉；冷却水系统
铁合金生产过程中会产生大量的废烟、废气，这些烟气具有较高的热量，如果直接排放到空气中，一方面是对空气质量造成了负面影响，另一方面也造成了热能的浪费。超低温余热发电技术就是将铁合金生产中排放的烟气收集起来，然后利用装置将热能转化为电能，实现对热能的回收利用，既符合了当前提倡的循环经济理念，同时也能够为铁合金企业带来了额外的经济效益。其余热回收发电技术中，双压技术是一种应用广泛且效果理想的技术，本文就该技术的实际运用展开了简要分析。
一、双压系统的应用优势
铁合金生产排放的废气，其温度大体上在100℃-350℃之间波动。根据朗肯循环原理，为了尽可能的提高余热利用效率，需要将废气按照温度高低分成多个等级，然后分梯度的将废气送入汽轮机中，才能达到热电转化效率的最大化。但是在实际应用中，还要考虑废气分级的操作难度和技术成本。综合两方面考虑，低温余热发电系统采用双压技术，将废气分为了两个梯度，以210℃作为临界点，其中100℃-210℃为低温热源，211℃-350℃则为高温热源。相应的，热电转化装置分别提供低压蒸汽系统（压力参数未0.5MPa）和高压蒸汽系统（压力参数为1.7MPa），分别吸收低温热源和高温热源。这样一来，就可以在余热回收利用效率和热点转换经济性价比之间达到了动态平衡。
二、双压余热发电系统的实践应用
1、电站工艺系统特点
（1）卧式余热锅炉。该设备的安装位置在铁合金矿热炉废气排出口，除了进行余热回收功能外，余热锅炉还能够对废气进行简单的净化处理。通常来说，从废气排出口排放的废气，其中含有较多的颗粒、粉尘，如果将这些废气直接送入到热电转化系统中，则会出现锅炉内部积灰等问题，不仅降低了系统运行效率，而且严重时还会以内锅炉热传导性能降低而发生安全事故。在余热锅炉的入口处，安装有粉尘吸收装置，主要的材料是活性碳纤维，除了具有较强的除尘、除灰效果外，还可以定期更换，重复利用价值高。
（2）立式余热锅炉。该装置的安装位置在铁合金矿热炉烟气排放废气出口，在进气口部位也安装有沉降装置。在除尘方式上，采用了静电除尘的方式，除尘效果可以达到80%左右。沉降下来的灰尘，会定期通过拉链机重新收集起来，重新加入到其他材料生产环节。
2、双压余热发电系统的接入
目前铁合金矿热炉生产中所用的余热锅炉，从结构组成上来看主要以立式结构为主，这种结构的优势在于能够提高余热废气的处理效率，但是缺点是占用空间较多。因此在安装预热器时，需要在锅炉上方焊接钢架，然后将预热器安装在钢架上。预热器的一端连接在高温风机的进风口上，可以根据废气温度的高低，进行余热处理，经过处理后的废气温度高于210℃，可以满足热电转化的处理要求。锅炉上部阀门处有压力表，并且提供了压力自动控制功能，正常状态下锅炉阀门处压力稳定在1200Pa，如果压力偏高或偏低，可以自动进行调节。维持压力稳定，从而保证废气按照一定的速度进入到烟气排风机。
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3、废灰的无害化处理
铁合金矿热炉排放的废气中，除了含有粉尘外，还有一些刺激性气体，在进行废气余热利用时，进行无害化处理也是一道必要的工序。废气先经过物理沉降或吸附处理，降低废气中颗粒物的含量，然后在通过净化室进行有害气体的净化。为了避免处理时间过长导致废气余热散失，一方面是要做好净化室内部的密封性工作，防治废气泄露，另一方面是加快废气无害化处理流程，将净化后的废气尽快输送到下一个工作站中。
4、循环冷却水系统
建立一套独立的冷却水循环系统，由水泵提供冷却水循环动力。冷却水系统与加药系统连接，在冷却水循环流动时，加药系统自动将水溶性的阻垢剂加入到冷却水中，可以避免冷却水长期使用产生水垢的问题。
5、化学水处理系统
锅炉内部给水水质与锅炉的余热处理效率成正比关系，因此要定期对锅炉水质进行净化处理。化学水处理系统提供了两种水处理模式：一种是使用软化水，同时向软化水中加入适量的反渗透除盐水。软化水本身含有的钙、镁离子较少，配合使用除盐水能够保证给水品质。另一种是使用“反渗透+混床制除盐水”，其优点在于不需要频繁进行水处理操作，且处理过程中无二次污染发生，对环境保护也有一定的积极作用。
三、几种余热发电技术的综合比较
现阶段关于纯低温余热发电的技术形式，除了本文提及的双压技术外，还有单压技术形式。这两种热力系统适用的范围和实际运用的效果均存在较大差异，本文选择发电能力和经济指标两方面进行横向比较。
1、发电能力比较
在提供相同体积、相同温度废气的前提下，双压技术的发电能力明显优于单压技术。这是因为在单压系统中，对于废气余热只进行了一次回收利用，通过给水加热装置后排出的废气，温度仍然维持在130℃-160℃左右，具有一定的余热收集利用价值。但是在单压系统中，这部分废气被直接排放，因此热能回收率相比于双压系统低了20%-40%。
2、技术经济比较
对于铁合金企业来说，废气余热作为一种辅助处理工艺，追求经济性价比是技术应用需要重点考虑的问题。由于单压系统在余热处理上热电转化效率不高，在此仅讨论双压系统。一套双压系统中整体设备的价格大约在130万左右，按照热电转化效率为30%计算，每10000吨铁合金矿热炉产生的纯低温余热，可供双压系统发电约280万kW/h。以每度电价格0.4元/ kW/h来计算，所得利润为112万元。相比之下，单压系统的成本投资则在100万元左右，发电能力总体比双压系统还低，因此从经济效益上来看，双压系统具有一定的优势。
结语
废气余热作为一种可回收利用的资源，通过不同的装置，能够将其转化为电能等高级能源形式。双压余热系统经过大量的实践验证，相比于同类型的单压系统，在提高废气余热转化效率和投入产出比等方面均有显著的应用优势。下一步，要继续做好双压技术的开发和创新，在超低温余热发电中得到更好的应用，为铁合金企业创造更高的附加效益。
参考文献
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论文作者:穆祥1,马志勇2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
标签：余热论文; 废气论文; 系统论文; 技术论文; 铁合金论文; 低温论文; 锅炉论文; 《电力设备》2019年第3期论文;