奥斯麦特铜冶炼余热发电的应用
    元  政

    摘  要  简述北方铜业股份有限公司侯马冶炼厂奥斯麦特铜冶炼余热发电工艺，介绍德国Tuthill公司C5DS+II+G饱和蒸汽发电机组的工作原理、结构及应用特点。
    关键词  余热发电  饱和蒸汽发电机组  应用
   

    北方铜业股份有限公司侯马冶炼厂着眼环保与产能提升，采用了奥斯麦特铜冶炼工艺。奥斯麦特熔炼和吹炼余热锅炉每小时生产的饱和蒸汽约34t，其压力为4.0MPa，除冬季采暖及职工生活洗澡用蒸汽占蒸汽总量的不足10％外，其余全部排空，不仅造成巨大的能源浪费，而且形成较严重的热污染。侯马冶炼厂为降低生产成本，节约能耗，改善环境，引进了德国Tuthill公司C5DS+II十G饱和蒸汽发电机组，实施余热发电改造。发电机组排放的尾气，全部用于50kt/A电解铜的生产及生活用汽，使热能利用率达到95％以上，为企业创造良好的经济效益和社会效益。
    一、奥斯麦特铜冶炼余热发电工艺
    奥斯麦特熔炼余热锅炉与奥斯麦特吹炼余热锅炉产生的饱和蒸汽在现有节流孔板后就近并联，首先流经汽水分离器和蒸汽过滤器，再通过紧急切断阀和由调节器自动调节喷嘴组，直接进入透平机，通过热膨胀，饱和蒸汽的热能通过透平机转化为动能输出，透平机动能输出经齿轮箱变速后转化为满足同步发电机需求动能输入，从而驱动同步发电机发电，发电过程中形成冷凝水并产生尾汽，冷凝水回收后进入余热锅炉给水系统冷却后循环利用，尾汽用于全厂生活及电解铜等生产所需。
    奥斯麦特熔炼余热锅炉蒸发量16.0t/h（4.0MPa饱和蒸汽），吹炼余热锅炉蒸发量18.01/h（4.0MPa饱和蒸汽），饱和蒸汽流量26～34t/h（波动），汽轮机入口蒸汽压力4.0MPa（最高4.4Mpa），汽轮机出口蒸汽压力0.5MPa(最低0.4MPa)，汽轮机入口蒸汽温度250.3℃（最高254.7℃），汽轮机出口蒸汽温度152℃（最低148℃）。
    二、发电机组成及特点
    C5DS+II+G型饱和蒸汽发电机组（德国TUTHILL公司生产）包括透平机和内置式齿轮箱，同步发电机，润滑油站，速度调节器，紧急停车装置，就地仪表显示盘，温度、压力、振动监测系统，透平机、同步发电机自动控制柜，汽水分离器，进口蒸汽过滤器，自动式排水器。透平机主轴叶轮悬臂式设计，同步发电机具有自励磁、自调节、无刷结构的特点。
    透平机参数见表1。

    同步交流发电机参数：额定输出2750kV•A，功率因数0.8，电压（±5%）6300V，频率50Hz，轴转速1500r/min。
    机组主要特点：
    1.C5DS+II+G型饱和蒸汽发电机组适用于快速启动，在蒸汽入口和出口蒸汽排放后，透平机可以启动，因其热弹性结构，在30s内就可以从冷状态达到全速运行状态，并能适应频繁的启婷操作，无须预热。
    2.机组自动并网、自动解裂，可实现无人值守。
    3.机组振动监测采用本特律一纳瓦达3500系列振动监测系统，包括16个近位通道，4个轴向推力通道，通信门路联接器模块，继电卡，功率提供，振动数据显示在PLC接口屏幕上。
    4.轴承和发电机定子热电阻（RTD）监测，带读数显示。
    5.发电机保护采用Beckwith M-304数字多功能发电机和交叉拉杆保护继电器，可以实现过流、过欠压、过欠频、过励磁保护，255个事件系列纪录，带时间标记精度到毫秒，过失前后示波捕获。
    6.透平和发电机控制采用西门子PLC为基础的透平控制器和WOODWARD505电子调速器，控制能够从自动速度到同步速度，同步功能随着功用总线和自动转换器操作控制参数。
    7.透平机叶轮采用Curtis型一级，主轴选用完全双自动可倾金斯百瑞式轴承。
    三、余热发电尾气利用及效益
    饱和蒸汽发电机组所产生的尾气出口正常压力为0.5MPa(152℃)，最低压力为0.4MPa(148℃)，尾气量为34～28t/h，尾气压力能够满足现生产、生活及采暖用蒸汽压力要求。原生产、厂区生活、采暖用汽量约为9t/h，同步上马的电解铜技改工程生产用蒸汽为11.0t/h，还剩余蒸汽量为最大时14t/h，正常时88A。多余蒸汽可作为以后新产品开发用蒸汽，或作为生活区热源。
   在目前的生产规模下平均可用于发电的蒸汽为26t/h，发电效益见表2。
    项目总投资919万元，包括：C5DS+II+G型饱和蒸汽发电机组54.35万欧元，折合人民币657万元；设计、土建工程、辅助设备、安装费262万元。
    项目成本（消耗的原材料主要是奥斯麦特熔炼和吹炼余热产生的饱和蒸汽，因此原材料费用为零；机组无故障运行两年，检修备件运行费用为零；由于无需运行人员，不计人员工资；机组使用年限为40年）合计17.6万元／a。
    年度总收益＝发电收益－成本=460－17.6=442.4万元。
    投资回收期＝项目总投资／年度总收益＝919万元／442.4万元=2.07年，预计该机组投入运行，2008年即可完全收回投资。
    四、结论
    1.利用奥斯麦特铜冶炼废气余热进行发电，发电后产生的尾气用于铜电解等生产及生活所需。冷凝水也达到循环利用，最大程度地提高余热综合利用率。
    2.整个发电工艺过程不需要任何燃料，对大气环境不增加任何污染物的排放，而且还可以降低排汽温度，减轻温室效应和降低热污染，是节约能源、资源、降低企业成本极为有效的途径，对保护生态环境有促进作用，环保效益与节能效益显著。
    3.利用废气余热进行发电，在厂区直接并网利用，不仅可减缓电力供应紧张的局面，而且较低成本电力的补充，可为企业创造显著的经济效益。