楊 柳

（中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

現(xiàn)階段，工業(yè)生產(chǎn)中余熱的損失大約占據(jù)了世界總能耗的30%～70%，因此，當(dāng)務(wù)之急是盡快實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，從中國工業(yè)協(xié)會(huì)調(diào)查了解到，礦熱爐是當(dāng)前我國合金產(chǎn)品生產(chǎn)的主要機(jī)械設(shè)備，礦熱爐在運(yùn)行過程中會(huì)消耗我國總發(fā)電量2%的電能，因此，余熱利用備受關(guān)注和重視。因此，本文重點(diǎn)分析了合金生產(chǎn)中礦熱爐煙氣余熱利用技術(shù)。

1 礦熱爐煙氣回收利用重要意義

碳質(zhì)還原劑一般用于生產(chǎn)合金產(chǎn)品，在進(jìn)行礦熱爐冶煉時(shí)，釋放的煙氣中一般都會(huì)含有CO,CO2,H2等成分，且爐口煙氣溫度可達(dá)到400℃左右，含有大量顯熱。以75%硅鐵礦熱爐為例，煙氣中的大量熱能相當(dāng)于總能量輸入的50%左右。因此，借助先進(jìn)技術(shù)回收礦熱爐煙氣中的能量，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，既可以有效減少生產(chǎn)成本，又可以降低煙塵污染。

2 礦熱爐煙氣能源同收利用概況

2.1 國外礦熱爐煙氣能量回收利用發(fā)展歷史

瑞典美國艾爾克公司瓦崗廠是最大進(jìn)行半封閉型礦熱爐煙氣余熱回收利用的企業(yè)。此工廠于1958年、1966年、1972年先后完成21000kVA、45000kVA、75000kVA半封閉礦熱爐的回收蒸汽工程。其中，75000kva半封閉型硅鐵電爐余熱鍋爐可日產(chǎn)1000～2000噸293攝氏度的高壓蒸汽，既可以用于發(fā)電，又可以為其他周邊工業(yè)企業(yè)提供熱量。

挪威?？瞎居?977年在法國敦刻爾克地區(qū)的乙炔和電冶金公司設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)大型半封閉型礦熱爐，這是一臺(tái)可以有效回收余熱的系統(tǒng)，并在1978年正式投入使用，此臺(tái)電爐可以通過余熱鍋爐回收煙氣余熱所產(chǎn)生的蒸汽再進(jìn)行發(fā)電，從而減少供電量20%左右。

2.2 我國礦熱爐煙氣能量回收利用的發(fā)展

盡管我國礦熱爐煙氣能源回收利用發(fā)展起步起晚，但最近幾年已經(jīng)取得了令人矚目的好成績。在1980年代，湖南一家工程嘗試在硅鐵熱爐上安裝一個(gè)水冷壁管，用于余熱回收測(cè)試。因?yàn)槭菬熣殖跔t，硅微粉堵塞水冷壁管等原因，所以無法正常運(yùn)作。

湖南某冶煉廠在1992年從德國馬克公司花巨資引進(jìn)了30000kVA的全封閉型錳硅合金電爐，主要用于凈化回收的煙氣，為24m的燒結(jié)機(jī)燒結(jié)錳礦提供能源。

鄂爾多斯電力冶金集團(tuán)有限公司大型集群式電爐的低溫?zé)煔庥酂豳Y源綜合利用于2008年獲得內(nèi)蒙古自治區(qū)批準(zhǔn)。一期工程建設(shè)了8臺(tái)硅鐵電爐，升級(jí)并建造了兩臺(tái)9MW發(fā)電機(jī)組。建設(shè)于2009年6月開始，第一臺(tái)機(jī)組于2010年3月實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

3 實(shí)際案例分析

吉林某廠擁有規(guī)模龐大的合金生產(chǎn)能力，現(xiàn)有25MVA礦熱爐2臺(tái)，50MVA礦熱爐1臺(tái)，擁有一條完成系統(tǒng)的年產(chǎn)20萬噸錳合金生產(chǎn)線，為了充分利用煙氣中的熱量，公司又先后投入了大量資金，建成12MW余熱發(fā)電系統(tǒng)，主要目的是充分利用礦熱爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔瓿上鄳?yīng)發(fā)電。利用余熱發(fā)電后，煙氣中的熱量還沒有得到充分利用，還存在一定的余熱。實(shí)踐證明，合金冶煉過程中高溫?zé)煔庥酂崂寐氏鄬?duì)較低，僅為33%；余熱發(fā)電完成后，煙氣余熱仍有很大的利用空間和開發(fā)利用潛能。因此，為了達(dá)到煙氣余熱梯級(jí)利用的目的，達(dá)到良好的清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排效果，余熱發(fā)電產(chǎn)生的煙氣需要直接利用干燥球團(tuán)進(jìn)行相應(yīng)處理。

4 礦熱爐剩余煙氣利用技術(shù)特點(diǎn)

4.1 煙塵的主要來源

由于合金冶煉產(chǎn)品種類繁多，廢氣成分也因原料、工藝、設(shè)備的不同而不同。但這些氣體都具有粉塵多、高溫以及熱損失大等共同特點(diǎn)。在生產(chǎn)過程中，一般都會(huì)釋放大量的含塵高溫?zé)煔?，究其原因是因?yàn)橐睙掃^程中，都會(huì)用到一些還原劑，并在高溫條件下，空氣中的氧與物料中的碳元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳等氣體，進(jìn)而產(chǎn)生含有各種雜質(zhì)的高溫?zé)煔狻?/p>

4.2 煙氣的組成部分

H2O、SO2、CO2、N2等共同組成了礦熱爐煙氣，各主要成分占比一次為2%、0.2%、15%～18%和75%～78%。高溫?zé)煔饨?jīng)余熱發(fā)電處理后，通過熱電偶、畢托管等眾多工具，進(jìn)而獲得三臺(tái)礦熱爐的煙氣溫度和流量的平均值。從測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，礦熱爐煙氣余熱發(fā)電后煙氣溫度能夠達(dá)到75℃～125℃之間，煙氣流量很大。一旦排空，必然會(huì)浪費(fèi)大量能源，流失大量熱量。因此，吉林某公司有效改進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)，直接烘干球團(tuán)處理此部門煙氣，以達(dá)到煙氣余熱多階段回收利用的目的。

5 礦熱爐殘余煙氣利用技術(shù)原理與過程

5.1 礦熱爐煙氣余熱利用原理

根據(jù)生產(chǎn)過程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，50MVA礦熱爐擁有22×104m3/h的煙氣量，其出口溫度可達(dá)45℃，入口溫度高達(dá)105℃。經(jīng)過精確計(jì)算，105℃時(shí)煙氣熱焓為148.912kJ/m3，45℃時(shí)熱焓為67.239kJ/m3。當(dāng)50MVA礦熱爐用球團(tuán)干技術(shù)，可以有效利用的能量為1.179×106kJ/h，25MVA礦熱爐煙氣量為42×104m3/h，出口溫度45℃，入口溫度可達(dá)95℃。結(jié)果表明，95℃時(shí)煙氣焓為每立方米133.781KJ，45℃時(shí)煙氣熱焓每立方米為66.532KJ。25MVA礦熱爐采用球團(tuán)干燥技術(shù)時(shí)，可用能量能夠達(dá)到1.552×108KJ/h，吉林某公司冶煉爐年總工作時(shí)間為24×300=7200h，年有效熱量相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤（0.338+0.532）×7200=6264t。

系統(tǒng)分析礦熱爐現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)濕球團(tuán)含水率可達(dá)12%～16%，并要求干燥后的規(guī)定含水量為1%～4%；經(jīng)過精確計(jì)算，吉林某公司現(xiàn)在用的濕球團(tuán)礦含水率為14%，干球團(tuán)礦含水率為2.5%。

綜上所述，如果一臺(tái)50MVA礦熱爐和兩臺(tái)25MVA礦熱爐同時(shí)工作，一旦出現(xiàn)超負(fù)荷工作，這三臺(tái)礦熱爐產(chǎn)生的煙氣可利用余熱相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)燃料6264t/a，能夠烘干球團(tuán)為164842.105噸。

5.2 礦熱爐煙氣余熱發(fā)電技術(shù)具體工作流程

主要通過連續(xù)烘干方式烘干球團(tuán)，一般5天為一烘干周期，烘干之后，球團(tuán)經(jīng)干燥后直接用于礦熱爐，提取烘干球團(tuán)，準(zhǔn)確測(cè)定其抗壓強(qiáng)度，并對(duì)球團(tuán)質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試和分析。被烘干的球團(tuán)擁有很強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度值。

礦熱爐煙氣余熱干燥后的球團(tuán)強(qiáng)度值較高，其平均值都在每平方厘米3510N以上，且球團(tuán)質(zhì)量始終處于一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)。相對(duì)于傳統(tǒng)烘干方式，其強(qiáng)度更好，能夠完全符合合金冶煉工藝對(duì)物料要求。

6 影響余熱回收發(fā)電的主要因素

6.1 煙氣流量和溫度

礦熱爐生產(chǎn)過程中釋放的煙氣，難以會(huì)流失大量熱量，主要因?yàn)榈V熱爐以間歇式出鐵為主，加料過程也是以間歇操作為主，從而導(dǎo)致煙氣溫度波動(dòng)較大。此外，礦熱爐冶煉期間，每隔1～2小時(shí)產(chǎn)出合金一次，整個(gè)過程持續(xù)時(shí)間能夠達(dá)到30分鐘，在此過程中，煙氣流量和溫度都會(huì)相應(yīng)下降，最大溫差能夠達(dá)到150℃。此現(xiàn)象隨冶煉時(shí)間的變化呈周期性變化，導(dǎo)致煙氣流量和溫度的波動(dòng)。這種現(xiàn)象給余熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來諸多困難。為了有效解決煙氣流量和溫度變化問題，研究人員通過飽和蒸汽來有效處理影響系統(tǒng)運(yùn)行的煙氣流量和溫度波動(dòng)問題。

6.2 鍋爐除塵

在埋弧爐冶煉期間，不可避免產(chǎn)生粉塵，其粉塵表面活性較強(qiáng)。在余熱鍋爐受熱面上，粉塵不僅熱阻高，而且粘附性相對(duì)很強(qiáng)。特別是在半封閉式錳硅冶煉爐煙氣中，粉塵濃度高、粉塵粒徑小，會(huì)嚴(yán)重鍋爐熱效率。甚至堵塞煙氣通道，造成停爐檢修，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

6.3 煙道結(jié)焦

煙道一旦結(jié)焦，必然會(huì)縮小煙道口徑，甚至堵塞流通區(qū)，造成爐膛壓力升高，從而使煙氣中SO2向外擴(kuò)散，甚至需要停爐清理煙道和對(duì)流區(qū)結(jié)焦處，無形中又增加了非作業(yè)時(shí)間，且人工清洗變得極其繁重。為有妥善處理好礦熱爐煙道與余熱鍋爐結(jié)焦問題，有效提升鍋爐運(yùn)行效率，工作人員通過不斷嘗試時(shí)間，最終發(fā)現(xiàn)通過化學(xué)輔助手段能夠有效抑制結(jié)焦。通過提高結(jié)渣物地熔點(diǎn)，可以達(dá)到抑制效果。

7 其他余熱發(fā)電后尾氣剩余熱量再利用方案

余熱回收爐可以有效吸收礦熱爐冶煉期間排放出的煙氣，主要是因?yàn)橛慑仩t具有雙壓蒸汽系統(tǒng)，故排出的煙氣可及時(shí)轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽。汽輪機(jī)高壓段進(jìn)入余熱鍋爐高壓蒸汽工作。低壓蒸汽通過低壓端入口進(jìn)入汽輪機(jī)，變壓器與飽和汽輪機(jī)的結(jié)合大大提高了汽輪機(jī)的發(fā)電量。煙氣排放系統(tǒng)的煙氣主要來自于余熱鍋爐釋放的300℃煙氣。在經(jīng)過補(bǔ)汽鍋爐冷卻后產(chǎn)生200℃煙氣，被應(yīng)用到換熱器中加熱循環(huán)水，進(jìn)而充分發(fā)揮預(yù)熱、解凍、凈化生活用水的作用。煙氣經(jīng)布袋式除塵器凈化后排入大氣。蒸汽發(fā)生器利用蒸汽發(fā)生器的輔助蒸汽發(fā)生器來補(bǔ)充蒸汽發(fā)生器的水，從而大大提高蒸汽發(fā)生器的效率。煙氣余熱可通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供電供熱熱電聯(lián)產(chǎn)，并可回收利用，有利于提高余熱蒸汽的利用效率。

8 結(jié)語

綜上所述，余熱發(fā)電技術(shù)從本質(zhì)上講，是一種將企業(yè)的高品位熱能回收轉(zhuǎn)化為自用技術(shù)的技術(shù)。余熱發(fā)電后，可以更好地利用煙氣余熱，即將大量廢氣中的高級(jí)熱能回收利用，轉(zhuǎn)化為二次能源，不僅可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且還可以實(shí)現(xiàn)能源再利用，達(dá)到節(jié)約資源的目的，使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)收益。礦熱爐殘余煙氣利用技術(shù)是冶金工業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)的有效手段。