矿热炉余热利用技术浅析

矿热炉余热利用技术浅析

肖治农

（武汉都市环保工程技术股份有限公司，湖北省武汉市430205）

摘要：矿热炉生产工艺中，会耗费大量的电能，而排放大量的高温烟气，其热量约占系统总能耗量的40%左右，进一步充分利用这些中、低品位的余热是节能降耗、减少温室气体排放的关键。

关键词：矿热炉；余热发电；清灰

1概述

我国是世界第一铁合金生产大国，占世界铁合金总产量的50以上。铁合金行业多采用矿热炉电热法生产，其生产过程中需消耗大量的电能，同时冶炼过程中产生的高温烟气也带走了大量热量。根据炉型密闭形式，矿热炉可分为半密闭式和密闭式两种，不同炉型烟气的

主要特点有：半密闭矿热炉烟气量大，主要成分是以N2为主的不可燃气体，烟气温度可达400℃左右；密闭矿热炉烟气量相对较小，主要成分是以CO为主的可燃气体。本文以半密闭矿热炉余热利用技术进行分析。

2余热利用系统

半密闭炉烟气含有的可燃气体微乎其微，温度高达400℃以上，而且从炉门处混入的空气较多，烟气量较大，适合采用余热锅炉换热发电。但烟气含尘量大，且粉尘中含有大量的SiO2，颗粒细小吸附性强。烟气中粉尘浓度随炉况变化而变化，通常在1000~5000mg／Nm之间。烟气中所含的粉尘粒度非常小，95％粉尘粒度均小于5μm，小于2μm的占77％，详见表1。这些粉尘的粘性很大，非常容易粘附在烟道、金属管表面，这些高粘性粉尘更容易粘结在换热器管壁上，导致换热效率差，给锅炉除灰带来较大难度，要重点考虑锅炉除灰系统，根据灰尘的特点进行针对性的除灰方式设计，否则严重影响锅炉的换热效率和发电效益。甚者无法连续生产，影响冶炼工序。

表1矿热炉烟尘分散度

半密闭矿热炉烟气余热利用主要采用余热锅炉配蒸汽轮机发电机组方式。半密闭矿热炉的烟气量大，烟气温度较低，烟尘含量大，发电过程中主要利用烟气的显热(物理热)，未经净化的烟气直接进余热锅炉进行热交换，交换后产生的高温蒸汽推动汽轮机做功进行发电。主要设备包括余热锅炉、蒸汽轮机发电机组、冷却水处理系统、化学水处理系统、电气系统及热工控制系统等。

半密闭矿热炉综合余热回收发电系统同时利用PLC控制平台，工业机监控，管理软件实现自动化控制，使矿热炉产品显热、烟气余热高效回收系统安全、可靠、持续、稳定地运行，达到热能高效回收和发电，实现节能降耗、消烟除尘、美化环境的要求。产品可广泛应用于铁合金、电石、钢铁、水泥、电解铝、电解铜、黄磷等高能耗企业的余热发电项目。

半密闭矿热炉余热锅炉配置：

选用一套双压余热锅炉，能有效克服烟气温度波动大的问题，且烟气的热量能最大范围的被吸收，达到能源的梯级利用的效果。锅炉在受热面间设置激波吹灰装置加喷丸清灰，两种方式相互协调，可以根据实际运行情况调整清灰动作频率，间歇的进行联合吹灰，以达到最佳的清灰效果。

图1：余热发电系统

3余热发电原理以及工艺流程

半密闭矿热炉的运行需要消耗大量的燃料，而其热效率只有30%左右，约40%-60%的热量却被高温烟气、炉渣、产品等带走而流失掉，其中可余热利用的热量占30%以上。常规半密闭矿热炉余热发电配置：将矿热炉烟气由原烟气系统主烟道接出，经初除尘后通入余热锅炉进行热交换。补水泵将软化水送到余热锅炉的省煤器段，加热后回到汽水分离器，热水循环泵将汽水分离器的饱和水送到余热锅炉的蒸发段，经加热的汽水混合物回到汽水分离器进行汽水分离，经分离的饱和蒸汽供给余热锅炉的过热器段继续加热，过热段蒸汽供给汽轮机发电。通过余热回收装置，利用生产过程中产生的高温烟气及辐射热量，进行二次回收利用，在余热锅炉内产生中低压蒸汽，进而推动发电设备进行发电。

3.1烟气工艺流程

将矿热炉烟气由原烟气系统主烟道接出，经高温插板阀后通入余热锅炉入口设置的预除尘器，经初除尘后的烟气通入余热锅炉进行热交换，余热锅炉出口烟气温度大约降至150℃，然后低温烟气经烟道接入原系统主烟道上，且在接至主烟道前设置插板阀，方便余热锅炉系统的检修及维护。其中，由于预除尘器耐热极限一般为500℃以下，烟气系统在预除尘器前设置自动混风阀，此阀与预除尘器入口温度检测点联锁，当温度大于500℃时阀门自动开启，混入冷风降低烟气温度，以确保预除尘器的安全运行。

3.2汽水工艺流程

锅炉产生的双压蒸汽分别汇入中、低参数蒸汽母管，管道通过外管网架空敷设至汽轮机主厂房，进入汽轮机，进而驱动发电机发电。

做完功的蒸汽进入凝汽器，由循环水系统将蒸汽冷却为凝结水，然后由凝结水泵送至真空除氧器除氧后，经锅炉给水泵送至锅炉，加热以产生蒸汽，再进入汽轮机组发电，以此完成汽、水、电的转换。

4结语

由于矿热炉的烟气量及烟气温度基本决定了余热设施的运行参数，故在建设时，一定提供尽量准确的烟气温度、流量、烟气成分、尾气的露点温度等重要参数，作为锅炉等设施的设计依据，使余热设施设计时就比较靠近正常值。

另外，矿热炉的运行好坏也基本上决定了余热回收的效果，事实证明，当矿热炉炉门开得过大，漏入空气过多时，大量低温、大流量的烟气会使锅炉的效率达不到额定数据，而炉体密封效果好，炉门及工作人孔设计合理、风机设置变频的矿热炉均会达到良好的效果。这就要求矿热炉企业提高矿热炉设计及运行技术，在工艺提高的前提下可以回收更多的电能，以达到节能降耗的目的。

部分矿热炉企业建设时并不规划余热发电设施，而是等矿热炉投产后，由投资企业以EMC等方式融资建设，因没有提前规划预留场地，锅炉不能贴近矿热炉就近布置，发电机组也同样需要布置在较远的位置，这就需要增加烟气管道、汽水管道的长度，造成了占地及布置的不合理、大量管道等设备及材料的投资增加、长距离管道输送的能源浪费。建议以后矿热炉企业建设时同时配建余热发电设施或者预留发电设施占地。

参考文献

[1]陈奇源.铁合金矿热炉余热发电建设总结与发展前景[J].铁合金，2013，44（01）：44-48.

[2]许传才．铁合金冶金工艺学．北京：冶金工业出版社2010：4—6