矿热炉烟气余热利用技术

矿热炉烟气余热利用技术分析摘要：近年来，由于余热锅炉技术的逐步成熟，我国矿炉烟气余热利用技术开始兴起，比如一些企业太仓促建立埋弧炉余热利用系统，建立余热发电系统没有测量埋弧炉的烟气温度，和发现烟气温度太低，以满足发电需求手术后的余热发电系统。

因此，准备建设铁合金废热发电系统的企业应注意，尽可能全面调查行业现状，尊重科学，不盲目建设项目。

关键词：炉烟气；余热利用技术1介绍热炉烟气余热发电项目是利用废热锅炉换热烟气排放的废热恢复淹没热炉的生产过程，精炼炉，等等，产生过热蒸汽，驱动汽轮机驱动发电机发电和电力生产。

整个热力系统不燃烧任何一次能源，不仅成本低，经济效益好，而且给企业带来了巨大的经济效益，可以缓解电力短缺的矛盾。

埋弧炉又称电弧炉或电阻炉，主要用于生产硅铁、锰铁、铬铁、钨铁和锰铁合金。

其工作特点是采用碳镁耐火材料作为衬里和自培养电极，但热效率低。

国内外余热锅炉和低参数汽轮发电机的技术已经成熟。

低温废热电站已进入成熟阶段。

在水泥工业中有许多废热发电的成功例子。

例如，电石炉余热发电的成功发展值得借鉴。

低温余热回收技术将成为行业节能降耗的有效途径之一。

2矿热炉烟气余热利用技术2.1烟气参数埋弧焊炉主要生产硅铁、锰铁、铬铁、钨铁和硅锰合金以及矿砂、碳还原剂和溶剂生产的碳化钙。

根据熔炼工艺和设备的密闭程度，沉水炉分为半封闭炉和封闭炉。

目前，半封闭式炉主要冶炼硅铁、镍铁，封闭式炉主要冶炼电石、铬铁、锰、硅。

半密闭炉内可燃气体含量极低，最高可达400摄氏度，炉门内的空气较多，烟气较多。

适用于换热发电余热锅炉，热效率可达26% ~ 28%，但困难在于有很多SiO 2在尘土中，颗粒很好，吸附力强，质量轻，比表面积很大，这给锅炉的除灰带来很大的困难。

传统的机械振动等除灰方法不理想，严重影响传热效率。

2.2烧石灰该方案主要适用于电石生产的闭式炉。

烟气中CO含量约为60%~80%，特别适用于电石矿加热炉。

其反应公式为CaO+3C=CaC2+CO。

工业硅矿热炉烟气余热发电技术探讨针对工业硅生产烟气余热发电工艺流程及改造重点和难点进行了分析，对改造前后综合利用能耗和产生的效益进行了比较。

结论证明采取有效措施进行余热资源的回收利用对工业硅行业节能减排和可持续发展具有重要意义。

摘要：针对工业硅生产烟气余热发电工艺流程及改造重点和难点进行了分析，对改造前后综合利用能耗和产生的效益进行了比较。

结论证明采取有效措施进行余热资源的回收利用对工业硅行业节能减排和可持续发展具有重要意义。

0 引言工业硅行业作为现代工业的重要组成部分，每年消耗大量能源，据统计，中国平均每吨工业硅需要消耗13 000 kW·h电以上，全国年产100×104 t工业硅需要耗电13×108 kW·h以上。

随着中国逐步建立全社会的资源循环利用体系和节能减排工作的深入进行，工业硅作为能耗大户，佘热回收势在必行。

实施节能技术改造，提高能源综合效率，既是响应国家号召，建设节约型社会的客观需要，也是企业降低成本，提高企业市场竞争力的需要[1]。

文章结合工业硅烟气余热发电综合利用项目，对当前工业硅炉烟气余热发电技术进行了研究和探讨。

1 工业硅烟气余热特点a)烟气余热属于中温余热、废气流量较少，热品位较低;b)烟气余热的参数(温度、流量)具有一定的波动性，波动范围大;c)烟气中的硅灰(俗称硅微粉)极细，有极强粘附力和非常高的热阻。

受热外管壁粘灰后会大大降低热交换率[2]。

2 烟气余热发电改造前状况自原工业硅厂2台矿热炉来的400 ℃~600 ℃高温烟气，通过混风，达到降温的目的。

温度降低到220 ℃~230 ℃后，首先进入到双效旋风除尘器中，进行第一次除尘处理，除尘得到的烟尘(即SiO2粉)经卸料机卸出，进行包装。

经过第一次除尘处理的烟气，在进入风机之前，通过向烟气管到喷淋冷却水，进行二次降温处理，经冷却水冷却的烟尘温度降低到180 ℃~200 ℃左右，通过引风机进入布袋除尘器，净化后烟气由除尘器上部排入大气。

冶金冶炼M etallurgical smelting矿热炉烟气余热利用的实践杨 柳（中钢石家庄工程设计研究院有限公司，河北　石家庄　０５００００）摘 要：矿热炉冶炼合金过程中，不可避免地会产生大量高温烟气，如果不能及时加以利用，必然会造成能源浪费。

通过准确测试矿热炉的温度、流量和成分，会发现矿热炉炉温较高，且相对稳定，且含有大量ＳＯ２、ＣＯ２气体，使用矿热炉冶炼可产生丰富的余热资源，通过能级分析法评估余热资源，能够为回收和合理利用余热资源提供一定参考。

关键词：矿热炉；烟气回收；余热利用中图分类号：Ｘ７５７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）２４－００１０－２Practice of waste heat utilization of flue gas from submerged arc furnaceYANG Liu（Ｃｈｉｎａ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　＆ａｍｐ；　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ　ａｌｌｏｙ　ｉｎ　ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ａｒｃ　ｆｕｒｎａｃｅ，　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｗｉｌｌ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ　ｂｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｉｆ　ｉｔ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｉｍｅ，　ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ　ｃａｕｓｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｗａｓｔｅ．　Ｂｙ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ａｒｃ　ｆｕｒｎａｃｅ，　ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｈｉｇｈ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｓｔａｂｌｅ，　ａｎｄ　ｃｏｎｔａｉｎｓ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ＳＯ２　ａｎｄ　ＣＯ２　ｇａｓ．　Ｓｍｅｌｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ａｒｃ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｃａｎ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｒｉｃｈ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．　Ｔｈｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｂｙ　ｅｎｅｒｇｙ　ｌｅｖｅｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Keywords: ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ａｒｃ　ｆｕｒｎａｃｅ；　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ；　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ现阶段，工业生产中余热的损失大约占据了世界总能耗的30%~70%，因此，当务之急是尽快实现节能减排，从中国工业协会调查了解到，矿热炉是当前我国合金产品生产的主要机械设备，矿热炉在运行过程中会消耗我国总发电量2%的电能，因此，余热利用备受关注和重视。

矿热炉余热回收发电系统是将矿热炉产品显热回收、烟气余热回收、烟气中CO燃烧热能回收和低压低温发电技术综合在一起的矿热炉综合余热回收发电系统。

该产品特点主要体现在将密闭热风隧道窑应用于矿热炉产品显热回收发电；将热风炉应用于烟气中CO燃烧热能回收发电；烟气余热回收发电采用三级除尘技术，彻底清除烟气中的粗颗粒、中细颗粒及细颗粒粉尘，使烟气排放达到国家排放标准。

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。

矿热炉余热回收发电系统包括水处理系统、给水除氧系统、废热回收系统、汽轮发电机组、热工仪表及自动保护报警系统。

矿热炉综合余热回收发电系统主要技术原理：将密闭热风隧道窑应用于矿热炉产品显热回收发电。

该发电系统利用热风隧道窑，将出炉产品引入热风隧道窑内并密封，用干燥后的空气对其显热进行热交换，输入余热锅炉，生成工业蒸汽，使显热回收更加彻底。

将热风炉应用于烟气中CO燃烧热能回收发电。

该发电系统利用热风炉将烟气引入其中,充分燃烧掉烟气中的CO,通过二次配风使烟气温度从1400℃降低到800℃，热交换后输送至余热锅炉，生成工业蒸汽用于发电，使出炉烟气控制在200℃，再经袋除尘器排入大气，既解决了余热锅炉的安全问题，同时又延长了余热锅炉和袋除尘器的使用寿命。

使整套发电系统运行更加安全。

烟气余热回收发电首次采用三级除尘技术，彻底清除烟气中的粗颗粒、中细颗粒及细颗粒粉尘，使烟气排放达到国家排放标准。

该发电系统采用三级除尘技术，将生产过程中产生的大量烟气经引风机输送至重力除尘器进行一级除尘，除去＞50um 粉尘粒子；经高温旋风除尘器进行二级除尘，除去＞10um,＜50um 粉尘粒子；二级除尘后的烟气输送至热风炉，经一次配风，充分燃烧掉烟气中的CO, 再经二次配风使烟气温度降低到600℃－800℃，送至余热锅炉进行热交换，烟气温度控制在200℃；出炉烟气（CO气体已充分回收）送至袋除尘器，进行三级除尘，除去＞0.2um, ＜10um粉尘粒子，使烟气排放达到国家排放标准。

矿热炉余热利用技术浅析摘要：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。

科技成果——矿热炉烟气余热利用技术
适用范围
钢铁行业、硅系铁合金冶炼、化工电石行业等
成果简介
1、技术原理
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。

2、关键技术
矿热炉高温烟气导入余热锅炉，蒸汽驱动汽轮机组从而带动发电。

当余热发电设备出现故障或进行正常维修时进行烟气导出转换，恢复现有除尘状态。

主要技术指标
16台14000kVA矿热炉余热利用系统，年发电量可达1.92亿kWh。

典型案倒
典型用户：青海百通高纯材料开发有限公司
建设规模：8台13t余热锅炉，24000kW余热发电机组及配套设施，设计年发电量为1.92亿kWh。

主要技改内容：将原来的烟气净化空冷却器全部拆除，安装8台13t余热锅炉及相关配套管网，安装24000kW蒸汽发电机及配套余热锅炉和输电设备，改造硅铁矿鼎炉烟罩，建冷却池、冷却塔、化学水处理、给排水及相应土建工程。

主要设备为16台14000kVA矿热炉烟罩、8台13t余热锅炉和24000kW余热发电机组及配套设施。

节能技改投资额1.71亿元，建设期18个月。

每年可节约67200tce （按年发电量1.92亿kWh计算），年节能经济效益6144万元，投资回收期2.5年。

世界有色金属 2018年 8月上164前沿技术L eading-edge technology33MVA 硅钙合金矿热炉烟气余热利用发电技术实践徐 斌1，周江峰2（１．陕西省镇巴屈家山矿业有限公司，陕西　汉中　７２３６０７；２．陕西盛华冶化有限公司，陕西　汉中　７２３３００）摘 要：本文介绍了３３ＭＶＡ硅钙合金矿热炉烟气余热发电概况和工作原理，并对余热发电系统建设过程中出现的问题及解决措施做了介绍。

实践证明，３３ＭＶＡ硅钙合金矿热炉烟气余热利用发电技术解决了能源浪费问题，降低了企业的生产成本，提高了硅钙产品的市场竞争力，促进了我国硅钙烟气余热发电技术和装备制造水平的技术进步。

关键词：３３ＭＶＡ硅钙矿热炉；余热发电；烟气利用中图分类号：ＴＫ１１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１８）１５－０１６４－２Practice of 33MVA Silicon-calcium Alloy Are Furnace Flue Gas Waste Heat Utilization PowerGeneration TechnologyXU Bin 1, ZHOU Jiang-feng 2（１．　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｚｈｅｎｂａ　Ｑｕｊｉａｓｈａｎ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．，　ＨａｎＺｈｏｎｇ　７２３６０７，Ｃｈｉｎａ；２．　Ｓｈａｎｎｘｉ　Ｓｈｅｎｇｈｕａ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＨａｎＺｈｏｎｇ　７２３３００，Ｃｈｉｎａ）Abstract:　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｏｆ　３３ＭＶＡ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　ａｌｌｏｙ　ｏｒｅ　ｆｕｒｎａｃｅ，　ａｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｆｒｏｍ　３３ＭＶＡ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　ａｌｌｏｙ　ｏｒｅ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｓｏｌｖｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｗａｓｔｅ，　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｍａｒｋｅｔ　ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ，　ａｎｄ　ｐｒｏｍｏｔｅｓ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．Keywords: ３３ＭＶＡ　ｓｉｌｉｃｏｔｈｅｒｍａｌ　ｆｕｒｎａｃｅ；　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ硅钙合金是钢铁生产使用的一种理想的脱氧剂、脱硫剂，是用硅石和石灰石在矿热炉中冶炼还原制得[1]。

科技成果——全密闭矿热炉高温烟气干法净化回收利用技术适用范围钢铁行业铬、硅、锰系等铁合金冶炼烟气净化回收与综合利用行业现状铬、硅、锰系等铁合金冶炼行业的矿热炉在冶炼过程中会产生大量烟气，温度通常在400℃左右，含有大量热量。

按生产75%硅铁矿热炉为例，烟气中的热量约为总输入能量的50%。

矿热炉冶炼铬铁时，生产1t铬铁约产生780Nm3的煤气。

目前我国铁合金冶炼行业对冶炼烟气的利用普遍不足，大量的能量被烟气带走，不仅生产污染严重，治理任务艰巨，而且能源利用率低，造成了能源浪费、环保压力大、企业生产成本过高等行业共性问题。

冶炼烟气若能有效利用，将具有较大的节能潜力。

成果简介1、技术原理该技术的关键是高温烟气的除尘挣化技术，也是后续烟气发电和铬粉矿煤气烧结（预处理）的基础。

主要技术原理是采用全封闭矿热炉冶炼和控制技术，将冶炼所产生的高温烟尘通过FeAl非对称过滤器进行干法净化，并将净化后的烟气输送到煤气柜中储存，用于发电和铬粉矿煤气烧结，起到节能效果。

2、关键技术（1）新型过滤材料制备技术针对冶炼烟气干法除尘，首次提出了选择FeAl金属间化合物作为过滤净化滤芯材料的新理论，成功解决了冶金行业550℃以上高温气体过滤技术难题。

（2）自动控制系统应用技术冶炼工艺采用全封闭式25500kVA大型矿热炉冶炼高碳铬铁，炉体组合把持器系统是国内先进的技术设备，整个生产过程自动化控制，并可实现对整个电炉系统的运行状况进行动态监视与控制。

（3）铬铁冶炼高温烟气干法除尘净化技术除尘效率可达99.99%以上，可满足化工制取甲醇的要求。

同时加装化学分离设备后可达到一氧化碳与甲醇反应制取醋酸的工艺要求。

（4）铬铁冶炼高温烟气综合利用技术冶炼副产高温烟气除尘净化后，可作为优质燃料综合利用。

采用该技术回收的煤气热值高达13.17MJ/Nm3，约为天然气热值的37%，可满足铬铁生产线原矿烧结预处理、焦炭烘干及尾气发电机组燃料需要。