摘要：從原理和結(jié)構(gòu)上對礦熱爐煙氣余熱回收利用新技術(shù)進(jìn)行解析，采集實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過計算分析對比煙氣余熱利用前后的發(fā)生的變化。在礦熱爐煙道設(shè)置熱交換器，將交換后的熱量傳遞至回轉(zhuǎn)窯二次風(fēng)，以此降低礦熱爐煙氣排放溫度，提高回轉(zhuǎn)窯二次風(fēng)入窯溫度。結(jié)果表明該技術(shù)減少了礦熱爐煙氣冷卻水的用量，降低了礦熱爐的冶煉電耗，同時也減少了回轉(zhuǎn)窯的煤粉消耗量，提高了回轉(zhuǎn)窯焙砂的出料溫度，使回轉(zhuǎn)窯熱效率得到提升。

1、前言

礦熱爐在工業(yè)爐窯體系中占有非常重要的地位，據(jù)中國鐵合金工業(yè)協(xié)會相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國鐵合金產(chǎn)品絕大多數(shù)產(chǎn)自礦熱爐，礦熱爐在冶煉過程中會消耗大量電力。隨著我國節(jié)能減排工作的深入進(jìn)行，高能耗的鐵合金企業(yè)必須解決自身生存發(fā)展的迫切問題。我國承諾2030年碳達(dá)峰值，屆時中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放將比2005年下降65%以上，2060年實現(xiàn)碳中和，排放量與減排量互相抵消，實現(xiàn)CO2零排放。所以作為高耗能的鐵合金行業(yè)將面臨較大的減排壓力，礦熱爐煙氣余熱回收勢在必行。

針對礦熱爐冶煉過程產(chǎn)生的煙氣產(chǎn)量大、溫度高、含有巨大余熱資源的特點，開發(fā)應(yīng)用礦熱爐煙氣余熱利用新技術(shù)，提高能源綜合利用效率，既能降低企業(yè)成本，又能提高市場競爭力，對于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)都具有十分重要的意義。

礦熱爐煙在進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)處理之前必須先冷卻降溫，傳統(tǒng)的礦熱爐煙氣冷卻工藝一般采用水冷降溫，雖然降低了煙氣溫度，卻浪費了大量余熱資源，還增加了額外的水冷設(shè)備投資。針對該問題，在國內(nèi)某鎳鐵合金廠中開發(fā)應(yīng)用了礦熱爐煙氣余熱回收利用新技術(shù)，即利用礦熱爐高溫?zé)煔忸A(yù)熱回轉(zhuǎn)窯二次風(fēng)，以二次風(fēng)為介質(zhì)，將煙氣余熱轉(zhuǎn)入回轉(zhuǎn)窯，既降低了礦熱爐煙氣溫度，又提高了回轉(zhuǎn)窯的熱效率。

2、原理及流程

在礦熱爐煙道的高溫段上設(shè)置熱交換器，回轉(zhuǎn)窯二次風(fēng)機與熱交換器Ⅰ段的入口相接，熱交換器Ⅱ段的出口與回轉(zhuǎn)窯二次風(fēng)管道相接。礦熱爐冶煉生產(chǎn)時，回轉(zhuǎn)窯二次風(fēng)機向熱交換器Ⅰ段鼓入冷風(fēng)，冷風(fēng)在熱交換器Ⅰ段與高溫?zé)煔獍l(fā)生熱交換，形成低溫二次風(fēng)，低溫二次風(fēng)通過熱交換器旁路進(jìn)入熱交換器Ⅱ段，在熱交換器Ⅱ段與高溫?zé)煔庠俅伟l(fā)生熱交換，形成高溫二次風(fēng)，高溫二次風(fēng)通過二次風(fēng)筒進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。

3、煙氣余熱利用效果分析

國內(nèi)某鎳鐵合金廠中，回轉(zhuǎn)窯燃燒器采用的燃料為煤粉，二次風(fēng)筒與燃燒器分體，呈環(huán)形包圍燃燒器，固定在窯尾罩側(cè)壁上。二次風(fēng)通過二次風(fēng)筒包裹燃燒器入窯，可以起到順暢助燃、保持合適的火焰形狀、減少出窯熟料的氧化、提高火焰穩(wěn)定性及產(chǎn)品質(zhì)量的作用。

提高二次風(fēng)的溫度，可以加快煤粉燃燒速度，提高火焰溫度。此外，在一次風(fēng)風(fēng)量不變的情況下，對于揮發(fā)分比較高的煤粉，提高二次風(fēng)的溫度還可以有效縮短黑火頭，形成清亮、活潑、有力的燃燒火焰。

實際生產(chǎn)中，礦熱爐煙氣溫度為650℃ ～750℃，經(jīng)熱交換器換熱后，礦熱爐煙氣溫度降至600℃以下，無需再經(jīng)過水冷就可以進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)；回轉(zhuǎn)窯二次風(fēng)入窯溫度可由環(huán)境溫度升高至295℃ ～340℃，取二次風(fēng)溫度分別為20℃（環(huán)境溫度）、100℃、200℃、280℃、285℃、290℃、295℃、300℃、310℃、340℃，共10個溫度節(jié)點，來探討二次風(fēng)溫度對回轉(zhuǎn)窯燃燒特性的影響，如表1所示。

溫度對二次風(fēng)帶入熱量及其占回轉(zhuǎn)窯熱收入項比例的影響走勢如圖2所示。

二次風(fēng)溫度對回轉(zhuǎn)窯煤粉消耗量的影響走勢如圖3所示。

由表1、圖2、圖3可知，隨著溫度的升高，二次風(fēng)帶入的熱量越來越高，在回轉(zhuǎn)窯熱收入項中的占比也越來越大，而回轉(zhuǎn)窯煤粉消耗量逐漸減小，節(jié)約的煤粉量逐漸增加，這是因為二次風(fēng)可以起到預(yù)熱煤粉，加速煤粉燃燒，使煤粉燃燒更加充分的作用，二次風(fēng)本身帶入窯的顯熱也可以抵消一部分煤粉消耗量。在340℃時，回轉(zhuǎn)窯的煤粉消耗量為5.90t/h，比20℃時節(jié)約了0.7t/h，降幅達(dá)10.61%，效果顯著。

此外，還可以間接推出，當(dāng)煤粉消耗量相同時，提高二次入窯風(fēng)溫度有助于提高回轉(zhuǎn)窯焙砂出料溫度，進(jìn)而提高焙砂入爐溫度，降低礦熱爐冶煉電耗。以二次風(fēng)溫度340℃為例，當(dāng)回轉(zhuǎn)窯煤粉消耗量為6.60t/h（與20℃相同）時，焙砂出料溫度可以提高約70℃，這意味著焙砂入爐溫度也相應(yīng)提高了70℃，可以降低礦熱爐冶煉電耗約120kW·h/t合金。

4、經(jīng)濟效益分析

（1）經(jīng)過換熱后，礦熱爐煙氣的溫度降至600℃以下，不需要再經(jīng)過水冷就可以直接進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)，節(jié)省了煙氣冷卻水消耗以及相關(guān)的設(shè)備投資；

（2）提高二次風(fēng)溫度最高可以節(jié)約回轉(zhuǎn)窯煤粉消耗量0.7t/h。按年產(chǎn)330天計算，每臺回轉(zhuǎn)窯每年可節(jié)約煤粉消耗量0.7×24×330＝5544t，該廠共有18臺回轉(zhuǎn)窯，則每年可節(jié)約煤粉消耗量5544×18＝99792t，每噸煤粉價格按800元計，每年可為企業(yè)節(jié)約成本近8000萬元；

（3）當(dāng)煤粉消耗量相同時，提高二次風(fēng)溫度最高可使焙砂出料溫度提高約70℃，礦熱爐冶煉電耗降低約120kW·h/t合金。按年產(chǎn)330天計算，每臺礦熱爐每年可節(jié)約用電量120×24×330＝950400度，該廠共有18臺礦熱爐，則每年可節(jié)約用電量950400×18＝17107200度，當(dāng)?shù)毓�業(yè)用電價格按0.45元計，每年可為企業(yè)節(jié)約成本約770萬元。

5、結(jié)論

綜上所述，在國內(nèi)某鎳鐵合金廠中開發(fā)應(yīng)用的礦熱爐煙氣余熱回收利用新技術(shù)，將礦熱爐煙氣中的高品位熱量轉(zhuǎn)化為二次能源再次利用，減少了礦熱爐煙氣冷卻水用量，降低了回轉(zhuǎn)窯煤粉消耗量，提高了回轉(zhuǎn)窯焙砂出料溫度，降低了礦熱爐冶煉電耗，擴大了企業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益，為鐵合金行業(yè)實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排以及清潔生產(chǎn)開辟了新途徑，具有很高的推廣和應(yīng)用價值。

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