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铁合金生产中的余热回收及利用

2012年第6期(总第163期)
朵元华(青海省海东地区经济和商务委员会,青海 平安 810600)
 
 
【摘 要】 余热回收是铁合金生产中的重要环节。文章就余热回收的途径及其利用进行了分析,分析结果得出,余热回收及利用可以实现铁合金生产节能降耗的目的。
【关键词】 铁合金;余热回收;节能;降耗  TF64
 
 
1 问题的提出
  铁合金是一种或两种以上的金属或非金属元素融合在一起的合金,不是直接使用的金属材料。铁合金是冶炼各类钢种不可缺少的还原剂,同时也是主要的合金材料,从普通的合金板材到航空、机械、电子材料的生产都离不开铁合金。在我国锰矿、铁矿等富余地区如青海、云南、四川、广西、甘肃及贵州等地局部地区,铁合金行业一度成为支柱行业。
  目前,我国铁合金冶铁生产主要是采用电碳法(即矿热电炉)。主要原料为矿石与还原剂。原料入炉后,在熔池高温下呈还原反应,生成烟尘、SO2、CO 等污染物,其中烟尘粒径极其细微,且产量大、比重轻、具有一定的粘性,在空中漂浮时间长,难以下沉;SO2、CO 能直接进入肺部,可引发心脏病、肺病、呼吸道疾病,降低肺功能等,因此危害极大 [1] 。每生产1t 硅铁会产生 150~200kg 的工业粉尘、40kg 的硅铁冶炼弃渣、10kg 的硅铁粉。炉口烟气温度一般在 400 ℃左右,含有大量的显热。按生产75%硅铁矿热炉为例,烟气中的大量热能相当于总输入能量的约50% [2] 。说明在目前钢铁生产过程中2/3以上的能量是以废气、废渣和产品余热形式消耗。
  随着铁合金冶炼技术的发展,铁合金工业节能技术水平有了长足的进展,电耗已由原来的10000KW·h/t 下降至8500 KW·h/t。但由于铁合金冶炼技术的限制,大量的中、低温废气余热仍不能充分利用,由其所造成的能源浪费仍很大。因此,采用先进工艺技术,回收利用矿热炉烟气能源意义重大,不仅能降低铁合金生产成本,更重要是可以减少烟尘污染,这是“十二五”期间铁合金行业节能减排的重要工作之一。
 
2 余热回收的途径
2.1 安装换热器
   安装换热器指的是利用换热器余热助燃空气,预热煤气和生产蒸汽。对电炉而言,预热废钢或进料可减少电炉的电能消耗,缩短熔炼时间;对加热炉而言,预热空气、燃料或工件,烟气余热返回炉内,可使火焰稳定、提高燃料温度和燃烧效率以及炉子的热效率。
2.2 余热锅炉回收电炉烟气的显热
  这种方法主要用于利用余热来供暖,安装的余热锅炉工作稳定,年平均工作时间6279 h;入口烟气温度约650℃,出口烟气温度约250℃。在电弧炉的热平衡中,烟气显热一般占电炉热量的20%[3] 。即利用余热锅炉产生蒸汽发电, 可回收供给炉子电能的 20%左右, 这就大大节约了能量 [4]
2.3 采用半封闭电炉回收炉口烟气余热, 补偿能源消耗
  采用矮烟罩将废气温度提高, 半封闭型矿热炉烟气余热回收利用有 2 种方式:
  (1)用工业锅炉回收余热生产饱和蒸汽或热水,用于日常生产和生活。铁合金电炉生产中几乎可以不用蒸汽,而生活用汽则用于采暖、食堂、淋浴等热负荷,对蒸汽的质量要求较低,因此,这种方式烟气的余热不能被充分利用,余热利用率约30%左右。
  (2)用发电锅炉回收余热,产生过热蒸汽推动透平机发电,从而将烟气热能转化成清洁、使用方便、输送灵活的电能,扩大余热利用途径,这种方式理论上余热利用效率可达60%以上[2]
 
3 余热回收的利用
3.1 余热发电
  余热发电是利用主工艺过程中产生的余热资源进行发电,与常规发电项目最大的区别就是没有稳定的热源。余热发电受动力设备运转的连续性以及电力并网等条件的限制,但是这却是余热利用最看好的方向。余热发电的蒸汽量不像一般火电厂燃煤锅炉那样可以随负荷的变化自动调节,而是决定于余热的来源和生产工艺。这类热电厂多是“以热定电”,按热负荷来运行。一般大型冶金企业所能提供的蒸汽量不是常数,发电机的输出功率也会发生波动,因此利用余热发电的热电厂发电机组有其特殊性,热电厂应该充分利用能够采集到的所有热量,即有多少气发多少电,其发电量主要受蒸汽量的控制 [3]
  铁合金生产过程中一方面有大量的中、低品位余热被排放掉,另一方面又消耗大量的电能。因此如能将中、低品位余热转换为电能并回用于铁合金生产,就可进一步降低铁合金生产能耗、节约能源。余热发电是一种有效的节能措施,将铁合金生产过程中的废气余热回收用于发电,再将所发电力回用与铁合金生产,可以大幅度降低铁合金生产的综合能耗。
  在余热发电技术的研发应用方面日本、德国等发达国家钢铁工业发展较早,特别是日本由于自然资源缺乏,尤为重视,各种余热发电技术均走在世界领先水平,相比较而言,我国钢铁工业起步较晚[5]
3.2 用于热网水的加热
  将锅炉余热充分利用,用来给用户供暖,以此来减少或避免常规热网加热器使用。以一个2 台 300MW 机组为例,安装一个余热利用装置,通过此装置将烟气的余热回收,用来加热浴室里的水,使水温升到理想的温度,热网的水量如果想保持在每小时 610.412 吨,温度如果提升 38 度,则水升温的过程中,要从烟气中吸收 54MW 的热量,烟气温度便可以由 134 度直线下降到 67 度[6]。由此不难看出,通过此种方法将锅炉中烟气的余热用于热网水的加热,效果十分明显。
3.3采用超低压电容的自动补偿提高电炉功率因数
  使用的电炉变压器一直存在着功率因素低,主要原因是:电炉变压器在运行时要吸收大量的无功,这样就要消耗能量,变压器是感性负载,因此要提高功率因数,就需要容性电流进行无功补偿[7]
3.4 利用冷却循环水工业余热
  矿热炉和电弧炉在生产运行时,其电热设备和高温炉体部位,需要大量的冷却水进行冷却,以保护加热部件的安全运行。传统工艺是将冷却水受热后直接排入晾水池,待其自然冷却后再抽取进入下个冷却工艺周期,其间会蒸发掉大量的水资源。为了科学利用循环水的余热,充分节约能源,把循环热水引入职工餐厅、办公室、工人宿舍、洗浴室,综合利用热能取暖、洗浴;夏季利用热能提供工人洗浴,待其经过这些环节冷却后自动循环至生产工艺部位重新进入工艺冷却。这样既产生了新的经济效益,减少了水资源的浪费,又节约了宝贵的电力资源[8]。水循环的利用效率应达到 95%以上, 实现水资源消耗减量化, 减少循环系统的工业废水排放量。
3.5利用电炉烟气的显热干燥原料等工艺
  近年来,随着铁合金行业的快速发展,对煤的需求量也急剧上升。煤的水分比较大,因此在使用时必须经过预干燥,而干燥工艺却是多种多样的,其中就包括了利用烟气余热进行干燥。其核心设备是一个干燥机滚筒,将煤从一端投放进去,被预热和干燥的煤从另一端收集到。而高温烟气从其中一端进入,从另一端排出。筒内的煤与高温烟气充分接触,提高了煤的干燥速度。
 
4 结语
  铁合金企业在原料、焦化、烧结到炼铁的生产过程中会产生大量含有可利用热量的废气、废水、废渣,同时在各工序之间存在着含有可利用能量的中间产品和半成品。充分回收和利用这些能量,是企业现代化程度的标志之一。
 
 
参考文献
[1]张海.开创铁合金循环经济新局面[J].冶金管理,2009,(10):10-13.
[2]张曾蟾.铁合金矿热炉烟气回收能源利用述评[J].电力需求侧管理,2011,13(5):4-6.
[3]万航,李进.铁合金生产中的节能—余热利用[J].甘肃冶金,2009,(10):120-124.
[4]陈洪飞.铁合金工业如何发展循环经济[J].冶金经济与管理,2007,(6):17-20.
[5]陆秉权,刘桂林.中国余热发电行业的现状和发展趋势分析(上)[J].中国建材,2010,(11):100-103.
[6]孙国强.发电企业锅炉烟气余热二次回收利用探究[J].科技论坛,2011,(32):422.
[7]王建民.铁合金企业能量优化分析[J].甘肃科技纵横,2010,(3):79-80.
[8]姜霞,陈奎生.铁合金生产循环经济与节能减排实践[J].冶金管理,2011,(3):50-52.
 
   
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