铁合金矿热炉烟气余热利用的实践

铁合金矿热炉烟气余热利用的实践

摘要介绍了铁合金矿热炉高温烟气余热利用的应用技术,结合生产实际对该技术的热力学过程,经济效益、环保效益进行了分析,为铁合金行业节能减排开辟了一条新途径。

关键词 铁合金 矿热炉 烟气余热利用 节能

PRACTICE OF FLUE GAS WASTE HEAT UTIIZATIONOF FERROALLOY SUBMERGED-ARC FURNACE

Ji Xiaochang Hu Shaoyong

(Yunnan jianshui Manganese Co.,Ld., Jianghui 654308, China)It introduces the application technology of high temperature flue gas waste heat utilization on ferroalloy submerged-arc furnace.

Abstract：Combined with the actual production, it analyzes the thermodynamic process, economie benefitsand environmental proteclion benelits, which opens up a new way for the ferroalloys industry energy conservation andemission reduction.

Keywords ferroalloy,submerged-arc furnace, flue gas, waste heat utilization, energy conservation

前言

某公司现有1台50MVA(密闭式)和2台25MVA(半密闭式)铁合金矿热炉的年产20万吨锰系合金生产线, 为回收利用烟气中的热量, 该公司建设12MW余热发电系统,利用铁合金矿热炉的高温烟气余热进行发电。 但经过余热发电利用后的烟气仍有一部分余热(烟气温度约100℃以上)没有回收利用。 据生产数据统计分析, 铁合金冶炼高温烟气余热回收利用率仅为33.5%,可见, 烟气余热利用有很大的挖掘潜能和利用空间。 因此, 利用余热发电后的烟气直接干燥球团, 实现烟气余热的梯级利用,可取得节能减排、清洁生产的良好效果。

1 铁合金矿热炉烟气特性

1.1 烟尘的来源铁合金矿热炉冶炼原材料为锰矿、焦碳、硅石

铁矿石等, 冶炼烟尘的颜色通常为黄褐色, 冶炼过程中产生的烟尘主要来源为: 在高温热能的条件下，矿热炉中物料与空气中的氧发生氧化还原反应，所生成的CO、CO₂和部分焦粉、矿粉以及被气化蒸发的金属等形成混合气体。该气体从炉体敞口处进人烟道并经过于法布袋除尘后得到烟气［1］。

1.2 烟气的主要成分

矿热炉烟气的主要成分是N₂、CO₂、SO₂,H₂O等各成分质量分数w(N₂)为75%~78%,ωCO₂))为15%~18%, ω(H₂0)为2%,ω(0₂)为0.2%。 高温烟气经过余热发电后利用毕托管和热电偶等工具测得3台铁合金矿热炉烟气流量和温度的平均值。其生产实测烟气主要成分及流量和温度数据如表1、表2所示。由表1、表2可知, 经烟气余热发电后的温度为80~130℃, 而且烟气量较大,若是排空, 会造成大量热量浪费。 于是公司进行了技术改造, 利用该部分烟气直接烘干球团，实现了烟气余热的多级回收利用。

表1 电炉烟气成分 %

Tab。1 The components of furnace flue gas

表2 烟气流量和温度的统计数据

Tab.2 Statistical data of flue gas flow rate and temperature

2 烟气余热利用原理及工艺流程

2.1 烟气余热利用理论计算

根据生产实际测量数据取值计算:

(1)50MVA矿热炉烟气量22x10⁴Nm³/h,人口温度110℃,出口温度50℃。

经过计算，烟气50℃的热焓为 H₁=67.238 kJ/Nm³,110℃的热焓为H₂=148.911 kJ/ Nm³。

热利用率为 55%:

Q=qx(H₁-H₂)=22x10⁴x(148.911-66.534)x55%=22x104x82.377 x55% =0.996x107 kJ

50MVA矿热炉在球团烘干技术应用中可利用的能量为 1.178x107 kJ/h。即折合标煤 0.339 t/h。

(2)25 MVA矿热炉烟气量42x10N⁴m³/h, 人口温度 100℃,出口温度 50 ℃。

烟气在50℃的热焓为H₁=66.534 kJ/Nm³,在100℃的热焓为H=133.782 kJ/ Nm³。

热利用率为 55%。

Q=qx(H₁-H₂)=22x10⁴x(133.782-66.534)x55%=42x104x67.248 x55%=1.553x107 kJ

25MVA矿热炉在球团烘干技术应用中可利用的能量为 1.553x107 kJ/h。即折合标煤 0.530 th。该公司铁合金矿热炉年工作时间300x24=7200h，则年可利用的热量折合标煤为:(0.339+0.530)x7200=6256.8 t。

根据现场数据湿球团含水12%~15%, 球团烘干后要求含水1%~3%， 计算取值湿球团含水13.5%，干球团含水2%, 吨球团烘干需要的标煤计算如下吨球团需要蒸发的水量为: Q=1x(13.5%-2%)=0.115 t。

经查1t水蒸发需要的热量为2.568x109kJ, 折合标煤 0.34 t。

吨球团烘干需要的标煤: m=0.115x0.34-0.039 t。

铁合金矿热炉烟气可利用的余热全年烘干的球团量为 M=6256.8/0.039=160430.769 t.

综上所述, 3台铁合金矿热炉若满负荷运转, 其烟气可利用的余热折合标煤6256.8t/a, 全年能够烘干的球团量为 160430.769t。

2.2 铁合金矿热炉高温烟气余热利用工艺流程(见图 1)

图1 烟气余热回收利用工艺流程围［2-3］

Fig.1 Process flow diagram of flue gas waste heat recovery and utilization

2.3 球团质量分析

球团烘干采用连续烘干的方式，烘干周期一般为5天,烘干后的球团直接返回铁合金矿热炉使用。随机抽取烘于后球团测量抗压强度，对实际生产球团质量进行检测分析。测得烘干后球团抗压强度值例如表3。

从表3的数据可以看出， 利用铁合金矿热炉烟气余热烘千后的球强度高, 平均值达3500N/cm² 以上, 球团质量稳定,比传统的烘干方式(强度值只在2 000-3 000 N/cm²)强度还高,完全能够满足铁合金冶炼对物料的要求［4］。

表3 球团抗压强度值

Tab. 3 Pellet compressive strength values

3 效益分析

3.1经济效益分析

该公司球团生产线建成投产以来， 不断优化工艺流程,完善生产技术管理, 在利用铁合金矿热炉烟气余热烘干球团技术应用实践中，余热回收利用的效果好, 取得了较好的经济效益。现将2012年的球团生产效益分析如表 4。

根据生产统计数据年生产球团量为66090t, 每烘于1t湿球团需消耗标煤39kg， 标煤的价格为850元/t, 则生产球团66090t需要消耗煤2577.51t, 折合费用为219.09万元。也就是说生产球团年节约能源费用 219.09万元。

表4 2012年球团产量统计表

Tab. 4 Statistical report of 2012 pellet production

3.2 环保效益分析

利用铁合金矿热炉烟气余热烘干球团生产技术，既实现铁合金矿热炉烟气余热的充分利用，又避免燃料给环境保护带来的压力。按每年燃烧2577.51t标煤计算，而1t标煤完全燃烧时将分别产生2.62吨CO₂和 8.50 kg S0₂， 相当于减少每年排入大气的CO₂和S0₂排放量分别为6753.0762t和21908.835 kg。另外, 烟煤的灰分一般为10%~15%,每年减少1650t煤的燃烧，相当于平均减少了206.3t灰渣等固废污染物排放量, 环境效益显著。

结语

铁合金矿热炉烟气余热烘干球团技术的应用，是铁合金生产实现烟气余热的高效利用，所产生的经济效益、环境效益十分显著。该技术创新是铁合金行业实现清洁生产、节能减排、循环经济的良好举措为铁合金行业进一步开展综合利用开辟了一条新途径， 从而为行业范围内节能减排的发展可做出积极贡献。

参考文献 

[1]赵乃成,铁合金生产实用技术手册[M].北京:冶金工业出版社，1998

[2]齐中勇,李红晓.矿热炉烟气余热发电的应用.铁合金,2011, 42(2): 39-48

[3]谢奕敏,宋纪元,候宾才,等,铁合金矿热炉烟气余热回收及发电工艺系统.铁合金,2012,43(1)41-48

[4]许传才,饮合金冶金工艺学[M].北京:冶金工业出版社 2010