摘要：從原理和結構上對礦熱爐煙氣余熱回收利用新技術進行解析，采集實際生產數據，通過計算分析對比煙氣余熱利用前后的發生的變化。在礦熱爐煙道設置熱交換器，將交換后的熱量傳遞至回轉窯二次風，以此降低礦熱爐煙氣排放溫度，提高回轉窯二次風入窯溫度。結果表明該技術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，同時也減少了回轉窯的煤粉消耗量，提高了回轉窯焙砂的出料溫度，使回轉窯熱效率得到提升。

1、前言

礦熱爐在工業爐窯體系中占有非常重要的地位，據中國鐵合金工業協會相關統計數據，我國鐵合金產品絕大多數產自礦熱爐，礦熱爐在冶煉過程中會消耗大量電力。隨著我國節能減排工作的深入進行，高能耗的鐵合金企業必須解決自身生存發展的迫切問題。我國承諾2030年碳達峰值，屆時中國單位國內生產總值CO2排放將比2005年下降65%以上，2060年實現碳中和，排放量與減排量互相抵消，實現CO2零排放。所以作為高耗能的鐵合金行業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生的煙氣產量大、溫度高、含有巨大余熱資源的特點，開發應用礦熱爐煙氣余熱利用新技術，提高能源綜合利用效率，既能降低企業成本，又能提高市場競爭力，對于資源節約和環境保護都具有十分重要的意義。

礦熱爐煙在進入煤氣凈化系統處理之前必須先冷卻降溫，傳統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備投資。針對該問題，在國內某鎳鐵合金廠中開發應用了礦熱爐煙氣余熱回收利用新技術，即利用礦熱爐高溫煙氣預熱回轉窯二次風，以二次風為介質，將煙氣余熱轉入回轉窯，既降低了礦熱爐煙氣溫度，又提高了回轉窯的熱效率。

2、原理及流程

在礦熱爐煙道的高溫段上設置熱交換器，回轉窯二次風機與熱交換器Ⅰ段的入口相接，熱交換器Ⅱ段的出口與回轉窯二次風管道相接。礦熱爐冶煉生產時，回轉窯二次風機向熱交換器Ⅰ段鼓入冷風，冷風在熱交換器Ⅰ段與高溫煙氣發生熱交換，形成低溫二次風，低溫二次風通過熱交換器旁路進入熱交換器Ⅱ段，在熱交換器Ⅱ段與高溫煙氣再次發生熱交換，形成高溫二次風，高溫二次風通過二次風筒進入回轉窯。

3、煙氣余熱利用效果分析

國內某鎳鐵合金廠中，回轉窯燃燒器采用的燃料為煤粉，二次風筒與燃燒器分體，呈環形包圍燃燒器，固定在窯尾罩側壁上。二次風通過二次風筒包裹燃燒器入窯，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、提高火焰穩定性及產品質量的作用。

提高二次風的溫度，可以加快煤粉燃燒速度，提高火焰溫度。此外，在一次風風量不變的情況下，對于揮發分比較高的煤粉，提高二次風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。

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

溫度對二次風帶入熱量及其占回轉窯熱收入項比例的影響走勢如圖2所示。

二次風溫度對回轉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，二次風帶入的熱量越來越高，在回轉窯熱收入項中的占比也越來越大，而回轉窯煤粉消耗量逐漸減小，節約的煤粉量逐漸增加，這是因為二次風可以起到預熱煤粉，加速煤粉燃燒，使煤粉燃燒更加充分的作用，二次風本身帶入窯的顯熱也可以抵消一部分煤粉消耗量。在340℃時，回轉窯的煤粉消耗量為5.90t/h，比20℃時節約了0.7t/h，降幅達10.61%，效果顯著。

此外，還可以間接推出，當煤粉消耗量相同時，提高二次入窯風溫度有助于提高回轉窯焙砂出料溫度，進而提高焙砂入爐溫度，降低礦熱爐冶煉電耗。以二次風溫度340℃為例，當回轉窯煤粉消耗量為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提高了70℃，可以降低礦熱爐冶煉電耗約120kW·h/t合金。

4、經濟效益分析

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

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

（3）當煤粉消耗量相同時，提高二次風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330天計算，每臺礦熱爐每年可節約用電量120×24×330＝950400度，該廠共有18臺礦熱爐，則每年可節約用電量950400×18＝17107200度，當地工業用電價格按0.45元計，每年可為企業節約成本約770萬元。

5、結論

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

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