KVA工業(yè)硅礦熱爐的設(shè)計(jì)

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1、第五章工業(yè)硅冶煉能源節(jié)約技術(shù)的研究 5.1概述 能源安全已構(gòu)成我國整體戰(zhàn)略安全的一個(gè)極大隱患，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸。 我國人均煤炭、石油、天然氣資源量僅為世界平均水平的 60%、10%和5%。目 前，我國已成［81］。為世界第二大能源消費(fèi)國和第二大石油消費(fèi)國，能源供應(yīng)緊張 局面日趨嚴(yán)重 與此同時(shí)，我國也存在嚴(yán)重能源利用效率低的問題。 近年來的快速增長在很大程 度上是靠消耗大量物質(zhì)資源實(shí)現(xiàn)的。我國單位產(chǎn)出的能耗和資源消耗水平明顯高 于國際先進(jìn)水平，如火電供煤消耗高達(dá) 22.5%，噸鋼可比能耗高21%，水泥綜 合能耗高達(dá)45%。據(jù)測算，我國每創(chuàng)造一美元 GDP所消耗的能源是美國的4.3

2、倍，是日本的11.5倍。能源利用率［82］。因此，提高能源使用效率是在能源總量 不變條件成%%，日本的僅為美國的為中國發(fā)展中的刻不容緩的任務(wù)。 工業(yè)硅生產(chǎn)是高能耗行業(yè)，平均每噸工業(yè)硅需要消耗 13000KWh電以上，全國 年產(chǎn)100萬噸工業(yè)硅需要13億KWh以上。而國外先進(jìn)水平噸硅消耗量為 11000KWh，我國工業(yè)硅電耗比國外先進(jìn)水平高 10— 20%,能源節(jié)約潛力仍很大 （預(yù)計(jì)年節(jié)約0.2億KWh，相當(dāng)0.1億元）。另外，國外先進(jìn)水平也不是最理想 的能耗水平，我國如能在國外先進(jìn)水平基礎(chǔ)上再配以精工細(xì)作， 噸硅消耗量應(yīng)該 在 10000— 11000KWh 間。 我國工業(yè)硅生產(chǎn)能源消耗

3、高主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)上不合理、控制水平與管理水平不高。 設(shè)計(jì)上不合理體現(xiàn)在我國普遍使用的是 6300KVA左右的小爐型（散熱大、產(chǎn)量 低）、爐型設(shè)計(jì)上為隔熱措施不嚴(yán)密、電路設(shè)計(jì)不合理、極心圓尺寸大小不合理 等許多細(xì)節(jié)方面?？刂扑讲桓唧w現(xiàn)在人工操作范圍大、爐況穩(wěn)定性差、造成因 調(diào)整爐況波動(dòng)費(fèi)時(shí)較長而使得非生產(chǎn)性能耗損失大。管理水平不高體現(xiàn)在管理上 不嚴(yán)、制度不健全、操作細(xì)節(jié)缺乏，造成物資或能源上的消耗浪費(fèi)。 目前工業(yè)硅生產(chǎn)中能源節(jié)約途徑主要有： 1）爐型的大型化方向；2）爐型的密 閉化方向；3）余熱利用化方向；4）提高爐子電效率措施如改進(jìn)短網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 改善變壓器性能、改善電參數(shù)、采用低頻電源

4、等； 5）提高爐子熱效率；6） 改變爐內(nèi)反應(yīng)機(jī)制；7）改變原料性能方向；8）采用自動(dòng)控制方向；9）管理制 度建設(shè)方向。由于上述諸多途徑尚處于討論階段，形成固定技術(shù)并推廣者僅有短 網(wǎng)改進(jìn)、管理制度建設(shè)上，許多技術(shù)細(xì)節(jié)缺乏，因此真正意義上可以直接使用的 工業(yè)硅生產(chǎn)中能源節(jié)約技術(shù)還需 要研究與試驗(yàn)。. 經(jīng)過多年的摸索探討，目前我國工業(yè)硅電弧爐的電效率平均在 92%以上，各種提 高電效率的技術(shù)或措施也比較成熟如改進(jìn)短網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 使用優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電材質(zhì)、采 用低壓補(bǔ)償技術(shù)、改善電參數(shù)等方面。但是，我國工業(yè)硅電弧爐的熱效率普遍比 較低，這是導(dǎo)致我國工業(yè)硅生產(chǎn)能耗高、能源利用效率低的主要原因，表 5-1是

5、 我國某廠6300KVA電弧爐的熱平［21］。衡分析表 表5-1我國某廠6300KVA電弧爐的熱平衡分析. 熱收入熱（千/百分熱支岀熱量（百分 1、電熱1、氧化物還原耗 2、電極氧化 2、金屬硅帶 3.69166448 5、爐體散 7.47 336738 6、短網(wǎng)熱損失 16.46 750000 7、冷卻水帶走熱 1.19 53370 8、其他 100 4506140 4506140 100 合計(jì) 從表5-1可以看出6300KVA電弧爐在工業(yè)硅生產(chǎn)過程中，電效率為 92.21 %，熱 效率為 65％，能源大部分由于熱效率低而被損失掉，損失途徑主要是逸出氣體 帶走熱、爐

6、面散熱、爐體散熱、短網(wǎng)熱損失、冷卻水帶走熱。因此，提高工業(yè)硅 電弧爐冶煉過程中的熱效率應(yīng)當(dāng)是今后研究的重點(diǎn)。 在本文研究中， 我主要從提高工業(yè)硅礦熱爐冶煉過程中的熱效率角度來研究工業(yè) 硅冶煉能源節(jié)約技術(shù)。 提高工業(yè)硅冶煉能源的熱效率是一項(xiàng)綜合性能源節(jié)約技術(shù)， 它應(yīng)當(dāng)包括所有能夠 能夠提高熱效率、 減少熱損失的技術(shù)或措施。 但是在本文中只研究爐型的大型化 方向、爐型的密閉化方向、 余熱利用化方向、 隔熱設(shè)計(jì)技術(shù)四個(gè)方面來提高工業(yè) 硅冶煉過程中的熱效率。因?yàn)閺谋?5-1 可以看出，工業(yè)硅礦熱爐熱效率低就是因 為逸出氣體帶走熱、爐面散熱、爐體散熱、短網(wǎng)熱損失、冷卻水帶走熱這五個(gè)方 面熱損失大。

7、 爐型大型化則單位熱容率增大，能量供應(yīng)集中，通過外圍表面單位面積散熱小、 爐子熱穩(wěn)定增強(qiáng)， 有利于降低熱損失。 同時(shí)爐型大型化也是今后工業(yè)硅行業(yè)發(fā)展 的方向，大型爐具有熱容量大、產(chǎn)量高、有利于二次精煉提高產(chǎn)品質(zhì)量、單位產(chǎn) 品成本低、 便于煙氣余熱利用等諸多好處。 因此， 研究爐型大型化不僅是降低熱 損失的需要，也是滿足今后工業(yè) 硅行業(yè)長期發(fā)展的需要，具有雙重意義。 ． 爐型密閉化或近密閉化不僅可以減少爐面熱輻射損失， 而且也可以減少煙氣從 6 個(gè)爐門逸出帶走的熱， 也是降低熱損失、 增加煙氣回收能力、 改善爐前操作環(huán)境 的有力措施。 從表 5-1 可以看出，煙氣帶走熱占據(jù)了供應(yīng)總熱量的 18

8、.35%，這部分熱量又被 散發(fā)到大氣中， 造成了能源損耗， 致使能源利用率低， 國內(nèi)包頭鋼鐵研究設(shè)計(jì)院 曾經(jīng)依據(jù)鋼鐵行業(yè)余熱利用方式設(shè)計(jì)過余熱回收裝置， 在某廠應(yīng)用取得較好的使 用效果，但是由于該余熱回收裝置初期投資過大， 國內(nèi)工業(yè)硅企業(yè)又大多數(shù)是私 營企業(yè)，他們不愿意做這么大的投資，所以研究一種新型低造價(jià)、多用途、適用 于大多數(shù)企業(yè)的余熱利用裝置 （熱材聯(lián)產(chǎn)裝置） 很有必要， 開辟一條已經(jīng)被浪費(fèi) 掉的巨大熱能集熱道路具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 科技每時(shí)每刻都在變化，上世紀(jì) 60 年代所作的設(shè)計(jì)不應(yīng)當(dāng)在這個(gè)世紀(jì)仍然被當(dāng) 作模范來應(yīng)用。當(dāng)前，由于國內(nèi)沒有實(shí)力研究機(jī)構(gòu)來重新對上世紀(jì) 60年代所作

9、 的工業(yè)礦熱爐設(shè)計(jì)作改進(jìn)， 致使大多數(shù)企業(yè)仍用老的設(shè)計(jì)來建爐子， 并且施工隊(duì) 伍都非正規(guī)研究機(jī)構(gòu)或有能力去開發(fā)建設(shè)新型爐子， 所以我國目前的工業(yè)硅礦熱 爐普遍都能耗高、 設(shè)計(jì)未能跟上時(shí)代發(fā)展的需要。 問題的重要一方面反映在爐體 隔熱設(shè)計(jì)多年來沒有多大改變，普遍使用的是碳磚層、耐火磚層、纖維板、鋼板 四層結(jié)構(gòu)， 隨著科技的發(fā)展這種結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)革新， 因?yàn)閲H國內(nèi)新材料領(lǐng)域發(fā)生的 一系列創(chuàng)新已經(jīng)給我們帶來了重新設(shè)計(jì)爐體結(jié)構(gòu)的機(jī)遇。 上述四個(gè)以提高工業(yè)硅冶煉能源的熱效率為目的的研究是目前工業(yè)硅冶煉能源 節(jié)約方面尚未涉及完善但又非常重要的領(lǐng)域，需要既具備豐富的科學(xué)理論知識(shí)、 又掌握國際國內(nèi)工業(yè)硅冶煉情況

10、的人員才能完成， 它涉及到的冶金、工藝、傳熱、 設(shè)備、設(shè)計(jì)等多方面的知識(shí)與創(chuàng)新要求，使得這方面的工作既具體又復(fù)雜、既藝 術(shù)又有意義。 5.2大容量半密閉式12500KVA工業(yè)硅礦熱爐的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)依據(jù) 本項(xiàng)工作采用如下設(shè)計(jì)規(guī)范： 《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》（2005）； 《冶金企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》（1988）; 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GBJ16-87）; 《工業(yè)爐窯大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB9078-1996 ; 《工業(yè)爐砌筑工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》 （GB50211-2004） 設(shè)計(jì)內(nèi)容 變壓器選型 大容量礦熱爐具有單爐產(chǎn)量大、能量供應(yīng)均衡性好、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、便于余熱

11、綜合. 利用、熱穩(wěn)定性好、便于操作等一系列優(yōu)點(diǎn)，是業(yè)界一致認(rèn)可的礦熱爐發(fā)展的方 向。為了促進(jìn)國內(nèi)工業(yè)硅行業(yè)冶煉水平的提高和設(shè)備裝備的現(xiàn)代化， 因此此次設(shè) 計(jì)采用12500KVA容量的礦熱爐變壓器。 12500KVA礦熱爐變壓器具體技術(shù)參數(shù)如下： HKSSPZ20-12500/35殼式強(qiáng)油水 冷礦熱爐變壓器；型號(hào)：額定容量：12500KVA可超載30% 冷卻方式：OFWF 一次電壓（KV）： 35; 二次額定電壓（V）： 151; 二次電壓（V）: 175,172,169,166,163,160,157 ，154, 151, 148, 145, 142, 139, 136，133

12、 共 15 檔； 阻抗電壓（短路電壓）：ex%=4-6% 礦熱爐電氣參數(shù)的確定 在工業(yè)硅冶煉過程中礦熱爐的狀態(tài)與電氣參數(shù)的變化密切相關(guān)， 控制最佳的供電 制度對保證取得好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)十分重要。 一般而言，提高礦熱爐的二次電壓在功率一定情況下電流就可以降下來， 這有利 于提高線路功率因數(shù)和減少電損失，但是過分提高礦熱爐電壓，電極就不能深插， 爐膛料面就會(huì)過熱，熱損失增加，硅回收率降低，因此每臺(tái)電爐都有其適宜的二 次電壓值。在設(shè)計(jì)電［6883］、來確定礦熱爐正常工作時(shí)的二次電壓： 爐時(shí)往往利用 米古林斯基公式1/3 V=KP2式中：K為電壓系數(shù)，取6.0-7.5; P是變壓器額定功

13、 率, KVA。 ”3=150.85" 151V, 因此這次設(shè)計(jì)時(shí)取二次電壓 V=6.5X 1250@P=47795.2A。= 二次電流I 2 3V2 礦熱爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正確設(shè)計(jì)礦熱爐的結(jié) 構(gòu)是保障礦熱爐工作性能的先決條件， 是設(shè)計(jì)工作者面臨的最大困難。好的礦熱 爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅有利于爐子保障高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低能耗、少故障的生產(chǎn)，而 且有 利于節(jié)約筑爐成本、方便其它設(shè)備布置、保證操作順暢。 1、電極直徑的選取它 決定著礦熱爐其它結(jié)構(gòu)尺寸在確定礦熱爐其它結(jié)構(gòu)尺寸之前， 必須先確定電極直 徑，的大小。電極直徑有許多計(jì)算方法，一般根據(jù)電極電流和電極電流密度確 定：.l22=102.4cm=102

14、4mm, d= 止，取5.8計(jì)算。I為電極電流密度 556.1A/cm式中I為電極電流，A，2根據(jù)國內(nèi)廠家生產(chǎn)碳素電極的標(biāo)準(zhǔn)，取電 極直徑為1050mm。 2、 極心圓直徑計(jì)算 極心圓直徑是一個(gè)對冶煉過程有很大影響的設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)， 電極極心圓直徑選得 適當(dāng)（圖5-1），三根電極電弧作用區(qū)域部分剛好相交于爐心， 各電極反應(yīng)區(qū)既相 互相連又重疊部分最小，在這種情況下，爐內(nèi)熱量分配合理，坩堝熔池最大，吃 料均勻，爐況穩(wěn)定，爐況也易于調(diào)節(jié)。如果一設(shè)計(jì)就不適當(dāng)，則熱量不是過分集 中（圖5-2）就是熱量分散（圖5-3），這都會(huì)造成爐況調(diào)節(jié)頻繁或根本無法調(diào)節(jié) 的嚴(yán)重錯(cuò)誤。 設(shè)計(jì)中極心圓直徑可按

15、下式計(jì)算： D=ad=2.3X 1050=2415mm g式中 a為極心圓倍數(shù)，a=2.2-2.3, 這里取2.3計(jì)算。 結(jié)合礦熱爐容量、可調(diào)極心圓范圍、實(shí)際電氣參數(shù)調(diào)節(jié)空間這里取極心圓直徑為 2500mm。 圖5-1極心圓適當(dāng) 圖5-2極心圓過小 圖5-3極心圓過大 3、 爐膛內(nèi)徑計(jì)算 在選擇爐膛內(nèi)徑時(shí)，要保證電流流過電極一爐料一爐壁時(shí)所受的阻力大于經(jīng)過電 極一爐料一電極或爐底時(shí)所受的阻力。 否則，爐膛內(nèi)徑選擇尺寸過大，礦熱爐表 面散熱面積大，還原劑燒損嚴(yán)重，出硅口溫度低，出硅困難，爐況會(huì)惡化。爐膛 內(nèi)徑選擇過小，電極一爐料一爐壁回路上通過的電流增加， 反應(yīng)區(qū)偏向爐壁，將 使?fàn)t內(nèi)

16、熱量分散，爐心反應(yīng)區(qū)溫度低，爐壁腐蝕嚴(yán)重，爐況也會(huì)惡化。 爐膛內(nèi)徑可按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： D=rd=5.8X 1050=6090mm n式中 r 為爐膛內(nèi)徑倍數(shù)，r=5.8-6.0, 這里取5.8。 爐膛內(nèi)徑這次設(shè)計(jì)中取為 6200mm。 4、 爐膛深度計(jì)算 在選擇爐膛深度時(shí)，要保證電極端部與爐底之間有一定的距離、電極有效插入的 深度和料層有一定的厚度。爐膛深度若過深，電極與爐底距離遠(yuǎn)，電極不能深插， 高溫區(qū)上移，爐底溫度低，爐底SiC會(huì)沉積，爐底上抬，堵塞出硅口，爐況變差。 爐膛深度若太 淺，料層厚度將很薄，爐口溫度升高，硅揮發(fā)損失增加，容易露 弧操作，能耗增大。. 合適的爐膛深

17、度可按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： h= B d=2.5X 1050=2625mm 式中B為爐膛深度倍數(shù)，B =252.8,這里取2.5。 爐膛深度這次設(shè)計(jì)中取為2700mm。 5、 爐襯與爐底的結(jié)構(gòu)、尺寸及材料選擇 一般而言，爐襯、爐底結(jié)構(gòu)包含了工作層、保溫層、隔熱層、絕熱層、鋼板層 5 個(gè)主要層次，但是每個(gè)層次的具體尺寸卻是很有技術(shù)含量的，因?yàn)檫@涉及到筑爐 成本、爐子性能、爐子壽命等許多經(jīng)濟(jì)因素。 爐襯厚度過厚，引起筑爐成本上升，占地面積擴(kuò)大，爐襯表面積增加，散熱面積 也增大；爐襯厚度過薄，抑或爐襯強(qiáng)度不夠，抑或無法保溫。爐底厚度亦是如此。 國內(nèi)外對爐襯、爐底散熱強(qiáng)度計(jì)算表明，保持爐襯

18、與爐底熱損失為 2-4%是合理 的范圍[84],或者保持爐襯表面溫度在70-120r是允許的。因此按照這個(gè)條件以及 結(jié)合所選擇材內(nèi)料的使用溫度 , 根據(jù)傳熱學(xué)知識(shí)可確定爐襯與爐底工作層、保溫 層、隔熱層、絕熱層的厚度，鋼板層的厚度根據(jù)強(qiáng)度需要而定。 我們在這次設(shè)計(jì)中，工作層都使用自焙碳磚、 保溫層選用新型隔熱耐火粘土磚 （熱 導(dǎo)率＜0.44W/m?k）、隔熱層使用納米隔熱材料、絕熱層使用復(fù)合硅酸鋁纖維毯、 鋼板層選用14mm厚的普通鋼（爐底鋼板厚18mm）,如圖5-4。 1 電極孔 2 煙罩上蓋板 3 煙囪孔 4 冷卻水道 5 觀測孔 6 搗料爐門 7 紅磚 8 隔熱耐火磚 9 納米絕熱

19、材料 10 復(fù)合硅酸鋁纖維毯 11 鋼板 12 出硅口 13 高鋁磚 14 自焙炭磚 圖 5-4 12500KV A 工業(yè)硅礦熱爐結(jié)構(gòu)圖 6、 出硅口位置、結(jié)構(gòu)、尺寸與材料選擇 出硅口是礦熱爐上非常重要的一個(gè)部位,它的位置、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、材料 選擇都是需要仔細(xì)斟酌的。 位置布置不當(dāng), 出硅口部位溫度低, 出硅不暢或者是 操作不方便； 結(jié)構(gòu)形狀尺寸不當(dāng), 也會(huì)導(dǎo)致出硅不暢或者封堵困難或者出硅時(shí)間 延長；材料選擇不當(dāng),容易氧化腐蝕,維修頻繁。 在這次設(shè)計(jì)中, 出硅口設(shè)計(jì)二個(gè), 每個(gè)出硅口水平位置與爐底齊平并比爐底水平 線下傾斜3C,角度位置它處于爐心與電極中心兩點(diǎn)的延長線與爐壁的焦點(diǎn)上。

20、 出硅口應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成圓形, 便于燒穿與封堵, 尺寸根據(jù)出硅時(shí)間要求計(jì)算并結(jié)合實(shí) 際操作需要來決定大小為直徑100-120mm材料選擇上容易氧化的外側(cè)使用石英 材料與碳糊。 7、 爐門結(jié)構(gòu)、尺寸與材料選擇 大容量爐最大的問題是爐緣距離爐心遠(yuǎn)， 上料困難，特別是國內(nèi)強(qiáng)調(diào)以人工精細(xì) 加料． 來取得好質(zhì)量與低能耗產(chǎn)品的觀點(diǎn)下，普遍認(rèn)為在大容量爐子在國內(nèi)不如 6300KVA 爐子的性能， 因此一次又一次的阻礙了投資方建造大容量爐子的熱情。 我們在這次設(shè)計(jì)中僅設(shè)計(jì)了 3個(gè)搗料爐門，上料操作通過采用前述第三章開發(fā)設(shè) 計(jì)的自動(dòng)上料系統(tǒng)來完成， 克服了大容量爐存在的最大惱人的問題。 自動(dòng)上料裝 置將料布放在料

21、面各處， 搗爐功能通過窺視孔根據(jù)需要打開搗料爐門進(jìn)行搗爐操 作。搗爐爐門門檻下部與爐沿等高，門檻長 1200mm,高1500mm,使用單獨(dú)水 冷結(jié)構(gòu)。不需要搗爐時(shí)，爐門關(guān)上，密閉冶煉。 8、 煙罩結(jié)構(gòu)、尺寸與材料選擇 大容量礦熱爐爐膛尺寸跨度大， 煙罩設(shè)計(jì)較困難， 同時(shí)從煙罩通過的電流大， 處 理不好渦流損失大。 為了解決煙罩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與防止渦流損失， 我們采取用水冷鋼 管（防磁）做骨架并起吊，上下蓋采用石板與水泥構(gòu)筑，用細(xì)鋼筋做支撐，既減 輕了煙罩整體重量又防止了筑砌或制作上的不便。煙罩高度離爐沿 2300mm,直 徑與爐殼直徑等同，厚度160mm,上下蓋間通水冷卻。 技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)

22、完成以后有關(guān)該爐的技術(shù)參數(shù)與性能如下： 電極直徑： 1050mm； 極心圓直徑： 2500mm； 爐膛直徑： 6200mm； 爐膛深度： 2700mm； 爐殼直徑： 8000mm； 爐殼高度： 4618mm； 煙罩高度： 2300mm； 理論日產(chǎn)量： 20 噸； 理論電單耗量： 13000KVAh/ 噸。 5.3 余熱利用化研究 余熱利用思路 余能是在一定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下， 在能源利用設(shè)備中沒有被利用的能源， 也就是多 余、廢棄的能源。它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn) 品和爐渣余熱、 化學(xué)反應(yīng)余熱、 可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七 種。其中最主

23、要的是余熱。 根據(jù)調(diào)查， 各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量 的 17%~67%，可回收利用的余 [85] 。余熱的回收利用途徑很多。一般說來，綜合 利用余熱最 60%熱資源約為余熱總資源的． 好；其次是直接利用；第三是間接利用（產(chǎn)生蒸汽、熱水和熱空氣） 。余熱蒸汽 的合理利用順序是： 1）動(dòng)力供熱聯(lián)合使用； 2）發(fā)電供熱聯(lián)合使用； 3）生產(chǎn)工藝使 用； 4）生活使用； 5）冷凝發(fā)電用。余熱熱水的合理利用順序是： 1）供生產(chǎn)工藝常 年使用； 2）返回鍋爐使用； 3）生活用。余熱空氣的合理利用順序是： 1）生產(chǎn)用； 2）暖通空調(diào)用； 3）動(dòng)力用； 4）發(fā)電用。但是這不是絕對的，需要每個(gè)工廠根

24、據(jù)自 己實(shí)際生產(chǎn)條件和需要而定。 工業(yè)硅冶煉中不同種類余熱的利用 在工業(yè)硅冶煉中所有能源供入項(xiàng)為電能和化學(xué)反應(yīng)能， 能源支出項(xiàng)為氧化物還原、 金屬硅潛熱、逸出氣體、爐面、爐體、短網(wǎng)、冷卻水帶走熱。由于國內(nèi)外在電能 節(jié)約方面研究得比較多和透切， 目前工業(yè)硅冶煉電效率基本都在 92%以上。但是， 電能最終要轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿攀欠磻?yīng)所需的，而從表 5-1 可知，礦熱爐冶煉系統(tǒng)的熱 效率一般僅有 60-70%，因此，整個(gè)冶煉系統(tǒng)能源利用效率都低于 70%，這樣大 量的熱被逸出氣體、爐面、爐體、短網(wǎng)、冷卻水、金屬硅所帶走和散失。 從表5-1可知，金屬硅帶走的熱占熱量總供入量的 5.98%，即269456千

25、卡/h。這 部分熱是以金屬硅潛熱形式存在，硅液 1600-1800E，硅錠為常溫2O30C，其 熱具有間斷性（出硅前后） 、釋放緩慢性，存在能量密度低、不便于接觸、不便 于引出等特點(diǎn)。 在目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下， 金屬硅的潛熱只能以熱輻射與對流的方 式將這部分熱引導(dǎo)出來， 其可能的利用方式為烘干物料、 預(yù)熱物料、 加熱洗澡用 水（該余熱每小時(shí)能使2.7噸水從0C升到100C）、加熱生活用水。 爐面損失的熱占總熱量的5.97%，即26933千卡/h,與金屬硅帶走的熱相當(dāng)。這 部分熱總量大、能流持續(xù)平穩(wěn)、密度小，主要以熱輻射與對流形式損失，但是由 于在爐口損失， 受制于場地?zé)o法加以再利用， 只能想辦

26、法減少其損失。 節(jié)約辦法 是爐型密閉化、控制料面溫度、料面燃燒狀況、厚料操作與防止刺火大量、多次 發(fā)生。 爐體損失的熱占總熱量的3.69%，即166448千卡/h。這部分熱與料面損失的熱 性質(zhì)相同，它以熱傳導(dǎo)形式損失，利用也很困難，也只能想辦法減少其損失。減 少辦法是加強(qiáng)爐體隔熱性能。 短網(wǎng)損失的熱占總熱量的7.47%,即336738千卡/h。這部分熱主要損失在電纜、 銅瓦、電極對外熱輻射上，數(shù)量很大，但是受制于場地、能流密度小等限制，也 是無法利用的熱損， 只能想辦法減少。 減少辦法就是縮短短網(wǎng)， 使用適當(dāng)電流冶 煉，選用制造后導(dǎo)電性能好的短網(wǎng)。 注意不能使用保溫材料包裹的辦法， 這樣會(huì)

27、 適得其反。 冷卻水帶走的熱占總熱量的16.46%,即750000千卡/h。這部分熱產(chǎn)生于變壓器、 電纜C,水在循環(huán)池中來回循30-40C,出口 20-30母線、銅瓦，是種功能用水， 一般要求入口． 環(huán)使用,所以冷卻水帶走的熱量雖然很大, 但是不能夠被利用。 這部分熱可以想 辦法減少,具體措施為： 1）變壓器方面要求硅鋼片性能好,材料、制造都要選技 術(shù)好的廠家來做。 減少短網(wǎng)閃變, 避免過大電流操作。 2） 電纜母線方面要求選用 材料熱阻小并要求制造水平高的廠家來生產(chǎn), 盡量減少電纜布置長度, 避免過大 電流操作。 3）銅瓦基本要求也如此,要求使用鍛造工藝制造。 逸出氣體（煙氣）帶走的熱

28、量占總熱量的 18.35%，即826633千卡/h。煙氣從爐 內(nèi)部產(chǎn)3/h，煙氣成萬NM00600C, 6300KVA勺礦熱爐煙氣流量為4-8生，透過 料面以后，溫度在分為 N O CO HO及少量其他氣體。以往國內(nèi)企業(yè)大多數(shù)直 接排放，不僅污染了環(huán)境， 2222 而且造成能源損失。近年來在環(huán)保部門要求下，各 企業(yè)相繼安裝了布袋除塵器。煙氣在進(jìn)入布袋除塵器之前溫度必須降到 120C以 下，降溫措施為混風(fēng)冷卻 空冷 水冷，部分企業(yè)的水冷方式產(chǎn)生的熱水被用于 生產(chǎn)（洗原料 解凍）或生活（洗澡 洗碗） ，但是混風(fēng)方式占多數(shù)，空冷也有 少量，它們吸收或交換的熱都被再次損失掉。 從當(dāng)前煙氣處理來看，

29、煙氣余熱都 沒有得到利用或很好的利用（利用價(jià)值不高） 。 工業(yè)硅冶煉中煙氣余熱的利用 煙氣余熱利用是余熱種類當(dāng)中最便于利用的一種形式， 一般煙氣具有較高的溫度， 流量較大，攜帶的熱量較多，回收利用方便（用對流換熱即可回收） ，不受場地 限制，轉(zhuǎn)換容易（轉(zhuǎn)換為蒸汽） 。因此，對煙氣的余熱回收應(yīng)好好的珍惜與做文 章。煙氣余熱回收得到的能量利用方向?yàn)樯a(chǎn)用與生活用或者是二者聯(lián)合使用。 生產(chǎn)用一是為本工藝流程服務(wù)如預(yù)熱物料 解凍，二是為其他工藝服務(wù)如余熱發(fā) 電 烘干其他物料 加熱其他產(chǎn)品或是二者的復(fù)合。生活用一是洗澡洗碗，二是 供暖制冷或是二者的復(fù)合。 在這里，我提出二種工業(yè)硅冶煉系統(tǒng)煙氣余熱利用

30、方案： 一是余熱發(fā)電綜合利用 方案，二是余熱加熱配套產(chǎn)品綜合利用方案。 煙氣余熱發(fā)電綜合利用方案 3/h,煙氣溫度為4-8萬NM6300KVA從一臺(tái)工業(yè)硅礦熱爐中逸出的煙氣流量為 400-600C, 400C煙氣比熱為 1.12 kJ/kgC,密度 1.295 kg/Nm3,煙氣相對于 300E 時(shí)含熱量=CXpXA T=1.12 X4X 1.295X 100=580.16萬 KJ/h=1381333 千卡/h, 此熱量能使13.8噸p水從0C升到100C,能使得5.5噸水從40C升到290E （此 為蒸汽發(fā)電要求過熱溫度） 。根據(jù)青島 4308廠提供的 BN 型汽輪機(jī)技術(shù)參數(shù)： 進(jìn) 汽

31、壓力0.3&0.7Mpa,進(jìn)汽溫度250-290T，排汽壓力0.15Mpa,抽汽壓力0.5Mpa, 則發(fā)電量可達(dá)1000KW。由此計(jì)算，設(shè)電價(jià)0.5元/度，則一年（7000小時(shí)）發(fā) 電可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益 350 萬元。 1 萬 發(fā)電機(jī)組 20臺(tái) 1 萬 汽輪機(jī) 30臺(tái) 2為實(shí)現(xiàn)煙氣余熱發(fā)電,需要投資余熱 鍋爐． 臺(tái) 20 萬 變壓器 2 臺(tái) 40 萬 控制柜若干 100萬左右,總投資 210萬左右,承上 述計(jì)算 7 個(gè)月即可收回投資。 對于上規(guī)模企業(yè),如有 2 臺(tái)以上 6300KVA 工業(yè)硅礦熱爐或者多臺(tái) 12500KVA 工 業(yè)硅礦熱爐, 則上馬煙氣余熱發(fā)電項(xiàng)目更有價(jià)值與必要。 因此,國內(nèi)

32、投資者應(yīng)盡 快打消煙氣余熱利用是微不足道且費(fèi)事的念頭, 重視余熱利用與投身國家能源節(jié) 約行動(dòng)當(dāng)中。 按照上述煙氣余熱發(fā)電規(guī)劃，已經(jīng)被利用過的煙氣從余熱鍋爐出來后， 溫度仍然 有300C，由于溫度較低，其熱能品位降低，利用難度加大。為充分利用好能源， 提高能源利用效率，根據(jù)煙氣余熱梯級(jí)利用原理，其熱量可以被用來產(chǎn)生余熱鍋 爐補(bǔ)汽。但是從補(bǔ)汽鍋爐出來的煙氣溫度仍然有 200C左右，這部分煙氣仍包含 熱量，對此，這部分熱量可以用來產(chǎn)生熱水用于預(yù)熱物料、解凍（北方地區(qū)） 、 洗澡、洗碗用，然后被冷卻到120C以下的煙氣可以符合標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)入布袋除塵器 進(jìn)行處理。整個(gè)煙氣余熱發(fā)電綜合利用方案系統(tǒng)示意圖

33、如圖 5-5。. 2191 89M i78i 637 1211 24613511 015141、400 C煙氣2、余熱鍋爐3、300 C煙氣4、補(bǔ)汽鍋爐5、200C煙氣6、換熱器7、100 C煙氣8、 布袋除塵器9、可排放煙氣10、循環(huán)水11、80 C熱水12、預(yù)熱解凍13、洗澡洗碗14、20 C補(bǔ)水15、150 C補(bǔ)汽16、290C蒸汽17、汽輪機(jī)18、變壓器 1 19、變壓器2 20、用戶 圖5-5煙氣余熱發(fā)電綜合利用方案系統(tǒng)示意圖 該方案從能源利用與工藝角度來講， 它能源利用比較充分，能源利用率高，出口 煙氣. 溫度能立即達(dá)到布袋塵除塵器的要求，不需要另外投資降溫裝置，工藝配合

34、性好。 但是從經(jīng)濟(jì)性角度來考慮，也許還有更好的方案。 煙氣余熱加熱配套產(chǎn)品綜合利用方案 工業(yè)硅礦熱爐煙氣寓含的大量熱量可以實(shí)現(xiàn)多種用途，除了發(fā)電之外，實(shí)際上， 電還只是一種低附加值產(chǎn)品（3600KJ熱量換成電為1度，產(chǎn)值為0.5元，而由 于目前蒸汽發(fā)電效率為30-45%左右，所以要10000KJ熱量才換回0.5元）。大 家往往局限于原有的思維，一想到余熱利用就是發(fā)電、預(yù)熱產(chǎn)品、制冷供暖、燒 水洗澡，對于開拓創(chuàng)新利用余熱研究不夠。 我的看法是要用熱來轉(zhuǎn)換為另外一種產(chǎn)品， 轉(zhuǎn)換形式并非一定是從一種能源產(chǎn)品 到另外一種能源產(chǎn)品，可以是一種能源產(chǎn)品到另外一種物質(zhì)產(chǎn)品， 只要該物質(zhì)產(chǎn) 品能與熱存在

35、一定的聯(lián)系。對于煙氣余熱而言，就是要尋找到一種與這種中溫、 低溫?zé)崮芟脒m應(yīng)的物質(zhì)產(chǎn)品。這種產(chǎn)品在化工、輕紡等領(lǐng)域廣泛存在，例如塑料 生產(chǎn)、造紙、紡織、有色金屬蒸汽浸出等。另外要解放的一個(gè)思想是我本來是生 產(chǎn)工業(yè)硅的，如果我為了利用余熱而去生產(chǎn)另外一個(gè)物質(zhì)產(chǎn)品造成投資過大或不 應(yīng)有的多元化生產(chǎn)造成的精力分散問題。其實(shí)，生產(chǎn)該種產(chǎn)品如果叫投資過大， 則可以貸款融資解決（因?yàn)槟惚緲I(yè)已經(jīng)立下基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)刭J款應(yīng)該不會(huì)再成問題， 也可通過股東融資比例分配來解決），如果生產(chǎn)該種產(chǎn)品帶來精力分散（主要是 市場開拓上的分散），這可以通過掛靠形式來解決（比如自己主動(dòng)掛靠到該種產(chǎn) 品行業(yè)中一個(gè)大型或中型廠家，由它解決

36、市場問題，自己只管生產(chǎn)） ?，F(xiàn)在這個(gè) 時(shí)代是合作時(shí)代，要把合作（其實(shí)是資源合理組配）放在觀念更新的第一位。當(dāng) 投資者到某地去投資時(shí)，該地已經(jīng)存在一定工業(yè)基礎(chǔ)，則可以把廠建造在該廠附 近，為其提供煙氣余熱以生產(chǎn)該產(chǎn)品。 或者結(jié)合當(dāng)?shù)卣猩绦袨?，與被招進(jìn)來 的企業(yè)聯(lián)合投資，本廠產(chǎn)生的煙氣余熱成為合作伙伴的供熱基礎(chǔ)?；蛘呦嚷?lián)系某 類投資者（比如塑料廠投資者），跟他協(xié)商好，共同投資于某地，共享煙氣余熱 去生產(chǎn)一種新產(chǎn)品?？傊?，作為投資者應(yīng)當(dāng)在煙氣余熱問題上要全盤考慮， 怕麻 煩的可以請研究所、行業(yè)專家、投資顧問、行業(yè)分析師代為考慮要結(jié)合產(chǎn)品的具 體類型。 5.4隔熱技術(shù)研究 在工業(yè)生產(chǎn)中節(jié)

37、能渠道基本分為三大類。第一類是先進(jìn)的技術(shù)工藝流程，第二類 是先進(jìn)精良生產(chǎn)設(shè)備，第三類是優(yōu)良的節(jié)能材料。在這里我將重點(diǎn)研究節(jié)能材料 在工業(yè)硅冶煉領(lǐng)域的應(yīng)用，這是在工業(yè)硅冶煉領(lǐng)域近年較少涉及與更新的方面， 已經(jīng)與新材料、新技術(shù)不斷更新的今天不相適應(yīng)。? 節(jié)能材料主要體現(xiàn)在材料的隔熱（絕熱）性能上，對于工業(yè)硅冶煉系統(tǒng)而言，材 料隔熱性能好壞直接影響到礦熱爐的熱效率。從表 5-1可見，從礦熱爐爐體散發(fā) 的熱損失為166448千卡/h,占總熱量收入項(xiàng)的3.69% （這還是較低的，國內(nèi)大 部分為6-8%），與國外相比存在1-2倍的差距。這主要是因?yàn)槲覈I(yè)硅礦熱爐 爐體結(jié)構(gòu)與材料通常是工作層用碳磚（上

38、部用耐火磚），保溫層用耐火磚，絕熱 層用石棉板或硅酸鋁纖維毯，保護(hù)層（爐殼）用鋼板的原因。這種結(jié)構(gòu)和材料構(gòu) 成在今天看來已經(jīng)不合理（但許多單位缺乏設(shè)計(jì)能力，仍在使用） ，原因一方面 是我國礦熱爐使用的材料導(dǎo)熱系數(shù)大， 隔熱性能差，另一方面由于在筑爐時(shí)沒有 對材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)置，在同樣大小導(dǎo)熱系數(shù)材料條件下隔熱效果也不理想。 因此，為提高礦熱爐熱效率而對礦熱爐爐體的結(jié)構(gòu)和用材進(jìn)行改革在目前相當(dāng)必 要。 改革開放以前，我國筑爐材料的品種非常單一，基本以天然礦物質(zhì)加工制品為主， 工業(yè)硅礦熱爐筑爐時(shí)工作層主要是碳磚， 保溫層主要是粘土磚，絕熱層主要是硅 藻土、石棉板，而且各材料的適用性能也比

39、較落后。隨著節(jié)能、降低成本、新技 術(shù)的應(yīng)用、其他領(lǐng)域?qū)Σ牧系奶囟ㄒ?，我國科研人員在吸收消化國外材料制造 技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，積極自主創(chuàng)新，發(fā)展研究了一大批筑爐材料如陶瓷纖維、 納米微孔隔熱材料、多層復(fù)合反射絕熱板、漂珠高強(qiáng)隔熱磚等。無論從高科技的 航天器、小到手中的保暖杯，人們都對材料的導(dǎo)熱性能、強(qiáng)度要求等方面進(jìn)行了 廣泛的研究和改進(jìn)，直至今日，筑爐材料品種已大大得到豐富、產(chǎn)品的性能已得 到大大提高，生產(chǎn)工藝不斷進(jìn)步、品種不斷更新，材料發(fā)展逐漸走上科學(xué)精細(xì)發(fā) 展的道路。在工業(yè)硅礦熱爐筑爐中，我們應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)用當(dāng)代科技成果，與時(shí)俱進(jìn) 地革新改進(jìn)礦熱爐的工作性能。 表5-2、表5-3、表5-4分

40、別列出了當(dāng)今工業(yè)硅礦熱爐筑爐時(shí)可供選用的工作層、 保溫層、隔熱層與絕熱層用材。 表5-2當(dāng)今工業(yè)硅礦熱爐筑爐時(shí)可供選用的工作層用材 名稱2kgf/cm2荷重使用溫度 常溫耐壓強(qiáng)熱導(dǎo)率 熱膨脹系數(shù)（）C -6 10 x ）度（kgf/cm2）） （w/m?（軟化點(diǎn)）（^LC 11.5-13 1.05+0.93t/1000 1600-1650 1520-1620 175-500 硅磚 23.26+3.49t/1000 2000 250 -500 3.7 2000 碳磚 162.8-40.7t/1000 2000 250 1800 -1900 5.2-5.8 石墨磚 14.2（600）

41、4.76 1600 550-750 1500-1700 碳化硅磚C） 11.9（800 C） 10.9（1000 C表5-3當(dāng)今工業(yè)硅礦熱爐筑爐時(shí)可供選用的保溫層（堅(jiān)固層）用材 3） 使用溫度 常溫耐壓密度（名稱 強(qiáng)度熱導(dǎo)率 g/cm （kgf/cm2） （w/m?） ）（ CC 0.18-0.60 2.07 1400 150-300 粘土磚 1500 1.4 390-490 咼鋁磚 _ 3.20 1700 200-700 0.70-1.50 剛玉磚 1.05+0.93t/1000 1.9 175 -500 1600 -1650 硅磚 14.2(600) 550-750 16

42、00 2.4-2.5 °C碳化硅 澆注 輕質(zhì)隔熱 8-40 0.4-1.5 1400 0.20-0.50 高鋁隔耐火 注：堿性耐火材料如鎂磚、鎂鋁磚、白云石磚、鎂鉻磚、 鎂橄欖石磚、氧化鈣質(zhì)磚等不能用于工業(yè) 硅礦熱 爐5-4當(dāng)今工業(yè)硅礦熱爐筑爐時(shí)可供選用的隔熱層與絕熱層用 名導(dǎo)熱系比使用溫 ? okg/mw/m. 17000.1-0.4231100 石棉 600<13000.13-0.15 12000.09-0.16128 硅酸鋁纖維 6000.036-0.09245-100 復(fù)合硅酸鋁纖維 10000.13-0.40500-700 硅藻 80040-5000.447

43、-0.07 膨脹珍珠 11000.046-0.0780-900 蛭石 450 <0.058 200 155 泡沫玻璃 —500 <0.035 20-22 泡沫石棉 1000 140-270 0.065-0.13 微孔硅酸鈣 650 0.048-0.14 77-160 礦渣棉 700 80-150 巖棉制品 0.026-0.035350 48 0.043 —玻璃棉 0.11 0.08-0.29 1260-1600 2600 陶瓷纖維毯 0.028-0.054 800 空心微珠 50-2000.025-0.038 1000 400-500 納米微孔隔熱材料 450-1500 150-18

44、00 射的各種反射涂料反0.03,80-90%率表5-2>表&3、表5-4中，有許多是上世紀(jì) 80 年代后開發(fā)制造出來的材料，材料品種與性能與其 80年代前有很大的改變，例 如高鋁磚是德國奧托焦炭公司1956年前后開發(fā)出來的，其強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)與今 天高鋁磚的性能相距較遠(yuǎn)，當(dāng)時(shí)其高鋁磚作為煉焦?fàn)t槍其強(qiáng)度較松散， 承受壓力 大約為100-200 kgf/cm2，導(dǎo)熱系數(shù)為3.47 w/m?C。硅酸鋁纖維毯作為廣泛應(yīng)用 的爐體保溫材料，我國1971研制成功，到1990年代前，其品種單一，性能也不 好，但是現(xiàn)在生產(chǎn)企業(yè)200家左右，總生產(chǎn)能力超過4萬噸/年，品種繁多，包 括普通硅酸鋁纖維、高純硅

45、酸鋁纖維、高鋁纖維、多晶莫來石纖維、多晶氧化鋁 纖維和多晶氧化鋯纖維. 等。空心微珠保溫材料是另一種最近開發(fā)出來的保溫材料， 它是一種以電廠粉煤 灰微珠和膨脹珍珠巖為基料，配以專用粘結(jié)劑，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后制成的輕質(zhì)成型料。 據(jù)近年來國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，粉煤灰中的一種空心微珠是在粉煤燃燒時(shí)， 在爐溫超 過1350 1500C的高暖區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的一種中空球形圓珠，其內(nèi)部包含有氮和二氧 化碳等氣體，其表面耐磨性好，壓強(qiáng)高，并有很好的耐酸性，是一種新興的多功 能材料。經(jīng)試驗(yàn)研究表明，空心微珠具有顆粒小、質(zhì)輕、中空、隔音、隔熱、耐 高溫、絕緣、耐低溫、耐磨、強(qiáng)度高等優(yōu)異的多功能特性。另外現(xiàn)代筑爐與建筑 還廣

46、泛使用薄層隔熱保溫材料一一反射絕熱涂料。 上世紀(jì)90年代,美國國家航空 航天局的科技人員為解決航天飛行器的傳熱控制問題開發(fā)了一種太空絕熱瓷層 (Therm&Cover)，我國于2001年也開發(fā)成功，在現(xiàn)代筑爐中已經(jīng)開始廣泛使用。 這種材料由一些懸浮于惰性乳膠中的微小陶瓷顆粒構(gòu)成， 具有高反射率、高輻射 率、低導(dǎo)熱系數(shù)、低蓄熱系數(shù)等熱工性能，只要在表面噴涂 0.3-0.5 毫米涂層， 就能有效抑制露天常溫物體受太陽輻射熱和紅外輻射熱， 抑制效率達(dá) 90％左右。 科技進(jìn)步為我們提供了更好的、更多的筑爐材料，我們必須切合順應(yīng)當(dāng)前條件， 更好的利用這些條件為能源節(jié)約服務(wù)。 在利用這些筑爐材料時(shí)，

47、除了節(jié)能方面的考慮之外， 還必須考慮它在爐襯中的用 途所帶來的強(qiáng)度、使用溫度、膨脹特性、耐腐蝕性、價(jià)格等因素。 對工業(yè)硅礦熱爐的工作層來說，它要求： 1、 耐火度高。因工業(yè)硅冶煉溫度在 1800-2200 E之間，工作層爐壁與爐底溫度 1800 C左右，材料應(yīng)該有足夠高的軟化、熔化溫度。 2、 耐熱強(qiáng)度高。在高溫下，材料應(yīng)該還能夠承受爐子載荷、操作中產(chǎn)生的機(jī)械 力、熱膨脹力的作用而不變形、開裂。 3、 導(dǎo)熱系數(shù)低。從工作層開始就應(yīng)該具備優(yōu)良的隔熱性能，才能有利于節(jié)能。 4、 抗渣性能優(yōu)良。工作層直接與爐料接觸，選用的材料應(yīng)該能承受爐料的侵蝕 和沖刷。 5、 價(jià)格適當(dāng)。投資者總喜歡低

48、成本建造礦熱爐。 根據(jù)工業(yè)硅礦熱爐工作層的上述要求， 工作層用材目前只能選擇碳磚。 它使用溫 度高、強(qiáng)度好、抗渣性好，盡管導(dǎo)熱系數(shù)和價(jià)格還比較高。 工業(yè)硅礦熱爐的保溫層要求： 1、 耐火度高。對于工業(yè)硅礦熱爐保溫層同樣也要求耐火度高，因?yàn)楣ぷ鲗痈魺?性能一般較差， 同時(shí)保溫層也有部分與爐料直接接觸， 所以也要求保溫層能耐受 高溫而不軟化變 形。． 2、 耐熱強(qiáng)度高。在高溫下，保溫層材料也應(yīng)該還能夠承受爐子載荷、操作中產(chǎn) 生的機(jī)械力、熱膨脹力的作用而不變形、開裂。 3、 導(dǎo)熱系數(shù)低。從節(jié)能角度出發(fā)，保溫層也應(yīng)該具備優(yōu)良的隔熱性能，才能有 利于節(jié)能。 4、 抗渣性能優(yōu)良。保溫層也有部分地

49、方直接與爐料接觸，所以要求其也應(yīng)具備 一定的抗渣性能。 5、 價(jià)格適當(dāng)。保溫層用料量較大，價(jià)格上應(yīng)當(dāng)追求較低材料。 從保溫層上述要求出發(fā)，工業(yè)硅礦熱爐保溫層材料可以用粘土磚、輕質(zhì)隔熱磚、 高鋁質(zhì)隔熱耐火磚， 這三種材料性能上差不多， 主要是比較價(jià)格。 粘土磚是廣泛 應(yīng)用且價(jià)格相對而言比較低的一種耐火材料， A12O3含量一般在30%-50%之間, 導(dǎo)熱與承重性能都比較好，是爐襯主要用材。 工業(yè)硅礦熱爐減少熱損失起關(guān)鍵作用的地方是隔熱層和絕熱層， 因此，選擇好隔 熱材料與絕熱材料非常重要。工業(yè)硅礦熱爐隔熱層和絕熱層對材料的要求是： 1、 導(dǎo)熱系數(shù)小。減少熱量損失，保證爐膛內(nèi)溫度是隔熱層和絕

50、熱層的主要 用途，只有導(dǎo)熱系數(shù)小，才能實(shí)現(xiàn)上述目的。 2、 彈性小。隔熱材料與絕熱材料一般是輕質(zhì)、疏松、多孔的纖維狀材料， 膨脹收縮系數(shù)大，容易引起爐體松動(dòng)，因此要求隔熱材料與絕熱材料收縮性小， 以保證保溫層與爐殼之間的嚴(yán)密性與整體性。 3、 能耐高溫。 由于保溫層主要擔(dān)負(fù)骨架承受負(fù)荷用， 它主要作用不是節(jié)能， 所以其外泄熱量相當(dāng)大， 其冷面溫度也相當(dāng)高， 對緊貼其冷面的隔熱材料和絕熱 材料來說，應(yīng)當(dāng)能夠耐受其高溫。 4、價(jià)格便宜。 根據(jù)工業(yè)硅礦熱爐隔熱層和絕熱層對材料的上述要求， 可以選定納米微孔隔熱材 料作為隔熱層和絕熱層的用材。納米微孔隔熱材料是 2000年以后我國相關(guān)單位

51、從美國引進(jìn)并消化吸收后逐漸推廣應(yīng)用起來的優(yōu)良隔熱、 絕熱材料，它能耐受較 高的溫度，且導(dǎo)熱系數(shù)比通常用的隔熱材料、絕熱材料低1-4倍，節(jié)能效果突出。 如果為了強(qiáng)化保溫，還可以在納米微孔隔熱材料熱面噴涂某種反射涂料。如果要 求繼續(xù)使用硅酸鋁纖維毯，則應(yīng)當(dāng)使用硅酸鋁纖維毯+泡沫石棉或泡沫玻璃或空 心微珠結(jié)構(gòu)，保溫效果將更好。 選用低熱導(dǎo)率的材料來增強(qiáng)保溫，是保溫方法的一種，砌筑時(shí)材料結(jié)構(gòu)的合理設(shè) 計(jì)也是一種重要的保溫方法。它包括材料厚度設(shè)計(jì)、材料間合理搭配使用、材料 使用位置三個(gè) 方面的內(nèi)容。好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在同樣材料使用情況下，隔熱效果與 經(jīng)濟(jì)性更好。? 在材料厚度設(shè)計(jì)上，既要能保溫承重，同時(shí)

52、使用量還要適當(dāng)，才能保證經(jīng)濟(jì)性。 材料過薄，起不到保溫承重效果，易折、易松動(dòng)；材料過厚，雖然承重和整體性 增強(qiáng)，但是超過臨界厚度，保溫效果反而下降，同時(shí)造價(jià)也上去了。 在材料間合理搭配使用上，要注意材料使用溫度限制、材料導(dǎo)熱系數(shù)、材料價(jià)格 上的差異。使用溫度高的材料應(yīng)當(dāng)靠近高溫區(qū)，在溫度一致情況下，導(dǎo)熱系數(shù)低 的應(yīng)當(dāng)在高溫區(qū)一側(cè)。材料合理搭配還能適當(dāng)降低造價(jià)成本。 在材料使用位置上，在爐墻不同位置應(yīng)該使用不同材料， 在溫度許可范圍內(nèi)，盡 量選用導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、造價(jià)低的材料，在需要加強(qiáng)保溫措施部位應(yīng)當(dāng)考慮 追加絕熱材料的使用；對于容易腐蝕的出硅口位置，應(yīng)當(dāng)使用耐腐蝕的材料如碳 磚、碳化硅

53、磚，而不是常規(guī)思路來安排材料使用；對于爐底基礎(chǔ)部位，在溫度許 可范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)選用強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、整體性好、造價(jià)低的材料。 有了上述研究基礎(chǔ)，用來指導(dǎo)礦熱爐爐體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將才能真正的把隔熱技術(shù)的 作用［61］與按比較了傳統(tǒng)爐體結(jié)構(gòu)發(fā)揮出來，制造出在國際上具有先進(jìn)節(jié)能水平的 礦熱爐。表5-5照上述思路設(shè)計(jì)的爐體結(jié)構(gòu)的隔熱性能。 表5-5傳統(tǒng)礦熱爐爐體結(jié)構(gòu)與新設(shè)計(jì)的爐體結(jié)構(gòu)隔熱性能的比較 項(xiàng)目爐墻內(nèi)爐殼鋼板爐墻厚爐壁熱爐底熱總損失 節(jié)能差率 32(kw) 失面表溫外表面溫度與結(jié)損失損 1(kw) (kw))度(度構(gòu)()UC 0 1420 27.17 69.78 178 96.95 傳統(tǒng)

54、爐襯結(jié)構(gòu)圖 5-5 137% 17.33 137 43.74 1420 61.07 新式爐襯結(jié)構(gòu)圖 5-6 1注：取平均溫度。 22。23.40 m注：爐壁散熱面積、爐底散熱面積取該文中 256.58m、3注：計(jì)算方法同該文一致。 從表5-5和圖5-7可以看出，新式爐襯結(jié)構(gòu)不僅厚度少，而且爐體熱損失減少37%, 說明研究總結(jié)出來的隔熱技術(shù)起到了明顯的作用。 圖5-6傳統(tǒng)礦熱爐爐體結(jié)構(gòu) 圖5-7新式礦熱爐爐體結(jié)構(gòu) 5.5結(jié)論 本章研究了工業(yè)硅冶煉過程中的能源節(jié)約技術(shù)， 包括冶煉關(guān)鍵設(shè)備礦熱爐爐體結(jié) 構(gòu)的設(shè)計(jì)、余熱利用方案研究、隔熱技術(shù)總計(jì)設(shè)計(jì)研究，從大的、主要的能源節(jié)

55、約方面進(jìn)行了探索。 通過研究設(shè)計(jì) 12500KVA 大容量半密閉式工業(yè)硅礦熱爐， 在爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 出硅 口設(shè)計(jì)、爐門設(shè)計(jì)、煙罩設(shè)計(jì)、隔熱技術(shù)等方面運(yùn)用新技術(shù)，提高了礦熱爐的性 能水平，為高． 效利用能源打下了基礎(chǔ)和提供了實(shí)現(xiàn)方案。 通過余熱利用方案的研究， 提出了二種新的余熱綜合利用方案， 一是煙氣余熱發(fā) 電—鍋爐補(bǔ)汽—預(yù)熱物料—生活用水（洗澡、洗碗）梯級(jí)能源利用方案，二是煙 氣余熱加熱配套產(chǎn)品—生活用水綜合利用方案， 為充分提高能源利用效率、 節(jié)約 能源、降低企業(yè)生產(chǎn)成本提供了實(shí)現(xiàn)途徑。 通過隔熱技術(shù)的研究， 總結(jié)了當(dāng)今先進(jìn)的隔熱材料， 提出了在結(jié)構(gòu)與材料方面進(jìn) 行改善礦熱爐隔熱性能的思路， 新設(shè)計(jì)出來的礦熱爐爐體結(jié)構(gòu)隔熱性能優(yōu)于傳統(tǒng) 爐體結(jié)構(gòu) 30% 以上。．