工業(yè)硅礦熱爐的設(shè)計(jì)說明

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1、專業(yè).專注 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［81］。 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

2、的能源 是美國的4.3倍，是日本的11.5倍。能源利用率僅為美國的26.9%，日本的 11.5 %［82］。因此，提高能源使用效率是在能源總量不變條件成為中國發(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 — 110

3、00KWh 間。 我國工業(yè)硅生產(chǎn)能源消耗高主要是因?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。控制水平不高體現(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)

4、結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)、改善變壓器性能、改善電參數(shù)、采用低頻電源等；5）提高爐子熱效率； 6） 改變爐內(nèi)反應(yīng)機(jī)制；7）改變?cè)闲阅芊较颍?）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)

5、硅生產(chǎn)能耗高、能源利用效率低的主要原 因，表5-1是我國某廠6300KVA電弧爐的熱平衡分析表［21］。 表5-1我國某廠6300KVA電弧爐的熱平衡分析 熱收入項(xiàng) 熱量（千卡 /h ） 百分比 熱支出項(xiàng) 熱量（千 卡/h ） 百分比 1、電熱能 4324940 95.98 1、氧化物還原耗熱 1834462 40.71 2、電極氧化熱 100680 2.234 2、金屬硅帶走熱 269456 5.98 3、還原劑反應(yīng)放 執(zhí) 八、、 80520 1.78 3、逸出氣體帶走熱 826633 18.35 4、爐面散熱 2693

6、33 5.97 5、爐體散熱 166448 3.69 6、短網(wǎng)熱損失 336738 7.47 7、冷卻水帶走熱 750000 16.46 8、其他 53370 1.19 合計(jì) 4506140 100 4506140 100 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) 。

7、 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?-1可以看出，工業(yè)硅礦熱爐熱 效率低就是因?yàn)橐莩鰵怏w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。 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

8、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18.35%，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

9、，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(duì)上世紀(jì) 60年代 所作的工業(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

10、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

11、容量半密閉式12500KVA工業(yè)硅礦熱爐的設(shè)計(jì) 5.2.1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）； 《臺(tái)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 ）。 5.2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 5.2.2.1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

12、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： 型號(hào)：HKSSPZ20-12500/35殼式強(qiáng)油水冷礦熱爐變壓器； 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 共 15 檔； 阻抗電壓（短路電壓）：ex%=4-6%。 522.2礦熱爐電氣參數(shù)的確定

13、 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(duì)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)電爐時(shí)往往利用米古林斯基公式［68、83］來確定礦 熱爐正常工作時(shí)的二次電壓： V2=KP1/3 式中：K為電壓系數(shù)，取6.0-7.5 ； P是變壓器額定功率，KVA。 因此這次設(shè)計(jì)時(shí)取二次電壓 V2=6.5 X125001/3

14、=150.85 "151V， P 二次電流 12= =47795.2A 。 V3V2 5.2.2.3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 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，它決定著礦熱爐 其它結(jié)構(gòu)尺寸的大小。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： =102.4cm=1024mm 式中12為電極電流，A, △

15、I為電極電流密度5.5-6.1A/cm 2，取5.8計(jì)算。 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(duì)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)中極心圓直徑可按下式計(jì)算： Dg=ad=2.3 X10

16、50=2415mm 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。 學(xué)習(xí)參考 專業(yè).專注 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)熱

17、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： Dn=rd=5.8 xi050=6090mm 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。 . 學(xué)習(xí)參考 .

18、 專業(yè).專注 合適的爐膛深度可按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： h=旳=2.5 xl050=2625mm 式中B為爐膛深度倍數(shù)，B=2.5-2.8 ,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(duì)爐襯

19、、爐底散熱強(qiáng)度計(jì)算表明，保持爐襯與爐底熱損失為2-4%是 合理的范圍內(nèi)［84］，或者保持爐襯表面溫度在70-120 C是允許的。因此按照這個(gè) 條件以及結(jié)合所選擇材料的使用溫度，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?cè)谶@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

20、9納米絕熱材料 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 12500KVA工業(yè)硅礦熱爐結(jié)構(gòu)圖 &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。出硅口應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成圓形，便于

21、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?cè)谶@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面各處，搗爐功能通過窺視孔根據(jù)需要打開

22、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。 5.2.3技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)完成以后有關(guān)該爐的技術(shù)參數(shù)與性能如

23、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 5.3.1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。其中最主要的是余熱。根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資

24、源約占 其燃料消耗總量的 17%~67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的 60%[85]o余熱的回收利用途徑很多。一般說來，綜合利用余熱最好；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(duì)的，需要每個(gè)工廠根據(jù)自己實(shí)際生 產(chǎn)條件和需要而定。 5.3.2工業(yè)硅冶煉中不同種類余熱的利

25、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269456千卡 /h。這部分熱是以金屬硅潛熱形式存在 ，硅液1600-1800

26、 C,硅錠為常溫 20-30 C,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(duì)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(duì)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

27、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(duì)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)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

28、熱產(chǎn)生于 變壓器、電纜母線、銅瓦，是種功能用水，一般要求入口 20-30 C,出口 30-40 C,水在循環(huán)池中來回循環(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）帶走的熱量占總熱量的18.35%，即826633千卡/h。煙 氣從爐內(nèi)部產(chǎn)生，透過料面以后，溫度在400-60

29、0 C, 6300KVA的礦熱爐煙氣 流量為4-8萬NM 3/h，煙氣成分為2、02、CO2、出0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，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120 C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，煙氣余熱都沒有得到利用或很好的利用 （利用價(jià)值不高）。 5.3.3工業(yè)硅冶煉中煙氣余熱的利用 煙氣余熱利

30、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(duì)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(duì)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。 533.1煙氣余熱發(fā)

31、電綜合利用方案 從一臺(tái)6300KVA工業(yè)硅礦熱爐中逸出的煙氣流量為 4-8萬NM 3/h，煙氣 溫度為 400-600 C，400 C煙氣比熱為 1.12 kJ/kg C,密度 1.295 kg/Nm3，煙氣 相對(duì)于 300 C 時(shí)含熱 量=Cp X p X AT=1.12 X4 X 1.295 X 100=580.16 萬 KJ/h=1381333千卡/h，此熱量能使13.8噸水從0 C升到100 C，能使得5.5噸 水從40 C升到290 C （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)汽壓力0.35-0.7Mpa,進(jìn)汽溫度250-290 C，排汽壓力

32、 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。 為實(shí)現(xiàn)煙氣余熱發(fā)電，需要投資余熱鍋爐2臺(tái)30萬、汽輪機(jī)1臺(tái)20萬、 發(fā)電機(jī)組1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(duì)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)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

33、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300 C,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(duì)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120 C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)示意圖如 圖 5-5 。 I、 400 C煙氣2、余熱鍋爐3、300 C煙氣4、補(bǔ)汽鍋爐5、200 C煙氣

34、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 II、 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、290 C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，工藝配合性好。但是從經(jīng)濟(jì)性角度來考慮，也許還有更好的方案。 5.3.3.1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

35、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(duì)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)品能與熱存在一定的聯(lián)系。對(duì)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

36、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)，

37、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?；?者結(jié)合當(dāng)?shù)卣猩绦袨椋c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(qǐng)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)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

38、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(duì)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?工業(yè)硅礦熱爐爐體結(jié)構(gòu)與材料通常是工作層用碳磚 （上部用耐火磚），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

39、（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(duì)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(duì)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

40、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(duì)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

41、的工作層用材 名稱 2kgf/cm2 荷 使用溫度 常溫耐壓強(qiáng) 熱導(dǎo)率 熱膨脹系數(shù)（C ） 重軟化點(diǎn)（C） (C) 度(kgf/cm2) (w/m ? C) X10-6 硅磚 1520-1620 1600-1650 175-500 1.05+0.93t/1000 11.5-13 碳磚 2000 2000 250-500 23.26+3.49t/1000 3.7 石墨磚 1800-1900 2000 250 162.8-40.7t/1000 5.2-5.8 碳化硅 1500-1700 1600 550-750 14.2(60

42、0 C) 4.76 磚 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 名稱 密 度 (g/cm 3) 使用溫度 （C） 常溫耐壓強(qiáng)度 （kgf/cm2） 熱導(dǎo)率 (w/m ? C)  粘土磚 2.07 1400 150-300 0.18-0.60 高鋁磚 1500 390-490 1.4 剛玉磚 3.20 1700 200-700 0.70-1.50 硅磚 1.9 1600-1650 175-500 1.05+0.

43、93t/1000 碳化硅磚 2.4-2.5 1600 550-750 14.2(600 C) 11.9(800 C) 10.9(1000 C) 剛玉莫來石 磚 1.5-1.7 1800 200-500 0.35-0.80 普誦型耐火 澆注料 2.0 1400 295 1.17-2.80 輕質(zhì)隔熱磚 0.4-1.5 1400 9.8-59 0.25-0.70 高鋁質(zhì)隔熱 耐火磚 0.4-1.5 1400 8-40 0.20-0.50 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。

44、 表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材 名稱 導(dǎo)熱系數(shù)w/m.k 比重kg/m3 使用溫度 oC 石棉板 0.1-0.423 1100 1700 0.13-0.15 <1300 600 硅酸鋁纖維毯 0.09-0.16 128 1200  復(fù)合硅酸鋁纖維毯 0.036-0.092 45-100 600 硅藻土 0.13-0.40 500-700 1000 膨脹珍珠巖 0.447-0.07 40-500 800 蛭石 0.046-0.07 80-900 1100 泡沫玻璃 <0.058 155— 20

45、0 450 泡沫石棉 <0.035 20-22 500 微孔硅酸鈣 0.065-0.13 140-270 1000 礦渣棉 0.048-0.14 77-160 650 巖棉制品 0.026-0.035 80-150 700 玻璃棉 0.043 — 0.11 48 350 陶瓷纖維毯 0.08-0.29 2600 1260-1600 空心微珠 0.028-0.054 50-200 800 納米微孔隔熱材料 0.025-0.038 400-500 1000 各種反射涂料 0.03,80-90% 的反射 率 450-1500

46、 150-1800 表5-2、表5-3、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、高純硅酸鋁纖維、高鋁纖維、多

47、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 /500 C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)代筑爐與建筑還廣泛使用薄層隔熱保溫材料一一

48、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(Therma-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)，除了節(jié)能方面的考慮之外，還必須考慮

49、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(duì)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 C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)。投資者總喜歡低成本建造礦熱爐。 根據(jù)工業(yè)硅礦熱爐工

50、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(duì)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?隔熱性能一般較差，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。保溫層也有部分地方直接與爐料接觸，所以要求其也應(yīng) 具備一定的抗

51、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 學(xué)習(xí)參考 專業(yè).專注 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0粘土 磚是廣泛應(yīng)用且價(jià)格相對(duì)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(duì)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)溫度是隔熱層和絕熱層的主要

52、 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(duì)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(duì)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)單位從美國引進(jìn)并消化吸收后逐漸

53、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 . 學(xué)習(xí)參考 . 專業(yè).專注 選用低熱導(dǎo)率的材料來增強(qiáng)保溫 合理設(shè)計(jì)也是一種重要的保溫方法 用、材料使用位置三個(gè)方面的內(nèi)容 ，是保溫方法的一種，砌筑時(shí)材料結(jié)構(gòu)的 它包括材料厚度設(shè)計(jì)、材料間合理搭配使 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

54、能保溫承重，同時(shí)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(duì)于容易腐蝕的出硅口位置，應(yīng)當(dāng)使用耐腐蝕 的

55、材料如碳磚、碳化硅磚，而不是常規(guī)思路來安排材料使用；對(duì)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比 較了傳統(tǒng)爐體結(jié)構(gòu)［61］與按照上述思路設(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 表面溫 外表面溫 度與結(jié) 損失2、 損失3 (kw)  度 (C

56、) 度 1 (C) 構(gòu) (kw) (kw) 傳統(tǒng)爐襯結(jié)構(gòu) 1420 178 圖5-5 69.78 27.17 96.95 0 新式爐襯結(jié)構(gòu) 1420 1 137 圖5-6 43.74 17.33 61.07 37% 1注：取平均溫度。 2注：爐壁散熱面積、爐底散熱面積取該文中 56.58m 2、23.40 m 2 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 。 學(xué)習(xí)參考 專業(yè).專注 圖2爐襯結(jié)構(gòu)示總

57、囹（吃崔后） I .胡飯2.石楙祝3?輕驕粘;L尿溫磚 4 .柱脫藝?yán)w緲氈5 .例部秦酔6 .彌醍鋁趙歆土 了 ■底誦戻磚 趴馬初9 ?緇睚石1CL用火輅土磚 歿占 爐襯各部位犀度（諛造> >mm I-* 爐空 爐底 1 1 I B U 2 石怖扳 13 ri 10 3 軽展舶土慄滬磚 115 4 薙雌給舒讎稚 20 S 1他 6 關(guān)酸鋁混趕 -仇 7 j aoo M 庇糊 80 5 細(xì)趙石 1 （.鉉度 3 —513m） 聞斗 10 就火枯土越 230 750

58、 11 ; 總厚度 &30 1700 圖5-6傳統(tǒng)礦熱爐爐體結(jié)構(gòu) 亠n□Hogq . .. ...■ 12 3 4 5 1、鋼板 2、石棉板 3、復(fù)合硅酸鋁纖維毯 4、 5、粘土磚 6、高鋁隔熱耐火磚 7、自培炭磚 納米隔熱材料 序號(hào) 名稱 爐壁厚度（mm） 1 鋼板 14 14 2 石棉板 10 10 3 復(fù)合硅酸鋁纖纟 i毯o 0 4 納米隔熱材料 10 10 5 粘土磚 240-760 240 6 高鋁隔熱耐火磚 亍120 240 7 自焙炭磚 400 800 合計(jì) 804 1304

59、 爐底厚度（mm） 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)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)電一鍋爐補(bǔ)汽一預(yù)熱物料一生活用水（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)品一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。 學(xué)習(xí)參考