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摘要：从原理和结构上对矿热炉烟气余热回收利用新技术进行解析，采集实际生产数据，通过计算分析对比烟气余热利用前后的发生的变化。在矿热炉烟道设置热交换器，将交换后的热量传递至回转窑二次风，以此降低矿热炉烟气排放温度，提高回转窑二次风入窑温度。结果表明该技术减少了矿热炉烟气冷却水的用量，降低了矿热炉的冶炼电耗，同时也减少了回转窑的煤粉消耗量，提高了回转窑焙砂的出料温度，使回转窑热效率得到提升。

1、前言

矿热炉在工业炉窑体系中占有非常重要的地位，据中国铁合金工业协会相关统计数据，我国铁合金产品绝大多数产自矿热炉，矿热炉在冶炼过程中会消耗大量电力。随着我国节能减排工作的深入进行，高能耗的铁合金企业必须解决自身生存发展的迫切问题。我国承诺2030年碳达峰值，届时中国单位国内生产总值CO2排放将比2005年下降65%以上，2060年实现碳中和，排放量与减排量互相抵消，实现CO2零排放。所以作为高耗能的铁合金行业将面临较大的减排压力，矿热炉烟气余热回收势在必行。

针对矿热炉冶炼过程产生的烟气产量大、温度高、含有巨大余热资源的特点，开发应用矿热炉烟气余热利用新技术，提高能源综合利用效率，既能降低企业成本，又能提高市场竞争力，对于资源节约和环境保护都具有十分重要的意义。

矿热炉烟在进入煤气净化系统处理之前必须先冷却降温，传统的矿热炉烟气冷却工艺一般采用水冷降温，虽然降低了烟气温度，却浪费了大量余热资源，还增加了额外的水冷设备投资。针对该问题，在国内某镍铁合金厂中开发应用了矿热炉烟气余热回收利用新技术，即利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风，以二次风为介质，将烟气余热转入回转窑，既降低了矿热炉烟气温度，又提高了回转窑的热效率。

2、原理及流程

在矿热炉烟道的高温段上设置热交换器，回转窑二次风机与热交换器Ⅰ段的入口相接，热交换器Ⅱ段的出口与回转窑二次风管道相接。矿热炉冶炼生产时，回转窑二次风机向热交换器Ⅰ段鼓入冷风，冷风在热交换器Ⅰ段与高温烟气发生热交换，形成低温二次风，低温二次风通过热交换器旁路进入热交换器Ⅱ段，在热交换器Ⅱ段与高温烟气再次发生热交换，形成高温二次风，高温二次风通过二次风筒进入回转窑。

3、烟气余热利用效果分析

国内某镍铁合金厂中，回转窑燃烧器采用的燃料为煤粉，二次风筒与燃烧器分体，呈环形包围燃烧器，固定在窑尾罩侧壁上。二次风通过二次风筒包裹燃烧器入窑，可以起到顺畅助燃、保持合适的火焰形状、减少出窑熟料的氧化、提高火焰稳定性及产品质量的作用。

提高二次风的温度，可以加快煤粉燃烧速度，提高火焰温度。此外，在一次风风量不变的情况下，对于挥发分比较高的煤粉，提高二次风的温度还可以有效缩短黑火头，形成清亮、活泼、有力的燃烧火焰。

实际生产中，矿热炉烟气温度为650℃ ～750℃，经热交换器换热后，矿热炉烟气温度降至600℃以下，无需再经过水冷就可以进入煤气净化系统；回转窑二次风入窑温度可由环境温度升高至295℃ ～340℃，取二次风温度分别为20℃（环境温度）、100℃、200℃、280℃、285℃、290℃、295℃、300℃、310℃、340℃，共10个温度节点，来探讨二次风温度对回转窑燃烧特性的影响，如表1所示。

温度对二次风带入热量及其占回转窑热收入项比例的影响走势如图2所示。

二次风温度对回转窑煤粉消耗量的影响走势如图3所示。

由表1、图2、图3可知，随着温度的升高，二次风带入的热量越来越高，在回转窑热收入项中的占比也越来越大，而回转窑煤粉消耗量逐渐减小，节约的煤粉量逐渐增加，这是因为二次风可以起到预热煤粉，加速煤粉燃烧，使煤粉燃烧更加充分的作用，二次风本身带入窑的显热也可以抵消一部分煤粉消耗量。在340℃时，回转窑的煤粉消耗量为5.90t/h，比20℃时节约了0.7t/h，降幅达10.61%，效果显著。

此外，还可以间接推出，当煤粉消耗量相同时，提高二次入窑风温度有助于提高回转窑焙砂出料温度，进而提高焙砂入炉温度，降低矿热炉冶炼电耗。以二次风温度340℃为例，当回转窑煤粉消耗量为6.60t/h（与20℃相同）时，焙砂出料温度可以提高约70℃，这意味着焙砂入炉温度也相应提高了70℃，可以降低矿热炉冶炼电耗约120kW·h/t合金。

4、经济效益分析

（1）经过换热后，矿热炉烟气的温度降至600℃以下，不需要再经过水冷就可以直接进入煤气净化系统，节省了烟气冷却水消耗以及相关的设备投资；

（2）提高二次风温度最高可以节约回转窑煤粉消耗量0.7t/h。按年产330天计算，每台回转窑每年可节约煤粉消耗量0.7×24×330＝5544t，该厂共有18台回转窑，则每年可节约煤粉消耗量5544×18＝99792t，每吨煤粉价格按800元计，每年可为企业节约成本近8000万元；

（3）当煤粉消耗量相同时，提高二次风温度最高可使焙砂出料温度提高约70℃，矿热炉冶炼电耗降低约120kW·h/t合金。按年产330天计算，每台矿热炉每年可节约用电量120×24×330＝950400度，该厂共有18台矿热炉，则每年可节约用电量950400×18＝17107200度，当地工业用电价格按0.45元计，每年可为企业节约成本约770万元。

5、结论

综上所述，在国内某镍铁合金厂中开发应用的矿热炉烟气余热回收利用新技术，将矿热炉烟气中的高品位热量转化为二次能源再次利用，减少了矿热炉烟气冷却水用量，降低了回转窑煤粉消耗量，提高了回转窑焙砂出料温度，降低了矿热炉冶炼电耗，扩大了企业的经济效益与社会效益，为铁合金行业实现循环经济、节能减排以及清洁生产开辟了新途径，具有很高的推广和应用价值。

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