CN104930864A - 一种直流矿热炉二次能源回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直流矿热炉二次能源回收利用方法，包括步骤：（一）将直流矿热炉（1）的二次能源输入到发电设备（4）中，通过发电设备（4）将二次能源转换成电能；（二）通过降压变压器一（6）对产生的电能进行降压；（三）通过整流器一（7）对降压后的电能进行整流而形成直流电；（四）通过降压变压器二（9）对高压电网（8）的电能进行降压；（五）通过整流器二（10）对降压后的电能进行整流而形成直流电；（六）将步骤（三）形成的直流电与步骤（五）形成的直流电相并联并作为直流矿热炉（1）的输入。该方法能实现矿热炉二次能源的发电回收利用，且不涉及发电并网问题，技术简单，造价低，同时，节能效果明显。

Description

一种直流矿热炉二次能源回收利用方法

技术领域

本发明属于节能环保技术领域，涉及一种二次能源回收利用方法，尤其涉及一种直流矿热炉二次能源回收利用方法。

背景技术

矿热炉，也称作埋弧电弧炉或者电弧电阻炉，是一种耗电量巨大的、应用范围极广的工业电炉。矿热炉的电极插入炉料中进行埋弧操作，利用电弧的热量及电流在炉料中流过时因炉料电阻而产生的电阻热量，以矿石为原料，直接熔炼金属、合金或非金属。

矿热炉是铁合金（硅铁、锰铁、硅锰合金、硅铝合金、镍铁、铬铁、工业硅、金属硅等）、电石、富集渣（钛渣、稀土富渣、富锰渣等）、生铁、有色金属、黄磷、磨料（刚玉、碳化硅、碳化硼、人造金刚石和立方氮化硼等）和熔融耐火材料（电熔氧化镁、电熔氧化锆、电熔镁铝尖晶石、电熔莫来石等）行业的核心设备。

在用矿热炉冶炼的过程中，无论半密闭电炉还是全密闭电炉，无论交流电炉还是直流电炉，炉气带走的热量（包括可燃性气体的化学能）几乎相当于输入炉内的电能转化的热量。因此，充分回收利用冶炼过程中的余热、炉气等二次能源是矿热炉冶炼生产过程中降低总能耗的最可行的出路之一。

密闭电炉的炉气中一氧化碳约占80%，回收后的利用通常有三个途径：（1）直接用于原料加热、干燥、烧结或预还原；（2）净化后作为化工原料：（3）余热发电并网。

但是，上述三个途径都有各自的缺点。其中，将富含一氧化碳的密闭电炉尾气回收后直接用于原料加热、干燥、烧结或预还原后仍有很大剩余。将富含一氧化碳的密闭电炉尾气回收后用来做化工原料，需要复杂的净化设备，而且需要距离化工厂较近才有优势。传统的矿热炉炉气和余热发电方式，涉及发电并网问题，而发电并网需要满足许多技术条件，设备技术十分复杂，造价高，一直未能有效推广。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的矿热炉二次能源回收利用方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种直流矿热炉二次能源回收利用方法，该方法能利用矿热炉二次能源进行发电，但是并不涉及发电并网问题，因此，技术简单，造价低，且节能效果明显。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种直流矿热炉二次能源回收利用方法，其包括以下步骤：

（一）将直流矿热炉的二次能源输入到发电设备中，通过所述发电设备将所述直流矿热炉的二次能源转换成电能；

（二）通过降压变压器一对所述发电设备产生的电能进行降压；

（三）通过整流器一对所述降压变压器一降压后的电能进行整流而形成直流电；

（四）通过降压变压器二对高压电网的电能进行降压；

（五）通过整流器二对所述降压变压器二降压后的电能进行整流而形成直流电；

（六）将所述步骤（三）形成的直流电与所述步骤（五）形成的直流电相并联并作为所述直流矿热炉的输入。

进一步地，其中，所述发电设备是余热锅炉和汽轮发电机，或者是燃气发电机。

更进一步地，其中，所述直流矿热炉的化学能直接输入到所述发电设备中，所述直流矿热炉的液态产品和炉渣的热能通过余热换热装置输入到所述发电设备中。

再进一步地，所述直流矿热炉二次能源回收利用方法进一步包括步骤（七），即，通过净化设备对所述发电设备发电后的尾气进行净化处理。

与现有的矿热炉二次能源回收利用方法相比，本发明的直流矿热炉二次能源回收利用方法具有如下有益技术效果：

1、发电后的电能不用与电网并网，而是直接回送给直流矿热炉，因此，对发电设备的发电相数、频率以及相位的技术约束条件不复存在，使得其实现起来比较简单，造价也比较低。

2、其节能效果非常明显，经测算，仅用燃气发电机回收炉气化学能发电一项，生产钛渣每吨产品约节电450～600kwh，亦即降低电耗15～20%；生产硅锰合金每吨产品约节电900～1200 kwh，亦即降低电耗20%～30%。

附图说明

图1是现有的矿热炉二次能源回收利用系统的构成示意图。

图2是与本发明的直流矿热炉二次能源回收利用方法相关的回收利用系统的构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

通常情况下，矿热炉二次能源回收利用可以分成三个步骤。第一步是矿热炉二次能源的收集。矿热炉二次能源主要是热能和化学能两部分。矿热炉二次能源的热能是指显热，包括烟气热量、液态产品的热量和炉渣的热量。化学能是指富含一氧化碳的炉气。第二步是发电，亦即将热能和化学能转变成电能。将大量的热能和化学能转变成电能，首先是用余热锅炉、燃气锅炉和汽轮机，或者燃气机、或者燃气轮机将热能和化学能转变成机械能，然后用发电机将机械能转变成电能。矿热炉二次能源回收利用的前两步已有成熟的设备技术。而矿热炉二次能源利用的最后一步，也是最关键的一步，是矿热炉二次能源（热能、化学能）转变成电能后的用途。

图1是现有的矿热炉二次能源回收利用系统的构成示意图。如图1所示，现有的矿热炉二次能源回收利用系统包括发电设备4。所述发电设备4与矿热炉1相连以将所述矿热炉1的二次能源转换成电能。所述发电设备4与升压变压器11相连以通过所述升压变压器11对所述发电设备4产生的电能进行升压。所述升压变压器11与高压电网8相连以将所述发电设备4产生的电能与所述高压电网8进行并网。所述高压电网8与降压变压器二9相连，通过所述降压变压器二9降压之后输入所述矿热炉1，以给所述矿热炉1提供电能。

从图1可以看出，传统的矿热炉二次能源回收利用，其第三步，也就是电能的用途是将发出的电能经升压变压器升压到与高压电网相同的电压以后与高压电网并联，将余热发电的电能回送到高压电网中。根据发电机并网的技术要求，除了发电机的相数、电压要与高压电网的相数、电压相同，而且发出的交流电的频率、相位也要与高压电网相同。约束条件较多，全部满足起来就很困难。

图2示出了与本发明的直流矿热炉二次能源回收利用方法相关的回收利用系统的构成示意图。如图2所示，与本发明的直流矿热二次能源回收利用方法相关的回收利用系统也包括发电设备4。所述发电设备4与直流矿热炉1相连以将所述直流矿热炉1的二次能源转换成电能。在本发明中，所述发电设备4可以是余热锅炉和汽轮发电机，或者可以是燃气发电机，或者是上述二者的组合。通过所述发电设备4可以将所述直流矿热炉1的二次能源，包括化学能和热能，转换成电能，实现二次能源的发电。

在本发明中，优选地，所述直流矿热炉1的化学能（一氧化碳气体）直接输入到所述发电设备4中进行发电。所述直流矿热炉1的液态产品的热能通过储液罐2输入到所述发电设备4中。所述直流矿热炉1的炉渣的热能通过储渣罐3输入到所述发电设备4中。

与现有的矿热炉二次能源回收利用系统不同，该直流矿热炉二次能源回收利用系统的所述发电设备4与降压变压器一6相连以通过所述降压变压器一6将所述发电设备4产生的电能降压。所述降压变压器一6与整流器一7相连以通过所述整流器一7对降压后的电能进行整流从而形成直流电。

此外，高压电网8与降压变压器二9相连以通过所述降压变压器二9对所述高压电网的电能降压。所述降压变压器二9与整流器二10相连以通过所述整流器二10对所述降压变压器二9降压后的电能进行整流而形成直流电。

由于仅仅依靠直流矿热炉二次能源回收利用所产生的直流电不能满足所述直流矿热炉1对直流电的需求，因此，在本发明中，所述整流器一7整流后的直流电和所述整流器二10整流后的直流电相并联并作为所述直流矿热炉1的输入，不足的直流电通过所述高压电网8来提供。

此外，在本发明中，优选地，所述发电设备4与净化设备5相连，以通过所述净化设备4对所述发电设备4发电后的尾气进行净化处理，从而使得尾气满足排放要求。

在采用所述直流矿热炉二次能源回收利用系统进行直流矿热炉二次能源回收利用时，主要包括以下步骤：

（一）、发电：将所述直流矿热炉1的二次能源输入到所述发电设备4中，通过所述发电设备4将所述直流矿热炉1的二次能源转换成电能。

（二）降压：通过所述降压变压器一6对所述发电设备4产生的电能进行降压。

（三）整流：通过所述整流器一7对所述降压变压器一6降压后的电能进行整流而形成直流电。

（四）降压：通过所述降压变压器二9对高压电网8的电能进行降压。

（五）整流：通过整流器二10对所述降压变压器二9降压后的电能进行整流而形成直流电。

（六）将所述步骤（三）形成的直流电与所述步骤（五）形成的直流电相并联并作为所述直流矿热炉1的输入。

此外，在本发明中，优选地，所述直流矿热炉二次能源回收利用方法进一步包括步骤（七），即，通过所述净化设备5对所述发电设备4发电后的尾气进行净化处理。

在本发明的直流矿热炉二次能源回收利用方法中，因为是直流矿热炉，所以比交流矿热炉多出将交流电转变成直流电的整流器。整流器具有单向传输特性，只能将交流电变成直流电，而不能将直流电变成交流电，在这里起到将电网与矿热炉单向隔离的作用。矿热炉冶炼，无论直流矿热炉还是交流矿热炉，入炉的电压都是低压。因此，所述发电设备4发出的电压需要经所述降压变压器一6降压、整流器一7整流，使得整流器一7输出的电压与高压电网8降压整流后的整流器二10的输出电压相等。两组整流器输出后的直流回路上并联。于是，对所述发电设备4发电相数、频率以及相位的技术约束条件不复存在。使得其实现起来比较简单，造价也比较低。

经生产实际过程中的测算，采用本发明的直流矿热炉二次能源回收利用方法，仅用燃气发电机回收炉气化学能发电一项，生产钛渣每吨产品约节电450～600kwh，亦即降低电耗15～20%；生产硅锰合金每吨产品约节电900～1200 kwh，亦即降低电耗20%～30%，节能效果极为显著。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种直流矿热炉二次能源回收利用方法，其包括以下步骤：

（一）将直流矿热炉（1）的二次能源输入到发电设备（4）中，通过所述发电设备（4）将所述直流矿热炉（1）的二次能源转换成电能；

（二）通过降压变压器一（6）对所述发电设备（4）产生的电能进行降压；

（三）通过整流器一（7）对所述降压变压器一（6）降压后的电能进行整流而形成直流电；

（四）通过降压变压器二（9）对高压电网（8）的电能进行降压；

（五）通过整流器二（10）对所述降压变压器二（9）降压后的电能进行整流而形成直流电；

（六）将所述步骤（三）形成的直流电与所述步骤（五）形成的直流电相并联并作为所述直流矿热炉（1）的输入。

2.根据权利要求1所述的直流矿热炉二次能源回收利用方法，其中，所述发电设备（4）是余热锅炉和汽轮发电机，或者是燃气发电机。

3.根据权利要求2所述的直流矿热炉二次能源回收利用方法，其中，所述直流矿热炉（1）的化学能直接输入到所述发电设备（4）中，所述直流矿热炉（1）的液态产品的热能通过储液罐（2）输入到所述发电设备（4）中、炉渣的热能通过储渣罐（3）输入到所述发电设备（4）中。

4.根据权利要求3所述的直流矿热炉二次能源回收利用方法，其中，进一步包括步骤（七），即，通过净化设备（5）对所述发电设备（4）发电后的尾气进行净化处理。