CN107166970A - 用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置，该回收方法的步骤包括：利用余热锅炉接收高含硅金属冶炼矿热炉排出的高温烟气，并通过余热锅炉中的管式换热器回收烟气余热，在回收烟气余热期间利用除灰设备去除管式换热器上的积灰，以使去除的积灰落入余热锅炉的积灰斗内；利用正压式布袋除尘器接收余热锅炉排出的低温烟气，并通过正压式布袋除尘器去除低温烟气中未形成积灰的粉尘，然后排出低温烟气。所述回收方法和回收装置都能够有效地回收高含硅金属冶炼矿热炉所产生的烟气中的烟气余热和粉尘。

Description

用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法及一种用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收装置。
背景技术
高含硅金属是指金属硅、硅铁合金、硅锰合金、硅钙合金、硅钙钡铝合金等硅含量远远大于10％(质量分数)的金属或合金。通常采用矿热炉冶炼技术进行冶炼，所谓矿热炉冶炼技术是在密闭或半密闭容器内，采用碳素电极加热碳质还原剂还原的一种生产技术，其还原能力高于传统高炉炼铁技术，生产成本也高于传统高炉炼铁技术，矿热炉产品按还原活性划分介于高炉炼铁技术以上，工业硅以下的产品。如铬铁、钼铁、锰铁、镍铁(高镍品种)等；各类含硅铁合金：硅铁、硅锰、硅铬、硅铝铁等；以及工业硅，电石等。在该方法中，主要发生的反应为：
MO+C→M+CO↑
式中：M可以是铁、铝、锰等金属，也可以是硅。
发明人在实施本发明的过程中发现：高含硅金属矿热炉在冶炼时向外排出高温烟气，高温烟气将携带出金属硅及其他金属的液滴，这些液滴与空气中的氧气反应生成相应金属氧化物微粒，例如硅氧化物微粒、铁氧化物微粒等，但由于氧化物微粒很小，特别是二氧化硅微粒在随烟气向外流出时容易出现拉丝现象，即产生的粉尘呈现细纤维状，且超细二氧化硅黏附性极强，黏附性极强的细纤维状粉尘在余热锅炉内与换热管接触极易黏附于换热管，导致换热效率显著下降，最终高含硅金属矿热炉冶炼烟气余热的回收利用十分困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的不仅提供了一种用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法，而且还提供了一种用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收装置，所述回收方法和回收装置都能够有效地回收高含硅金属冶炼矿热炉所产生的烟气中的烟气余热和粉尘。
本发明提供了一种用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法，其步骤包括；第一步骤，利用余热锅炉接收所述高含硅金属冶炼矿热炉排出的高温烟气，并通过所述余热锅炉中的管式换热器回收烟气余热，在回收烟气余热期间利用除灰设备去除所述管式换热器上的积灰，以使去除的所述积灰落入所述余热锅炉的积灰斗内；第二步骤，利用正压式布袋除尘器接收所述余热锅炉排出的低温烟气，并通过所述正压式布袋除尘器去除所述低温烟气中未形成所述积灰的粉尘，然后排出所述低温烟气。
本发明还提供了一种用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收装置，其特征在于，包括：烟气通道；余热锅炉，所述余热锅炉通过所述烟气通道与所述高含硅金属冶炼矿热炉相连，用以接收高温烟气，所述余热锅炉包括能够从所述高温烟气中吸收热量的管式换热器、用于去除所述管式换热器上的积灰的除灰设备和用于收集被去除的所述积灰的积灰斗，以及设于所述积灰斗的底部上卸料器；正压式布袋除尘器，其与所述余热锅炉相连以用于去除所述余热锅炉排出的低温烟气中未形成所述积灰的粉尘，并排出所述低温烟气。
本发明的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置不仅可通过除灰设备去除所述管式换热器上的积灰，以保证烟气余热能够被高效回收，而且还通过余热锅炉的积灰斗和正压式布袋除尘器顺序地回收高温烟气中的粉尘，以避免最终排放烟气中的粉尘含量超标。本发明与现有技术相比，本发明的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置至少具有突出的有益效果：1、该回收方法和回收装置的热交换效率得到大幅提高，可以使热交换效率稳定维持在80％以上，使整体运行的经济效益明显提高；2、该回收方法和回收装置能够高效地回收金属氧化物微粒，尤其是含量较高的硅氧化物微粒，不易产生漏灰现象。
此外，本发明的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置所需要设备的结构简单，成本低廉，使用安全可靠，便于实施推广应用。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
图1显示了根据本发明实施例的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收装置；
图2显示了根据本发明实施例的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1显示了根据本发明实施例的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收装置100。如图1所示，该回收装置100包括烟气通道10、余热锅炉20和正压式布袋除尘器30。其中，余热锅炉20通过烟气通道10与高含硅金属冶炼矿热炉相连，以接收高含硅金属冶炼矿热炉产生的高温烟气，而正压式布袋除尘器30与余热锅炉20相连，以用于去除余热锅炉排出的低温烟气中未形成积灰的粉尘，并排出低温烟气。该余热锅炉20包括能够从高温烟气中吸收热量的管式换热器、用于去除管式换热器上的积灰的除灰设备和用于收集被去除的积灰的积灰斗，以及设于积灰斗的底部上的卸料器。需要说明的是，所谓的高温烟气意指其温度比低温烟气的温度高，反之低温烟气意指其温度比高温烟气的温度低，即“高”和“低”并不代表烟气的温度数值，只代表两者相比之后的大小关系。
上述高含硅金属冶炼矿热炉是具有密闭式炉体和炉门的矿热炉，高温烟气是该矿热炉在冶炼高含硅金属的过程所产生的烟气，在冶炼期间间歇式开启所述炉门并利用捣料机捅破炉内熔体上冷凝形成的壳，使高含硅金属熔体顺畅加入参与反应，以提高反应速率的同时提高高温烟气的总量。例如，在本实施例中可应用电极电流测量技术、尤其是中国专利CN200810183102.6公开的埋弧电炉电极电流的测量方法或中国专利CN200920000154.5公开的热炉电极电流参数测量系统来监测，当测得某一电极电流值出现异常时，可以手动地开启炉门，或者通过控制系统(例如中国专利CN200910000375.7)开启炉门，然后利用捣料机捅破炉内熔体上形成的“壳”，待上述电流恢复正常时，捣料机后移退出，关闭炉门。
根据本发明，当高含硅金属冶炼矿热炉产生的高温烟气进入余热锅炉20内时，高温烟气中的二氧化硅微粒极易黏附于管式换热器的换热管上，并在其上形成积灰，进而影响换热效率，但本实例可通过上述除灰设备去除管式换热器上的积灰，一方面可以迫使积灰落入余热锅炉20的积灰斗内，被余热锅炉20所收集，另一方面可以保证余热锅炉20的管式换热器能够有效吸收高温烟气的热量。据实验得知，当高含硅金属冶炼矿热炉产生的600℃至750℃高温烟气进入余热锅炉20后，余热锅炉20的管式换热器所排出的蒸汽温度通常可达450℃至500℃，而排出的低温烟气温度一般低于150℃，其中管式换热器的换热效率一般在80％以上，而余热锅炉20的积灰(由高温烟气中的粉尘形成)约占高温烟气中粉尘总量的30％。
正压式布袋除尘器30能够有效去低温烟气中的粉尘，以烟气中的粉尘含量低于排出标准，以便通过烟囱排放。由于粉尘中细纤维状、黏附性极强的二氧化硅微粒在正压式布袋除尘器30上过滤时，该微粒黏附于布袋，对布袋的裹覆效应明显，布袋气阻大，过滤难度大，但由于正压式布袋除尘器30采用正压过滤方式，加大了布袋过滤压差，提高了过滤效率，正压式布袋除尘器30除去粉尘约占高温烟气中粉尘总量的70％，过滤后，烟气粉尘含量低于10mg/Nm3，可经过烟囱集中高空排放。
在图1所示的实施例中，该余热锅炉20通过烟气通道10与高含硅金属冶炼矿热炉相连，其中在烟气通道10中设有波纹管补偿器，用以吸收烟气通道10在径向和轴向产生的位移。进入烟气通道10的高温烟气的温度高达650℃至800℃，且烟气量大，故烟气通道10的直径需要大于Φ5200mm，但大直径的烟气通道10飞热应力的补充十分困难，本实施例通过波纹管补偿器吸收烟气通道10在径向和轴向产生的位移，降低烟气通道10对其支持结构的负载，以提高整个回收装置的安全系数。其中，波纹管补偿器的数量优选是多个，以进一步提高整个回收装置100的安全系数。多个波纹管补偿器最好是自由复式波纹补偿器和带定向拉杆的波纹补偿器二者的组合。
在图1所示的实施例中，除灰设备可选为机械挂刷式除灰设备。机械挂刷式除灰设备优选是中国专利CN103471119A(申请号是201310386220.8)公开的往返式钢球清灰结构，将黏附于管式换热器上的积灰刷落，刷落积灰在被余热锅炉20底部的集灰斗收集，以保证管式换热器的换热效率。
在图1所示的实施例中，在正压式布袋除尘器30与余热锅炉20之间设有引风机。引风机对高含硅金属冶炼矿热炉产生的烟气进行抽吸使由烟气通道10、余热锅炉20构成的前置部分内压力保持在微负压状态，由正压式布袋除尘器30构成的后置部分内压力保持在微正压状态，通过该引风机促使烟气在烟气通道10、余热锅炉20和正压式布袋除尘器30之间顺利有序地流动，保证回收装置100能够稳定高效的运行。
在图1所示的实施例中，该回收装置100还包括第一开关阀门71、第二开关阀门72、空冷器40和旋风除尘器50，依次串联的第一开关阀门71、空冷器40和旋风除尘器50与依次串联的第二开关阀门72和余热锅炉20相并联，其中，第一开关阀门71比空冷器40更靠近烟气通道10，而第二开关阀门72比余热锅炉20更靠近烟气通道10。正常情况，关闭第一开关阀门71，打开第二开关阀门72，空冷器40和旋风除尘器50并不工作，烟气通道10输出的烟气依次进入余热锅炉20和正压式布袋除尘器30，然后被排放。但当余热锅炉20出现故障时，为确保生产，将打开第一开关阀门71而关闭第二开关阀门72，一方面可以防止高温烟气直接进入正压式布袋除尘器30而损坏布袋，另一方面可以实现达标排放和稳定生产的目的。
图2显示了根据本发明实施例的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法的流程图。如图1所示，该回收方法包括第一步骤S101，即利用余热锅炉20接收高含硅金属冶炼矿热炉排出的高温烟气，并通过余热锅炉20中的管式换热器回收烟气余热，在回收烟气余热期间利用除灰设备去除管式换热器上的积灰，以使去除的积灰落入余热锅炉的积灰斗内。当高温烟气进入余热锅炉20内时，高温烟气中的二氧化硅微粒极易黏附于管式换热器的换热管上，并在其上形成积灰，进而影响换热效率，但本实例通过除灰设备去除管式换热器上的积灰，一方面可以迫使积灰落入余热锅炉的积灰斗内，并被余热锅炉20所收集，另一方面可以保证余热锅炉20的管式换热器能够有效吸收高温烟气热量。据实验得知，当600℃至750℃高温烟气在换热后，管式换热器所排出的蒸汽温度通常可达450℃至500℃，而排出的低温烟气温度一般低于150℃，管式换热器的换热效率可达到80％，而余热锅炉20的积灰(由高温烟气中的粉尘形成)约占高温烟气中粉尘总量的30％。
如图2所示，该回收方法还包括第二步骤S102，即利用正压式布袋除尘器30接收余热锅炉排出的低温烟气，并通过正压式布袋除尘器30去除低温烟气中未形成积灰的粉尘，然后排出低温烟气。正压式布袋除尘器30能够有效去低温烟气中的粉尘，促使烟气中的粉尘含量低于排出标准，然后通过烟囱排放。由于粉尘中细纤维状、黏附性极强的二氧化硅微粒在正压式布袋除尘器30上过滤时，该微粒黏附于布袋，对布袋的裹覆效应明显，布袋气阻大，过滤难度大，但由于正压式布袋除尘器30采用正压过滤方式，加大了布袋过滤压差，提高了过滤效率，正压式布袋除尘器30除去粉尘约占高温烟气中粉尘总量的70％，过滤后，烟气粉尘含量低于10mg/Nm3，可经过烟囱集中高空排放。
在该优选的实施例中，该余热锅炉20通过烟气通道10与高含硅金属冶炼矿热炉相连，其中在烟气通道10中设有波纹管补偿器，用以吸收烟气通道在径向和轴向产生的位移。进入烟气通道10的高温烟气的温度高达650℃至800℃，且烟气量大，故烟气通道的直径需要大于Φ5200mm，但大直径的烟气通道10热应力的补充十分困难，本实施例通过波纹管补偿器吸收烟气通道10在径向和轴向产生的位移，降低烟气通道10对其支持结构的负载，以提高整个回收方法的安全系数。其中，波纹管补偿器的数量优选是多个，以进一步提高整个回收方法的安全系数。多个波纹管补偿器最好是自由复式波纹补偿器和带定向拉杆的波纹补偿器二者的组合。
在该优选实施例中，除灰设备可选为机械挂刷式除灰设备。机械挂刷式除灰设备优选是中国专利CN103471119A(申请号201310386220.8)公开的往返式钢球清灰结构，将黏附于管式换热器上的积灰刷落，刷落积灰在被余热锅炉20的底部的集灰斗收集，以保证管式换热器的换热效率。
高含硅金属冶炼矿热炉是具有密闭式炉体和炉门的矿热炉，高温烟气是该矿热炉在冶炼高含硅金属的过程所产生的烟气，在冶炼期间间歇式开启所述炉门并利用捣料机捅破炉内熔体上冷凝形成的壳，使高含硅金属熔体顺畅加入参与反应，以提高反应速率的同时提高高温烟气的总量。例如，在本实施例中可应用电极电流测量技术、尤其是中国专利CN200810183102.6公开的埋弧电炉电极电流的测量方法或中国专利CN200920000154.5公开的热炉电极电流参数测量系统来监测，当测得某一电极电流值出现异常时，可以手动地开启炉门，或者通过控制系统(例如中国专利CN200910000375.7)开启炉门，然后利用捣料机捅破炉内熔体上形成的“壳”，待上述电流恢复正常时，捣料机后移退出，关闭炉门。采用半密闭式炉体的矿热炉及应用电极电流测量技术监测炉体状态，使矿热炉在通常状态为炉门关闭状态，炉门关闭状态时，通过炉门与炉体(炉门框)的接触缝隙泄露的外部冷风，仅能保证反应生成的一氧化碳氧化所需氧气，如果出现冷凝“壳”现象，基于电极电流测量值的自动控制系统缩短了捣料机工作时间，大幅度降低了冷风混入量，以保证排放烟气量小，温度高。采用这些措施后从矿热炉排出的冶炼烟气温度在650℃至800℃。
将本发明实施例的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置应用A厂中，具体内容如下：
A厂工业硅生产的设备规模是：4台45000kVA高含硅金属冶炼矿热炉(简称矿热炉)，年产工业硅2万吨。
矿热炉冶炼烟气余热与粉尘产生情况如下：
烟气量：200000Nm3/h台
烟气温度：700℃
含尘浓度：5.5g/Nm3
烟气成份：
成份 N2 CO2 O2 H2O SO2
％ 64.65 32 2.0 1.0 0.35
烟尘成份：
烟尘粒度：
um ≤1.0 1.0～10 ≥10
％ 60 30 10
粉尘堆积密度 粉尘平均粒径 粉尘比表面积
0.18 200-400nm 20m2/g
根据本发明实施例的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置配置如下：
大直径高温烟道：4根直径Φ3400mm的烟气烟道，
余热锅炉：4台
引风机4台：风量480000m3/h台，全压6800Pa，配电机功率1400kW。
正压式布袋除尘器2台：单台过滤面积：26400m2/台，过滤风速：0.61m/min，滤袋规格：∮292x10000mm，滤袋材质：玻纤覆膜滤料。
高含硅金属矿热炉冶炼烟气余热与粉尘回收效果：
余热锅炉：烟气进口烟温:620℃，排烟温度:142℃，产生的主汽压力:3.1MPa，主汽温度:465℃，4台余热锅炉产生的主汽流量：94t/h，配发电机功率:25MW，频率：50Hz。余热锅炉中的管式换热器的换热效率可达到80％，而余热锅炉的积灰(由高温烟气中的粉尘形成)约占高温烟气中粉尘总量的30％。
正压式布袋除尘器除去粉尘约占高温烟气中粉尘总量的70％。
将本发明实施例的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置应用B厂中，具体内容如下：
B厂工业硅生产的设备规模是：8台33000kVA硅铁合金电炉，年产硅铁5.6万吨。
矿热炉冶炼烟气余热与粉尘产生情况如下：
烟气量：110000Nm3/h
烟气温度：700℃；
烟气含尘量：2.54g/Nm3
烟气成份：
成分 H2O CO2 O2 N2
％ 1.0 18.0 12 69.0
烟尘成分：
成分 C CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 其他
％ 7.5 0.2 91.7 0.3 0.2 0.1
烟尘粒度(um)
＞10 10-3 3-1 1-0.5 0.5-0.1 ＜0.1
7％ 5％ 10％ 16％ 47％ 15％
根据本发明实施例的用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法和回收装置配置如下：
矿热炉：8台33000kVA工业硅合金电炉
大直径高温烟道：两根直径Φ3200mm的烟气通道，
余热锅炉：8台
引风机8台：风量450000m3/h台，全压6500Pa，配电机功率1250kW。
正压式布袋除尘器4台：单台过滤面积：26400m2/台，过滤风速：0.57m/min，滤袋规格：∮292x10000mm，滤袋材质：玻纤覆膜滤料。
工业硅矿热炉冶炼烟气余热与粉尘回收效果：
余热锅炉：烟气进口烟温:600-650℃，排烟温度:140-145℃，产生的主汽压力:3.6MPa，主汽温度:470℃，2台余热锅炉产生的主汽流量：180t/h，配发电机功率:2×25MW，频率：50Hz。余热锅炉中的管式换热器的换热效率可达到80％，而余热锅炉的积灰(由高温烟气中的粉尘形成)约占高温烟气中粉尘总量的30％。
而正压式布袋除尘器除去粉尘约占高温烟气中粉尘总量的70％。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相接”、“相接合”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收方法，其特征在于，其步骤包括：
第一步骤，利用余热锅炉接收所述高含硅金属冶炼矿热炉排出的高温烟气，并通过所述余热锅炉中的管式换热器回收烟气余热，在回收烟气余热期间利用除灰设备去除所述管式换热器上的积灰，以使去除的所述积灰落入所述余热锅炉的积灰斗内；以及
第二步骤，利用正压式布袋除尘器接收所述余热锅炉排出的低温烟气，并通过所述正压式布袋除尘器去除所述低温烟气中未形成所述积灰的粉尘，然后排出所述低温烟气。
2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述余热锅炉通过直径大于5200mm的烟气通道与高含硅金属冶炼矿热炉相连，其中在所述烟气通道中设有波纹管补偿器，用以吸收所述烟气通道在径向和轴向产生的位移。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述波纹管补偿器的数量是多个。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述除灰设备选为机械挂刷式除灰设备。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述高温烟气是所述高含硅金属冶炼矿热炉在冶炼高含硅金属的过程所产生的烟气，在冶炼期间间歇式开启所述高含硅金属冶炼矿热炉的炉门，并利用捣料机捅破炉内熔体上冷凝形成的壳。
6.一种用于高含硅金属冶炼矿热炉的回收装置，其特征在于，包括：
烟气通道；
余热锅炉，所述余热锅炉通过所述烟气通道与所述高含硅金属冶炼矿热炉相连，用以接收高温烟气，所述余热锅炉包括能够从所述高温烟气中吸收热量的管式换热器、用于去除所述管式换热器上的积灰的除灰设备和用于收集被去除的所述积灰的积灰斗，以及设于所述积灰斗的底部上卸料器；
正压式布袋除尘器，其与所述余热锅炉相连以用于去除所述余热锅炉排出的低温烟气中未形成所述积灰的粉尘，并排出所述低温烟气。
7.根据权利要求6所述的回收装置，其特征在于，在所述烟气通道中设有波纹管补偿器，用以吸收所述烟气通道在径向和轴向产生的位移。
8.根据权利要求6所述的回收装置，其特征在于，所述除灰设备选为机械挂刷式除灰设备。
9.根据权利要求6所述的回收装置，其特征在于，在所述正压式布袋除尘器与所述余热锅炉之间设有引风机。
10.根据权利要求6所述的回收装置，其特征在于，还包括第一开关阀门、第二开关阀门、空冷器和旋风除尘器，依次串联的所述第一开关阀门、空冷器和旋风除尘器与依次串联的所述第二开关阀门和余热锅炉相并联，其中，所述第一开关阀门比所述空冷器更靠近所述烟气通道，而所述第二开关阀门比所述余热锅炉更靠近所述烟气通道。
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