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【摘 要】铁合金生产能耗非常大，大部分的能量都会转化为各种热能损失。随着能源的日益紧张，能源价格不断上涨，节能降耗成为影响铁合金铁合金企业健康发展的重要问题。研究余热资源的开发和再利用，对节能降耗，实现社会与经济效益具有重要意义。本文结合铁合金生产过程余热资源特点及利用余热发电的技术特点，对影响电站发电量和平稳运行的主要因素进行深入的研究分析，为企业制定科学合理的余热发电规划，实现节能增效奠定了理论基础。
【关键词】余热发电；铁合金；节能；降耗
一、引言
铁合金企业是一种高耗能的生产企业。近几年，随着铁合金冶炼技术的快速发展，铁合金生产工艺在节能技术水平上有了较大的提升。然而，由于受铁合金冶炼技术的约束，使得大量的烟气余热得不到充分的利用，从而造成能源浪费严重。如果采取有效的技术手段对这些余热进行回收与再利用，这样不仅可以节约资源，同时也能在一定程度上缓解企业能源供应不足的矛盾，还可以提高企业的经济效益，实现铁合金企业的可持续发展。因此，研究铁合金电炉烟气余热回收和利用具有重要意义。
二、余热资源特点及回收方式
铁合金矿热炉具有以下三种形式，即敞口炉、半封闭炉、全封闭炉。由于国家严格执行铁合金行业准入条件，近几年，传统的小型电炉、敞口炉以及落后的生产工艺逐渐淘汰，铁合金总产量中80%以上是通过单台容量25MVA及以上的半封闭或全封闭矿热炉所生产的，这些已经成为铁合金生产电炉主要的技术装备。随着单台矿热炉容量的提高，不仅对提高能源和资源的利用水平具有重要作用，同时也对余热回收和发电具有重要作用。
根据铁合金不同的冶炼品种，所选择的炉型也有所不同，如进行锰铁、铬铁等铁合金大多數使用的是封闭电炉进行冶炼，如果是金属硅、硅铁等铁合金大多数使用的是半封闭电炉进行冶炼。对于这两种不同的炉型，由于冶炼的铁合金品种不同，所以产生的烟气成分也是具有较大区别的，这也就造成进行余热回收时所采用的方式也是存在较大差异的。几种不同的铁合金产品在生产过程中所产生的烟气成分及物理参数可见表1。
在封闭电炉中，一般都会设有具有密封性的炉盖和泄爆装置，如果产生的煤气还处于未燃烧的状态就将其引出，并将它导入进煤气净化装置中进行有效的净化和回收。对封闭炉进行化学热回收，常见的工艺有以下两种：一是采用湿式净化后储存在储气柜当中，然后再将这些储气柜中的煤气输送到相应的煤气管网进行利用，或者将这些煤气加入到燃气锅炉当中，使煤气燃烧加热产生的大量蒸汽用于发电；二是通过使用化学热的方式直接在电炉出口进行燃烧室的设置，首先把产生的煤气（主要是一氧化碳）燃烧，在这过程中会释放大量的化学热，这时就可以对这些烟气余热进行回收和利用，或者是增加空气的过量系数，尽可能的使炉中的煤气完全燃烧。而对于半封闭炉，所产生的烟气量相较于全封闭炉产生的烟气量要大10～15倍，它进行余热回收的方式常见的有两种：一是产生蒸汽和热水；二是利用余热锅炉进行烟气回收再发电。
铁合金冶炼产品种类不同，投入的原料和产生的余热资源存在较大的区别，所以在设计、建设余热发电系统之前就要求计算和分析出铁合金电炉中的物料平衡和热平衡。对热平衡的分析主要是根据物料平衡的情况得出来的，根据热平衡分析出冶炼不同品种铁合金过程中炉内可实际利用的有效热量。
铁合金在生产过程中，消耗的能源中有45%以上都为电量热带入热，也就是说铁合金在生产过程中会消耗掉大量的优质电能；另外，产生的烟气中具有的热量约为电炉总耗能的48%左右，其中可利用的显热约为电炉总耗能的30%，如果只是应20%的余热综合发电效率进行计算，回收的电能约为铁合金生产综合能耗的6%，为综合电耗的13%，减去余热电站自身消耗的电能，根据理论计算能够为铁合金生产节约11%左右的电能消耗。（但是在实际运用中，余热的发电量会根据铁合金冶炼炉型、原料区别、操作方法及水平等实际情况而有所变化）。可以发现，铁合金余热回收具有良好的应用前景，既能节约能源又能实现环保。
三、余热发电装机规模的确定
在半封闭铁合金电炉生产过程中，烟气温度和流量通常都会随着出铁时间产生周期性变化，因此怎样根据烟气温度和烟气实际产生量来设计余热发电系统成为重要关键。
根据热平衡与物料平衡计算烟气参数，10.7×104Nm3/h，335℃，通过计算获得发电量的平均值1510KW，由于电炉生产具有周期性变化的特点，烟气温度和流动量都会发生较大的波动，发电量的最高值比平均值要大于50%左右，因此可以得出装机功率为2300KW。
四、影响余热回收和发电水平的主要因素
（一）烟气温度和流量
铁合金在生产过程中，烟气中存在大量的热能，由于铁合金生产是周期性出铁，加料过程是间歇性作业，造成炉内烟气的波动较大。铁合金冶炼的过程中，加料、捣炉时会将炉门打开，在这过程中会造成烟气管道出现负压运行，因此会吸入大量的冷空气进入，从而造成烟气温度发生较大波动。另外，铁合金电炉在进行冶炼时，每隔2.5～4h就需要出铁，这个过程需要25～40min，这个阶段就会造成烟气温度和流量都会发生不同程度的下降，这个变化过程会根据冶炼的周期出现周期性的波动。烟气温度和流量的这种波动性和间歇性特点，给余热发电系统的稳定运行造成了不同程度的技术难度。针对这些问题的出现，可以使用饱和蒸汽的余热发电系统，可以有效解决烟气流量和温度波动对系统造成的影响，实现发电系统的稳定运行。
（二）锅炉的除尘
铁合金在冶炼的过程中，会产生一些很细的粉尘，这些粉尘具有非常强的表面活性，在余热锅炉受热面中具有着极强的粘附力和极高的热阻，如果不能及时有效的将换热器表面的这些积灰清除掉，就极易造成锅炉生产效率降低，甚至会堵塞烟气通道，致使锅炉停产检修。所以为了提高余热锅炉的换热效率，确保锅炉的安全运行，必须要做好清灰处理。当前余热锅炉清灰技术有机械清灰、激波清灰、爆破清灰等，根据锅炉的实际情况选择相适应的清灰技术。
五、总结
铁合金生产是一个高耗能的过程，在这个过程中将会消耗掉大量的电能，同时也会产生大量的高温烟气，这些烟气中携带了大量的高温热能，具有非常大的余热资源回收潜力。随着节能降耗的提出，越来越多的铁合金生产企业都开始重视余热资源的回收和利用，这样就能够充分的利用有限的资源，降低铁合金生产能耗，提高企业的经济效益，促进企业的可持续发展。
参考文献：
[1]赵东. 低温余热发电系统蒸发器压力与换热效率研究[D].沈阳工业大学，2013.
[2]黄秋月. 铁合金生产余热资源评估及节能潜力分析[D].浙江大学，2013.
[3]董巨威. 水泥厂余热发电系统设计及技术经济分析[D].大连理工大学，2013.
【关键词】余热发电；铁合金；节能；降耗
一、引言
铁合金企业是一种高耗能的生产企业。近几年，随着铁合金冶炼技术的快速发展，铁合金生产工艺在节能技术水平上有了较大的提升。然而，由于受铁合金冶炼技术的约束，使得大量的烟气余热得不到充分的利用，从而造成能源浪费严重。如果采取有效的技术手段对这些余热进行回收与再利用，这样不仅可以节约资源，同时也能在一定程度上缓解企业能源供应不足的矛盾，还可以提高企业的经济效益，实现铁合金企业的可持续发展。因此，研究铁合金电炉烟气余热回收和利用具有重要意义。
二、余热资源特点及回收方式
铁合金矿热炉具有以下三种形式，即敞口炉、半封闭炉、全封闭炉。由于国家严格执行铁合金行业准入条件，近几年，传统的小型电炉、敞口炉以及落后的生产工艺逐渐淘汰，铁合金总产量中80%以上是通过单台容量25MVA及以上的半封闭或全封闭矿热炉所生产的，这些已经成为铁合金生产电炉主要的技术装备。随着单台矿热炉容量的提高，不仅对提高能源和资源的利用水平具有重要作用，同时也对余热回收和发电具有重要作用。
根据铁合金不同的冶炼品种，所选择的炉型也有所不同，如进行锰铁、铬铁等铁合金大多數使用的是封闭电炉进行冶炼，如果是金属硅、硅铁等铁合金大多数使用的是半封闭电炉进行冶炼。对于这两种不同的炉型，由于冶炼的铁合金品种不同，所以产生的烟气成分也是具有较大区别的，这也就造成进行余热回收时所采用的方式也是存在较大差异的。几种不同的铁合金产品在生产过程中所产生的烟气成分及物理参数可见表1。
在封闭电炉中，一般都会设有具有密封性的炉盖和泄爆装置，如果产生的煤气还处于未燃烧的状态就将其引出，并将它导入进煤气净化装置中进行有效的净化和回收。对封闭炉进行化学热回收，常见的工艺有以下两种：一是采用湿式净化后储存在储气柜当中，然后再将这些储气柜中的煤气输送到相应的煤气管网进行利用，或者将这些煤气加入到燃气锅炉当中，使煤气燃烧加热产生的大量蒸汽用于发电；二是通过使用化学热的方式直接在电炉出口进行燃烧室的设置，首先把产生的煤气（主要是一氧化碳）燃烧，在这过程中会释放大量的化学热，这时就可以对这些烟气余热进行回收和利用，或者是增加空气的过量系数，尽可能的使炉中的煤气完全燃烧。而对于半封闭炉，所产生的烟气量相较于全封闭炉产生的烟气量要大10～15倍，它进行余热回收的方式常见的有两种：一是产生蒸汽和热水；二是利用余热锅炉进行烟气回收再发电。
铁合金冶炼产品种类不同，投入的原料和产生的余热资源存在较大的区别，所以在设计、建设余热发电系统之前就要求计算和分析出铁合金电炉中的物料平衡和热平衡。对热平衡的分析主要是根据物料平衡的情况得出来的，根据热平衡分析出冶炼不同品种铁合金过程中炉内可实际利用的有效热量。
铁合金在生产过程中，消耗的能源中有45%以上都为电量热带入热，也就是说铁合金在生产过程中会消耗掉大量的优质电能；另外，产生的烟气中具有的热量约为电炉总耗能的48%左右，其中可利用的显热约为电炉总耗能的30%，如果只是应20%的余热综合发电效率进行计算，回收的电能约为铁合金生产综合能耗的6%，为综合电耗的13%，减去余热电站自身消耗的电能，根据理论计算能够为铁合金生产节约11%左右的电能消耗。（但是在实际运用中，余热的发电量会根据铁合金冶炼炉型、原料区别、操作方法及水平等实际情况而有所变化）。可以发现，铁合金余热回收具有良好的应用前景，既能节约能源又能实现环保。
三、余热发电装机规模的确定
在半封闭铁合金电炉生产过程中，烟气温度和流量通常都会随着出铁时间产生周期性变化，因此怎样根据烟气温度和烟气实际产生量来设计余热发电系统成为重要关键。
根据热平衡与物料平衡计算烟气参数，10.7×104Nm3/h，335℃，通过计算获得发电量的平均值1510KW，由于电炉生产具有周期性变化的特点，烟气温度和流动量都会发生较大的波动，发电量的最高值比平均值要大于50%左右，因此可以得出装机功率为2300KW。
四、影响余热回收和发电水平的主要因素
（一）烟气温度和流量
铁合金在生产过程中，烟气中存在大量的热能，由于铁合金生产是周期性出铁，加料过程是间歇性作业，造成炉内烟气的波动较大。铁合金冶炼的过程中，加料、捣炉时会将炉门打开，在这过程中会造成烟气管道出现负压运行，因此会吸入大量的冷空气进入，从而造成烟气温度发生较大波动。另外，铁合金电炉在进行冶炼时，每隔2.5～4h就需要出铁，这个过程需要25～40min，这个阶段就会造成烟气温度和流量都会发生不同程度的下降，这个变化过程会根据冶炼的周期出现周期性的波动。烟气温度和流量的这种波动性和间歇性特点，给余热发电系统的稳定运行造成了不同程度的技术难度。针对这些问题的出现，可以使用饱和蒸汽的余热发电系统，可以有效解决烟气流量和温度波动对系统造成的影响，实现发电系统的稳定运行。
（二）锅炉的除尘
铁合金在冶炼的过程中，会产生一些很细的粉尘，这些粉尘具有非常强的表面活性，在余热锅炉受热面中具有着极强的粘附力和极高的热阻，如果不能及时有效的将换热器表面的这些积灰清除掉，就极易造成锅炉生产效率降低，甚至会堵塞烟气通道，致使锅炉停产检修。所以为了提高余热锅炉的换热效率，确保锅炉的安全运行，必须要做好清灰处理。当前余热锅炉清灰技术有机械清灰、激波清灰、爆破清灰等，根据锅炉的实际情况选择相适应的清灰技术。
五、总结
铁合金生产是一个高耗能的过程，在这个过程中将会消耗掉大量的电能，同时也会产生大量的高温烟气，这些烟气中携带了大量的高温热能，具有非常大的余热资源回收潜力。随着节能降耗的提出，越来越多的铁合金生产企业都开始重视余热资源的回收和利用，这样就能够充分的利用有限的资源，降低铁合金生产能耗，提高企业的经济效益，促进企业的可持续发展。
参考文献：
[1]赵东. 低温余热发电系统蒸发器压力与换热效率研究[D].沈阳工业大学，2013.
[2]黄秋月. 铁合金生产余热资源评估及节能潜力分析[D].浙江大学，2013.
[3]董巨威. 水泥厂余热发电系统设计及技术经济分析[D].大连理工大学，2013.