12500KVA工业硅矿热炉的设计.docx

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1、第五章 工业硅冶炼能源节约技术的争论5.1 概述能源安全已构成我国整体战略安全的一个极大隐患，成为经济社会进展的瓶颈。我国人均煤炭、石油、自然气资源量仅为世界平均水平的 60、10和 5。目前，我国已成为世界其次大能源消费国和其次大石油消费国，能源供给紧急局面日趋严峻81。与此同时，我国也存在严峻能源利用效率低的问题。近年来的快速增长在很大程度上是靠消耗大量物质资源实现的。我国单位产出的能耗和资源消耗水平明显高于国际先进水平，如火电供煤消耗高达 22.5，吨钢可比能耗高 21，水泥综合能耗高达 45。据测算，我国每制造一美元GDP 所消耗的能源是美国的4.3 倍，是日本的 11.5 倍。能源利

2、用率仅为美国的 26.9，日本的 11.582。因此，提高能源使用效率是在能源总量不变条件成为中国进展中的刻不容缓的任务。工业硅生产是高能耗行业，平均每吨工业硅需要消耗 13000KWh 电以上， 全国年产 100 万吨工业硅需要 13 亿 KWh 以上。而国外先进水平吨硅消耗量为11000KWh，我国工业硅电耗比国外先进水平高 1020%，能源节约潜力仍很大估量年节约 0.2 亿 KWh，相当 0.1 亿元。另外，国外先进水平也不是最抱负的能耗水平，我国如能在国外先进水平根底上再配以精工细作，吨硅消耗量应当在 1000011000KWh 间。我国工业硅生产能源消耗高主要是由于设计上不合理、掌

3、握水平与治理水平不高。设计上不合理表达在我国普遍使用的是 6300KVA 左右的小炉型散热大、产量低、炉型设计上为隔热措施不严密、电路设计不合理、极心圆尺寸大小不合理等很多细节方面。掌握水平不高表达在人工操作范围大、炉况稳定性差、造成因调整炉况波动费时较长而使得非生产性能耗损失大。治理水平不高表达在治理上不严、制度不健全、操作细节缺乏，造成物资或能源上的消耗铺张。目前工业硅生产中能源节约途径主要有： 1炉型的大型化方向；2炉型的密闭化方向；3余热利用化方向；4提高炉子电效率措施如改进短网构造设计、 改善变压器性能、改善电参数、承受低频电源等；5提高炉子热效率；6.转变炉内反响机制；7转变原料性

4、能方向；8承受自动掌握方向；9治理制度建设方向。由于上述诸多途径尚处于争论阶段，形成固定技术并推广者仅有短网改进、治理制度建设上，很多技术细节缺乏，因此真正意义上可以直接使用的工业硅生产中能源节约技术还需要争论与试验。经过多年的摸索探讨，目前我国工业硅电弧炉的电效率平均在 92%以上，各种提高电效率的技术或措施也比较成熟如改进短网构造设计、使用优质导电材 质、承受低压补偿技术、改善电参数等方面。但是，我国工业硅电弧炉的热效率普遍比较低，这是导致我国工业硅生产能耗高、能源利用效率低的主要缘由，表5-1 是我国某厂 6300KVA 电弧炉的热平衡分析表21。表 5-1 我国某厂 6300KVA 电

5、弧炉的热平衡分析热收入项热量千卡/h百分比热支出项热量千卡/h百分比、电热能432494095.98、氧化物复原耗热183446240.71、电极氧化热1006802.234、金属硅带走热2694565.98、复原剂反响放热805201.78、逸出气体带走热82663318.35、炉面散热2693335.97、炉体散热1664483.69、短网热损失3367387.47、冷却水带走热75000016.46、其他533701.19合计45061401004506140100从表 5-1 可以看出 6300KVA 电弧炉在工业硅生产过程中，电效率为 92.21， 热效率为 65，能源大局部由于热效

6、率低而被损失掉，损失途径主要是逸出气体带走热、炉面散热、炉体散热、短网热损失、冷却水带走热。因此，提高工业硅电弧炉冶炼过程中的热效率应当是今后争论的重点。在本文争论中，我主要从提高工业硅矿热炉冶炼过程中的热效率角度来争论工业硅冶炼能源节约技术。提高工业硅冶炼能源的热效率是一项综合性能源节约技术，它应当包括全部能够能够提高热效率、削减热损失的技术或措施。但是在本文中只争论炉型的大型化方向、炉型的密闭化方向、余热利用化方向、隔热设计技术四个方面来提高工业硅冶炼过程中的热效率。由于从表5-1 可以看出，工业硅矿热炉热效率低就是由于逸出气体带走热、炉面散热、炉体散热、短网热损失、冷却水带走热这五个方面

7、热损失大。炉型大型化则单位热容率增大，能量供给集中，通过外围外表单位面积散热小、炉子热稳定增加，有利于降低热损失。同时炉型大型化也是今后工业硅行业进展的方向，大型炉具有热容量大、产量高、有利于二次精炼提高产品质量、单位产品本钱低、便于烟气余热利用等诸多好处。因此，争论炉型大型化不仅是降低热损失的需要，也是满足今后工业硅行业长期进展的需要，具有双重意义。炉型密闭化或近密闭化不仅可以削减炉面热辐射损失，而且也可以削减烟气从 6 个炉门逸出带走的热，也是降低热损失、增加烟气回收力量、改善炉前操作环境的有力措施。从表 5-1 可以看出，烟气带走热占据了供给总热量的 18.35%，这局部热量又被散发到大

8、气中，造成了能源损耗，致使能源利用率低，国内包头钢铁争论XX 曾经依据钢铁行业余热利用方式设计过余热回收装置，在某厂应用取得较好的使用效果，但是由于该余热回收装置初期投资过大，国内工业硅企业又大多数是私营企业，他们不情愿做这么大的投资，所以争论一种型低造价、多用途、适用于大多数企业的余热利用装置热材联产装置很有必要，开拓一条已经被铺张掉的巨大热能集热道路具有格外重要的现实意义。科技每时每刻都在变化，上世纪 60 年月所作的设计不应当在这个世纪仍旧被当作典范来应用。当前，由于国内没有实力争论机构来重对上世纪 60 年月所作的工业矿热炉设计作改进，致使大多数企业仍用老的设计来建炉子，并且施工队伍都

9、非正规争论机构或有力量去开发建设型炉子，所以我国目前的工业硅矿热炉普遍都能耗高、设计未能跟上时代进展的需要。问题的重要一方面反映在炉体隔热设计多年来没有多大转变，普遍使用的是碳砖层、耐火砖层、纤维板、钢板四层构造，随着科技的进展这种构造应当革，由于国际国内材料领域发生的一系列创已经给我们带来了重设计炉体构造的机遇。上述四个以提高工业硅冶炼能源的热效率为目的的争论是目前工业硅冶炼 能源节约方面尚未涉与完善但又格外重要的领域，需要既具备丰富的科学理论学问、又把握国际国内工业硅冶炼状况的人员才能完成，它涉与到的冶金、工艺、传热、设备、设计等多方面的学问与创要求，使得这方面的工作既具体又简单、既艺术又

10、有意义。5.2 大容量半密闭式 12500KVA 工业硅矿热炉的设计设计依据本项工作承受如下设计标准：中国节能技术政策大纲2023；冶金企业安全卫生设计暂行规定1988；建筑设计防火标准GBJ16-87；工业炉窑大气污染排放标准GB9078-1996；工业炉砌筑工程施工与验收标准GB50211-2023。设计内容.1 变压器选型大容量矿热炉具有单炉产量大、能量供给均衡性好、便于实现机械化、便于余热综合利用、热稳定性好、便于操作等一系列优点，是业界全都认可的矿热炉进展的方向。为了促进国内工业硅行业冶炼水平的提高和设备装备的现代化，因此此次设计承受 12500KVA 容量的矿热炉变压器。12500

11、KVA 矿热炉变压器具体技术参数如下：型号：HKSSPZ20-12500/35 壳式强油水冷矿热炉变压器； 额定容量：12500KVA，可超载 30%；冷却方式：OFWF；一次电压KV：35；二次额定电压V：151；二次电压V：175,172,169,166,163,160,157，154，151，148，145，142，139，136，133 共 15 档；阻抗电压短路电压：ex%=4-6%。.2 矿热炉电气参数确实定在工业硅冶炼过程中矿热炉的状态与电气参数的变化亲热相关，掌握最正确的供电制度对保证取得好的经济技术指标格外重要。一般而言，提高矿热炉的二次电压在功率肯定状况下电流就可以降下来，

12、这有利于提高线路功率因数和削减电损失，但是过分提高矿热炉电压，电极就不能深插，炉膛料面就会过热，热损失增加，硅回收率降低，因此每台电炉都有其适宜的二次电压值。在设计电炉时往往利用米古林斯基公式 68、83来确定矿热炉正常工作时的二次电压：2V =KP1/32式中：K 为电压系数，取 6.0-7.5；P 是变压器额定功率，KVA。因此这次设计时取二次电压 V =6.5125001/3=150.85151V，P3V22二次电流 I =47795.2A。.3 矿热炉构造设计正确设计矿热炉的构造是保障矿热炉工作性能的先决条件，是设计工作者面临的最大困难。好的矿热炉构造设计不仅有利于炉子保障高产、优质、

13、低能耗、少故障的生产，而且有利于节约筑炉本钱、便利其它设备布置、保证操作顺畅。1、电极直径的选取在确定矿热炉其它构造尺寸之前，必需先确定电极直径，它打算着矿热炉其它构造尺寸的大小。电极直径有很多计算方法，一般依据电极电流和电极电流密度确定：IpDI2d= 2=102.4cm=1024mm，式中 I2 为电极电流，A， I 为电极电流密度 5.5-6.1A/cm2，取 5.8 计算。依据国内厂家生产碳素电极的标准，取电极直径为 1050mm。2、极心圆直径计算极心圆直径是一个对冶炼过程有很大影响的设备构造参数，电极极心圆直径选得适当图 5-1，三根电极电弧作用区域局部刚好相交于炉心，各电极反响区

14、既相相互连又重叠局部最小，在这种状况下，炉内热量分协作理，坩埚熔池最大， 吃料均匀，炉况稳定，炉况也易于调整。假设一设计就不适当，则热量不是过分集中图 5-2就是热量分散图 5-3，这都会造成炉况调整频繁或根本无法调整的严峻错误。设计中极心圆直径可按下式计算：Dg=ad=2.31050=2415mm式中 a 为极心圆倍数，a=2.2-2.3，这里取 2.3 计算。径为 2500mm。图 5-1 极心圆适当图 5-2 极心圆过小图 5-3 极心圆过大3、炉膛内径计算在选择炉膛内径时，要保证电流流过电极炉料炉壁时所受的阻力大于经过电极炉料电极或炉底时所受的阻力。否则，炉膛内径选择尺寸过大，矿热炉外

15、表散热面积大，复原剂烧损严峻，出硅口温度低，出硅困难，炉况会恶化。结合矿热炉容量、可调极心圆范围、实际电气参数调整空间这里取极心圆直炉膛内径选择过小，电极炉料炉壁回路上通过的电流增加，反响区偏向炉壁， 将使炉内热量分散，炉心反响区温度低，炉壁腐蚀严峻，炉况也会恶化。炉膛内径可按下面阅历公式计算：Dn=rd=5.81050=6090mm式中 r 为炉膛内径倍数，r=5.8-6.0，这里取 5.8。炉膛内径这次设计中取为 6200mm。4、炉膛深度计算在选择炉膛深度时，要保证电极端部与炉底之间有肯定的距离、电极有效插入的深度和料层有肯定的厚度。炉膛深度假设过深，电极与炉底距离远，电极不能深插，高温

16、区上移，炉底温度低，炉底SiC 会沉积，炉底上抬，堵塞出硅口，炉况变差。炉膛深度假设太浅，料层厚度将很薄，炉口温度上升，硅挥发损失增加， 简洁露弧操作，能耗增大。适宜的炉膛深度可按下面阅历公式计算：h=d=2.51050=2625mm式中为炉膛深度倍数，=2.5-2.8，这里取 2.5。炉膛深度这次设计中取为 2700mm。5、炉衬与炉底的构造、尺寸与材料选择一般而言，炉衬、炉底构造包含了工作层、保温层、隔热层、绝热层、钢板层 5 个主要层次，但是每个层次的具体尺寸却是很有技术含量的，由于这涉与到筑炉本钱、炉子性能、炉子寿命等很多经济因素。炉衬厚度过厚，引起筑炉本钱上升，占地面积扩大，炉衬外表

17、积增加，散热面积也增大；炉衬厚度过薄，抑或炉衬强度不够，抑或无法保温。炉底厚度亦是如此。国内外对炉衬、炉底散热强度计算说明，保持炉衬与炉底热损失为 2-4%是合理的范围内84， 或者保持炉衬外表温度在 70-120是允许的。因此依据这个条件以与结合所选择材料的使用温度 ,依据传热学学问可确定炉衬与炉底工作层、保温层、隔热层、绝热层的厚度，钢板层的厚度依据强度需要而定。我们在这次设计中，工作层都使用自焙碳砖、保温层选用型隔热耐火粘土砖热导率0.44W/mk、隔热层使用纳米隔热材料、绝热层使用复合硅酸铝纤维毯、钢板层选用 14mm 厚的一般钢炉底钢板厚 18mm，如图 5-4。1 电极孔 2 烟罩

18、上盖板 3 烟囱孔 4 冷却水道 5 观测孔 6 捣料炉门 7 红砖 8 隔热耐火砖9 纳米绝热材料 10 复合硅酸铝纤维毯 11 钢板 12 出硅口 13 高铝砖 14 自焙炭砖图 5-4 12500KVA 工业硅矿热炉构造图6、出硅口位置、构造、尺寸与材料选择出硅口是矿热炉上格外重要的一个部位，它的位置、构造外形、尺寸、材料选.择都是需要认真斟酌的。位置布置不当，出硅口部位温度低，出硅不畅或者是操作不便利；构造外形尺寸不当，也会导致出硅不畅或者封堵困难或者出硅时间延长；材料选择不当，简洁氧化腐蚀，修理频繁。在这次设计中，出硅口设计二个，每个出硅口水平位置与炉底齐平并比炉底水平线下倾斜 3，

19、角度位置它处于炉心与电极中心两点的延长线与炉壁的焦点上。出硅口应当设计成圆形，便于烧穿与封堵，尺寸依据出硅时间要求计算并结合实际操作需要来打算大小为直径 100-120mm，材料选择上简洁氧化的外侧使用石英材料与碳糊。7、炉门构造、尺寸与材料选择大容量炉最大的问题是炉缘距离炉心远，上料困难，特别是国内强调以人工精细加料来取得好质量与低能耗产品的观点下，普遍认为在大容量炉子在国内不如 6300KVA 炉子的性能，因此一次又一次的阻碍了投资方建筑大容量炉子的热忱。我们在这次设计中仅设计了 3 个捣料炉门，上料操作通过承受前述第三章开发设计的自动上料系统来完成，抑制了大容量炉存在的最大恼人的问题。自

20、动上料装置将料布放在料面各处，捣炉功能通过窥视孔依据需要翻开捣料炉门进展捣炉操作。捣炉炉门门槛下部与炉沿等高，门槛长 1200mm，高 1500mm，使用单独水冷构造。不需要捣炉时，炉门关上，密闭冶炼。8、烟罩构造、尺寸与材料选择大容量矿热炉炉膛尺寸跨度大，烟罩设计较困难，同时从烟罩通过的电流大， 处理不好涡流损失大。为了解决烟罩构造强度与防止涡流损失，我们实行用水冷钢管防磁做骨架并起吊，上下盖承受石板与水泥构筑，用细钢筋做支撑，既减轻了烟罩整体重量又防止了筑砌或制作上的不便。烟罩高度离炉沿 2300mm， 直径与炉壳直径等同，厚度 160mm，上下盖间通水冷却。技术指标设计完成以后有关该炉的

21、技术参数与性能如下： 电极直径：1050mm；极心圆直径：2500mm； 炉膛直径：6200mm；.炉膛深度：2700mm； 炉壳直径：8000mm； 炉壳高度：4618mm； 烟罩高度：2300mm； 理论日产量：20 吨；理论电单耗量：13000KVAh/吨。5.3 余热利用化争论余热利用思路余能是在肯定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反响余热、可燃废气废液和废料余热以与高压流体余压等七种。其中最主要的是余热。依据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的 17%67%，可回

22、收利用的余热资源约为余热总资源的 60%85。余热的回收利用途径很多。一般说来，综合利用余热最好；其次是直接利用；第三是间接利用产生蒸汽、热水和热空气。余热蒸汽的合理利用挨次是： 1)动力供热联合使用；2)发电供热联合使用；3)生产工艺使用；4)生活使用；5)冷凝发电用。余热热水的合理利用挨次是：1)供生产工艺常年使用；2)返回锅炉使用；3)生活用。余热空气的合理利用挨次是： 1)生产用；2)暖通空调用；3)动力用；4)发电用。但是这不是确定的，需要每个工厂依据自己实际生产条件和需要而定。工业硅冶炼中不同种类余热的利用在工业硅冶炼中全部能源供入项为电能和化学反响能，能源支出项为氧化物复原、金属

23、硅潜热、逸出气体、炉面、炉体、短网、冷却水带走热。由于国内外在电能节约方面争论得比较多和透切，目前工业硅冶炼电效率根本都在 92%以上。但是，电能最终要转变为热能才是反响所需的，而从表5-1 可知，矿热炉冶炼系统的热效率一般仅有 60-70%，因此，整个冶炼系统能源利用效率都低于70%，这样大量的热被逸出气体、炉面、炉体、短网、冷却水、金属硅所带走和散失。从表 5-1 可知，金属硅带走的热占热量总供入量的 5.98%，即 269456 千卡/h。这局部热是以金属硅潜热形式存在，硅液 1600-1800，硅锭为常温 20-30， 其热具有连续性出硅前后、释放缓慢性，存在能量密度低、不便于接触、不

24、便于引出等特点。在目前经济技术条件下，金属硅的潜热只能以热辐射与对流的方式将这局部热引导出来，其可能的利用方式为烘干物料、预热物料、加热洗澡用水该余热每小时能使 2.7 吨水从 0升到 100、加热生活用水。炉面损失的热占总热量的 5.97%，即 26933 千卡/h，与金属硅带走的热相当。这局部热总量大、能流持续平稳、密度小，主要以热辐射与对流形式损失，但是由于在炉口损失，受制于场地无法加以再利用，只能想方法削减其损失。节约方法是炉型密闭化、掌握料面温度、料面燃烧状况、厚料操作与防止刺火大量、屡次发生。炉体损失的热占总热量的 3.69%，即 166448 千卡/h。这局部热与料面损失的热性质

25、一样，它以热传导形式损失，利用也很困难，也只能想方法削减其损失。削减方法是加强炉体隔热性能。短网损失的热占总热量的 7.47%，即 336738 千卡/h。这局部热主要损失在电缆、铜瓦、电极对外热辐射上，数量很大，但是受制于场地、能流密度小等限制，也是无法利用的热损，只能想方法削减。削减方法就是缩短短网，使用适当电流冶炼，选用制造后导电性能好的短网。留意不能使用保温材料包裹的方法， 这样会适得其反。冷却水带走的热占总热量的 16.46%，即 750000 千卡/h。这局部热产生于变压器、电缆母线、铜瓦，是种功能用水，一般要求入口 20-30，出口 30-40， 水在循环池中来回循环使用，所以冷

26、却水带走的热量虽然很大，但是不能够被利用。这局部热可以想方法削减，具体措施为：1)变压器方面要求硅钢片性能好， 材料、制造都要选技术好的厂家来做。削减短网闪变，避开过大电流操作。 2) 电缆母线方面要求选用材料热阻小并要求制造水平高的厂家来生产，尽量削减电缆布置长度，避开过大电流操作。3)铜瓦根本要求也如此，要求使用锻造工艺制造。逸出气体烟气带走的热量占总热量的 18.35%，即 826633 千卡/h。烟气从炉内部产生，透过料面以后，温度在 400-600，6300KVA 的矿热炉烟气流量为 4-8 万 NM3/h，烟气成分为N 、O 、CO 、H O 与少量其他气体。以往国内企业大2222

27、多数直接排放，不仅污染了环境，而且造成能源损失。近年来在环保部门要求下， 各企业相继安装了布袋除尘器。烟气在进入布袋除尘器之前温度必需降到 120 以下，降温措施为混风冷却、空冷、水冷，局部企业的水冷方式产生的热水被用于生产洗原料、解冻或生活洗澡、洗碗，但是混风方式占多数，空冷也有少量，它们吸取或交换的热都被再次损失掉。从当前烟气处理来看，烟气余热都没有得到利用或很好的利用利用价值不高。5.3.3 工业硅冶炼中烟气余热的利用烟气余热利用是余热种类当中最便于利用的一种形式，一般烟气具有较高的温度，流量较大，携带的热量较多，回收利用便利用对流换热即可回收，不受场地限制，转换简洁转换为蒸汽。因此，对

28、烟气的余热回收应好好的珍惜与做文章。烟气余热回收得到的能量利用方向为生产用与生活用或者是二者联合使用。生产用一是为本工艺流程效劳如预热物料、解冻，二是为其他工艺效劳如余热发电、烘干其他物料、加热其他产品或是二者的复合。生活用一是洗澡洗碗， 二是供暖制冷或是二者的复合。在这里，我提出二种工业硅冶炼系统烟气余热利用方案：一是余热发电综合利用方案，二是余热加热配套产品综合利用方案。.1 烟气余热发电综合利用方案从一台 6300KVA 工业硅矿热炉中逸出的烟气流量为 4-8 万 NM3/h，烟气温度为 400-600，400烟气比热为 1.12 kJ/kg，密度 1.295 kg/Nm3，烟气相对于

29、300时含热量CpT=1.1241.295100=580.16 万KJ/h=1381333千卡/h，此热量能使13.8 吨水从0升到100，能使得5.5 吨水从40升到290此为蒸汽发电要求过热温度 Mpa,进汽温度 250-290，排汽压力 0.15Mpa, 抽汽压力 0.5Mpa，则发电量可达 1000KW。由此计算，设电价 0.5 元/度，则一年7000 小时发电可制造经济效益 350 万元。为实现烟气余热发电，需要投资余热锅炉 2 台 30 万、汽轮机 1 台 20 万、发电机组 1 台 20 万、变压器 2 台 40 万、掌握柜假设干 100 万左右，总投资 210万左右，承上述计算

30、 7 个月即可收回投资。对于上规模企业，如有2 台以上6300KVA 工业硅矿热炉或者多台12500KVA 工业硅矿热炉，则上马烟气余热发电工程更有价值与必要。因此，国内投资者应尽快消除烟气余热利用是微缺乏道且费事的念头，重视余热利用与投身国家能源节约行动当中。依据上述烟气余热发电规划，已经被利用过的烟气从余热锅炉出来后，温度仍旧有 300，由于温度较低，其热能品位降低，利用难度加大。为充分利用好能源，提高能源利用效率，依据烟气余热梯级利用原理，其热量可以被用来产生余热锅炉补汽。但是从补汽锅炉出来的烟气温度仍旧有 200左右，这局部烟气仍包含热量，对此，这局部热量可以用来产生热水用于预热物料、

31、解冻北方地区、洗澡、洗碗用，然后被冷却到 120以下的烟气可以符合标准的进入布袋除尘器进展处理。整个烟气余热发电综合利用方案系统示意图如图5-5。2019189M1781637121124561311514101、400烟气 2、余热锅炉 3、300烟气 4、补汽锅炉 5、200烟气 6、换热器 7、100烟气 8、布袋除尘器 9、可排放烟气 10、循环水11、80热水 12、预热解冻 13、洗澡洗碗 14、20补水 15、150补汽 16、290蒸汽 17、汽轮机 18、变压器1 19、变压器2 20、用户图 5-5 烟气余热发电综合利用方案系统示意图该方案从能源利用与工艺角度来讲，它能源利

32、用比较充分，能源利用率高，出口烟气温度能马上到达布袋尘除尘器的要求，不需要另外投资降温装置，工艺协作性好。但是从经济性角度来考虑，或许还有更好的方案。.1 烟气余热加热配套产品综合利用方案工业硅矿热炉烟气寓含的大量热量可以实现多种用途，除了发电之外，实际上，电还只是一种低附加值产品3600KJ 热量换成电为 1 度，产值为 0.5 元， 而由于目前蒸汽发电效率为 3045%左右，所以要 10000KJ 热量才换回 0.5 元。大家往往局限于原有的思维，一想到余热利用就是发电、预热产品、制冷供暖、烧水洗澡，对于开拓创利用余热争论不够。我的看法是要用热来转换为另外一种产品，转换形式并非肯定是从一种

33、能源产品到另外一种能源产品，可以是一种能源产品到另外一种物质产品，只要该物质产品能与热存在肯定的联系。对于烟气余热而言，就是要查找到一种与这种中温、低温热能想适应的物质产品。这种产品在化工、轻纺等领域广泛存在，例如塑料生产、造纸、纺织、有色金属蒸汽浸出等。另外要解放的一个思想是我原来是生产工业硅的，假设我为了利用余热而去生产另外一个物质产品造成投资过大或不应有的多元化生产造成的精力分散问题。其实，生产该种产品假设叫投资过大，则可以贷款融资解决由于你本业已经立下根底，当地贷款应当不会再成问题，也可通过股东融资比例安排来解决，假设生产该种产品带来精力分散主要是市场开拓上的分散，这可以通过挂靠形式来

34、解决比方自己主动挂靠到该种产品德业中一个大型或中型厂家，由它解决市场问题，自己只管生产。现在这个时代是合作时代，要把合作其实是资源合理组配放在观念更的第一位。当投资者到某地去投资时，该地已经存在肯定工业根底，则可以把厂建筑在该厂四周，为其供给烟气余热以生产该产品。或者结合当地政府招商行为，与被招进来的企业联合投资，本厂产生的烟气余热成为合作伙伴的供热根底。或者先联系某类投资者比方塑料厂投资者，跟他协商好，共同投资于某地，共享烟气余热去生产一种产品。总之，作为投资者应当在烟气余热问题上要全盘考虑，怕麻烦的可以请争论所、行业专家、投资参谋、行业分析师代为考虑要结合产品的具体类型。5.4 隔热技术争

35、论在工业生产中节能渠道根本分为三大类。第一类是先进的技术工艺流程，其次类是先进精良生产设备，第三类是优良的节能材料。在这里我将重点争论节能材料在工业硅冶炼领域的应用，这是在工业硅冶炼领域近年较少涉与与更的方面，已经与材料、技术不断更的今日不相适应。节能材料主要表达在材料的隔热绝热性能上，对于工业硅冶炼系统而言， 材料隔热性能好坏直接影响到矿热炉的热效率。从表5-1 可见，从矿热炉炉体散发的热损失为 166448 千卡/h，占总热量收入项的 3.69%这还是较低的，国内大局部为 6-8%，与国外相比存在 1-2 倍的差距。这主要是由于我国工业硅矿热炉炉体构造与材料通常是工作层用碳砖上部用耐火砖，

36、保温层用耐火砖，绝热层用石棉板或硅酸铝纤维毯，保护层炉壳用钢板的缘由。这种构造和材料构成在今日看来已经不合理但很多单位缺乏设计力量，仍在使用，缘由一方面是我国矿热炉使用的材料导热系数大，隔热性能差，另一方面由于在筑炉时没有对材料构造进展合理设置，在同样大小导热系数材料条件下隔热效果也不理 想。因此，为提高矿热炉热效率而对矿热炉炉体的构造和用材进展改革在目前相当必要。改革开放以前，我国筑炉材料的品种格外单一，根本以自然矿物质加工制品为主，工业硅矿热炉筑炉时工作层主要是碳砖，保温层主要是粘土砖，绝热层主要是硅藻土、石棉板，而且各材料的适用性能也比较落后。随着节能、降低本钱、技术的应用、其他领域对材

37、料的特定要求，我国科研人员在吸取消化国外材料制造技术与阅历的根底上，乐观自主创，进展争论了一大批筑炉材料如陶瓷纤维、纳米微孔隔热材料、多层复合反射绝热板、漂珠高强隔热砖等。无论从高科技的航天器、小到手中的保暖杯，人们都对材料的导热性能、强度要求等方面进展了广泛的争论和改进，直至今日，筑炉材料品种已大大得到丰富、产品的性能已得到大大提高，生产工艺不断进步、品种不断更，材料进展渐渐走上科学精细进展的道路。在工业硅矿热炉筑炉中，我们应当乐观应用当代科技成果，与时俱进地革改进矿热炉的工作性能。表 5-2、表 5-3、表 5-4 分别列出了当今工业硅矿热炉筑炉时可供选用的工作层、保温层、隔热层与绝热层用

38、材。名称2kgf/cm2荷 使用温度常温耐压 强 热导率热膨胀系数()表 5-2 当今工业硅矿热炉筑炉时可供选用的工作层用材重软化点()()度(kgf/cm2)w/m10-6硅砖1520-16201600-1650175-5001.05+0.93t/100011.5-13碳砖20232023250-50023.26+3.49t/10003.7石墨砖1800-19002023250碳 化 硅1500-17001600550-75014.2(600)4.76砖11.9(800)表 5-3 当今工业10.9(1000)硅矿热炉筑炉时可供选用的保温层结实层用材名称密度g/cm3使用温度()常温耐压强度

39、(kgf/cm2)热导率w/m粘土砖2.071400150-300高铝砖1500390-4901.4刚玉砖3.201700200-700硅砖1.91600-1650175-5001.05+0.93t/1000碳化硅砖1600550-75014.2(600)11.9(800)10.9(1000)刚玉莫 来石1800200-500砖一般型 耐火2.01400295浇注料轻质隔热砖14009.8-59高铝质 隔热14008-40耐火砖注：碱性耐火材料如镁砖、镁铝砖、白云石砖、镁铬砖、镁橄榄石砖、氧化钙质砖等不能用于工业硅矿热炉。表 5-4 当今工业硅矿热炉筑炉时可供选用的隔热层与绝热层用材名称石棉板

40、导热系数w/m.k比重 kg/m31100使用温度 C17001300600硅酸铝纤维毯1281200复合硅酸铝纤维毯45-100600硅藻土500-7001000膨胀珍宝岩40-500800蛭石80-9001100泡沫玻璃0.058155200450泡沫石棉0.03520-22500微孔硅酸钙140-2701000矿渣棉77-160650岩棉制品80-150700玻璃棉0.0430.1148350陶瓷纤维毯26001260-1600空心微珠50-200800纳米微孔隔热材料400-5001000各种反射涂料0.03,80-90% 的 反 射率450-1500150-1800表 5-2、表 5

41、-3、表 5-4 中，有很多是上世纪 80 年月后开发制造出来的材料， 材料品种与性能与其 80 年月前有很大的转变，例如高铝砖是德国奥托焦炭公司1956 年前后开发出来的，其强度与导热系数与今日高铝砖的性能相距较远，当时其高铝砖作为炼焦炉枪其强度较松散，承受压力大约为 100-200 kgf/cm2，导热系数为 3.47 w/m。硅酸铝纤维毯作为广泛应用的炉体保温材料，我国1971研制成功，到 1990 年月前，其品种单一，性能也不好，但是现在生产企业 200 家左右，总生产力量超过4 万吨年，品种繁多，包括一般硅酸铝纤维、高纯硅酸铝纤维、高铝纤维、多晶莫来石纤维、多晶氧化铝纤维和多晶氧化锆

42、纤维等。空心微珠保温材料是另一种最近开发出来的保温材料，它是一种以电厂粉煤灰微珠和膨胀珍宝岩为基料，配以专用粘结剂，经高温烧结后制成的轻质成型料。据近年来国内外文献报道，粉煤灰中的一种空心微珠是在粉煤燃烧时，在炉温超过1350 1500的高暖区域内产生的一种中空球形圆珠，其内部包含有氮和二氧化碳等气体，其外表耐磨性好，压强高，并有很好的耐酸性，是一种兴的多功能材料。经试验争论说明，空心微珠具有颗粒小、质轻、中空、隔音、隔热、耐高温、绝缘、耐低温、耐磨、强度高等优异的多功能特性。另外现代筑炉与建筑还广泛使用薄层隔热保温材料反射绝热涂料。上世纪 90 年月,美国国家航空航天局的科技人员为解决航天飞

43、行器的传热掌握问题开发了一种太空绝热瓷层(Therma-Cover)，我国于 2023 年也开发成功，在现代筑炉中已经开头广泛使用。这种材料由一些悬浮于惰性乳胶中的微小陶瓷颗粒构成，具有高反射率、高辐射率、低导热系数、低蓄热系数等热工性能，只要在外表喷涂 0.3-0.5 毫米涂层， 就能有效抑制露天常温物体受太阳辐射热和红外辐射热，抑制效率达 90左右。科技进步为我们供给了更好的、更多的筑炉材料，我们必需切合顺应当前条件，更好的利用这些条件为能源节约效劳。在利用这些筑炉材料时，除了节能方面的考虑之外，还必需考虑它在炉衬中的用途所带来的强度、使用温度、膨胀特性、耐腐蚀性、价格等因素。对工业硅矿热

44、炉的工作层来说，它要求：1、耐火度高。因工业硅冶炼温度在 1800-2200之间，工作层炉壁与炉底温度 1800左右，材料应当有足够高的软化、熔化温度。2、耐热强度高。在高温下，材料应当还能够承受炉子载荷、操作中产生的机械力、热膨胀力的作用而不变形、开裂。3、导热系数低。从工作层开头就应当具备优良的隔热性能，才能有利于节能。4、抗渣性能优良。工作层直接与炉料接触，选用的材料应当能承受炉料的侵蚀和冲刷。5、价格适当。投资者总宠爱低本钱建筑矿热炉。依据工业硅矿热炉工作层的上述要求，工作层用材目前只能选择碳砖。它使用温度高、强度好、抗渣性好，尽管导热系数和价格还比较高。工业硅矿热炉的保温层要求：1、

45、耐火度高。对于工业硅矿热炉保温层同样也要求耐火度高，由于工作层隔热性能一般较差，同时保温层也有局部与炉料直接接触，所以也要求保温层能耐受高温而不软化变形。2、耐热强度高。在高温下，保温层材料也应当还能够承受炉子载荷、操作中产生的机械力、热膨胀力的作用而不变形、开裂。3、导热系数低。从节能角度动身，保温层也应当具备优良的隔热性能，才能有利于节能。4、抗渣性能优良。保温层也有局部地方直接与炉料接触，所以要求其也应具备肯定的抗渣性能。5、价格适当。保温层用料量较大，价格上应当追求较低材料。从保温层上述要求动身，工业硅矿热炉保温层材料可以用粘土砖、轻质隔热砖、高铝质隔热耐火砖，这三种材料性能上差不多，主要是比较价格。粘土砖是广泛应用且价格相对而言比较低的一种耐火材料，A12O3 含量一般在 30%-50%之间，导热与承重性能都比较好，是炉衬主要用材。工业硅矿热炉削减热损失起关键作用的地方是隔热层和绝热层，因此，选择好隔热材料与绝热材料格外重要。工业硅矿热炉隔热层和绝热层对材料的要求是：1、导热系数小。削减热量损失，保