工業(yè)硅礦熱爐的設(shè)計

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1、工業(yè)硅冶煉能源節(jié)約技術(shù)的研究5.1概述能源安全已構(gòu)成我國整體戰(zhàn)略安全的一個極大隱患，成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的瓶頸。我國人均煤炭、石油、天然氣資源量僅為世界平均水平的60％、10％和5％。目前，我國已成為世界第二大能源消費(fèi)國和第二大石油消費(fèi)國，能源供應(yīng)緊張局面日趨嚴(yán)重[81]。與此同時，我國也存在嚴(yán)重能源利用效率低的問題。近年來的快速增長在很大程度上是靠消耗大量物質(zhì)資源實現(xiàn)的。我國單位產(chǎn)出的能耗和資源消耗水平明顯高于國際先進(jìn)水平，如火電供煤消耗高達(dá)22.5％，噸鋼可比能耗高21％，水泥綜合能耗高達(dá)45％。據(jù)測算，我國每創(chuàng)造一美元GD

2、P所消耗的能源是美國的4.3倍，是日本的11.5倍。能源利用率僅為美國的26.9％，日本的11.5％[82]。因此，提高能源使用效率是在能源總量不變條件成為中國發(fā)展中的刻不容緩的任務(wù)。工業(yè)硅生產(chǎn)是高能耗行業(yè)，平均每噸工業(yè)硅需要消耗13000KWh電以上，全國年產(chǎn)100萬噸工業(yè)硅需要13億KWh以上。而國外先進(jìn)水平噸硅消耗量為11000KWh，我國工業(yè)硅電耗比國外先進(jìn)水平高10—20%，能源節(jié)約潛力仍很大（預(yù)計年節(jié)約0.2億KWh，相當(dāng)0.1億元）。另外，國外先進(jìn)水平也不是最理想的能耗水平，我國如能在國外先進(jìn)水平基礎(chǔ)上再配以精

3、工細(xì)作，噸硅消耗量應(yīng)該在10000—11000KWh間。我國工業(yè)硅生產(chǎn)能源消耗高主要是因為設(shè)計上不合理、控制水平與管理水平不高。設(shè)計上不合理體現(xiàn)在我國普遍使用的是6300KVA左右的小爐型（散熱大、產(chǎn)量低）、爐型設(shè)計上為隔熱措施不嚴(yán)密、電路設(shè)計不合理、極心圓尺寸大小不合理等許多細(xì)節(jié)方面?？刂扑讲桓唧w現(xiàn)在人工操作范圍大、爐況穩(wěn)定性差、造成因調(diào)整爐況波動費(fèi)時較長而使得非生產(chǎn)性能耗損失大。管理水平不高體現(xiàn)在管理上不嚴(yán)、制度不健全、操作細(xì)節(jié)缺乏，造成物資或能源上的消耗浪費(fèi)。目前工業(yè)硅生產(chǎn)中能源節(jié)約途徑主要有：1）爐型的大型化方向；

4、2）爐型的密閉化方向；3）余熱利用化方向；4）提高爐子電效率措施如改進(jìn)短網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、改善變壓器性能、改善電參數(shù)、采用低頻電源等；5）提高爐子熱效率；6）56改變爐內(nèi)反應(yīng)機(jī)制；7）改變原料性能方向；8）采用自動控制方向；9）管理制度建設(shè)方向。由于上述諸多途徑尚處于討論階段，形成固定技術(shù)并推廣者僅有短網(wǎng)改進(jìn)、管理制度建設(shè)上，許多技術(shù)細(xì)節(jié)缺乏，因此真正意義上可以直接使用的工業(yè)硅生產(chǎn)中能源節(jié)約技術(shù)還需要研究與試驗。經(jīng)過多年的摸索探討，目前我國工業(yè)硅電弧爐的電效率平均在92%以上，各種提高電效率的技術(shù)或措施也比較成熟如改進(jìn)短網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

5、、使用優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電材質(zhì)、采用低壓補(bǔ)償技術(shù)、改善電參數(shù)等方面。但是，我國工業(yè)硅電弧爐的熱效率普遍比較低，這是導(dǎo)致我國工業(yè)硅生產(chǎn)能耗高、能源利用效率低的主要原因，表5-1是我國某廠6300KVA電弧爐的熱平衡分析表[21]。表5-1我國某廠6300KVA電弧爐的熱平衡分析熱收入項熱量（千卡/h）百分比熱支出項熱量（千卡/h）百分比１、電熱能432494095.98１、氧化物還原耗熱183446240.71２、電極氧化熱1006802.234２、金屬硅帶走熱2694565.98３、還原劑反應(yīng)放熱805201.78３、逸出氣體帶走熱82

6、663318.35４、爐面散熱2693335.97５、爐體散熱1664483.69６、短網(wǎng)熱損失3367387.47７、冷卻水帶走熱75000016.46８、其他533701.19合計45061401004506140100從表5-1可以看出6300KVA電弧爐在工業(yè)硅生產(chǎn)過程中，電效率為92.21％，熱效率為65％，能源大部分由于熱效率低而被損失掉，損失途徑主要是逸出氣體帶走熱、爐面散熱、爐體散熱、短網(wǎng)熱損失、冷卻水帶走熱。因此，提高工業(yè)硅電弧爐冶煉過程中的熱效率應(yīng)當(dāng)是今后研究的重點。在本文研究中，我主要從提高工業(yè)硅礦熱爐

7、冶煉過程中的熱效率角度來研究工業(yè)硅冶煉能源節(jié)約技術(shù)。56提高工業(yè)硅冶煉能源的熱效率是一項綜合性能源節(jié)約技術(shù)，它應(yīng)當(dāng)包括所有能夠能夠提高熱效率、減少熱損失的技術(shù)或措施。但是在本文中只研究爐型的大型化方向、爐型的密閉化方向、余熱利用化方向、隔熱設(shè)計技術(shù)四個方面來提高工業(yè)硅冶煉過程中的熱效率。因為從表5-1可以看出，工業(yè)硅礦熱爐熱效率低就是因為逸出氣體帶走熱、爐面散熱、爐體散熱、短網(wǎng)熱損失、冷卻水帶走熱這五個方面熱損失大。爐型大型化則單位熱容率增大，能量供應(yīng)集中，通過外圍表面單位面積散熱小、爐子熱穩(wěn)定增強(qiáng)，有利于降低熱損失。同時爐

8、型大型化也是今后工業(yè)硅行業(yè)發(fā)展的方向，大型爐具有熱容量大、產(chǎn)量高、有利于二次精煉提高產(chǎn)品質(zhì)量、單位產(chǎn)品成本低、便于煙氣余熱利用等諸多好處。因此，研究爐型大型化不僅是降低熱損失的需要，也是滿足今后工業(yè)硅行業(yè)長期發(fā)展的需要，具有雙重意義。爐型密閉化或近密閉化不僅可以減少爐面熱輻射損失，而且也可