一种自带辅助电源的碳还原反应电炉系统技术方案

本发明专利技术提供了一种自带辅助电源的碳还原反应电炉系统，所述电炉系统包括：辅助电源子系统和电炉；所述电炉的电极作为电炉的电能输入端，分别与电网系统的电能输出端和辅助电源子系统的输出端连接；所述辅助电源子系统的电能输出端与电网系统的电能输出端在所述电炉的短网处并联，并通过所述电极与所述电炉连接；所述电网系统，用于为所述电炉提供电能，作为电炉冶炼的主电源；所述辅助电源子系统，用于回收电炉冶炼过程中产生的烟气，利用所述烟气的能量进行发电，作为电炉冶炼的辅助电源。本发明专利技术将余热发电产生的电能直接回送给电炉自身，发电、用电同时进行，随发随用，减少了能量传输环节，提高了余热能量利用的效率。提高了余热能量利用的效率。提高了余热能量利用的效率。

A carbon reduction reaction electric furnace system with auxiliary power supply

【技术实现步骤摘要】
一种自带辅助电源的碳还原反应电炉系统


[0001]本专利技术涉及碳还原冶炼设备
，特别是涉及一种自带辅助电源的碳还原反应电炉系统。

技术介绍

[0002]电炉是利用电能转化的热能将炉料或工件加热的热工设备。根据电能转化成热能的型式，可分为电阻炉、感应炉、电弧炉、等离子炉、电子束炉等。冶炼用的电炉，以矿石、精矿粉或固体废弃物为原料，以碳为还原剂，以电能作为冶炼过程中热量来源，这种电炉也被称作还原炉。根据冶炼的产品或原料不同，分为铁合金炉、电石炉、黄磷炉等。
[0003]碳还原反应冶炼电炉也称作矿热炉。碳还原反应电炉在冶炼过程中伴随产生大量的可燃性气体，冶炼的品种不同，配碳量不同，产生的可燃气体量亦有差别。以锰硅铁合金为例，每吨产品产生的CO气体量大约为750m3。这些CO直接燃烧放出大约937万千焦的热量，折合电能2600千瓦时，相当于冶炼电耗的65％左右。
[0004]为了回收利用这些可燃CO气体，现有技术中设计了带有余热发电系统的矿热炉系统，除了包括传统工艺矿热炉系统的各组成部分外，还新增余热回收及发电系统，将生产过程中产生的高温烟气的余热进行回收，通过余热锅炉产生蒸汽，并带动配套的蒸汽轮机发电机组发电。但是，现有方法的核心都是余热锅炉加汽轮发电机，并没有给出余热发电以后的电能去向问题。
[0005]随着技术的进步，碳还原冶炼电炉的单台容量越来越大，用电量也随之越来越大，所以，冶炼电炉的电能来源只能是大电网。而余热发电作为一种发电型式，余热发电并网是绕不过去的一道坎。对于与电力用户直接相关的交流电网来说，任何一个发电设备与电网同时向同一个负载供电，那么，这个发电设备与电网就必然是并网关系。由于余热发电具有一定的随意性，不是稳定的电能来源，余热发电并网很容易对电网造成冲击，给电网带来安全隐患。所以从电网安全运行管理角度，发电设备并网必须经过电网主管部门审批允许；从电网安全运行技术角度，任何发电设备并网都要满足相数、电压、频率、相序和相位的技术条件，否则就会造成电网事故。余热发电设备的每一次启停，对电网都是一次冲击。并入电网的发电设备必须服从电网调度，按电网调度指令调整发电量，并且支付相应的电网设施使用费。因此，亟需解决碳还原冶炼电炉余热发电并网的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种自带辅助电源的碳还原反应电炉系统，能够缩短能量转换过程，提高能量转换效率，避免与电网的并网问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]本专利技术提供了一种自带辅助电源的碳还原反应电炉系统，所述电炉系统包括：辅助电源子系统和电炉；
[0009]所述电炉的电极作为电炉的电能输入端，分别与电网系统的电能输出端和辅助电
源子系统的输出端连接；所述辅助电源子系统的电能输出端与电网系统的电能输出端在所述电炉的短网处并联，并通过所述电极与所述电炉连接；
[0010]所述电网系统，用于为所述电炉提供电能，作为电炉冶炼的主电源；所述辅助电源子系统，用于回收电炉冶炼过程中产生的烟气，利用所述烟气的能量进行发电，作为电炉冶炼的辅助电源。
[0011]可选地，所述辅助电源子系统包括第一发电控制装置和余热发电装置；所述第一发电控制装置包括：第一电流传感器和第一电流控制器；所述余热发电装置包括第一发电机；
[0012]所述余热发电装置的电流输出端与所述第一电流传感器的输入端连接，所述第一电流控制器分别与所述第一电流传感器的输出端和所述第一发电机连接；
[0013]所述第一电流传感器用于检测余热发电装置的输出电流，并将检测到的所述输出电流信号发送至所述第一电流控制器，所述第一电流控制器用于将所述输出电流信号与设定电流信号进行比较，并根据比较结果和PID算法调整所述第一发电机的励磁电流，实现对发电机输出电流的稳定控制。
[0014]可选地，所述电炉系统还包括：炉体、炉盖、加料装置、高温烟管和加料管；
[0015]所述高温烟管，设置在所述炉体或炉盖上，连通所述电炉和所述辅助电源子系统，用于将电炉冶炼炉料过程产生的烟气输送至所述辅助电源子系统；
[0016]所述加料管设置在所述炉盖上，连通所述加料装置和所述电炉，所述加料装置通过所述加料管向所述电炉加料。
[0017]可选地，所述余热发电装置还包括依次连接的冷却器、燃气除尘器、风机、燃气缓存罐和燃气动力机；
[0018]所述冷却器，与所述高温烟管连接，用于对所述电炉冶炼炉料过程产生的烟气进行冷却降温；
[0019]所述燃气除尘器，用于对冷却降温后的烟气进行除尘净化；
[0020]所述风机，用于将除尘净化后的烟气送入燃气缓存罐；
[0021]所述燃气缓存罐，用于存储除尘净化后的烟气；
[0022]所述燃气动力机，将所述除尘净化后的烟气作为原料，为所述第一发电机提供动力来源。
[0023]可选地，所述电炉系统还包括：
[0024]炉料初步加热装置，套设在所述高温烟管的外侧，一端连接所述加料装置，另一端连接上料装置，用于利用高温烟管内的烟气携带的热量对上料装置内加入的原始炉料进行初次加热得到初次加热炉料，并将所述初次加热炉料通过加料装置送入所述电炉进行冶炼。
[0025]可选地，所述辅助电源子系统还包括依次相连的第一变压器和第一整流器；所述电网系统包括第二变压器和第二整流器；
[0026]所述第二变压器和所述第二整流器依次连接电网的电能输出端，所述第一变压器连接所述辅助电源子系统的电能输出端，所述第一整流器的输出端与所述第二整流器的输出端并联后连接电炉短网，将电网的电能和辅助电源子系统的电能输送至所述电炉。
[0027]可选地，所述辅助电源子系统还包括：显热发电装置和第二发电控制装置；所述显
热发电装置包括热功转换设备、换热设备和第二发电机；
[0028]所述换热设备，与高温烟管连接，用于收集高温烟管内烟气的显热热量；
[0029]所述热功转换设备，分别与所述换热设备和所述第二发电机连接，用于将所述显热热量转换为机械能，并利用所述机械能带动所述第二发电机发电；
[0030]所述第二发电机产生的电能作为辅助电源为所述电炉供电；
[0031]所述第二发电控制装置，与所述第二发电机连接，用于调整所述第二发电机的励磁电流，以实现对第二发电机输出电流信号的稳定控制。
[0032]可选地，所述热功转换设备为螺杆膨胀机。
[0033]可选地，所述换热设备为间壁式换热器、蓄热式换热器或热管。
[0034]可选地，所述第一整流器和所述第二整流器均为硅整流器。
[0035]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0036]本专利技术提供了一种自带辅助电源的碳还原反应电炉系统，本专利技术提供了一种自带辅助电源的碳还原反应电炉系统，所述电炉系统包括：辅助电源子系统和电炉；所述电炉的电极作为电炉的电能输入端，分别与电网系统的电能输出端和辅助电源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自带辅助电源的碳还原反应电炉系统，其特征在于，所述电炉系统包括：辅助电源子系统和电炉；所述电炉的电极作为电炉的电能输入端，分别与电网系统的电能输出端和辅助电源子系统的输出端连接；所述辅助电源子系统的电能输出端与电网系统的电能输出端在所述电炉的短网处并联，并通过所述电极与所述电炉连接；所述电网系统，用于为所述电炉提供电能，作为电炉冶炼的主电源；所述辅助电源子系统，用于回收电炉冶炼过程中产生的烟气，利用所述烟气的能量进行发电，作为电炉冶炼的辅助电源。2.根据权利要求1所述的自带辅助电源的碳还原反应电炉系统，其特征在于，所述辅助电源子系统包括第一发电控制装置和余热发电装置；所述第一发电控制装置包括：第一电流传感器和第一电流控制器；所述余热发电装置包括第一发电机；所述余热发电装置的电流输出端与所述第一电流传感器的输入端连接，所述第一电流控制器分别与所述第一电流传感器的输出端和所述第一发电机连接；所述第一电流传感器用于检测余热发电装置的输出电流，并将检测到的所述输出电流信号发送至所述第一电流控制器，所述第一电流控制器用于将所述输出电流信号与设定电流信号进行比较，并根据比较结果和PID算法调整所述第一发电机的励磁电流，实现对发电机输出电流的稳定控制。3.根据权利要求2所述的自带辅助电源的碳还原反应电炉系统，其特征在于，所述电炉系统还包括：炉体、炉盖、加料装置、高温烟管和加料管；所述高温烟管，设置在所述炉体或炉盖上，连通所述电炉和所述辅助电源子系统，用于将电炉冶炼炉料过程产生的烟气输送至所述辅助电源子系统；所述加料管设置在所述炉盖上，连通所述加料装置和所述电炉，所述加料装置通过所述加料管向所述电炉加料。4.根据权利要求3所述的自带辅助电源的碳还原反应电炉系统，其特征在于，所述余热发电装置还包括依次连接的冷却器、燃气除尘器、风机、燃气缓存罐和燃气动力机；所述冷却器，与所述高温烟管连接，用于对所述电炉冶炼炉料过程产生的烟气进行冷却降温；所述燃气除尘器，用于对冷却降温后的烟气进行除尘净化；所述风机，用于将除尘净化后的烟气送入燃气...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟玉鹏，赵海，李明珠，刘丰，
申请(专利权)人：沈阳益富冶炼技术装备有限公司，
类型：发明
国别省市：