隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程加快和消費結(jié)構(gòu)持續(xù)升級，我國資源環(huán)境約束日趨強化，節(jié)能減排形勢嚴峻，為確?！?amp;十二五規(guī)劃綱要》提出的節(jié)能減排約束性指標的實現(xiàn)，國務(wù)院于2011年印發(fā)了《十二五節(jié)能減排綜合性工作方案》，明確要求加快節(jié)能減排技術(shù)開發(fā)和推廣應(yīng)用。

　　回收余熱、降低能耗對我國實現(xiàn)節(jié)能減排發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的現(xiàn)實意義。冶金企業(yè)屬于高耗能型企業(yè)，其能耗占全國能耗的10%左右，占工業(yè)部門能耗的15%左右，能源費用占企業(yè)生產(chǎn)總成本20%～30%。節(jié)能降耗已經(jīng)成為冶金企業(yè)長期的戰(zhàn)略任務(wù)。在各種工業(yè)爐窯的能量支出中，廢氣余熱約占15%～35%,充分有效利用這部分余熱可實現(xiàn)企業(yè)節(jié)約能源消耗，減少熱能排放，降低企業(yè)成本。

　　1、氧化鋁孰料燒成窯煙氣現(xiàn)狀分析

　　1.1 熟料燒成窯概況

　　中鋁貴州分公司氧化鋁廠現(xiàn)有5臺熟料燒成窯，設(shè)計產(chǎn)量40t/h，采用拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁。其中燒結(jié)法在燒結(jié)熟料的過程中要產(chǎn)生大量的含余熱煙氣，煙氣中既含有CO2 、N2、O2等氣體，還含有大量的水蒸氣及窯灰。由煙氣從窯中帶走的窯灰被收集在煙氣凈化系統(tǒng)中，粗粒窯灰降落在燒結(jié)窯尾部的沉降室，而較細的窯灰被旋風(fēng)除塵器和電收塵器捕集，最終窯尾煙氣以200 ℃左右排入煙囪。

　　1.2 熟料燒成窯煙氣參數(shù)測定

　　氧化鋁廠熟料燒成窯煙氣經(jīng)過旋風(fēng)除塵、電收塵后，煙溫降低到200℃左右，最后經(jīng)引風(fēng)機引入煙囪排入大氣中。雖然排煙溫度不高，煙氣熱能的品位較低，但由于產(chǎn)生的煙氣量巨大，造成較大程度的能量浪費。為了研究煙氣的余熱利用技術(shù)，設(shè)計余熱利用方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，于2009年3月連續(xù)3天對4 #燒成窯煙氣進行跟蹤測試，得到煙氣流量、成分、溫度、含塵量、含水量等指標值。

　　2、熟料燒成窯煙氣余熱利用技術(shù)研究與應(yīng)用

　　經(jīng)過測定得知氧化鋁熟料燒成窯尾氣溫度在200℃左右，屬于低溫?zé)煔狻Ｄ壳拔覈苯鹦袠I(yè)溫度低于600℃的低溫?zé)煔庥酂嵴伎偀煔庥酂岬?2%，在如今有色冶金行業(yè)煙氣的余熱回收中，對于中低溫?zé)煔庥酂岬幕厥绽靡恢笔且粋€薄弱環(huán)節(jié)。

　　中鋁貴州分公司借鑒國內(nèi)外余熱利用先進技術(shù)，結(jié)合自身氧化鋁生產(chǎn)特點和煙氣特性，應(yīng)用軟水熱媒技術(shù)回收4#和5#燒成窯煙氣余熱，用于加熱蒸發(fā)原液及氧化鋁片區(qū)澡堂用熱水。

　　2.1 煙氣露點溫度分析

　　由于煙氣中水蒸氣含量較高，且含有一定量SO2，在管壁溫度低于煙氣露點時，煙氣中的SO2、SO3與凝結(jié)水結(jié)合形成弱酸或中強酸，對傳熱元件表面造成酸腐蝕，而且，凝結(jié)水與熟料粉塵會結(jié)合形成鋁硅等礦物結(jié)疤，覆蓋在換熱元件的表面，增加熱阻，影響傳熱，降低換熱效率，嚴重時會使換熱器失效。所以先對煙氣露點溫度進行計算，確定煙氣可利用的溫度，以防止煙氣結(jié)露。

　　經(jīng)計算得出，煙氣中SO2含量為77×10- 6；SO3含量為1.5×10- 6；煙氣露點溫度為134℃。為了防止煙氣結(jié)露對傳熱元件造成酸腐蝕，經(jīng)研究確定本煙氣余熱利用溫度梯度為將煙氣溫度由200℃左右利用至150℃。

　　2.2 煙氣余熱資源量分析

　　從測試數(shù)據(jù)看，煙氣平均溫度20 0℃，煙氣的最低溫度191℃，為了保險起見，煙氣的計算溫度取191℃。191℃的煙氣比熱容為1.439kJ/Nm3·℃；150℃的煙氣比熱容為：1.436 kJ/Nm3·℃。煙氣溫度由191℃降到150℃可回收熱量：157848×(1.439×191-1.436×150)×0.9 =8.91×106kJ/h；8.91×106÷3600=2475 kW。

　　考慮應(yīng)用軟水熱媒技術(shù)回收4 #和5#燒成窯煙氣余熱，利用其中的部分余熱加熱氧化鋁片區(qū)澡堂用熱水，大部分余熱用于加熱蒸發(fā)原液，節(jié)約蒸汽。

　　根據(jù)動力工程師手冊，管道外表面溫度15 0℃常年運行工況允許最大散熱損失為116W/m2，熱水輸送管道采用Ф219×6，往返管道長度按1000m計算，則輸送的散熱損失為：3.14×0.219×1000×0.116=80kW。

　　考慮管道散熱損失后，可有效回收的熱量：2×2 475 -80=4870 kW。

　　全年可有效回收煙氣熱量：（按300d計算）4870×3600×24×300=12.6×1010kJ/a；4870×24×300=3.5×107 kW。

　　可有效回收的能量折算為標準煤：12.6×1010÷(7000×4187) =4307 tce/a ；

　　可有效回收的能量折算為1. 25MPa的飽和蒸汽（焓值2785kJ/kg）量：12.6×1010÷2785÷1000=45242t/a。

　　2.3 煙氣余熱利用流程

　　充分考慮煙氣溫度較低、煙氣含硫量較高、煙氣中含易與水反應(yīng)結(jié)疤的粉塵量較高等特點，結(jié)合熟料燒成窯生產(chǎn)工藝，確定煙氣余熱利用方案為：在不改變原有系統(tǒng)工藝流程的基礎(chǔ)上，于引風(fēng)機出口與煙囪之間的水平煙道上增設(shè)徑向夾套熱管換熱器，以軟水作為熱媒，控制軟水入口溫度，回收低溫?zé)煔怙@熱，加熱蒸發(fā)原液和氧化鋁片區(qū)洗澡水，降低蒸汽消耗。為了防止煙道內(nèi)積灰，將煙氣先通過旋風(fēng)除塵和電收塵，減少煙氣含塵量，煙氣含塵量降為平均濃度值約為247mg/m3；同時調(diào)整換熱器內(nèi)迎風(fēng)面平均煙氣流速為10.3m/s，實現(xiàn)換熱器的自清灰和防磨損效果。

　　2.4 換熱器系統(tǒng)工藝流程

　　換熱器系統(tǒng)是實現(xiàn)余熱利用的關(guān)鍵，將換熱器系統(tǒng)設(shè)置為三個功能系統(tǒng)：煙氣取熱系統(tǒng)、水熱媒循環(huán)系統(tǒng)、原液和洗澡水加熱系統(tǒng)。煙氣取熱系統(tǒng)由徑向夾套熱管換熱器、進出口煙溫傳感器、進出口煙氣負壓傳感器組成；水熱媒循環(huán)系統(tǒng)由循環(huán)熱水泵、緩沖補水槽、管道、閥門、進出口水溫傳感器、進出口壓力傳感器、流量計等組成；原液和洗澡水加熱系統(tǒng)由原液加熱器、生活水增壓泵、洗澡水循環(huán)輸送泵、管道、閥門、進出口溫度傳感器、進出口壓力傳感器等組成。

　　2.4.1 煙氣流程

　　引風(fēng)機出口200℃左右的煙氣進入徑向夾套熱管換熱器與循環(huán)軟水進行熱交換，煙氣放熱后煙氣溫度降至150℃左右（露點以上），引入原煙囪排放。

　　2.4.2 水熱媒流程

　　9 5℃左右軟水首先經(jīng)熱水循環(huán)泵升壓進入徑向夾套熱管換熱器，與煙氣進行熱交換，軟水獲得熱量溫度升高到125℃，再進入原液換熱器，將熱量傳給蒸發(fā)原液，原液溫度升高到85℃左右進入原液槽備用，循環(huán)軟水繼續(xù)進入洗澡水加熱器（原液加熱器與洗澡水加熱器串聯(lián)），進一步將熱量傳給洗澡水，放熱后溫度降至95℃左右進入緩沖補水槽，然后經(jīng)循環(huán)熱水泵輸送至徑向夾套熱管換熱器與煙氣進行熱交換，如此循環(huán)。軟水在系統(tǒng)中作為加熱載體循環(huán)使用，其中的損耗將通過緩沖補水槽由蒸發(fā)回水補充。采用軟水作熱媒，可有效防止換熱器的結(jié)垢，提高系統(tǒng)的運行效率，降低系統(tǒng)的運行費用。

　　2.4.3 原液流程

　　低溫原液從一分解進入三蒸發(fā)原液槽的DN400母管旁通引入原液加熱器，與水熱媒換熱升溫后，通過原液泵輸送至三蒸發(fā)原液槽或五蒸發(fā)原液槽?？紤]到原液在加熱器內(nèi)結(jié)疤及生活水的結(jié)垢，須定期清除，原液和洗澡水加熱器可考慮一備一用，且原液走管程，原液換熱器設(shè)有除垢裝置。

　　2.4.4 洗澡水流程

　　生活用水從生活用水母管經(jīng)增壓泵引入熱水槽備用，通過熱水槽上的液位計確定生活用水的引入量；熱水槽中的備用冷水經(jīng)洗澡水循環(huán)泵送入洗澡水加熱器循環(huán)加熱，當熱水槽中的水溫達到洗澡水需要的溫度后，停止循環(huán)加熱，此時洗澡水循環(huán)泵切換為洗澡水輸送泵，向各澡堂輸送熱洗澡水。

　　3、熟料燒成窯煙氣余熱利用效果

　　3.1 年回收能量

　?。?）全年有效回收的能量折算為標準煤4299 tce/a。

　?。?）年新增功率、控制電源電耗能量：-1×（55+45+11+4+2×37+2）×24×300=-1.38×106kWh；-1.38×106×3600=-4.97×109kJ/a；-1.38×106×0.404÷1000=-558tce/a。

　　（3）扣除消耗回收的能量：4299-558=3741tce/a。

　　3.2 經(jīng)濟效益

　　回收能量按標準蒸汽折算（蒸汽按1 2 0元/t計算）：45242×120÷10000=543萬元/a；

　　運行設(shè)備電費：-1.38×106×0.6÷10000=-83萬元/a；

　　考慮設(shè)備維護費用：14萬元/a；

　　年經(jīng)濟效益：(543-83-14)×0.85=446×0.85=379萬元/a（取有效系數(shù)為0.85）。

　　3.3 環(huán)境效益與社會效益

　　減少CO2排放量：4299×2.18=9372 t/a；

　　減少SO2的排放量：4299×0.0678=291 t/a。

　　4、結(jié)論

　　中鋁貴州分公司積極開展熟料燒成窯煙氣余熱利用技術(shù)研究，探索出將氧化鋁熟料燒成窯煙氣余熱用于加熱蒸發(fā)原液熱源及氧化鋁片區(qū)澡堂用熱水技術(shù)，2012年投入運行，3年來該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，年利用煙氣余熱12.6×1010kJ/a，節(jié)約燃煤3741tce/a；創(chuàng)經(jīng)濟效益379萬元/a，減少溫室氣體CO2排放量9372t/a，減少SO2的排放量291t/a，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益協(xié)調(diào)發(fā)展。煙氣余熱回收不僅節(jié)約能源、保護環(huán)境，且為公司“十二五”節(jié)能減排目標的實現(xiàn)做出積極貢獻，對鋁工業(yè)企業(yè)實施節(jié)能減排起到借鑒和參考作用。