段立林中電投山西鋁業(yè)有限公司

氧化鋁焙燒爐煙氣余熱回收解決方案的實(shí)例分析

段立林
中電投山西鋁業(yè)有限公司

氣態(tài)懸浮焙燒爐是氧化鋁焙燒技術(shù)的主要設(shè)備，在使用過(guò)程中，因熱量用率低，排放溫度高等問(wèn)題，均不符合現(xiàn)代社會(huì)的可持續(xù)化發(fā)展，原因兩點(diǎn)，第一，溫室氣體排放大氣，容易造成大氣污染；第二，余熱具有很大的利用價(jià)值，可進(jìn)行二次利用，將其直接排放，會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)。不管從哪種角度來(lái)看，都會(huì)影響到現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展。如何減少余熱煙氣的排放成為了現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的重心。

氧化鋁焙燒爐；煙氣余熱回收；熱管道利用；余熱回收

目前在使用氧化鋁焙燒設(shè)備中，氣態(tài)懸浮焙燒裝置，是主要的使用裝置之一，高功率，低投入是被廣泛應(yīng)用的根本所在，但是在使用過(guò)程中，過(guò)多的熱量未利用即被排放到大氣中，這就極大的影響了公司企業(yè)在成本的投資，下面我們針對(duì)如何利用余熱重回收技術(shù)進(jìn)行分析討論。

一、煙氣余熱資源概括

就目前煙氣余熱的普遍認(rèn)知，則以回收熱效應(yīng)為主，而在氣態(tài)懸浮煅燒中，其熱回收利用率比較低下，且排放煙氣的余熱溫度過(guò)高，會(huì)影響到企業(yè)自身成本的增加。就某氧化鋁氣態(tài)懸浮焙燒爐每年排放溫室氣體高溫排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，1350t/d的產(chǎn)出水平，則每年排放余熱煙氣，則相當(dāng)于1800t煤炭燃燒放熱，相當(dāng)于140萬(wàn)元的資源浪費(fèi)。而在利用相應(yīng)的余熱回收裝置后，可將這些余熱進(jìn)行發(fā)電，則可有效減輕企業(yè)用電緊張和資源投資浪費(fèi)。如在不改變生產(chǎn)工藝的前提下進(jìn)行修整，那么回收余熱生產(chǎn)，則成為首選。原因就在于新流程工藝，需要對(duì)整體企業(yè)設(shè)備進(jìn)行跟新?lián)Q代，那么所產(chǎn)生的費(fèi)用投資，則將大大加重企業(yè)自身的運(yùn)營(yíng)成本，雖然修整了對(duì)資源的利用規(guī)劃，但是在另一方面，也影響了自身對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的把握。歲在長(zhǎng)遠(yuǎn)利益上有所增益，但是短期收益管理上，仍不理想。

所以在考慮工藝改進(jìn)的前提下，進(jìn)行高溫氣體處理，則可將大量的余熱進(jìn)行回收，舉例來(lái)說(shuō)，105℃煙氣的平均定壓比熱容約為1430j/（m3·k），二人若從160℃降低到105℃，則能有效釋放7.4* 106kj/h的能量。如換算成燃煤，那么其經(jīng)濟(jì)效益則相當(dāng)可觀。

二、熱管式換熱器的使用

在進(jìn)行余熱回收裝置的使用過(guò)程中，現(xiàn)在應(yīng)用最廣的以熱管式換熱器為主，其主要原因就在于這種回收裝置，可將熱氣中的高品位余熱進(jìn)行有效吸收利用，是懸浮焙燒的熱氣中9%左右的熱進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在增添了尾氣處理后，也能更好的實(shí)現(xiàn)低污染氣體的使用，在這個(gè)裝置的使用過(guò)程中，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的提升，有責(zé)顯著意義。

2.1.熱交換的系統(tǒng)流程

熱交換系統(tǒng)的主要流程分類為給水預(yù)熱器、徑向夾套熱管換熱器、流程回路、混水器以及溫度調(diào)控系統(tǒng)。在高于65℃的蒸汽進(jìn)行給水后，總管經(jīng)加壓泵以及氣動(dòng)閥等，就會(huì)負(fù)責(zé)給壓，并促進(jìn)其徑向吸收熱，經(jīng)預(yù)熱處理后，根據(jù)閥門來(lái)進(jìn)行徑向夾套熱管換熱，并保證徑向夾套熱管管理，通過(guò)閥門來(lái)控制進(jìn)入氣體量，并調(diào)控氣動(dòng)換熱器的水文，并最終將熱水按照流量送到客戶使用端口。在溫度調(diào)控系統(tǒng)方面，主要根據(jù)數(shù)顯溫度傳感器上的顯示數(shù)據(jù)來(lái)完成數(shù)控，并根據(jù)流程回路的傳感使用流程來(lái)確定煙氣使用，調(diào)控氣動(dòng)閥閘口有效監(jiān)控，除此之外，應(yīng)設(shè)置排污閥以及排空放氣閥，保證系統(tǒng)在停運(yùn)后將內(nèi)部的廢氣進(jìn)行排空處理。

2.2.換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于外表面和熱管內(nèi)的換熱處理，煙氣以豎直方向流過(guò)熱管，而熱管灌輸?shù)耐獗砻娌磐瓿蔁峤粨Q，那么子啊熱管內(nèi)的氣體就會(huì)輝縣液化，而這也將會(huì)為冷凝段帶來(lái)一定影響，會(huì)影響到工程生產(chǎn)的滯后，若不處理好管道內(nèi)雜質(zhì)，則會(huì)引起堵管，并致使液管內(nèi)出現(xiàn)飽和平衡失調(diào)。在進(jìn)行管道內(nèi)合理設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)熱管管束管壁護(hù)理，進(jìn)而避免腐蝕問(wèn)題出現(xiàn)，提高設(shè)備使用壽命的同時(shí)保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2.3.輸送煙道改造

在對(duì)原有生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行改造的過(guò)程中，首先要了解到在旁通管和換熱器之間的設(shè)備是起到氣壓調(diào)節(jié)作用的，也是保證整體系統(tǒng)安全生產(chǎn)的根本所在，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)的基本要求，可為整體的生產(chǎn)提供安全保障。所以輸送旁通煙道改造則是在進(jìn)行原有系統(tǒng)改建的根本所在。

2.4.換熱系統(tǒng)阻力計(jì)算

在對(duì)整體的煙氣余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算中，針對(duì)彎頭、閥門等進(jìn)行局部阻力計(jì)算，并將其數(shù)據(jù)和熱交換設(shè)備進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)換算阻力來(lái)達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)阻力的最優(yōu)化，并將氣壓控制在可調(diào)控范圍之內(nèi)，這樣可延長(zhǎng)管道系統(tǒng)的使用年限。

2.5.余熱回收裝置

水熱工藝：此工藝以水作為換熱媒介，對(duì)低溫?zé)煔膺M(jìn)行余熱回收，并通過(guò)水余熱進(jìn)行入口溫度調(diào)控，提高煙氣接觸換熱表面溫度，放置水蒸氣比例過(guò)大導(dǎo)致管道產(chǎn)生腐蝕。

低溫?zé)煔鈸Q熱設(shè)備選擇：在對(duì)煙氣換熱器進(jìn)行選擇中，根據(jù)余熱資源進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)徑向夾套熱管換熱器來(lái)完成內(nèi)部高溫防腐蝕，通過(guò)無(wú)機(jī)混合物的高防腐材料保證換熱裝備的使用壽命。

低阻力內(nèi)部結(jié)構(gòu)：換熱其內(nèi)部的流速控制，應(yīng)達(dá)到煙氣的阻力降低目的，并保證煙氣的流通阻力在420Pa以下。

防腐材料選擇：在選用防腐蝕材料中，應(yīng)選擇耐酸露點(diǎn)4ND鋼來(lái)完成，確保使用過(guò)程中，可保障使用效果。

多點(diǎn)空氣聲波除灰：壓縮空氣作為主要的工作介質(zhì)來(lái)完成除灰，為工作環(huán)境提供了有效的安全生產(chǎn)效益，并為后續(xù)生產(chǎn)提供了保證。

總結(jié)

在使用投產(chǎn)后的余熱回收效果上來(lái)看，節(jié)約加熱平臺(tái)，為企業(yè)節(jié)省了大量的溫水供應(yīng)用熱，每年為企業(yè)節(jié)約資金100多萬(wàn)元，而初步投資800萬(wàn)，預(yù)計(jì)8年內(nèi)回收成本，從長(zhǎng)遠(yuǎn)意義來(lái)看，效果顯著。根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，相當(dāng)于每年節(jié)約了1800t的優(yōu)質(zhì)煤炭。在運(yùn)行費(fèi)用方面，循環(huán)水泵的使用電耗，約為2萬(wàn)元/a，而壓縮空氣耗電則為2.3萬(wàn)元/a，維護(hù)修理費(fèi)用2.5萬(wàn)元/a，合計(jì)運(yùn)行費(fèi)用為6.8萬(wàn)元/a。本次改建的好處就在于，減少了二氧化碳排放量同時(shí)，有效控制了二氧化硫等酸性氣體的排放，一方面完成了批量生產(chǎn)硫酸，另一方面完成了余熱回收。

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