氧化鋁熟料燒成窯煙氣余熱利用技術(shù)研究與應(yīng)用

　　:隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)升級(jí)，我國(guó)資源環(huán)境約束日趨強(qiáng)化，節(jié)能減排形勢(shì)嚴(yán)峻，為確?！?ldquo;十二五”規(guī)劃綱要》提出的節(jié)能減排約束性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，國(guó)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(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用。

　　回收余熱、降低能耗對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。冶金企業(yè)屬于高耗能型企業(yè)，其能耗占全國(guó)能耗的10%左右，占工業(yè)部門(mén)能耗的15%左右，能源費(fèi)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(zhǎng)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(shí)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(tái)熟料燒成窯，設(shè)計(jì)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(guò)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(xì)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(cè)定

　　氧化鋁廠熟料燒成窯煙氣經(jīng)過(guò)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(jī)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(fèi)。為了研究煙氣的余熱利用技術(shù)，設(shè)計(jì)余熱利用方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，于2 0 0 9年3月連續(xù)3天對(duì)4 #燒成窯煙氣進(jìn)行跟蹤測(cè)試，得到煙氣流量、成分、溫度、含塵量、含水量等指標(biāo)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(guò)測(cè)定得知氧化鋁熟料燒成窯尾氣溫度在2 0 0℃左右，屬于低溫?zé)煔?。目前我?guó)冶金行業(yè)溫度低于60 0℃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(duì)于中低溫?zé)煔庥酂岬幕厥绽靡恢笔且粋€(gè)薄弱環(huán)節(jié)。

　　中鋁貴州分公司借鑒國(guó)內(nèi)外余熱利用先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合自身氧化鋁生產(chǎn)特點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)時(shí)，煙氣中的SO2、SO3與凝結(jié)水結(jié)合形成弱酸或中強(qiáng)酸，對(duì)傳熱元件表面造成酸腐蝕，而且，凝結(jié)水與熟料粉塵會(huì)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(yán)重時(shí)會(huì)使換熱器失效。所以先對(duì)煙氣露點(diǎn)溫度進(jìn)行計(jì)算，確定煙氣可利用的溫度，以防止煙氣結(jié)露。

　　經(jīng)計(jì)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(diǎn)溫度為134℃。為了防止煙氣結(jié)露對(duì)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(cè)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(xiǎn)起見(jiàn)，煙氣的計(jì)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(dòng)力工程師手冊(cè)，管道外表面溫度15 0℃常年運(yùn)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(zhǎng)度按1000m計(jì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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。