電解鋁生產(chǎn)中煙氣凈化及余熱利用研究

陡文化

（青海中鋁工業(yè)服務(wù)有限公司，青海 西寧 810108）

1 電解鋁生產(chǎn)中產(chǎn)生煙氣的余熱回收

1.1 電解煙氣余熱熱負(fù)荷計(jì)算

某公司電解鋁生產(chǎn)系列有236臺(tái)240KA電解槽，配套設(shè)計(jì)三套干法煙氣凈化系統(tǒng)，分別位于電解車間中部和廠房?jī)蓚?cè)，每套煙氣凈化系統(tǒng)各有兩條電解煙氣匯集煙道，有關(guān)電解煙氣凈化系統(tǒng)參數(shù)如下：

（1）每套煙氣凈化系統(tǒng)總煙氣量為600000m3/h（壓力損失為4000Pa）。

（2）凈化主煙管直徑為2700mm。

（3）每套煙氣凈化系統(tǒng)有兩條煙氣匯集煙道，單趟匯集煙道煙氣量為300000m3/h，煙氣溫度為80℃～120℃。

基于上述工藝，計(jì)算電解煙氣可回收熱量時(shí)，按單趟匯集煙道計(jì)算。某公司電解生產(chǎn)有三套干法煙氣凈化系統(tǒng)，共計(jì)有六趟電解煙氣匯集煙道，如每趟煙氣匯集煙道對(duì)應(yīng)安裝一臺(tái)煙氣換熱裝置，則單臺(tái)煙氣換熱系統(tǒng)每小時(shí)回收的熱量為：

式中：

Vg——單煙氣管道電解槽煙氣流量；

Pg——煙氣密度；

Cpg——煙氣比熱；

ΔT——換熱器前、后的排煙溫度溫差。

電解生產(chǎn)過(guò)程中，電解煙氣排煙溫度最低80℃時(shí)，排煙溫度溫差選用15℃計(jì)，換熱器出口排煙溫度為65℃，則煙氣換熱器回收熱量可加熱的循環(huán)水量為：

式中：

Cpw——水的比熱；

Tw=65℃表示供暖循環(huán)水出水溫度；

t0=50℃表示供暖循環(huán)水回水溫度。

由上述計(jì)算可知，某公司電解生產(chǎn)系列凈化系統(tǒng)安裝6臺(tái)煙氣換熱裝置可回收的熱量為：

Q總=1813×6=10878（kw），折算成蒸汽量為14.25t/h。

1.2 電解生產(chǎn)過(guò)程中所使用煙氣換熱器的選型

根據(jù)煙氣熱負(fù)荷計(jì)算情況，首先要確定電解煙氣換熱器選型的基本參數(shù)。

表1 電解煙氣換熱器選型基本參數(shù)

以上電解煙氣換熱器選型基本參數(shù)是以電解排煙溫度最低時(shí)的相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出的，此種工況下熱水循環(huán)系統(tǒng)出水溫度在65℃左右偏低，但僅限于冬季最冷極寒天氣時(shí)（每年冬季極寒天氣一般持續(xù)3天～7天的時(shí)間），其余時(shí)間隨著煙氣溫度升高，循環(huán)水出水溫度等指標(biāo)會(huì)相應(yīng)提升，煙氣換熱器換熱效果會(huì)更好。

煙氣余熱回收利用系統(tǒng)主要包括：煙氣余熱回收裝置（換熱器）和熱力管路[1]。熱力管路要與企業(yè)現(xiàn)有的生活熱水系統(tǒng)、冬季采暖供熱系統(tǒng)等進(jìn)行有效連接，并做到互為備用，形成穩(wěn)定、有效的電解煙氣余熱回收利用系統(tǒng)。電解煙氣余熱回收系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 電解煙氣余熱回收系統(tǒng)流程圖

電解煙氣余熱利用時(shí)，根據(jù)電解凈化系統(tǒng)分布情況及企業(yè)熱力系統(tǒng)實(shí)際情況，需同步增設(shè)相應(yīng)的熱力管路。管道鋪設(shè)有兩種設(shè)計(jì)形式，一是將所有電解凈化系統(tǒng)安裝的煙氣換熱器設(shè)備供、回水管道全部集中至集水器和分水器，然后通過(guò)集水器和分水器主管道輸送至企業(yè)集中供熱泵站，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用；二是在電解凈化系統(tǒng)各換熱器設(shè)備與企業(yè)集中供熱泵站之間設(shè)計(jì)同程式供、回水主管道，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用；這兩種熱力管道鋪設(shè)方式各有利弊，企業(yè)可根據(jù)實(shí)際情況選用[2]。另外，在集中供熱站處應(yīng)增設(shè)水-水換熱器設(shè)備或新建水-水換熱器設(shè)備間，實(shí)現(xiàn)加熱熱水的目的，同時(shí)根據(jù)職工浴池等用熱水點(diǎn)的位置鋪設(shè)熱水管道，由此形成完整的電解煙氣余熱開(kāi)發(fā)和利用系統(tǒng)。

2 電解煙氣余熱資源的回收利用

電解煙氣余熱的開(kāi)發(fā)回收為企業(yè)提供了一種新的余熱資源，那么如何有效地利用它，將是企業(yè)面臨的主要任務(wù)[3]。本文認(rèn)為應(yīng)首先考慮滿足企業(yè)自身需求，將電解煙氣余熱資源重點(diǎn)用于替代企業(yè)的采暖負(fù)荷系統(tǒng)和生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)一步明確其他用熱負(fù)荷（如浴池等）情況，并統(tǒng)計(jì)考慮應(yīng)用，以最大限度將余熱資源應(yīng)用到生產(chǎn)、生活過(guò)程中；與此同時(shí)在滿足自身需求的前提且有一定的余熱資源富余時(shí)，可根據(jù)企業(yè)周邊用戶熱負(fù)荷需求情況及投資情況等綜合考慮后外供，以提高電解煙氣余熱利用的效能。

2.1 余熱利用熱負(fù)荷計(jì)算

以某公司為例，公司現(xiàn)有一座集中加熱泵站，站內(nèi)有汽-水換熱器設(shè)備等，負(fù)責(zé)為廠區(qū)及廠前區(qū)生產(chǎn)、生活設(shè)施提供生活熱水和冬季采暖，共設(shè)有2個(gè)職工浴室，每個(gè)浴室各設(shè)有一套汽-水換熱設(shè)備，為浴室提供熱水，另有部分車間為蒸汽采暖，所用蒸汽供給由余熱鍋爐提供。

2.2 余熱利用總熱負(fù)荷

經(jīng)計(jì)算某公司采暖總負(fù)荷為8741kW，浴池?zé)崴?fù)荷為1500kW，合計(jì)余熱利用可替代供熱總負(fù)荷為10241kW。電解煙氣凈化系統(tǒng)6套煙氣換熱器可回收的熱量為10878kW，因此，電解煙氣余熱利用資源可滿足冬季采暖負(fù)荷和浴池?zé)崴?fù)荷的需求。

3 電解煙氣余熱利用中有關(guān)事項(xiàng)

通過(guò)對(duì)電解煙氣余熱開(kāi)發(fā)與利用情況進(jìn)行分析，做好電解煙氣余熱資源的利用不僅僅是簡(jiǎn)單地完成回收和應(yīng)用，還必須考慮回收利用系統(tǒng)的各個(gè)方面工作需求、余熱利用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、電解凈化系統(tǒng)相關(guān)溜槽、收塵管的變動(dòng)等，只有全面做好這些工作才能真正達(dá)到電解煙氣余熱資源的有效利用效果，為此電解煙氣余熱開(kāi)發(fā)與應(yīng)用中應(yīng)關(guān)注如下事宜。

（1）電解煙氣余熱利用的同時(shí)同步考慮熱網(wǎng)循環(huán)泵的選型更新事宜；此項(xiàng)工作涉及新增熱力管道同層或集中的設(shè)計(jì)敷設(shè)方式，管道實(shí)際走向、長(zhǎng)度及水力計(jì)算等情況，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定；在此只作為一個(gè)關(guān)注重點(diǎn)提出，故對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)泵參數(shù)計(jì)算、選型不做詳細(xì)闡述。

（2）電解煙氣余熱利用要考慮熱力管道的保溫情況，整體保溫工藝為：管道除銹—刷防銹漆兩遍—包裹保溫層—玻璃絲布固定—鍍鋅鐵皮固定（或玻璃絲布外刷防銹漆兩遍），其中玻璃絲布按疊加1/3纏繞。如選用重量輕、吸水率低的聚氨酯套管為保溫層，保溫層厚度選用50mm，冬季采暖室外平均溫度為-15.5℃，保溫層導(dǎo)熱系數(shù)λ取0.021kcal/m·h·℃，經(jīng)計(jì)算保溫層外表面溫度為-9.5℃。故選用50mm厚的保溫層，能保證保溫效果。

（3）電解煙氣余熱資源的開(kāi)發(fā)與利用必須進(jìn)行余熱利用經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算。煙氣換熱器回收熱量10878kw，折算成蒸汽量為14.25t/h，由工業(yè)鍋爐供熱，鍋爐房總噸位應(yīng)為30t～40t，由3臺(tái)10t蒸汽鍋爐兩用一備或兩臺(tái)20t蒸汽鍋爐一用一備運(yùn)行保證；因環(huán)保工作要求目前工業(yè)鍋爐均為燃?xì)忮仩t，考慮冬季采暖負(fù)荷，運(yùn)行鍋爐需滿負(fù)荷生產(chǎn)，夏季僅為浴池供熱鍋爐為小負(fù)荷運(yùn)行，故全年運(yùn)行5500h，約生產(chǎn)蒸汽8.3萬(wàn)t，消耗天然氣750萬(wàn)立，全年燃?xì)赓M(fèi)用為1288萬(wàn)元。以此分析得出：電解煙氣余熱利用的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)投資即見(jiàn)效的目的，如果考慮人員調(diào)配、設(shè)備設(shè)施維修、備品備件輔材消耗等因素，其經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更好。

4 結(jié)語(yǔ)

電解煙氣余熱開(kāi)發(fā)和利用技術(shù)非常必要，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不但不影響電解鋁的生產(chǎn)工藝，還能提供連續(xù)清潔的余熱資源以替代傳統(tǒng)工業(yè)鍋爐的供熱方式，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。應(yīng)用該技術(shù)后由于降低了電解煙氣排煙溫度，大量的煙氣排入大氣中相應(yīng)減少了大氣熱污染，減少溫室效應(yīng)，有效保護(hù)了環(huán)境。