余熱回收工藝改造及生產實踐

方志軍

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪335424）

1 引言

余熱的含義是在一定的經濟技術和條件下，在能源消耗設備中沒有被利用的能源，也就是多余或者說廢棄的能源。它包括高溫廢汽廢水余熱、化學反應余熱、廢氣余熱、高溫產品和爐渣余熱、冷卻介質余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據研究調查，各行業的余熱總資源大約占其燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。因此，余熱回收具有極大的經濟效益［1］，同時也為節能環保提供了有力支持；所以需要不斷探索余熱回收的新方式。

2 余熱回收的主要方法

余熱回收和利用的途徑很多,根據余熱利用過程中能量傳遞或轉換的特點，可將目前國內的工業余熱回收技術分為熱交換技術、熱功轉換技術以及余熱制冷制熱技術［2］。

熱交換技術是目前最直接，而且效率較高的經濟方法，在不改變原有余熱能量的形式下,余熱能量通過換熱設備，直接傳遞給了自身工藝的耗能過程，降低一次能源的消耗。其主要利用方式有余熱鍋爐、間壁式換熱、熱管換熱、蓄熱式熱交換等［3］。例如：熱管余熱回收器便是利用熱管高效的傳熱特性以及其環境的適應性所制的換熱裝置，主要應用于工業節能領域，可以廣泛回收存在于氣態、液態以及固態介質中的廢棄熱量。按照熱流體和冷流體的狀態，熱管余熱回收器可以分為：氣—氣式、氣—汽式、氣—液式、液—液式、液—氣式。按照回收器的結構形式可以分為：整體式、分離式和組合式。

3 余熱回收工藝流程

3.1 空壓機余熱回收方法

目前動力中心雜用空壓機常年保持3～4臺同時運行,空壓機運行過程中，氣體在經過離心式壓縮機的葉輪時，高速運轉中的葉輪使氣體經離心力的作用下，既提升壓力，同時速度也極大的增加，即離心式壓縮機首先通過葉輪將原動機的機械能轉變為氣體的靜壓能和動能［4］。各級壓縮后的空氣溫度會顯著上升，達到100～140℃，需經冷卻降溫至35℃以下后才能進入下級壓縮或用戶使用。

目前工藝上普遍采用循環水對各級壓縮空氣進行冷卻降溫，空壓機的空氣熱量全部被循環水帶走，沒有得到有效利用，經相關資料介紹，循環水帶走的熱量相當于離心式空壓機功耗的60%左右。1#動力中心常年運行的離心式空壓機一般為150Nm3/min規格的2臺，100Nm3/min規格的1臺，電機總功率為933×2+588=2454kW，存在較大的余熱回收利用空間。

離心式空壓機級間空氣熱能回收，普遍只能回收部分末級熱能，且回收的熱量全部是用來產生洗澡的熱水，回收規模受制于熱水用量的限制，不能直接與工藝生產相銜接［5-6］。在不影響空壓機設備運行性能前提下，將離心式空壓機末級排氣的空氣熱量盡可能的回收，并根據動力中心的工藝特點，將空壓機余熱回收與工藝生產相結合，將回收的熱量用于生產過程。

在空壓機原有后部冷卻器前，新增專用余熱回收換熱器，通過新增冷卻水泵，將1#動力中心純水箱中的常溫水輸送至新增換熱器回收熱量后再返回純水箱，往復循環，不斷將空壓機末級熱能回收至純水箱中，使純水箱溫度升高，最后形成平衡，純水箱水溫最終穩定在一定溫度范圍內。

3.2 轉爐水套余熱回收方法

熔煉車間一系統共有六臺轉爐，在正常生產過程中，始終保持有兩臺轉爐進行吹煉。轉爐在吹煉過程中會產生大量的熱量，被轉爐水套冷卻水帶走,同時會產生大量的凝結水，凝結水在冷卻過程中，又會產生一定量的閃蒸汽［7］。以前這部分低壓蒸汽因為回收困難或回收成本高，通常直接排放至大氣中，浪費了大量的能源。根據熔煉車間的測算［8］，這部分閃蒸蒸汽量大約在2～4t/h，存在較大的余熱回收價值。

目前大部分轉爐的熱量是沒有回收的［9］，僅有的一家煉銅企業的轉爐水套熱量回收采用的是增加蒸汽汽包帶壓回收方式，技改工作量大，投資費用高。在不對轉爐水套冷卻系統進行大規模改造且不影響轉爐水套冷卻效果的前提下，另辟蹊徑，采用新的工藝方法實現對轉爐水套余熱的綜合回收利用［10］。

在轉爐水套閃蒸蒸汽排空管后增設一蒸汽換熱器［11］，通過新增冷卻水泵，將1#動力中心純水箱中的常溫水輸送至新增換熱器回收熱量后再返回1#動力中心，由于轉爐水套產生的熱量比較大，回收熱量后的水溫最高可以達到60～80℃（進水溫度35℃），如果只進行簡單的水路循環，會導致純水箱熱量一直聚集，從而水溫將會一直上升至100℃并出現蒸發，導致換熱效果越來越差，同時水溫的提高，將導致空壓機余熱回收換熱無法進行。因此必須采取措施將二級純水箱溫度始終控制在40℃以下。1#動力中心目前有三臺純水箱，如何對二級純水箱溫度進行控制，首先空壓機余熱回收是以3#純水箱中的純水作為介質，經過換熱之后返回3#純水箱內；參與轉爐余熱回收同樣以3#純水箱中的純水作為介質，由轉爐水套余熱回收泵送至轉爐水套換熱器［12］，但換熱之后返回至1#純水箱內，這樣不但能使3#純水箱內的水始終能控制在40℃以下，又保證了1#純水箱中的水具有較高溫度。

在設計時，需將空壓機末級空氣參數及轉爐水套閃蒸蒸汽參數提供專業廠家，經專業計算后，生產出具有針對性的余熱回收換熱器，以確保各項參數滿足工藝生產要求。

4 結語

經實踐運行，2臺末級余熱換熱器和轉爐換熱器投入正式運行后，運行效果良好，末級余熱換熱器進氣溫度75～80℃，出口溫度31～35℃，三級壓縮空氣所含熱量經熱交換轉移至除氧器給水中；轉爐換熱器進出口溫度差能夠達到15℃左右，研究達到預期目的［13］。在不影響原有工藝運行安全穩定的前提下，將空壓機與轉爐的余熱綜合回收利用。