氧化铝生产过程中熔盐炉烟气的余热利用

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氧化铝生产过程中熔盐炉烟气的余热利用

熔盐炉广泛应用于化肥、三聚氢胺、氧化铝等高温加热生产工艺中，熔盐是由硝酸钾（KNO3）、亚硝酸钠（NaNO2）及硝酸钠（NaNO3）的混合物。热载体炉将粉状的熔盐加热到熔点142℃以上，使其在熔融流动状态下循环使用。最高工作温度可达600℃的高温。

熔盐炉是热载体炉的分支，主要用于400℃以上的介质的换热。熔盐炉内被加热的热载体是液态熔盐，工业上通常用到的熔盐配方为亚硝酸钠（NaNO2）=40%，硝酸钠（NaNO3）=7%，硝酸钾（KNO3）=53%，通常又称为HTS。熔盐炉广泛应用于固碱、三聚氰胺及氧化铝等行业中。由于加热介质温度高，所以熔盐炉出口烟温较高，能达到450℃—500℃。如果如此高的烟气温度不加以利用，不仅能量白白浪费，而且还会造成环境热污染。针对熔盐炉的热力参数，采用合理的余热回收系统，不仅可以有效的降低排烟温度，提高运行效率，节能运行费用，还可以有效降低环境的热污染。

一、理论基础

一般采用反平衡法估算熔盐炉的热效率。对于燃油及燃气炉，提高熔盐炉热效率的主要方法是降低散热损失和排烟热损失。

熔盐炉是通过设置内、外保温层的方式降低散热损失。保温层厚度计算必须满足在无风、环境温度为27℃条件下，辐射段、对流段和热烟风管道的外壁不超过82℃，底部外表面温度不超过90℃。通常状况下，基于低位发热量的燃料放热量的散热损失在1.5%—3%。散热损失的热量主要是外壁以对流换热和辐射的方式与环境换热，环境的风速与温度对散热有一定的影响。风速较大时，对流换热系数变大，但是传热温差也变小，所以，真个散热量变化不大。一般熔盐炉散热损失按照2%进行计算。

提高热效率的主要途径还是通过降低排烟温度来实现的。一般来说，在相同的过量空气系数下，炉子排烟温度每升高15℃—20℃，热效率大约降低1%。在现场运行中，可以根据现场比值粗略估算熔盐炉的运行效率。实际上，根据燃料不同，此值也是不一样的。要想得到准确的数据，还是需要详细的计算。以某项目2299万KJ/h热媒炉为例，通过计算数据说明。表1为此项燃料特性，表2是排烟温度和排烟热损失的对照表，过量空气系数为1.15.从表2中可以看出，排烟温度没升高20℃，排烟热损失升高0.91%—0.93%。

另外，在运行中有效的控制过量空气系数，也可以降低排烟热损失。

二、熔盐炉余热回收系统

熔盐炉余热回收系统常见形式有两种：

1、烟气作为高温热源加热系统外介质，如采用热管蒸发器产生蒸汽或加热导热油等。温度降低后的烟气采用热管空预器与助燃风换热，进一步降低排烟温度，流程如图1所示。

图1所示系统流程为熔盐炉中产生的高温烟气首先进入到热管蒸发器中与软水换热产生蒸汽，同时烟气温度下降后，进入到热管空预器中与助燃风换热，降低到设计排烟温度后送入到烟囱排放。

2、高温烟气只安装热管空预器与助燃风换热，烟气温度降低后排入大气，流程如图2所示。

图2所示系统流程为熔盐炉中产生高温烟气进入到热管空预器中与助燃风换热，换热完成后送到烟囱排放。

两条流程均可完成能量的任务，从流程图上分析不出优劣。现以现场运行3344万KJ/h熔盐炉为例，列举热力参数进行说明，此熔盐炉采用图1方案。表3为3344万KJ/h熔盐炉运行及计算参数，表4按照图2设计得出的计算参数。

从表3及表4的热力参数看出，两种余热回收系统都可以达到设计的排烟温度及热效率。但是，采用图2的系统设计方式计算得出热风温度相当高，导致理论燃烧温度高，从而加速了氮氧化物的生成，对环境造成较有害的污染。两种方案中，烟风系统的压损都是由鼓风机产生的压头克服的。图1方案所需的风机压头远小于图2系统所需压头。图2方案空气侧行程明显多于图1方案，这是造成压降大的原因之一。另外气气换热效率远远低于气液换热，所以图2方案要想达到设计热效率，必须使用较多的换热面积，这是造成压降较大的另一原因。

在考虑熔盐炉热效率，降低排烟温度的同时，要详细考察燃料腐蚀性介质含量，详细计算露点温度，在追求高效率的同时要兼顾露点腐蚀的问题。

三、经济性分析

对于同一套余热回收系统来说，不仅设计中要重点考虑热效率，降低排烟温度，在运行中也要提高操作水平，及时修补破损保温层，控制过量空气系数等。熔盐炉运行效率提高一个百分点，对于节能及节省运行成本来说很有意义。以3344万KJ/h熔盐炉为例，效率91.2%，需要燃料量为2273m3/h（标准）；若效率提高为92.2%。需要燃料量约为2240m3/h（标准）。燃料气为自产气，成本以1元/m3（标准）计算，每年节约费用约26.4万元，节省运行费用数目可观。

四、结论

通过以上案例分析得出结论：

1、熔盐炉出炉烟气温度较高，采用烟气加热外部介质的余热回收流程不仅可以达到节能的目的，而且也可以有效减少氮氧化物的排放。

2、熔盐炉负荷较大，提高热效率产生的经济效益越可观。但是，要结合燃料中硫化物的含量，确定一个合理的排烟温度及热效率。一味的追求热效率，而忽略了露点腐蚀的问题，使设备过早腐蚀，降低寿命，会给安全运行带来隐患。


内容来源：余热余能再利用