熔铝炉烟气余热利用的系统设计及利用

Alexandria2020

熔铝炉烟气余热利用的系统设计及利用

熔铝炉作为我国炼铝行业最为重要的设备，其能源利用率的高低直接决定整个企业的效率。目前，我国大多数熔铝炉产生的烟气都是直接排放掉，熔铝炉效率仅为30%，还会造成严重的环境污染。为此，根据我国熔铝炉节能现状，我公司设计了一套烟气余热梯级利用系统，该系统主要包括热管空预器、热管蒸发器（热管余热锅炉）、热管换热器。实践证明，这套系统多熔铝炉排放烟气余热的回收率达到70%以上。

铝在熔炼过程中产生大量热能，热能品位从高至低均可回收加以利用。我国大多数的熔铝炉，从排放的烟气中带走的热量大约占熔铝炉总输入热量的40%—60%。它们的排烟温度大多高于600℃，已经属于中高温余热资源，一般排烟温度没降低10℃，熔铝炉效率可提高0.5%—0.6%。因此，排烟热损失是熔铝炉热损失中最大的一项（其他节能包括：选择合适的燃烧器、提高熔铝炉的控制水平、加强熔铝炉的保温等），回收烟气余热具有很大的节能潜力。

根据热力学第二定律，熔铝炉的排烟余热属于较高品位的能量，应该对它进行梯级利用。根据实际需要提供不同品位的热能，力争做到提供的热能不仅能满足数量上的要求，而且在质量上也能够相互匹配，从而实现“热尽所用”。

一、熔铝炉烟气余热梯级利用的特点

熔铝炉余热资源主要是指熔铝炉在燃烧过程完成熔铝后所剩下的能量，它在我国的铝加工企业的能源消耗中占据了很大的比例，如下图所示。

以前，因为企业的节约能源的意识不高，大量的余热资源没有得到充分的、合理的利用，浪费现象相当的惊人。在能源供需关系日趋紧张的今天，如何高效地、合理地回收宝贵的余热资源就显得非常的重要。

1、熔铝炉烟气余热梯级利用的优点

熔铝炉烟气余热梯级利用系统与熔铝炉热烟气直接排放或烟气余热单一回收利用相比，具有明显的优越性。

熔铝炉在增设了烟气余热梯级利用系统后，不仅可以通过预热助燃风提高熔铝炉的热效率，而且还可以通过该系统中的热管蒸发器（热管余热锅炉）及热管换热器等节能设备得到一定品位的饱和蒸汽和热水，这些热能既可以用于日常的生活中，也可以在某些生产工艺流程中发挥重要的作用。熔铝炉排放的烟气通过这套烟气余热利用系统，经热量传递给了熔铝炉的助燃空气、热管蒸发器中的软水以及热管换热器中的自来水，使烟气余热得到了最大限度的利用，从而大大提高了熔铝炉的能量利用效率。

烟气余热梯级利用系统与普通余热回收系统相比，投资有所增加，但从经济分析来看，由于余热利用率大大提高，投资回收期较短，一般一年以内可回收投资成本。

2、熔铝炉烟气余热梯级利用的难点

虽然熔铝炉的烟气余热利用具有很大的理论潜力，但是在实际的应用过程中有许多难题需要攻克。一般来说，熔铝炉烟气余热梯级利用主要存在以下问题：

1）熔铝炉的热负荷具有不稳定性。

熔铝炉热负荷的不稳定性是由熔铝炉生产过程决定的。因为熔铝炉的生产过程具有周期性，它的高温产品和铝渣的排放也是间断性的。

2）熔铝炉的烟气含尘量比较大。

我国传统的熔铝炉操作水平较低，或者使用的燃料较差，导致其排放烟气中含有较多的烟尘。烟尘的化学、物理性质恶劣，从而对烟气余热回收设备产生十分不利的影响。比如余热回收装置受热面上的积灰不仅会污染热管表面影响换热效率，积灰严重时还会堵塞烟气流通的通道，加大烟气流动的阻力，甚至影响相关设备的安全运行，不得不定期采取停炉清灰。

3）烟气具有腐蚀性。

我国有些铝加工企业使用重油作为熔铝炉的燃料，导致熔铝炉排放的烟气中含有较多的SO2等腐蚀气体。这些气体可能会对烟气余热回收设备造成高温或者低温腐蚀。近几年，我国大多数的熔铝炉已经采用较为清洁的天然气做为燃料，排烟中腐蚀性气体的含量有所降低。

4）系统设备的安装。

在实际的烟气余热利用过程中，余热回收装置及管路的布置往往受到现场原有设备及管路等固有条件的限制，而余热梯级利用系统较普通余热回收系统复杂，这种矛盾就更为突出，因此在系统设备布置时需要重点考虑。

二、烟气余热梯级利用系统的设计

1、系统流程

熔铝炉烟气余热梯级利用系统主要由热管空预器、热管蒸发器（热管余热锅炉）、热管换热器等3种换热设备组成。

主要流程为：

1）烟气通过热管空预器，用于加热助燃用空气，以提高炉膛温度使熔铝炉燃烧效率增加，经过热管空预器后的烟气温度可降低到300℃左右。

2）采用热管蒸发器回收从空预器排出的烟气余热，通常可以将300℃的烟气降低到150℃左右，与此同时热管蒸发器产生一定品位的饱和蒸汽可供生产或生活的相关热用户使用。

3）经过热管蒸发器后的烟气可以再送至热管换热器中，产生热水供热管蒸发器补水或供生产工艺及生活用热水，同时降低热管蒸发器的温度，提高了能量的利用效率，通过热管换热器后的烟气温度可降至90℃以下。

2、改进设计

该系统在实际应用中根据客户的具体要求可以进行相应的更改，某铝业的熔铝炉的烟气余热梯级利用系统简图如下图所示

该系统主要采取了以下技术措施：

1）在每台熔铝炉烟气出口处设置1台风冷式除尘器，冷却熔铝炉排烟中的飞灰及半熔融状态的铝渣，使其在除尘器内凝固并被分离，这样就有效控制并提高了烟气的清洁度，有效避免余热回收系统的堵灰问题。

2）在每台风冷式除尘器后分贝设置一台热管空预器，将进入熔铝炉的助燃风加热后送入熔铝炉燃烧室，从而提高了熔铝炉的燃烧效率，实现能源的节约。

3）每台热管空预器排出的烟气经过烟道引入到一台热管蒸发器，产生的饱和蒸汽用于办公楼采暖及工艺循环冷却水用制冷。冬季采暖期间采用蒸汽加热采暖循环水，供办公楼采暖使用；夏季制冷期间经蒸汽送入喷射式蒸汽制冷站后产生循环冷却水去冷却工艺。

4）在每台热管蒸发器尾部设置一台热管换热器，产生的热水用于前面热管蒸发器补水及生产或生活用热水。经过热管换热器后的烟气温度最终降至90℃左右，通过单独设置的烟道排放至大气，由于通过该段余热回收装置烟气温度较低，所有材料均采用耐低温腐蚀材料。

5）为确保用户有足够的采暖热水，在系统安装时预留采暖用热水锅炉接口。采暖热水锅炉串联进入采暖循环水系统。当热管蒸发器产生的蒸汽不足以提供采暖所需热量时，采暖热水锅炉可作为调峰使用，用于补充热管蒸发器所差的部分热量。

6）为确保用户有足够的生活用热水，在系统安装时经预留洗浴用热水锅炉接口。当热管换热器不足以提供洗浴用所需热量时，开启洗浴用热水锅炉向热水箱补充热水。

7）为防止热管空预器、热管蒸发器、热管换热器灰堵，在每台余热回收装置的烟气侧装有清灰门以及底部安装了落灰斗，清灰时可人工或在线自动放灰。

三、烟气余热梯级利用系统运行效果

目前，我公司烟气余热梯级利用系统已在多个熔铝炉使用单位运行，节能率均达到15%以上，以某铝业熔铝炉的余热梯级利用应用情况为例，该企业共有三台1.5t/h、一台0.75t/h容量的熔铝炉，改造后该系统主要由热管空预器及热管蒸发器两种节能设备组成，分别用于加热熔铝炉助燃风及产生0.3MPa的饱和蒸汽，产生的蒸汽主要供生活热水及食堂蒸柜使用。

该企业在节能改造前熔铝炉的天然气耗量为350万m3/年，节能改造后熔铝炉天然气耗量约为250万m3/年，热水锅炉减少天然气耗量2万m3/年，蒸柜节电20万kWh/年。根据统计，该节能系统每年正常运行300天，按天然气价格3.3元/m3，电价0.7元/kWh计算，该工程总结能年收益350.6万元，扣除运行维护维护费用后，节能净收益在295万左右。

内容来源：网络