典型有色金屬冶煉過程中煙氣回收研究利用

楊再華　劉曉鴻

摘 要：有色金屬的冶煉過程中會造成大量能源的使用，在使用過程中會出現(xiàn)大量煙氣，煙氣中存在的余熱能源可以達到能耗總構(gòu)架的60%左右，這就意味著如果能夠有效再利用煙氣，回收能源，可以帶給有色金屬冶煉行業(yè)較高的成本降低價值與企業(yè)發(fā)展前景。本文以 值作為煙氣中存在的余熱價值變量的衡量標(biāo)準(zhǔn)，通過能級來區(qū)分煙氣余熱所存在的能源品質(zhì)，通過煙氣余熱分析再回收達到降低能源損耗，減少成本消耗的目的。本文將從有色金屬冶煉概論，有色金屬目前煙氣回收會存在的現(xiàn)狀問題與煙氣回收余熱原則三個方面進行對與典型有色金屬冶煉過程中煙氣余熱回收的研究。

關(guān)鍵詞：有色金屬；煙氣余熱回收；余熱分析

一 有色金屬煙氣概述

1 有色金屬冶煉煙氣余熱

我國有色金屬冶煉過程中，會造成大量煙氣排放，而煙氣余熱資源占據(jù)著總余熱資源的80%左右，總煙氣余熱中，溫度高于900°的煙氣能夠達到52%左右，可以看出有色金屬冶煉煙氣中屬于高溫?zé)煔夥懂牭挠酂崮軌蛘紦?jù)超過一半，具有相對較高的回收價值，低溫?zé)煔庥酂峄厥粘杀据^高，相對價值較少，所以本文典型有色金屬冶煉過程中煙氣回收研究利用主要研究煙氣中，高溫余熱部分。

我國有色金屬冶煉的原料相對比較復(fù)雜，但是大多數(shù)冶煉都需要使用硫化礦作為原材料，這就導(dǎo)致了有色金屬冶煉煙氣中SO2等具備腐蝕性的氣體相對更多，這部分煙氣硫化比重大，煙氣溫度高，極容易造成冶煉器材與設(shè)備的被腐蝕，煙氣也具備相對較大的煙塵，隨著有色金屬冶煉的進程，煙塵也會變得耕讀哦，這些煙塵附著在煙氣中對于有色金屬冶煉本身造成了較大的負(fù)擔(dān)。

2 有色金屬冶煉煙氣特點

有色金屬冶煉具備相對明顯的特點

1）不穩(wěn)定的熱負(fù)荷：有色金屬相對復(fù)雜，生產(chǎn)周期不穩(wěn)定，這就直接造成了溫度品與爐渣的排放周期是不穩(wěn)定的，煙氣成分中很大部分是爐渣造成的，所以生產(chǎn)過程中煙氣的余熱會有著較為明顯的變化。

2）煙氣中的塵量相對較多

煙化爐中的含塵量已經(jīng)可以達到80-160g/m3，這種含塵量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般工業(yè)爐所產(chǎn)生的含塵量，煙塵成分復(fù)雜，物理化學(xué)特性相對惡劣，容易對于設(shè)備造成積灰、粘接等現(xiàn)象，會造成設(shè)備堵塞與磨損后果發(fā)生。

3）煙氣具備腐蝕性

有色金屬冶煉原材料大多源于硫化物，硫化物與氧氣燃燒會造成大量的SO2，SO3等具備強腐蝕性氣體，當(dāng)這些腐蝕性氣體與高溫?zé)煔膺M行粘和后，會對于冶煉裝備造成較大影響。

二 有色金屬冶煉煙氣回收利用現(xiàn)狀與

1 有色金屬冶煉煙氣回收現(xiàn)狀

目前我國對于有色金屬冶煉煙氣余熱回收方法較多，首先是對于煙道路徑安裝余熱蒸爐，使得余熱可以在煙道里面發(fā)揮余熱生產(chǎn)較多的蒸汽；其次會利用余熱進行發(fā)電效應(yīng)；也有對于煙氣余熱進行空氣預(yù)熱器布置，使得能夠造成一定程度上的熱風(fēng)；不斷地市面也會出現(xiàn)以余熱的熱泵，汽化冷卻器等設(shè)備提供能源。目前有色金屬冶煉工廠對于煙氣余熱回收方式會采用鋅精礦沸騰焙燒爐余熱反應(yīng)鍋爐，這種鍋爐會使用空腔結(jié)構(gòu)構(gòu)造，能夠使得灰塵摩擦損耗的影響降到最低，同時也會快速降溫，使得煙氣的溫度很快的下降到600°以下，這會使得有色金屬冶煉煙氣中許多熔點相對較低的金屬分離，解決了高溫粘和問題。

2 有色金屬冶煉煙氣回收存在問題

目前我國有色金屬煙氣回收存在著較多嚴(yán)重的問題：

1）煙氣利用性差

由于技術(shù)原因與機械設(shè)備原因，我國有色金屬冶煉煙氣很多只能利用到一次，且這一次也無法做到分級處理，供熱分層，很大程度上僅僅是通過一個熱能反應(yīng)減壓裝置，造成了有色金屬冶煉煙氣余熱的很大程度浪費。煙氣也是存在高低能量分級的，現(xiàn)階段我國對于有色金屬煙氣分級模糊，將所有煙氣降低到低品位熱能來利用，造成了能量本身的損失。

2）煙氣中低溫余熱未被發(fā)掘

前面摘要提到過，中低溫的煙氣余熱提取需要相對較高的技術(shù)難度與相對較少的熱量，與高溫?zé)煔庀啾龋械蜏責(zé)煔獾哪芰可伲崛‰y度大，但是我國總體有色金屬工藝體量大，這就造成了極大的中低溫?zé)煔庥酂岬睦速M。如鋁廠生產(chǎn)氧化鋁所需每臺回轉(zhuǎn)窯排放煙氣能夠造成5.36*107kj/h，如果能夠?qū)⑦@些能量在鋁廠生產(chǎn)過程中進行回收，會極大地降低氧化鋁的生產(chǎn)成本，也會提升用戶的使用成本。

3）余熱利用系統(tǒng)存在問題

我國有色金屬冶煉工業(yè)相對較多，所以煙氣余熱回收利用的裝置也存在著較大的差異，老牌企業(yè)很多都在使用上世紀(jì)的余熱設(shè)備，雖然質(zhì)量上能夠做到經(jīng)常維修不發(fā)生故障，但是與目前先進有色金屬煙氣回收設(shè)備相比效率上存在著較大的偏差。

三 煙氣余熱回收利用原則及方式

1 煙氣余熱回收利用原則

對于物質(zhì)而言， 是在不平衡狀態(tài)下進行的做功力，它隨著外部環(huán)境與內(nèi)在系統(tǒng)的變化而變化，同樣可以相對精準(zhǔn)的描述煙氣中的余熱，？損失的部分乘坐？損失，在？與？損失之間的平衡達到能量守恒，所以煙氣余熱損失可以用？相對清晰地表達，根據(jù)熱力學(xué)的定律證明，總？的量只能被減少，忽略外界因素會不變。

通過對于？的描述可以發(fā)現(xiàn)，有色金屬冶煉煙氣中的？值可以展示出煙氣用能含量，同樣也展示出了煙氣余熱可以回收的能量，通過煙氣中能量總量與可回收能量總量可以判斷出煙氣的品質(zhì)及能級，煙氣的？可以用下式來表達：

對于有色金屬冶煉煙氣的余熱回收，首先要看熱能的損失程度，其次還要觀察熱量的質(zhì)量是否收到了影響，兩者要兼顧。在余熱回收中，將余熱直接回收作用與所應(yīng)用工藝本身會造成更大的能源利用，這就要求煙氣余熱要根據(jù)所需熱能進行分級處理，溫度統(tǒng)一對口。

2 煙氣余熱回收利用方式

2.2.1 余熱鍋爐

余熱鍋爐是有色金屬冶煉生產(chǎn)工藝中相對普遍使用的余熱回收方式i，鍋爐將余熱作為熱源，吸收余熱能量進行對于蒸汽與熱水的加熱，降低了本該用于熱水與蒸汽的能源使用，很大程度上提升了能源使用的效率，降低了熱料的使用，由于其工藝簡單，使用方便，操作人員要求較低所以被廣為使用，這種余熱鍋爐處理有色金屬冶煉煙氣余熱的方式有著幾個特點：

1）首先就是蒸汽量不穩(wěn)定，余熱鍋爐無法儲存熱量，當(dāng)煙氣到達時進行余熱的使用，煙氣過去后，余熱消失，所以無法準(zhǔn)確判斷余熱鍋爐所能夠產(chǎn)生的蒸汽量，它隨著上游工藝的煙氣產(chǎn)生量的變化而變化；

2）其次余熱鍋爐的容量需要隨時變化，由于有色金屬冶煉過程是變化的，所以排出煙氣量也是隨著變化的，如果一直按照最大煙氣流量或者最小煙氣流量都會造成或負(fù)載過大或煙氣處理不夠的現(xiàn)象，所以余熱鍋爐需要在已知上游煙氣量的前提下進行煙氣流量口與鍋爐容量的設(shè)置；

2.2.2 熱交換器

煙氣余熱能量可以使用熱交換器進行傳遞，一般使用的是氣-氣熱交換器，及將煙氣中的能量直接傳遞給空氣，對于空氣中設(shè)置較多的空氣預(yù)熱器回收余熱，這種方式相對簡單，熱損耗較少。空氣受到預(yù)熱后能夠有效提升鍋爐內(nèi)部的溫度，提高整體燃燒的速度。這種方式最主要的優(yōu)勢在于空氣量是隨時變化的，能夠與煙氣余熱的變化相適應(yīng)，達到共同變化的目的，預(yù)熱溫度保持不變時，能夠做到更大程度上的余熱回收。

2.2.3 熱管技術(shù)

熱管具有極好的傳熱特性，在不需要外力的情況下，熱管能夠?qū)崃繌男〗孛孢M行遠(yuǎn)距離輸出，一般熱管是密閉管狀容器進行組合的，容器的外壁使用的是毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)，熱管的使用原理是通過熱脹冷縮的變化收集能量，容器內(nèi)液體受到煙氣余熱蒸發(fā)，蒸發(fā)后到達熱管另一端被冷凝放熱，放熱后液體繼續(xù)回轉(zhuǎn)到煙氣余熱端受熱蒸發(fā)，循環(huán)放熱。

熱管主要以三部分組成，分別是密閉的管狀容器，由金屬纖維架構(gòu)成的粘附在容器內(nèi)壁的吸液芯，工作液體，熱管通過熱障冷算不斷使工作液體蒸發(fā)冷凝放熱再蒸發(fā)，達到回收有色金屬冶煉煙氣余熱的目的。

2.2.4 冷凝式換熱設(shè)備

冷凝式換熱設(shè)備通過回收有色金屬冶煉煙氣中的水蒸氣，將其中的熱量進行回收，以達到回收余熱的目的。冷凝式換熱設(shè)備主要注意事項有兩點：首先就是要確定有色金屬冶煉煙氣中水蒸氣存在的含量，這樣才能有效回收熱流熱量，其次就是注意煙氣中的腐蝕性，這種腐蝕性在低溫條件下會造成較大的損耗，所以要主要回收煙氣水蒸氣的可行性與經(jīng)濟性。

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