電解鋁生產中煙氣凈化及余熱利用研究

陡文化

（青海中鋁工業服務有限公司，青海 西寧 810108）

1 電解鋁生產中產生煙氣的余熱回收

1.1 電解煙氣余熱熱負荷計算

某公司電解鋁生產系列有236臺240KA電解槽，配套設計三套干法煙氣凈化系統，分別位于電解車間中部和廠房兩側，每套煙氣凈化系統各有兩條電解煙氣匯集煙道，有關電解煙氣凈化系統參數如下：

（1）每套煙氣凈化系統總煙氣量為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，計算電解煙氣可回收熱量時，按單趟匯集煙道計算。某公司電解生產有三套干法煙氣凈化系統，共計有六趟電解煙氣匯集煙道，如每趟煙氣匯集煙道對應安裝一臺煙氣換熱裝置，則單臺煙氣換熱系統每小時回收的熱量為：

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。

電解生產過程中，電解煙氣排煙溫度最低80℃時，排煙溫度溫差選用15℃計，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水量為：

式中：

Cpw——水的比熱；

Tw=65℃表示供暖循環水出水溫度；

t0=50℃表示供暖循環水回水溫度。

由上述計算可知，某公司電解生產系列凈化系統安裝6臺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 電解生產過程中所使用煙氣換熱器的選型

根據煙氣熱負荷計算情況，首先要確定電解煙氣換熱器選型的基本參數。

表1 電解煙氣換熱器選型基本參數

以上電解煙氣換熱器選型基本參數是以電解排煙溫度最低時的相關參數計算得出的，此種工況下熱水循環系統出水溫度在65℃左右偏低，但僅限于冬季最冷極寒天氣時（每年冬季極寒天氣一般持續3天～7天的時間），其余時間隨著煙氣溫度升高，循環水出水溫度等指標會相應提升，煙氣換熱器換熱效果會更好。

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

圖1 電解煙氣余熱回收系統流程圖

電解煙氣余熱利用時，根據電解凈化系統分布情況及企業熱力系統實際情況，需同步增設相應的熱力管路。管道鋪設有兩種設計形式，一是將所有電解凈化系統安裝的煙氣換熱器設備供、回水管道全部集中至集水器和分水器，然后通過集水器和分水器主管道輸送至企業集中供熱泵站，實現循環利用；二是在電解凈化系統各換熱器設備與企業集中供熱泵站之間設計同程式供、回水主管道，實現循環利用；這兩種熱力管道鋪設方式各有利弊，企業可根據實際情況選用[2]。另外，在集中供熱站處應增設水-水換熱器設備或新建水-水換熱器設備間，實現加熱熱水的目的，同時根據職工浴池等用熱水點的位置鋪設熱水管道，由此形成完整的電解煙氣余熱開發和利用系統。

2 電解煙氣余熱資源的回收利用

電解煙氣余熱的開發回收為企業提供了一種新的余熱資源，那么如何有效地利用它，將是企業面臨的主要任務[3]。本文認為應首先考慮滿足企業自身需求，將電解煙氣余熱資源重點用于替代企業的采暖負荷系統和生活熱水供應系統，同時進一步明確其他用熱負荷（如浴池等）情況，并統計考慮應用，以最大限度將余熱資源應用到生產、生活過程中；與此同時在滿足自身需求的前提且有一定的余熱資源富余時，可根據企業周邊用戶熱負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 余熱利用熱負荷計算

以某公司為例，公司現有一座集中加熱泵站，站內有汽-水換熱器設備等，負責為廠區及廠前區生產、生活設施提供生活熱水和冬季采暖，共設有2個職工浴室，每個浴室各設有一套汽-水換熱設備，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 余熱利用總熱負荷

經計算某公司采暖總負荷為8741kW，浴池熱水負荷為1500kW，合計余熱利用可替代供熱總負荷為10241kW。電解煙氣凈化系統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荷和浴池熱水負荷的需求。

3 電解煙氣余熱利用中有關事項

通過對電解煙氣余熱開發與利用情況進行分析，做好電解煙氣余熱資源的利用不僅僅是簡單地完成回收和應用，還必須考慮回收利用系統的各個方面工作需求、余熱利用技術經濟性、電解凈化系統相關溜槽、收塵管的變動等，只有全面做好這些工作才能真正達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發與應用中應關注如下事宜。

（1）電解煙氣余熱利用的同時同步考慮熱網循環泵的選型更新事宜；此項工作涉及新增熱力管道同層或集中的設計敷設方式，管道實際走向、長度及水力計算等情況，要根據現場實際情況確定；在此只作為一個關注重點提出，故對熱網循環泵參數計算、選型不做詳細闡述。

（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℃，保溫層導熱系數λ取0.021kcal/m·h·℃，經計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發與利用必須進行余熱利用經濟效益測算。煙氣換熱器回收熱量10878kw，折算成蒸汽量為14.25t/h，由工業鍋爐供熱，鍋爐房總噸位應為30t～40t，由3臺10t蒸汽鍋爐兩用一備或兩臺20t蒸汽鍋爐一用一備運行保證；因環保工作要求目前工業鍋爐均為燃氣鍋爐，考慮冬季采暖負荷，運行鍋爐需滿負荷生產，夏季僅為浴池供熱鍋爐為小負荷運行，故全年運行5500h，約生產蒸汽8.3萬t，消耗天然氣750萬立，全年燃氣費用為1288萬元。以此分析得出：電解煙氣余熱利用的開發和應用，可實現投資即見效的目的，如果考慮人員調配、設備設施維修、備品備件輔材消耗等因素，其經濟效益會更好。

4 結語

電解煙氣余熱開發和利用技術非常必要，此項技術的應用不但不影響電解鋁的生產工藝，還能提供連續清潔的余熱資源以替代傳統工業鍋爐的供熱方式，達到節能降耗的目的。應用該技術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減少了大氣熱污染，減少溫室效應，有效保護了環境。