有色冶金行業的能源回收和利用研究

尹代冬

（湖南有色金屬研究院，湖南 長沙 410100）

在生產有色金屬時，采用不同的生產形式，需要應用不同的爐窯，但是各爐窯的應用最大的問題便是熱效率不高，很多一次能源產生的熱能都會成為余熱，或者變成其他狀態被損失掉，存在的能源浪費問題十分嚴重，使得成本有所增加，且對環境造成了一定的破壞和污染，這些情況都對有色金屬生產以及未來發展產生了不利影響。

1 有色工業可回收能源分析

針對有色冶金工業的發展，30%左右的可回收余熱資源可以被再次應用，對這些資源進行回收和應用，對有色金屬產業的經濟效益提升，完善社會效益、保護環境、減少成本有著非常重要的幫助作用[1]。

有色金屬為組成的黑色金屬以外的所有金屬總稱，相比黑色金屬具備的特殊性能更為突出，如：腐蝕性、導電性、耐磨性以及導熱性非常理想，同時具備更高的韌性、強度、放射性、可塑性以及延展性等等。在現代工業、國防科技技術發展當中，對于有色金屬的應用是非常關鍵的材料。有色金屬工業在我國的發展非常迅速，已經將礦山、冶煉、加工以及地質勘探等工業體系進行了完善，即便在疫情的沖擊下，有色金屬行業的發展也在持續。如圖1所示。

圖1 2020年有色金屬行業的發展

目前，有色金屬冶煉技術的發展速度非常快，例如中國恩菲是壓力浸出技術在國內推廣應用的引領者，已在鎳、鈷、銅、黃金、鋅、鎢等領域獲得良好的應用效果，創造了壓力浸出技術的多項第一。其中，重點技術包括紅土鎳礦提取及精煉技術、硫化鎳鈷礦壓力浸出技術、高冰鎳壓力浸出技術等。之后，但對于有色冶金行業的能源回收和利用，會在各項技術的基礎之上進一步探究，以便實現更高的資金回收以及利用效率。

有色冶金工業當中的余熱，涵蓋不同爐窯產出的高溫煙氣熱、高溫產品熱、冷卻水熱、高溫渣熱等等，其中有大量的余熱可以被回收和再次利用。例如：在前蘇聯，便針對有色冶金工業的余熱進行了探究，當時每年可產生的余熱量有29萬億千卡，其中可以回收再次應用的余熱大約為11.16萬億千卡，對其中的4.32萬億千卡進行了應用，占據數量總體的40%左右。該項內容的實施，對78萬噸左右的標準來進行了節約。此外，美國針對余熱資源，根據其溫度的高低，將其分為了三個范圍：高溫范圍，溫度超過650℃，中間范圍，溫度在230～650℃內，低溫范圍，小于230℃。我國針對有色冶金工業當中的余熱資源回收以及利用給予了高度的重視，并在科技力量的推動下，取得了突破性進展，每年節約的標準煤數量都在提升，但還有很多不足，針對怎樣對該資源進行更高效的應用，還需要繼續探究和分析，以便使有色金屬產品，實現更加理想的節能效果[2]。

余熱產生最多的工藝環節便是針對銅、鎳、鉛鋅以及鋁進行加工時，應用鼓風爐、焙燒爐，如圖2所示。結合不同的有色冶金余熱源，可以對不同的余熱回收裝置進行應用。例如：結合具體情況，選擇汽化冷卻裝置或者應用預熱器回收煙氣熱裝置。

圖2 焙燒爐

2 能源回收利用方法分析

2.1 高溫煙氣余熱回收利用裝置

在該行業當中，冶金工業存在的余熱總量，有50%左右的高溫煙氣余熱，對其回收以及再利用可以節省大量的能源資源，但是要結合具體情況，挑選合適的裝置[3]。

2.1.1 余熱鍋爐回收利用裝置

余熱鍋爐的應用，可以高效回收利用高溫煙氣當中存在的熱量，并且還能進一步回收煙氣當中存在的二氧化碳以及一些有用的成分，進而使鍋爐對環境產生的污染有所減少，提升對環境的保護力度。余熱鍋爐在回收余熱后，會有蒸汽產生，將蒸汽在發電或者一些生活生產當中應用，會使能源資源得到更高的利用效果。

其中，要結合高溫煙氣中存在的灰塵情況、腐蝕成分情況、灰塵是否容易發生粘結等狀況選擇余熱鍋爐。挑選的關鍵點便是類型、結構、受熱面、水汽循環等等，只有對余熱鍋爐科學挑選，才能對鍋爐的連續操作給予保障[4]。

2.1.2 氣化冷卻回收裝置

在回收應用高溫煙氣當中的余熱過程中，氣化冷卻的使用能夠對更多的水資源進行節約，其中水量的應用與水冷卻用量相比只有1/50～1/100，且氣化冷卻中需要對軟化水進行應用，可以對水垢的形成產生良好的預防效果，還可將冷卻部件的使用壽命延長。一臺氣化冷卻裝置的應用，每小時可以針對2千～1萬千卡的熱量進行回收，這是因為該裝置的突出性能，如節能性和有效性非常理想。在很多國家的有色冶金工業當中，對其有著廣泛的應用，例如：在反射爐、轉爐以及沸騰爐當中都對該裝置進行了設置[5]。

2.1.3 空氣預熱器回收利用裝置

預熱器的工作原理便是借助冶煉的煙氣，開啟冷卻作業，之后加熱空氣，使熱風傳輸給冶金爐。在冶金爐當中對于熱風的使用，不但能夠將冶煉當中的燃料消耗量降低，還能在冶煉當中借助熱風將熔煉的溫度提升，使冶煉過程得到強化。在對空氣預熱器進行使用時，針對余熱實施的回收，沉積的煙塵和煙氣會有腐蝕性，使空氣預熱器發生滲漏和堵塞，使應用壽命減少。

2.1.4 余熱綜合利用回收利用裝置

在高溫煙氣當中，余熱有著比較高的質量，國外以及國內都對余熱分段的綜合使用給予了高度重視。對余熱鍋爐進行使用時，在發電、生產以及生活當中，對于熱應用之外，還可以借助空氣預熱器，使余熱在冶煉工藝當中有所應用，例如：在使用時，可以分段處理高溫煙氣，先針對高溫煙氣開展相應的處理之后，在空氣預熱器當中出來的煙氣，借助余熱鍋爐，便會有相應的蒸汽產生，進而使高溫煙氣中對于熱的應用效率有所提升[6]。

2.1.5 熱管換熱器回收利用裝置

熱管是一種傳熱元件，有著非常高的效能，在宇航、核反應堆領域，有著廣泛的應用。最初，美國將熱換管交換器在節能當中應用，并且在工業爐窯中產生的節約效果非常突出，可節約大量的成本以及資源。熱管換熱器并沒有非常復雜的結構，工作過程十分可靠，且體積和重量都比較小，對其維修也十分便捷，在目前的余熱利用以及熱交換設備中普遍應用。在冶金工業爐窯、石油工業、爐窯以及鍋爐的余熱利用中，起到了良好的效果[7]。

2.2 爐渣余熱回收利用

爐渣如果有較高的溫度，那么可以應用的熱資源量便會非常大。針對爐渣余溫進行回收再次應用，探究發熱裝置是非常關鍵的一項問題。利用爐渣的余熱需要將回收的熱能在城市熱水供應系統當中使用，也可以應用于冬季供熱系統。此外，粒狀渣還可以當作建筑材料，在建筑工程當中使用。

2.3 低溫余熱回收利用

溫度沒有超過100℃的汽化冷卻水、冷卻水、廢水以及沖渣水，都將其歸類為低熱值余熱，借助熱泵、熱輪以及熱管將其有效回收，能夠在生活當中對這些余熱進行應用。國外以及我國對于特殊介質的熱交換管正在積極研究，這樣便可以在發電中有效應用低熱值的余熱。其中，系統設計如圖3所示。

圖3 煙氣余熱回收利用系統

2.4 可燃廢棄物熱回收利用

國內以及國外對于鉛鋅密閉鼓風機的應用給予了高度關注，可以針對余熱進行有效的回收和利用，這是由于鉛芯密封鼓風機有著較大的低熱值煤氣量，并且熱值并不高[8]。

針對鉛鋅密閉鼓風機當中低熱值煤氣的使用，之前只是在預熱鼓風和焦潔爐當中，對部分進行應用，之后又在發電當中使用。我國針對密閉鼓風爐低熱值煤系統實施了進一步改造和優化，使得低熱值煤氣質量有所提升，進而使回收和再利用的效率有綜合性提高。

3 結語

總之，針對有色冶金工業中存在的余熱實施有效回收以及利用，可以提升資源能源的應用效率，強化對環境的保護。目前，針對余熱回收技術的探究，正在逐步實施，還有很多不足和需要完善之處。未來，隨著技術的更新，針對余熱資源的回收應用會有更大的突破，因此要在目前的工業發展中繼續累積經驗，不斷探究和優化。