【技术】氧化铝熟料烧成窑烟气余热利用技术研究与应用

随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级，我国资源环境约束日趋强化，节能减排形势严峻，为确保《“十二五”规划纲要》提出的节能减排约束性指标的实现，国务院于2011年印发了《“十二五”节能减排综合性工作方案》，明确要求加快节能减排技术开发和推广应用。

回收余热、降低能耗对我国实现节能减排发展战略具有重要的现实意义。冶金企业属于高耗能型企业，其能耗占全国能耗的10%左右，占工业部门能耗的15%左右，能源费用占企业生产总成本20%～30%。节能降耗已经成为冶金企业长期的战略任务。在各种工业炉窑的能量支出中，废气余热约占15%～35%,充分有效利用这部分余热可实现企业节约能源消耗，减少热能排放，降低企业成本。

1 氧化铝孰料烧成窑烟气现状分析

1.1 熟料烧成窑概况

中铝贵州分公司氧化铝厂现有5台熟料烧成窑，设计产量40t/h，采用拜耳-烧结联合法生产氧化铝。其中烧结法在烧结熟料的过程中要产生大量的含余热烟气，烟气中既含有CO2 、N2、O2等气体，还含有大量的水蒸气及窑灰。由烟气从窑中带走的窑灰被收集在烟气净化系统中，粗粒窑灰降落在烧结窑尾部的沉降室，而较细的窑灰被旋风除尘器和电收尘器捕集，最终窑尾烟气以200 ℃左右排入烟囱。

1.2 熟料烧成窑烟气参数测定

氧化铝厂熟料烧成窑烟气经过旋风除尘、电收尘后，烟温降低到200℃左右，最后经引风机引入烟囱排入大气中。虽然排烟温度不高，烟气热能的品位较低，但由于产生的烟气量巨大，造成较大程度的能量浪费。为了研究烟气的余热利用技术，设计余热利用方案提供基础数据，于2 0 0 9年3月连续3天对4 #烧成窑烟气进行跟踪测试，得到烟气流量、成分、温度、含尘量、含水量等指标值。

2 熟料烧成窑烟气余热利用技术研究与应用

经过测定得知氧化铝熟料烧成窑尾气温度在2 0 0℃左右，属于低温烟气。目前我国冶金行业温度低于60 0℃的低温烟气余热占总烟气余热的22%，在如今有色冶金行业烟气的余热回收中，对于中低温烟气余热的回收利用一直是一个薄弱环节。

中铝贵州分公司借鉴国内外余热利用先进技术，结合自身氧化铝生产特点和烟气特性，应用软水热媒技术回收4#和5#烧成窑烟气余热，用于加热蒸发原液及氧化铝片区澡堂用热水。

2.1 烟气露点温度分析

由于烟气中水蒸气含量较高，且含有一定量SO2，在管壁温度低于烟气露点时，烟气中的SO2、SO3与凝结水结合形成弱酸或中强酸，对传热元件表面造成酸腐蚀，而且，凝结水与熟料粉尘会结合形成铝硅等矿物结疤，覆盖在换热元件的表面，增加热阻，影响传热，降低换热效率，严重时会使换热器失效。所以先对烟气露点温度进行计算，确定烟气可利用的温度，以防止烟气结露。

经计算得出，烟气中SO2含量为77×10- 6;SO3含量为1.5×10- 6;烟气露点温度为134℃。为了防止烟气结露对传热元件造成酸腐蚀，经研究确定本烟气余热利用温度梯度为将烟气温度由200℃左右利用至150℃。

2.2 烟气余热资源量分析

从测试数据看，烟气平均温度20 0℃，烟气的最低温度191℃，为了保险起见，烟气的计算温度取191℃。191℃的烟气比热容为1.439kJ/Nm3˙℃;150℃的烟气比热容为：1.436 kJ/Nm3˙℃。烟气温度由191℃降到150℃可回收热量：157848×(1.439×191-1.436×150)×0.9 =8.91×106kJ/h;8.91×106÷3600=2475 kW。

考虑应用软水热媒技术回收4 #和5#烧成窑烟气余热，利用其中的部分余热加热氧化铝片区澡堂用热水，大部分余热用于加热蒸发原液，节约蒸汽。

根据动力工程师手册，管道外表面温度15 0℃常年运行工况允许最大散热损失为116W/m2，热水输送管道采用Ф219×6，往返管道长度按1000m计算，则输送的散热损失为：3.14×0.219×1000×0.116=80kW。

考虑管道散热损失后，可有效回收的热量：2×2 475 -80=4870 kW。

全年可有效回收烟气热量：(按300d计算)4870×3600×24×300=12.6×1010kJ/a;4870×24×300=3.5×107 kW。

可有效回收的能量折算为标准煤：12.6×1010÷(7000×4187) =4307 tce/a ;

可有效回收的能量折算为1. 25MPa的饱和蒸汽(焓值2785kJ/kg)量：12.6×1010÷2785÷1000=45242t/a。