低温余热利用技术在铝行业的应用及基本模型的建立分解.doc

低温余热利用技术在铝行业的应用及基本模型的建立 摘要：低温烟气是指温度低于200℃的烟气。铝行业相关生产工艺的排烟温度通常介于100～200℃之间，此部分低温余热热能若可合理回收利用，将对降低铝行业工艺能耗起到积极可观的作用。本文介绍了三种低温烟气余热利用方案与基本的数学模型，在今后的工程设计中，应根据不同的工程情况选择合理的方案。最后，本文对余热利用系统对原工艺的积极与消极影响进行了分析与讨论。 关键词：低温余热 铝行业工艺 有机朗肯循环 余热利用效率 1.概述 在工业生产中，使用着各种窑炉，如回转窑、加热炉、转炉、反射炉沸腾焙烧炉等。这些窑炉耗用大量的燃料，但热效率很低，一般在30%左右。以电解铝工艺为例，电解铝工艺作为我院设计的主体工艺，在实际生产运行中，也是能源消耗的大户。2008年，我国电解铝行业综合交流电耗的平均水平为14335千瓦时/吨，总耗电量达1889.3亿千瓦时，占全国电力消耗总量的5%左右。 对于铝行业而言，炭素工艺煅烧烟气温度达1000℃左右，通常在窑尾设置余热蒸汽锅炉和余热热媒锅炉，制备蒸汽用于发电以及制备高温热媒油用于炭素工艺的生产，经过该余热回收工艺过程之后，煅烧工艺排放的烟气温度可降至180℃以下，该工艺技术已广泛应用。氢氧化铝焙烧和自备电站锅炉排烟温度也均在180℃以下。上述工艺所使用的燃料通常为重油、燃气、煤等含硫成分相对较高的物质，排烟烟气成分中硫份和水份含量相对较大，在保证炉窑热效率的同时，又不可以无限制的降低排烟温度，通常排烟温度设定值高于烟气酸露点温度10℃，因此，这些工艺子项的烟气余热回收的空间十分有限。 电解铝工艺排烟温度介于100～140℃之间，电解槽出口烟气温度最高可达200℃，为保证电解烟气净化设备的稳定运行，电解槽至烟气净化设备之间的管道均不保温，以降低烟气的温度。电解铝工艺烟气量大且运行相对稳定，烟气露点温度也相对较低，因此，此部分余热热能若可合理回收利用，将对降低电解铝工艺能耗起到积极可观的作用，同时烟气温度的降低，也将提高净化设备滤料的使用寿命。目前，已有许多高校及工厂企业着手与此方面的研究。 2.低温余热利用方案 根据不同地区、不同的项目规模选择不同的低温烟气余热利用方案，具体方案有如下三种： 供热与制冷。低温烟气的余热通过热水可直接或间接被热用户所利用，有的企业已开始利用烟气加热采暖循环水，用于生活区的供暖或者是采暖水一级回水的预热。但其存在季节局限性，当非采暖季时，余热系统将停止工作，烟气通过旁通烟道进入净化系统，排入大气。为使得余热系统可以全年连续运行，将供热系统与制冷系统相结合，并且二者可以进行合理切换，利用低温烟气余热热量作为热源，实现冬季向用户供热、夏季作为吸收式制冷系统所需热源，为用户制冷，节约企业冬季采暖及夏季空调的耗电支出。 动力输出。低温烟气的余热通过热水保证有机朗肯循环的进行，以实现动力输出。利用低温烟气余热制备相应温度的热水，热水作为有机朗肯循环的高温热源，有机工质膨胀做功以实现动力输出，在烟气温度不变的情况下，烟气量越大，产生的热水也就越多，相应有机朗肯循环所输出的功也就越多，当相关技术（如工艺、热力循环、控制等）满足一定条件时，可实现烟气与风机运行的自调节。该动力输出装置可作为原有排烟风机的辅助风机，减少风机的耗电。 余热发电。主要是基于有机工质朗肯循环为基础，进行发电。利用电温烟气余热制备相应温度的热水，热水作为有机朗肯循环的高温热源，有机工质膨胀做功，通过涡轮机带动发电机发电，实现余热发电的目的。 3.低温烟气余热利用模型的建立 3.1 过程概述 低温烟气余热利用主要经历三个过程。第一个过程为能量传递过程，主要是通过换热器实现烟气与传递工质之间的热量转换；第二个过程为能量转换过程，主要是将传递工质回收的低品位热能转换为更高等级的能；第三个过程为能的输出过程，主要是通过相关设备实现能的输出。 3.2 烟气温度的设定 为防止烟气中酸气成分所产生的低温腐蚀，烟气的低温温度设定值应高于酸气的露点温度，工程中通常要求至少高于酸露点温度10℃，即烟气温度的下限值的设定应为℃，式中为酸露点温度。 在铝行业烟气中酸气成分主要是指和，的露点温度在工况下低于50℃，的露点温度计算公式如（1）所示：计算公式如式 （1） 式中： 、为烟气中和的分压，单位为Pa。 —烟气中的体积分数，% —烟气中的体积分数，% —烟气中的体积分数，% —转化为的转化系数，根据不同的情况其数值在2%~10%之间变化 3.3 产水量估算 根据烟气降温前后的温差，假定烟气带入热量全部被水吸收，得可回收换热量为： （2） 式中： ——烟气释放热量，kJ/h ——水吸收