电解铝厂烟气余热回收项目实例分析

余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括低温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的6O%。

铝行业在加工生产过程有许多的耗能设备，其热效率一般只有20%～30%，约有70%～80%的热量散失于周围环境和被排烟带走。其中烟气带走的热损失约占30%～35%。烟气的余热可以用来加热水——可以将软化水加热至所需要温度，被加热后的热水可以供暖，可以供淋浴，也可以进入生产使用。

现以某电解铝厂为例，研究烟气余热回收的可行性。

1、厂区现状

根据某铝电公司提供的200KA电解槽烟气参数和热用户参数，对余热利用量进行核算。

烟气温度冬季为100℃-110℃，夏季为130℃～145℃。

1.1 系统可回收热量

该厂有两套烟气净化系统，以下计算均针对单套净化系统。

• 总处理烟气量：544000Nm/h
• 进出换热器设计温度，按冬季最不利情况考虑：
• 入换热器：110℃
• 出换热器：100℃
• 系统可回收的热量：
• Q7720.46Kw

1.2用户需求情况

(1)采暖

采暖：面积为lO000m2

(2)洗浴

• 洗浴人数：一次300人
• 每天按三次洗浴计算，每人每次用水100升;
• 每次洗浴用水：300x0.1=30m3;
• 每次洗浴时间按1小时，7个小时内加热好洗浴用水，

时间分配如下：

1. 洗浴用水时间分配图
2. 洗浴用来水：5qC;
3. 加热后洗浴用水：40℃

2余热回收系统的设计

整个余热回收系统由余热回收机组，循环水泵，水箱，全自动软水器，除氧器以及电气自控系统组成。

2.1余热回收机组

余热锅炉的关键在于换热器的选取和工艺流程系统的设计，只有选用合适的换热器类型和设计合理的回收系统，才能最大化的回收烟气中的热量，才能实现节能增效的目标。

根据电解铝厂烟气高腐蚀性、烟气量大并结合烟气温度变化的特点，选用翅片式换热管进行换热器设计。翅片管式换热器换热面积大，成本较低，操作简单，便于维护，每根换热管可单独更换，也可根据用户要求在每层间设置三通阀、实现不停水更换翅片管。综上所述，翅片管式换热器最适合电解铝厂烟气余热回收系统的需求特点。

图1工艺流程图

在余热回收机组设计上，换热件采用特殊设计、特殊制作的“异型翅管”，最大化的增加换热面积，管内走水，管外走气。异型翅管具有换热系数高，无泄漏，磨损小等特点。

设备安装与烟气管道相连接，作为烟气管道的一部分，烟气由进气曰进入设备，与设备内横向错列布置的高效强化传热元件一一异形翅片管进行热交换，将热量传给翅片管内的工艺水，热空气经过特定组数的翅片管后，达到工艺温度要求的热空气由出气口排出。循环水经水泵升压后进入翅片管内，水在翅片管内通过弯头往复流动，逐排流过翅片管，水在翅片管内吸收气体的热量并逐渐升温，最后由出水口流出。出口水温可通过设置在出水口的测温系统监测。并可对出水的温度进行设定，通过测温系统传到工控机，工控机PLC控制系统按设定的温度通过调节阀对工艺水流量进行调

2.2余热回收机组

选择水泵是换热站设计中的重要部分，合理设计水泵不仅能保证系统运行达到预期效果，而且还能保证采暖系统的经济性和可靠性。

循环水泵的台数应根据最佳节能运行和系统的规模及调节的方式确定。设计考虑任何情况下循环水泵不应少于2台，并且当其中任何一台停止运行时，其余水泵的总流量应能满足系统最大负荷i10%循环水量。

本系统采用封闭循环，设两种规格的循环泵。其中大泵用于采暖器循环，加热后的热水供采暖及洗浴用;小泵用于非采暖季节的洗浴用热。

循环水泵的承压能力和耐温能力，应高于循环水供热系统的最大工作压力和最高工作温度的10%～20%为宜。循环水泵常设置在换热器被加热水(循环水)进口侧，以保障泵的安全运行。若设置在换热器出口侧，则循环水泵应选择耐热R型热水泵，并且转速宜小于1800r/min的泵型规格。

设计闭式热水系统时，计算循环水泵的扬程，可只考虑克服整个系统的压降阻力损失。循环水泵的扬程可按(1)式计算：

本次通过计算选取2台循环水泵(大泵)，流量为100n13/h，扬程为45m;2台循环水泵(小泵)，流量为10m3/h，扬程为45nl。

2.3补水泵

整个系统最高热用户高度12m，整个系统最高建筑物与换热站的高差10m，相应水温的汽化压力46KPa，附加余量5m，计算扬程为31.6m。补水泵流量取正常补给水量的5倍，正常补给水量一般为系统水量的1%。

系统的补水量应是热网循环水量的1%～2%，一般大型的热网系统取下限，小型的热网系统取上限。补水泵的容量一般取系统补水量的4—5倍。

通过计算选取2台补给水泵，流量为4.5m3/h，扬程为32m。

该余热回收系统采取变频调速补水泵定压系统，安装在定压点处的压力传感器接到补水泵出口压力后，再反馈回变频控制柜，与给定压力比较后，控制变频器调节电动机转速，补水泵流量随之变化。当补水泵出口压力低于给定压力值，供电频率增加，电动机转速提高，水泵流量增大。反之，流量减少，如超过给定压力值，则自动停机。

2.4补水处理及其它

为防止余热回收系统及管道腐蚀和结垢，补水应经软化处理。

补水水源采用工业水、河水时，往往因为水质的问题，易造成热网加热设备、管道以及用户的散热器结垢和腐蚀，甚至堵塞，严重影响供热效果，致使热网寿命降低。因此要对热网的补水水质进行严格控制，其水质的溶解氧应不大于0.1mg/L，悬浮物质应不大于5mg/L，总硬度应不大于35mg/L(CaCO3)，pH值(25℃)应在7～8.5之间例。

由于该系统给水未经处理，对给水应进行软化处理。并对补水进行加药除氧处理。选用全自动软水器(5t/h)一台，自动加药除氧器(G=10L/h)。设计余热回收系统时，补水箱和软水存储箱的容量可按补水泵的容量进行选择。

3节能效益分析

3.1运行指标

(1)冬季

• 换热量：8.15×106kJ/h(折合2262.73kW);
• 回水温度：60℃，出水温度80℃(采暖水循环使用);
• 进气温度：100℃～110℃，排气温度90℃一100℃;
• 循环水量：90t/h。

(2)夏季

• 换热量：5.88×106kJ/h(折合1634.28kW);
• 循环水回水温度60℃，出水温度85℃;
• 洗浴供水温度45℃;
• 进气温度130℃～145℃，排气温度120qC左右;
• 冷却水量：42t/h。

3.2直接经济效益

余热回收系统全年四季用于加热洗浴用水，每天运行6小时;冬季用于采暖，采暖期按3个月计。每年回收余热：

3.03×1010kJ

假设：锅炉燃煤热值：5000KcM/kg

锅炉的效率：75%

与采用锅炉制备热水相比，年节约煤：3.03×1010/4.18/5000/1000/0.75—1933.32吨

每吨煤按800元计：1933.32X800=154.67万元

年节约用煤约154.67万元。

图2直接经济效益分析图

4 结论

综上所述，电解铝厂烟气排放量大，且属于中低温烟气，腐蚀性强，假如能有效开发利用，将会带来显著的社会经济效益。对案例中的电解铝厂进行烟气余热回收改造的方案是可行的。

本文从某电解铝厂实际烟气排放情况出发，结合烟气数据，对电解铝厂烟气余热回收系统进行了系统设计，提出了循环水泵选型的建议性意见，并进行了运行指标和节能效益的量化分析，对节能工作具有重要的参考意义。