铝电解烟气余热利用系统研究

0 引言

我国目前的能源利用模式和能源利用技术应适应经济社会发展要求，并化解供需矛盾。鉴于能源供需紧张的现状、工业余热过剩及利用率低等问题，大力开展节能降耗是项重要工作。国内铝冶炼行业在规模、槽型、布局、节能、环保上存在先天不足，原料质量较差，管理水平较低，能耗较高，污染严重，冶炼烟气的余热利用、烟气的除尘净化更是重点问题。

1、课题的研究背景

现有铝电解行业尚未对高温烟气余热进行再利用，冬季采暖及夏季洗浴系统的热媒大部为蒸汽，运行及维护成本很高。电解铝工艺中产生的烟气，经除尘直接由引风机送至烟囱排空，冬季排烟温度为100℃，夏季排烟温度约达120℃;高温烟气排放对设备腐蚀性增强，从而降低了设备的使用寿命”;当热量损失超过5000kW/h时，对环境温度影响很大，是造成温室效应的原因之。烟气换热器设计条件为电解铝除尘后的正常烟气量：250000m/h;其中：HF为1.8mg/m;A1：Q，为8.9mg/m。实施目的在于改变冬季供暖及夏季洗浴热媒方式，节约蒸汽能源;充分利用铝电解工艺过程中产生的高温烟气的余热，减少烟气排放热污染。

2、烟气余热利用系统的原理

为了有效回收烟气余热节约能源，我们设计引风机前配置一台水预热器，采用烟气的余热加热，然后通过整体汽一水换热机组进一步将水加热到9O℃同时回水温度达到70℃，输送到全厂。正常工况设计按给水压力为0.5MPa，给水流量为70000kg/h;从而达到由蒸汽采暖改为热水采暖;厂区浴室淋浴用的热水再由采暖用热水通过水一水换热器将洗浴用水加热，也不依赖蒸汽加热，从而进一步节约蒸汽能源。这样降温后的炯气，经除尘处理后再排人大气。

余热锅炉烟气换热器主要由壳体、换热管、烟气进出接口组成;设备通过烟气进出口与烟道连接，采用蛇形翅片管式水加热器，烟气走壳程、水走管程。此种结构传热效率高，设备结构紧凑，并可通过先进合理手段控制管壁温度高于炯气露点，有效防止露点腐蚀的发生。其热力参数，见表1

表1热力参数

水加热器采用蛇形翅片管传热，气体侧通过螺旋翅片强化传热，传热效率高、设备紧凑，烟气的流动阻力较小;整体配套设备(包括自控系统)操作简单，工作可靠，整个系统的热量输送过程不要任何外界动力，故障率低、效率高。我们采用立式管壳式整体汽一水换热机组及水一水换热器，变频调速、补水泵定压，湍流不锈钢管换热装置;设备运行后，夏季厂区洗澡能够完全摆脱蒸汽，冬季采暖可节约总蒸汽用量60%～70%。

图1为烟气换热器安装布置简图，图中箭头方向为烟气经风机引风后的流向，烟气温度为100～120℃之间，图中E一101为烟气换热设备，其内置蛇形翅片管传热，回水流经此设备与烟气进行换热，达到加热回水目的，充分利用了电解余热。图2为整个电解娴气余热利用系统图，图中E一101为汽水混合器，E一102为水箱，E一103为烟气换热器，整个系统为密闭循环系统(管道上设置多个自动放气阀)，由此实现冬季供暖及夏季洗澡的目的。

烟气换热器(即水预热器)布置在引风机的人口竖管上，见图1。设备冷热侧采用顺流布置，有效提高翅片管的管壁温度，确保设备安全运行，有效控制管壁温度高于烟气露点，防止露点腐蚀;整体汽一水换热机组布置在烟气换热器出水管的下方，见图2，蒸汽管道、补水管道均沿电解厂房敷设，在换热机组设备处组合。运行过程中的烟气及热水流向，见图2中箭头指向。图1中的C一101A、C一101B为原有两台引风机的设备位置;图中标高均以in计。考虑到夏季洗澡可能出现用水不平衡的情况，改造工程中设置了热水箱，并增加调节阀;图2中的符号，见表2。

图1烟气换热器布置简图

图2热能改造系统简图

3、经济效益分析

1)运行采暖及洗浴系统改造后的现状分析：夏季通过烟气换热器后，出水温度已经达到90℃;到达浴室并通过水一水换热器后，热水温度能达60℃，跟冷水调配后，完全能够满足浴室的用水状况。采暖管道改造后(由蒸汽改为热水)，热水出水温度为85℃，回水温度为65℃;出水压力达到0.4MPa，回水压力0.2MPa;满足了整个厂区的采暖需求，为企业节约了生产成本，提高了生产效益。

2)电解烟气余热利用系统结构简单，操作维护方便;系统正常运行后每年约可节省蒸汽10000t，按蒸汽市场价92元/t计算，除去平时检修维护费用，每年大约节省蒸汽费用90万元人民币左右。实现了节能减排目的，为节约型企业的创建开了个好头，并可在铝电解行业中推广应用，具有广阔发展前景。

表2图中符号注释