串联法烧成窑余热回收项目研究.pdf
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1、世界有色金属2023年8月下160串联法烧成窑余热回收项目研究赵忠斌(国家电投山西铝业有限公司,山西 原平 0 3 4 1 0 0)摘 要:串联法氧化铝生产中,烧成窑烟气经电除尘,除尘后直接经烟道汇总后直排大气,虽然排烟温度不高,烟气热能品位低,但由于产生的烟气量巨大,仍然会造成了较大程度的能量浪费。从长远看,烧成窑余热回收项目可以通过回收烟气中的热量来降低氧化铝生产的能耗,即节约了成本,也保护了环境,为节能减排降本作出积极有效的贡献。关键词:串联法;烧成窑;余热回收中图分类号:T F 8 2 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 2-5 0 6 5(2 0 2 3)1 6-0 1 6 0
2、-3Research on the waste heat recovery project of the series firing kilnZHAOZhong-bin(S t a t e P o w e r I n v e s t me n t S h a n x i A l u mi n u m I n d u s t r y C o.,L t d.,Y u a n p i n g 0 3 4 1 0 0,C h i n a)Abstract:I n t h e s e r i e s p r o c e s s o f a l u mi n a p r o d u c t i o n,t
3、 h e f l u e g a s o f t h e f i r i n g k i l n i s c o l l e c t e d b y e l e c t r i c d u s t,a n d t h e n d i r e c t l y d i s c h a r g e d i n t o t h e a t mo s p h e r e a f t e r t h e d u s t r e mo v a l.A l t h o u g h t h e e x h a u s t t e mp e r a t u r e i s n o t h i g h a n d
4、t h e h e a t e n e r g y g r a d e o f t h e f l u e g a s i s l o w,i t s t i l l c a u s e s a l a r g e d e g r e e o f e n e r g y w a s t e d u e t o t h e h u g e a mo u n t o f s mo k e g e n e r a t e d.I n t h e l o n g r u n,t h e k i l n w a s t e h e a t r e c o v e r y p r o j e c t c
5、a n r e d u c e t h e e n e r g y c o n s u mp t i o n o f a l u mi n a p r o d u c t i o n b y r e c o v e r i n g t h e h e a t i n t h e f l u e g a s,w h i c h s a v e s c o s t s a n d p r o t e c t s t h e e n v i r o n me n t,ma k i n g p o s i t i v e a n d e f f e c t i v e c o n t r i b u
6、t i o n s t o e n e r g y s a v i n g,e mi s s i o n r e d u c t i o n a n d c o s t r e d u c t i o n.Keywords:S e r i e s me t h o d;F i r i n g k i l n;Wa s t e h e a t r e c o v e r y收稿日期:2 0 2 3-0 6作者简介:赵忠斌,男,生于1 9 7 9 年,甘肃兰州人,硕士研究生,中级工程师,研究方向:冶金工程。我国历来的能源消耗结构中,工业生产部门始终是能源消费的大户,约占全国能耗量的70%左右。而先
7、进工业国家中,日本占50%左右,德国、英国、法国都在35%以下,美国只占27.5%左右。除了产业结构的原因之外,我国工业部门能源消耗如此高的主要原因是:我国工业生产工艺落后,能源综合利用差,尤其是余热回收装置设备陈旧或设计不合理,热效率低;其它次要原因有:自动化水平低,节能意识不强,管理工作不完善,技术改造资金不加制约等。冶炼企业属于耗能型企业,其能耗占全国能耗的10%左右,占工业部门能耗的15.25%。目前,能源生产的增长速度尚难以适应国民经济发展的要求,能源价格仍呈上升趋势,这对于能源费用占企业生产总成本20%30%的冶金企业将是新的挑战。因此,节能降耗是冶炼企业长期的战略任务,充分回收和
8、利用这些能量,也是企业现代化程度的标志之一1,2。我国冶炼企业常用的废气余热利用方式有:安装换热器;安装余热锅炉;发电(热电联产);制冷。回收后的热量主要用于预热助燃空气、预热燃料、加热热媒介质、生产蒸汽和热水。冶炼企业使用的废气余热回收利用设备主要有:管式换热器,热回收率低,平均在26%30%,结构简单、密封性好,应用面广。片状管换热器,联合企业及中小企业采用的较多,热回收率平均为28%35%。辐射式换热器,是使用较为广泛的一种换热器,热回收率较低,平均为26%35%,对材质有一定的耐高温要求。余热锅炉,联合企业采用的较多,其特点是工作状态稳定。热管换热器,中小企业安装使用的较多,一般为钢水
9、重力式热管,多用于预热空气或煤气,热回收率一般在50%以上。余热锅炉+汽轮机发电装置,以电力回收余热是最好的形式,但受动力设备运转的连续性以及电力并网等条件的限制,此种设备应用的较少3。如上所述,如何最大限度的充分回收和利用这些余热资源是企业节能未来发展的方向。如何使节能设备由简单的低效型走向智能高效型;由大体积高钢耗走向集约型低钢耗;如何最大限度的回收热能是未来节能技术发展的方向。1 串联法的实质及烧成窑运行状况串联法氧化铝生产是以拜耳法为主的一种新型氧化铝生产方法,它将拜耳法与烧结法串联,拜耳法生产系统中的赤泥进入烧结法生产系统中进一步提取赤泥中的氧化铝和碱,产生的铝酸钠溶液送入拜耳法生产
10、系统中。它同混联法、拜耳法相比能耗居中,主要因为串联法中包含有高能耗的烧结法4。因此,如何降低串联法能耗也是串联法氧化铝厂面临的亟待解决的问题。1.1 山西某铝厂烧成窑运行状况山西某铝厂拥有年产20万吨氧化铝烧成窑3台,由该铝厂提供的烟气数据,如表1、2所示,其烟气流量较大,烟气流量最大值和平均值分别为260000Nm3/h、240000Nm3/h,温度可达180 205,烟气中蕴含可观的能量。因此,烟气余热有很大的回收利用价值。将烧成窑的烟气余热进行回收,设计换热系统对烟气余热显热进行回收,显热用来加热循环母液、蒸发原液,降低蒸汽消耗5。这项措施可产生很大的经济效益和社会效益,同时可降低热污
11、染,减少二氧化碳和烟尘的排放,保护了环境。1.2 单台烧成窑烟气显热余热资源分析目前需要加热的低温介质主要有:循环母液:初始温度为60 65;蒸发原液:初始温度为75 82。2023年8月下 世界有色金属 161表1烧成窑烟气含量序号项目单位数值1温度180-2052H2O%28.43CO2%8.54O2%75N2%56.16SO2Mg/Nm347含尘量mg/Nm310表2烧成窑运行状况1熟料产量t/h52-602烟气标态流量Nm3/h240000(平均值)3烧成窑运转率%82.004余热回收量(单台窑瞬时热能)GJ/h265年均余热回收量GJ5.61051.2.1 烧成窑烟气显热余热资源依据
12、烟气成份计算烟气露点温度,并考虑烟气温度的波动影响将烟气温度利用至105已足够安全6。(1)满负荷条件下回收热量。烟气换热器进口温度180 205计算平均进口烟气温度为192.5,则192.5至105烟气的平均定压比热容约为:1.42kJ/Nm3K,烟气量取260000Nm3/h,取热系数按90%。计算烟气温度由192.5降到105可回收热量:Q=cmt =2600001.42(192.5-105)0.9 =29.1106kJ/h =29.1GJ/h(2)实际工况下回收热量。若烟气换热器平均进口烟气温度按190,则190至105烟气的平均定压比热容约为:1.419kJ/Nm3K,烟气量平均取2
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