氧化鋁焙燒爐煙氣余熱回收系統(tǒng)

氫氧化鋁的焙燒是氧化鋁生產中非常重要的一個環(huán)節(jié)，也是氧化鋁生產過程中耗用熱能大的工序之一。

    氫氧化鋁的焙燒過程實質是一個脫水的過程，干基氫氧化鋁中含水為34.6%，再加上氫氧化鋁表面的附著水3～5%，氫氧化鋁焙燒的實質上就是要將氫氧化鋁中約38%的水份全部脫除掉。因此氫氧化鋁的焙燒過程必然是要消耗大量的能源才能實現(xiàn)。目前我們的氫氧化鋁焙燒爐所采用的大多是氣態(tài)懸浮焙燒爐，該爐型在設計上就已經充分考慮了熱能的回收與利用了，用焙燒好的物料預熱冷空氣到約700℃，提高了燃燒效率，再用氫氧化鋁吸收熱煙氣的熱量，使氫氧化鋁在進入焙燒爐裝置中的主爐時，物料中的大部分水份已經被脫除掉，這樣物料在進入主爐后的主要反應為晶型的轉變，大大縮短了焙燒時間，也大大地提高了焙燒爐的熱效率，使得目前我們氣態(tài)懸浮焙燒爐的熱耗幾乎是發(fā)揮到了極限。盡管如此，我們的氣態(tài)懸浮焙燒爐的尾氣是含有大量水蒸氣和熱的氣體，如果能回收此尾氣中的熱能和水實際上就是一個變廢為寶的節(jié)能工程，它不僅還能大限度降低氧化鋁生產的綜合能耗，降低了氧化鋁的生產成本，也大限度實現(xiàn)了氧化鋁生產的節(jié)能減排，對和企業(yè)而言都是非常有益的事。

2、焙燒爐基本數(shù)據(jù)

2.1  原料

      原料名稱     氫氧化鋁濾餅

      原料基本屬性

          附著水                ～8％

          溫度                  50℃

          濕密度                1400㎏/m³

          相對密度              2.4（干基）

          粒度分布：            45μm＜12%

          可溶性堿：            0.06%

2.2  產品質量

      化學成份(%)    Al₂O₃    Na₂O    Fe₂O₃      SiO₂

                    ＞98.6    ＜0.5   ＜0.02    ＜0.02

2.3  燃料

    天然氣

           燃氣熱值：≥33858kJ/Nm³(8100kCal/Nm³)

           燃氣成份：（V%）

            CH₄         C₂H₆       N₂        CO₂      C₃C₅

           ＞90          ＞7      ＜1.5      ＜1.5      微量

2.4  煙氣的氣體組成：（在150℃工況下的V%）

        CO₂      N₂      O₂      H₂O           NaOH

        4       48.4      5       42.6          微量

        煙氣重度：0.865㎏／Nm³

        煙氣粉塵濃度：≤50mg／Nm³（折150℃工況下35mg／m³）

            粉塵粒度：≤15μm

3、煙氣中的熱能

    下表是*********1350 t/d氫氧化鋁焙燒爐在額定產量下的單臺焙燒爐計算的熱量及水的排放數(shù)據(jù)：

(注：煙塵中的含塵濃度按150℃工況下35mg／m³計算)

    從上表可以看出，對就于焙燒爐而言，其排出的熱能是相當可觀的。如果按焙燒爐94%的運轉率和90%的熱能回收率計算，每臺焙燒爐每年回收的熱能折合成標準煤的計算，為18980t/a，此外，每年還能回收29.6萬噸水資源和56噸氫氧化鋁。按目前的*********鋁業(yè)總共6臺焙燒爐計算，共計回收的熱能折標準煤113880噸，水178萬噸，氫氧化鋁336噸。

    如果按*******鋁業(yè)所處的山西原平地區(qū)的標準價以700元/噸、水價按1元/噸、氫氧化鋁價格按1000元/噸計算，回收熱能及附帶回收的的水及氫氧化鋁所帶來的價值分別為7,972萬元、178萬元、34萬元，合計7,972萬元

    因此，如果能回收氫氧化鋁焙燒爐煙氣中的水和熱能并能將其充分利用，對企業(yè)來說，無疑將會帶來的收益。

 焙燒爐煙氣中所含的熱能主要來源是氫氧化鋁含的水及燃料燃燒產生的水的汽化潛熱，它約占整個焙燒爐煙氣熱能的97%左右，只有回收潛熱才是我們焙燒爐熱能回收的關鍵。

    而因顯熱僅占整個熱能的3%，目前行業(yè)內采用的顯熱回收裝置回收效率極其有限，而且由于裝置安裝在引風機之前，一旦啟用該裝置將會影響引風機的正常工作，而使得焙燒爐不能正常生產，嚴重制約焙燒爐的產能。

    UROMAY換熱器，是現(xiàn)代核動力和潛艇的標配產品。它是利用內混式直接換熱的原理，用低溫度的水與含水蒸氣的熱煙氣直接混合，獲得較高溫的水，從而回收煙氣中的熱量及水蒸氣，通過調節(jié)功能，熱水溫度高可達到95℃。回收的熱水可以作為工業(yè)使用或用于生產生活區(qū)供暖等用途。此項技術與氧化鋁廠焙燒爐有機結合，能夠充分回收煙氣中的熱能和水，在大幅降低噸焙燒產品綜合能耗的同時能回收寶貴的水資源。該系統(tǒng)節(jié)能技術提高了氧化鋁企業(yè)的系統(tǒng)運行效率，實現(xiàn)了對氧化鋁工業(yè)循環(huán)經濟的計劃目標和要求，其節(jié)能降耗效果和性價比與當今氧化鋁企業(yè)其它節(jié)能降耗技術對標、效能無出其右。

    UROMAY換熱器的使用原理是，低溫水進入換熱器，經噴嘴以較高的速度進入換熱腔內，從而在換熱腔內形成一定的負壓，產生一定的抽力幫助煙氣進入換熱腔內，從而不會在煙道內產生阻力，影響焙燒爐引風機的正常工作，對焙燒爐的正常生產不產生任何的影響。經換熱后含有不凝氣體的熱水由熱水口排出。

5、熱能回收流程及控制

5.1  回收熱能及水蒸氣的流程

    來自焙燒爐引風機的煙氣經過引風機出口風門進入熱能回收裝置，同時通過風門的調節(jié)，也可以讓部分煙氣進入回收裝置，其余煙氣仍由煙囪排出。

    進入熱能回收裝置煙氣進入換熱器，在進入換熱器前設置壓力溢流閥，如果煙道內氣體壓力升高，壓力閥溢流將自動打開，部分煙氣將由壓力閥溢流返回煙囪。

    來自管網的冷卻水由管道引入換熱器，在進入換熱器前，設置有過濾器和調壓閥，過濾器過濾水中的雜質，調壓閥以進入換熱器時水的壓力，并設調節(jié)閥調節(jié)水的流量以獲得我們所需要的熱水溫度。

    煙氣與冷卻水進入換熱器后進行直接換熱，冷卻水吸收煙氣中的水蒸汽的汽化潛熱，同時將冷卻水加熱到我們所需要的溫度；煙氣中的水蒸汽同時也轉變成液態(tài)水，熱水由匯水管進入水槽，不凝氣在匯水管和進水槽中析出，并經管道送回煙囪，直接排入大氣，不凝氣體的主要成份是氮氣和二氧化碳。其體積和所含的熱焓已所剩無幾，不再具有利用價值。

    進水槽中的熱水由熱水泵送入過濾機中，以過濾煙氣中的氫氧化鋁顆粒，使熱水中的氫氧化鋁顆粒物的粒度在5μm以下，以回收的熱水有較廣泛的用途，熱水再由

熱水泵送到用戶。

  整個回收熱能系統(tǒng)由冷卻水的壓力推動，調節(jié)閥使用少量儀表風，僅消耗輸送冷熱水的動能，不再需要其他的能量。運行費用非常低，維護的費用也非常低，工作量極少，有的投入產出比。

    該裝置的冷卻水溫度在30～75℃可調，出水溫度在60～95℃可調，熱能回收效率在90%以上。

5.2  回收熱能及水蒸氣的控制

    下圖為回收熱能PI圖

    整個熱能回收系統(tǒng)檢測煙道煙氣壓力，冷卻水的溫度、流量，熱水的溫度及流量。所有的調節(jié)閥完全由計算機根據(jù)冷卻水的溫度、流量，熱水的溫度及流量進行自動調節(jié)，并可以并入焙燒爐系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)，進行監(jiān)視和控制。

    煙道壓力的監(jiān)測，煙氣在進入回收裝置時的煙道的特性與煙氣進入煙囪的煙道特性一致，即不改變引入機的出口特性，從而完全地了回收裝置不會對焙燒爐的生產產生任何不利的影響。

    通過對冷卻水總進口的水量及溫度的測定，及對熱水出口的水量及溫度的測定，計算機可以實時地計算出回收裝置所回收的煙氣中的熱能及水的量，并進行積算，報表打印等。

5.3  占地

    整個熱能回收裝置占地僅10×15米，不包括從焙燒爐風機出口到裝置的煙道占地，該煙道也可以通過架空實現(xiàn)。為敞開式結構，不需要廠房。

6、回收熱水的水質及其應用

6.1  熱水的水質

    熱能回收裝置對冷卻水水質無特殊要求。

    如果冷卻水中雜質較多，本裝置在換熱器前設置了過濾器，雜質不進入換熱器以降低換熱效果。

    如果冷卻水的硬度較大，那么換熱器的內壁容易結垢。本裝置針對水的結垢問題，對每臺換熱器都設置了酸洗口，對換熱器內壁定期進行清洗。

    當焙燒爐電除塵器跳停時，將有大量的氫氧化鋁顆粒進入煙道，此時來自除塵器跳停的信號將傳至回收裝置的PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)將關閉煙氣進入熱能回收裝置的通道，此時含塵煙氣將由煙囪排入大氣。

對于采用天然氣作燃料的焙燒爐，其煙氣成份中主要為CO₂、N₂、H₂O、O₂，可能有少量的氫氧化鋁附著水中帶的堿性液體蒸發(fā)逸出，但其量甚微。根據(jù)100℃水蒸氣轉變成100℃的水所釋放的汽化潛熱用冷卻水換熱50℃需約10倍的比例。因此，用水回收焙燒爐煙氣的熱能后其微量的堿將不會改變冷卻水的酸堿度，即是說假定冷卻水的PH值為7時，熱能回收裝置的熱水的PH值的大波動范圍為7.0～7.1，即近似于中性。

    熱水經裝置中的過濾機過濾后，僅有少量的顆粒小于5μm以下的氫氧化鋁殘留水中，熱水顆粒物濃度、可溶性氣體的濃度均為ppm級別。

6.2  熱水的應用

    氧化鋁生產中，燒結法、赤泥洗滌、平盤洗水都需要大量的熱水，而在北方地區(qū)的冬季供暖更是需要巨量的熱水，從上面的熱能回收裝置的熱水的水質分析，該熱水完全滿足生產及生產的需要，而且煙氣中的水還將是生產和生活用熱水的補水。

    回收的熱水完全可以作為工業(yè)使用或用于生產生活區(qū)供暖等等。

7、經濟性分析

    根據(jù)第三節(jié)的熱能分析，單臺1350t/d氫氧化鋁焙燒爐每小時可回收熱能約80GJ，折標準煤為2749㎏/h，合計全年回收熱能折標準煤22432t/a，按焙燒爐運轉率94%運轉，90%的回收率計算，回收的熱能折標煤為18980t/a。

    每臺焙燒爐每小時80GJ的熱能可將600t水由30℃提高至90±5℃，并回收約40t的水，640t的熱水可滿足1600kt/a氧化鋁廠每小時的熱水用量。

    經濟效益分析：熱能回收裝置根據(jù)回收的熱量的多少不同，其固定投資有所不同，對于1350t/d氫氧化鋁焙燒爐而言，其投資估算為1500萬元/套。按6套計算共約9000萬元。

    6套裝置每年可回收的熱能折標準煤113880噸，水178萬噸，氫氧化鋁336噸。其回收熱能的價值按*********鋁業(yè)所處的******地區(qū)的標準價以700元/噸、水價按1元/噸、氫氧化鋁價格按1000元/噸計算，回收熱能及附帶回收的的水及氫氧化鋁所帶來的價值分別為7,972萬元、178萬元、34萬元，合計7,972萬元。

    此外，按節(jié)能減排政策，節(jié)約5000t標準煤，就可享受政策補貼300元/tce計算，該項目單就標準煤一項就可享受財政補貼3416萬元。

    按此計算，總投資約為5584萬元，投資回收期為0.7年（8個半月）。

    此熱能用于生活采暖

    單臺1350t/d氫氧化鋁焙燒爐每小時可回收熱能約80GJ，經計算該熱能可解決40萬平米的供暖面積的供暖問題，6套裝置可解決240萬平居住面積的供暖問題。6套裝置回收的熱量可等同于一臺240噸蒸汽鍋爐。

    從投資價值上講，該熱能回收裝置的固定資產投資比一臺240噸鍋爐的運行費用低25%，還沒有計算鍋爐的固定資產投資及其他費用，它完全可以替代一臺240噸采暖鍋爐，投資回收期不足一個采暖周期。具有非常大的經濟利益。