氧化鋁焙燒爐煙氣余熱回收及其利用方案

1、*氧化鋁焙燒爐煙氣余熱回收及其利用技術(shù)方案*工程有限公司二0一二年六月1、概述 氫氧化鋁焙燒是氧化鋁廠生產(chǎn)中的最后一道加工工序，它將分解過(guò)濾所得的氫氧化鋁濾餅，在氣體懸浮焙燒裝置中干燥除去附著水、深度加熱脫除結(jié)晶水并進(jìn)行晶型轉(zhuǎn)變生成產(chǎn)品氧化鋁。 氫氧化鋁的焙燒是氧化鋁生產(chǎn)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中耗用熱能最大的工序之一。 氫氧化鋁的焙燒過(guò)程實(shí)質(zhì)是一個(gè)脫水的過(guò)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35%，氫氧化鋁焙燒的實(shí)質(zhì)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(guò)程必然是要消耗大量的能源才能實(shí)現(xiàn)。目前我們的氫氧化鋁焙燒爐所采用的大多

2、是氣態(tài)懸浮焙燒爐，該爐型在設(shè)計(jì)上就已經(jīng)充分考慮了熱能的回收與利用了，用焙燒好的物料預(yù)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(jìn)入焙燒爐裝置中的主爐時(shí)，物料中的大部分水份已經(jīng)被脫除掉，這樣物料在進(jìn)入主爐后的主要反應(yīng)為晶型的轉(zhuǎn)變，大大縮短了焙燒時(shí)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(shí)際上就是一個(gè)變廢為寶的節(jié)能工程，它不僅還能最大限度降低氧化鋁生產(chǎn)的綜合能耗，降低了氧化鋁的生產(chǎn)成本，也最大限度實(shí)現(xiàn)了氧化鋁生產(chǎn)的節(jié)能減排，對(duì)

3、國(guó)家和企業(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(chēng) 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(duì)密度2.4（干基） 粒度分布：45m12% 可溶性堿：0.06%2.2 產(chǎn)品質(zhì)量 化學(xué)成份(%) Al2O3 Na2O Fe2O3 SiO2 98.6 0.5 0.02 0.022.3 燃料 天然氣 燃?xì)鉄嶂担?3858kJ/Nm3(8100kCal/Nm3) 燃?xì)獬煞荩海╒%） 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、4 5 42.6 微量 煙氣重度：0.865Nm3 煙氣粉塵濃度：50mgNm3（折150工況下35mgm3） 粉塵粒度：15m3、煙氣中的熱能 下表是*1350 t/d氫氧化鋁焙燒爐在額定產(chǎn)量下的單臺(tái)焙燒爐計(jì)算的熱量及水的排放數(shù)據(jù)：焙燒爐理論產(chǎn)量(t/d)1350氫氧化鋁下料量(t/h)91焙燒爐單耗K(kCal/kg·Al2O3)740焙燒爐用天然氣熱值(kCal/Nm3)8100總煙氣量(m3/h)(150下)207176焙燒爐排出總水蒸氣量(kg/h)42839煙氣含有的總熱量(kJ/h)80435958熱量折合標(biāo)準(zhǔn)煤(kg/h)2749熱量折合標(biāo)準(zhǔn)煤(t/a)(340天/a

5、)22432回收的總水量(t/a)(340天/a)349566煙氣中含有的氫鋁量(kg/h)7.25煙氣中含有的氫鋁量(t/a)(340天/a)59(注：煙塵中的含塵濃度按150工況下35mgm3計(jì)算) 從上表可以看出，對(duì)就于焙燒爐而言，其排出的熱能是相當(dāng)可觀的。如果按焙燒爐94%的運(yùn)轉(zhuǎn)率和90%的熱能回收率計(jì)算，每臺(tái)焙燒爐每年回收的熱能折合成標(biāo)準(zhǔn)煤的計(jì)算，為18980t/a，此外，每年還能回收29.6萬(wàn)噸水資源和56噸氫氧化鋁。按目前的*鋁業(yè)總共6臺(tái)焙燒爐計(jì)算，共計(jì)回收的熱能折標(biāo)準(zhǔn)煤113880噸，水178萬(wàn)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(biāo)準(zhǔn)價(jià)以700元/噸、水價(jià)按

6、1元/噸、氫氧化鋁價(jià)格按1000元/噸計(jì)算，回收熱能及附帶回收的的水及氫氧化鋁所帶來(lái)的價(jià)值分別為7,972萬(wàn)元、178萬(wàn)元、34萬(wàn)元，合計(jì)7,972萬(wàn)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(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑將會(huì)帶來(lái)巨大的收益。4、熱能回收技術(shù) 焙燒爐煙氣中所含的熱能主要來(lái)源是氫氧化鋁含的水及燃料燃燒產(chǎn)生的水的汽化潛熱，它約占整個(gè)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(guān)鍵。 而因顯熱僅占整個(gè)熱能的3%，目前行業(yè)內(nèi)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(fēng)機(jī)之前，一旦啟用該裝置將會(huì)影響引風(fēng)機(jī)的正常工作，而使得焙燒爐不能正常生產(chǎn)，

7、嚴(yán)重制約焙燒爐的產(chǎn)能。 UROMAY換熱器，是現(xiàn)代核動(dòng)力航母和潛艇的標(biāo)配產(chǎn)品。它是利用內(nèi)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(guò)調(diào)節(jié)功能，熱水溫度最高可達(dá)到95?；厥盏臒崴梢宰鳛楣I(yè)使用或用于生產(chǎn)生活區(qū)供暖等用途。此項(xiàng)技術(shù)與氧化鋁廠焙燒爐有機(jī)結(jié)合，能夠充分回收煙氣中的熱能和水，在大幅降低噸焙燒產(chǎn)品綜合能耗的同時(shí)能回收寶貴的水資源。該系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)極大提高了氧化鋁企業(yè)的系統(tǒng)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家對(duì)氧化鋁工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的計(jì)劃目標(biāo)和要求，其節(jié)能降耗效果和性?xún)r(jià)比與當(dāng)今氧化鋁企業(yè)其它節(jié)能降耗技術(shù)對(duì)標(biāo)、效能無(wú)出其右。 UROMAY換熱器的使

8、用原理是，低溫水進(jìn)入換熱器，經(jīng)噴嘴以較高的速度進(jìn)入換熱腔內(nèi)，從而在換熱腔內(nèi)形成一定的負(fù)壓，產(chǎn)生一定的抽力幫助煙氣進(jìn)入換熱腔內(nèi)，從而不會(huì)在煙道內(nèi)產(chǎn)生阻力，影響焙燒爐引風(fēng)機(jī)的正常工作，對(duì)焙燒爐的正常生產(chǎn)不產(chǎn)生任何的影響。經(jīng)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(lái)自焙燒爐引風(fēng)機(jī)的煙氣經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)出口風(fēng)門(mén)進(jìn)入熱能回收裝置，同時(shí)通過(guò)風(fēng)門(mén)的調(diào)節(jié)，也可以讓部分煙氣進(jìn)入回收裝置，其余煙氣仍由煙囪排出。 進(jìn)入熱能回收裝置煙氣進(jìn)入換熱器，在進(jìn)入換熱器前設(shè)置壓力溢流閥，如果煙道內(nèi)氣體壓力升高，壓力閥溢流將自動(dòng)打開(kāi)，部分煙氣將由壓力閥溢流返回?zé)焽琛?來(lái)自管網(wǎng)的冷卻水

9、由管道引入換熱器，在進(jìn)入換熱器前，設(shè)置有過(guò)濾器和調(diào)壓閥，過(guò)濾器過(guò)濾水中的雜質(zhì)，調(diào)壓閥以保證進(jìn)入換熱器時(shí)水的壓力，并設(shè)調(diào)節(jié)閥調(diào)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(jìn)入換熱器后進(jìn)行直接換熱，冷卻水吸收煙氣中的水蒸汽的汽化潛熱，同時(shí)將冷卻水加熱到我們所需要的溫度；煙氣中的水蒸汽同時(shí)也轉(zhuǎn)變成液態(tài)水，熱水由匯水管進(jìn)入水槽，不凝氣在匯水管和進(jìn)水槽中析出，并經(jīng)管道送回?zé)焽?，直接排入大氣，不凝氣體的主要成份是氮?dú)夂投趸?。其體積和所含的熱焓已所剩無(wú)幾，不再具有利用價(jià)值。 進(jìn)水槽中的熱水由熱水泵送入過(guò)濾機(jī)中，以過(guò)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5m以下，以保證回收的熱水

10、有較廣泛的用途，熱水再由熱水泵送到用戶(hù)。 整個(gè)回收熱能系統(tǒng)由冷卻水的壓力推動(dòng)，調(diào)節(jié)閥使用少量?jī)x表風(fēng)，僅消耗輸送冷熱水的動(dòng)能，不再需要其他的能量。運(yùn)行費(fèi)用非常低，維護(hù)的費(fèi)用也非常低，工作量極少，有極大的投入產(chǎn)出比。 該裝置的冷卻水溫度在3075可調(diào)，出水溫度在6095可調(diào)，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(gè)熱能回收系統(tǒng)檢測(cè)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(diào)節(jié)閥完全由計(jì)算機(jī)根據(jù)冷卻水的溫度、流量，熱水的溫度及流量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并可以并入焙燒爐系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)視和控制。 煙道壓力的監(jiān)測(cè)，保證煙氣在進(jìn)入回收裝置時(shí)的煙道

11、的特性與煙氣進(jìn)入煙囪的煙道特性一致，即不改變引入機(jī)的出口特性，從而完全地保證了回收裝置不會(huì)對(duì)焙燒爐的生產(chǎn)產(chǎn)生任何不利的影響。 通過(guò)對(duì)冷卻水總進(jìn)口的水量及溫度的測(cè)定，及對(duì)熱水出口的水量及溫度的測(cè)定，計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)地計(jì)算出回收裝置所回收的煙氣中的熱能及水的量，并進(jìn)行積算，報(bào)表打印等。5.3 占地 整個(gè)熱能回收裝置占地僅10×15米，不包括從焙燒爐風(fēng)機(jī)出口到裝置的煙道占地，該煙道也可以通過(guò)架空實(shí)現(xiàn)。為敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，不需要廠房。6、回收熱水的水質(zhì)及其應(yīng)用6.1 熱水的水質(zhì) 熱能回收裝置對(duì)冷卻水水質(zhì)無(wú)特殊要求。 如果冷卻水中雜質(zhì)較多，本裝置在換熱器前設(shè)置了過(guò)濾器，保證雜質(zhì)不進(jìn)入換熱器以降低換熱效

12、果。 如果冷卻水的硬度較大，那么換熱器的內(nèi)壁容易結(jié)垢。本裝置針對(duì)水的結(jié)垢問(wèn)題，對(duì)每臺(tái)換熱器都設(shè)置了酸洗口，對(duì)換熱器內(nèi)壁定期進(jìn)行清洗。 當(dāng)焙燒爐電除塵器跳停時(shí)，將有大量的氫氧化鋁顆粒進(jìn)入煙道，此時(shí)來(lái)自除塵器跳停的信號(hào)將傳至回收裝置的PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)將關(guān)閉煙氣進(jìn)入熱能回收裝置的通道，此時(shí)含塵煙氣將由煙囪排入大氣。 對(duì)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(zhuǎn)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(huì)改變冷卻水的酸堿度，

13、即是說(shuō)假定冷卻水的PH值為7時(shí)，熱能回收裝置的熱水的PH值的最大波動(dòng)范圍為7.07.1，即近似于中性。 熱水經(jīng)裝置中的過(guò)濾機(jī)過(guò)濾后，僅有少量的顆粒小于5m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(jí)別。6.2 熱水的應(yīng)用 氧化鋁生產(chǎn)中，燒結(jié)法、赤泥洗滌、平盤(pán)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(zhì)分析，該熱水完全滿(mǎn)足生產(chǎn)及生產(chǎn)的需要，而且煙氣中的水還將是生產(chǎn)和生活用熱水的補(bǔ)水。 回收的熱水完全可以作為工業(yè)使用或用于生產(chǎn)生活區(qū)供暖等等。7、經(jīng)濟(jì)性分析 根據(jù)第三節(jié)的熱能分析，單臺(tái)1350t/d氫氧化鋁焙燒爐每小時(shí)可回收

14、熱能約80GJ，折標(biāo)準(zhǔn)煤為2749/h，合計(jì)全年回收熱能折標(biāo)準(zhǔn)煤22432t/a，按焙燒爐運(yùn)轉(zhuǎn)率94%運(yùn)轉(zhuǎn)，90%的回收率計(jì)算，回收的熱能折標(biāo)煤為18980t/a。 每臺(tái)焙燒爐每小時(shí)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(mǎn)足1600kt/a氧化鋁廠每小時(shí)的熱水用量。 經(jīng)濟(jì)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(duì)于1350t/d氫氧化鋁焙燒爐而言，其投資估算為1500萬(wàn)元/套。按6套計(jì)算共約9000萬(wàn)元。 6套裝置每年可回收的熱能折標(biāo)準(zhǔn)煤113880噸，水178萬(wàn)噸，氫氧化鋁336噸。其回收熱能的價(jià)值按*鋁業(yè)

15、所處的*地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)價(jià)以700元/噸、水價(jià)按1元/噸、氫氧化鋁價(jià)格按1000元/噸計(jì)算，回收熱能及附帶回收的的水及氫氧化鋁所帶來(lái)的價(jià)值分別為7,972萬(wàn)元、178萬(wàn)元、34萬(wàn)元，合計(jì)7,972萬(wàn)元。 此外，按國(guó)家節(jié)能減排政策，節(jié)約5000t標(biāo)準(zhǔn)煤，就可享受?chē)?guó)家政策補(bǔ)貼300元/tce計(jì)算，該項(xiàng)目單就標(biāo)準(zhǔn)煤一項(xiàng)就可享受?chē)?guó)家財(cái)政補(bǔ)貼3416萬(wàn)元。 按此計(jì)算，總投資約為5584萬(wàn)元，投資回收期為0.7年（8個(gè)半月）。 此熱能用于生活采暖 單臺(tái)1350t/d氫氧化鋁焙燒爐每小時(shí)可回收熱能約80GJ，經(jīng)計(jì)算該熱能可解決40萬(wàn)平米的供暖面積的供暖問(wèn)題，6套裝置可解決240萬(wàn)平居住面積的供暖問(wèn)題。6套裝置回收

16、的熱量可等同于一臺(tái)240噸蒸汽鍋爐。 從投資價(jià)值上講，該熱能回收裝置的固定資產(chǎn)投資比一臺(tái)240噸鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用低25%，還沒(méi)有計(jì)算鍋爐的固定資產(chǎn)投資及其他費(fèi)用，它完全可以替代一臺(tái)240噸采暖鍋爐，投資回收期不足一個(gè)采暖周期。具有非常大的經(jīng)濟(jì)利益。8、設(shè)備清單（單套熱能回收系統(tǒng)裝置）序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)單位數(shù)量備注1煙道改造系統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)DKJ-7100臺(tái)2各種鋼結(jié)構(gòu)材料及管道總80t氣動(dòng)閥DN400臺(tái)6氣動(dòng)閥DN200臺(tái)62換熱系統(tǒng)手動(dòng)閥DN600臺(tái)1流量計(jì)臺(tái)2噴射泵臺(tái)6氣動(dòng)閥DN250臺(tái)12過(guò)濾器DN250臺(tái)6可調(diào)式減壓閥DN250臺(tái)6調(diào)節(jié)閥DN250臺(tái)6手動(dòng)閥DN50臺(tái)123熱水及水處理系統(tǒng)匯水管DN600匯水析氣槽個(gè)1手動(dòng)閥DN50臺(tái)1熱水泵850m3/h臺(tái)1過(guò)濾器臺(tái)1手動(dòng)閥DN600臺(tái)1排污閥DN300臺(tái)1排污槽臺(tái)14儀表及控制系統(tǒng)壓力變送器STD924個(gè)14壓力表01MPa個(gè)6溫度表WSS4