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、深度加熱脫除結晶水并進行晶型轉變生成產(chǎn)品氧化鋁。 氫氧化鋁的焙燒是氧化鋁生產(chǎn)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，也是氧化鋁生產(chǎn)過程中耗用熱能最大的工序之一。 氫氧化鋁的焙燒過程實質(zhì)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35%，氫氧化鋁焙燒的實質(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

2、是氣態(tài)懸浮焙燒爐，該爐型在設計上就已經(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(jīng)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，也最大限度實現(xiàn)了氧化鋁生產(chǎn)的節(jié)能減排，對

3、國家和企業(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 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：45m12% 可溶性堿：0.06%2.2 產(chǎn)品質(zhì)量 化學成份(%) Al2O3 Na2O Fe2O3 SiO2 98.6 0.5 0.02 0.022.3 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、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)量下的單臺焙燒爐計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熱量折合標準煤(kg/h)2749熱量折合標準煤(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

6、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，無疑將會帶來巨大的收益。4、熱能回收技術 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(chǎn)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(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(chǎn)，

7、嚴重制約焙燒爐的產(chǎn)能。 UROMAY換熱器，是現(xiàn)代核動力航母和潛艇的標配產(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，通過調(diào)節(jié)功能，熱水溫度最高可達到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(chǎn)品綜合能耗的同時能回收寶貴的水資源。該系統(tǒng)節(jié)能技術極大提高了氧化鋁企業(yè)的系統(tǒng)運行效率，實現(xiàn)了國家對氧化鋁工業(yè)循環(huán)經(jīng)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

8、用原理是，低溫水進入換熱器，經(jīng)噴嘴以較高的速度進入換熱腔內(nèi)，從而在換熱腔內(nèi)形成一定的負壓，產(chǎn)生一定的抽力幫助煙氣進入換熱腔內(nèi)，從而不會在煙道內(nèi)產(chǎn)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(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 來自焙燒爐引風機的煙氣經(jīng)過引風機出口風門進入熱能回收裝置，同時通過風門的調(diào)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(nèi)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(wǎng)的冷卻水

9、由管道引入換熱器，在進入換熱器前，設置有過濾器和調(diào)壓閥，過濾器過濾水中的雜質(zhì)，調(diào)壓閥以保證進入換熱器時水的壓力，并設調(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(jīng)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。 整個回收熱能系統(tǒng)由冷卻水的壓力推動，調(diào)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(diào)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(diào)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，保證煙氣在進入回收裝置時的煙道

11、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，從而完全地保證了回收裝置不會對焙燒爐的生產(chǎn)產(chǎn)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(zhì)及其應用6.1 熱水的水質(zhì) 熱能回收裝置對冷卻水水質(zhì)無特殊要求。 如果冷卻水中雜質(zhì)較多，本裝置在換熱器前設置了過濾器，保證雜質(zhì)不進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(nèi)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，

13、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值的最大波動范圍為7.07.1，即近似于中性。 熱水經(jīng)裝置中的過濾機過濾后，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級別。6.2 熱水的應用 氧化鋁生產(chǎn)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(zhì)分析，該熱水完全滿足生產(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

14、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(jīng)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)

15、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，按國家節(jié)能減排政策，節(jié)約5000t標準煤，就可享受國家政策補貼300元/tce計算，該項目單就標準煤一項就可享受國家財政補貼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(jīng)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

16、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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)濟利益。8、設備清單（單套熱能回收系統(tǒng)裝置）序號設備名稱單位數(shù)量備注1煙道改造系統(tǒng)電動執(zhí)行機構DKJ-7100臺2各種鋼結構材料及管道總80t氣動閥DN400臺6氣動閥DN200臺62換熱系統(tǒng)手動閥DN600臺1流量計臺2噴射泵臺6氣動閥DN250臺12過濾器DN250臺6可調(diào)式減壓閥DN250臺6調(diào)節(jié)閥DN250臺6手動閥DN50臺123熱水及水處理系統(tǒng)匯水管DN600匯水析氣槽個1手動閥DN50臺1熱水泵850m3/h臺1過濾器臺1手動閥DN600臺1排污閥DN300臺1排污槽臺14儀表及控制系統(tǒng)壓力變送器STD924個14壓力表01MPa個6溫度表WSS4