有色冶金行業(yè)煙氣余熱利用(2021新版)

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1、有色冶金行業(yè)煙氣余熱利用 （2021新版） Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. （安全管理） 單位： 姓 名： 日期： 編號(hào)：AQ-SN-0123 冶金安全 我國(guó)有色冶金行業(yè)的煙氣余熱資源占總余熱資源的80%左右，回 收這部分余熱對(duì)于有色行業(yè)節(jié)能降耗有

2、著重要意義。而在煙氣余熱 回收利用上，應(yīng)避免目前的煙氣余熱回收存在的問題，按照能級(jí)匹 配原則，對(duì)其進(jìn)行按質(zhì)回收，溫度對(duì)口的梯級(jí)利用。對(duì)于當(dāng)前沒有 被很好利用的中低溫?zé)煔庥酂幔﹂_發(fā)低溫有機(jī)郎肯循環(huán)發(fā)電 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)有色煙氣中低溫?zé)煔庥酂岬母M(jìn)一步的高效利用。 XXX圖文設(shè)計(jì) 本文檔文字均可以自由修改 冶金安全 有色冶金行業(yè)煙氣余熱利用（2021新版） 說明：安全管理是企業(yè)生產(chǎn)管理的重要組成部分，是一門綜合性的系統(tǒng)科學(xué)。 安全管理的對(duì)象是生產(chǎn)中一切人、物、環(huán)境的狀態(tài)管理與控制，安全管理是一 種動(dòng)態(tài)管理?？梢韵螺d修改后或直接打印使用（使用前請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀內(nèi)容是否合 適）。

3、 2018年，全國(guó)十種有色金屬產(chǎn)量5688萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)6%, 增速比上年提高3個(gè)百分點(diǎn)。其中，銅產(chǎn)量903萬(wàn)噸，增長(zhǎng)8%,提 高0. 3個(gè)百分點(diǎn)；電解鋁產(chǎn)量3580萬(wàn)噸，增長(zhǎng)7. 4%,提高5. 8個(gè)百 分點(diǎn)；鉛產(chǎn)量511萬(wàn)噸，增長(zhǎng)9. 8%,提高0.1個(gè)百分點(diǎn)；鋅產(chǎn)量568 萬(wàn)噸，下降3.2%,降幅比上年擴(kuò)大2. 5個(gè)百分點(diǎn)。氧化鋁產(chǎn)量7253 萬(wàn)噸，增長(zhǎng)9.9%,增速比上年提高2個(gè)百分點(diǎn)。 有色金屬工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，現(xiàn)在總產(chǎn)量已居世界第一，同時(shí) 技術(shù)進(jìn)步加快，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，在國(guó)際同業(yè)中的影響力及競(jìng)爭(zhēng)力日 益增強(qiáng)。 但是有色行業(yè)長(zhǎng)期存在的高能耗問題仍然十分突出，單位產(chǎn)品

4、 能耗比國(guó)際先進(jìn)水平高10%左右。在有色冶金的能耗構(gòu)成中，有效熱 冶金安全 I Metallurgical Safety 冶金安全 只占了 32%,另有8%的熱量隨著爐墻等散失掉，其余的60%都是有色 金屬冶煉過程中的余熱量。而在這些余熱量中煙氣余熱占的比例高 達(dá)80%左右，由此可見，回收有色冶金行業(yè)中的煙氣余熱對(duì)于降低有 色冶金工業(yè)能耗有著重要意義。 1、煙氣余熱回收利用概況 1. 1煙氣余熱 在有色冶金行業(yè)的煙氣余熱中，溫度高于iooo°c的高溫?zé)熡酂? 占總煙氣余熱的52%,而溫度在600?1000°C之間的中溫?zé)煔庥酂岷? 溫度低于600°C的低溫?zé)煔庥酂岱謩e占總煙

5、氣余熱的26%和22%。表 1是部分有色冶金爐窯煙氣的溫度和熱效率。從表1可以看出，有色 冶金爐窯的煙氣帶走的熱量在總熱量中占相當(dāng)大的比重，煙氣的溫 度越高，帶走的熱量就越多，從而爐窯的熱效率也越低。因而盡可 能最大限度地回收煙氣余熱是提高爐窯熱效率的必要措施。 另外，由于大多數(shù)有色金屬冶煉所用的原材料都是硫化礦，爐 窯產(chǎn)生的煙氣中含S02等腐蝕性氣體較多，并且大部分的煙氣溫度 很高，因此煙氣容易對(duì)換熱設(shè)備造成高溫或低溫腐蝕。同時(shí)，煙氣 冶金安全 中的含塵量大，有些爐窯產(chǎn)生的煙氣量隨工藝周期性變化，這些煙 氣的特點(diǎn)都在很大程度上影響著對(duì)有色冶金爐窯煙氣余熱的回收利 用。

6、 1.2回收現(xiàn)狀 目前較為普遍的對(duì)有色爐窯的煙氣余熱進(jìn)行回收利用的方法有: （1） 在煙道安裝余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽； （2） 利用余熱發(fā)電； （3） 利用煙氣余熱預(yù)熱空氣或物料； （4） 安裝汽化水套生產(chǎn)低壓蒸汽或安裝冷卻水套產(chǎn)生熱水等。 隨著人們對(duì)有色爐窯的工藝和煙氣特點(diǎn)的不斷研究，很多企業(yè) 己經(jīng)設(shè)計(jì)并應(yīng)用了能適應(yīng)爐窯煙氣特性、充分回收煙氣余熱的余熱 設(shè)備。例如： （1） 鋅精礦沸騰焙燒爐余熱鍋爐采用輻射大空腔結(jié)構(gòu)，起到沉灰 和減小磨損的作用，并使煙塵迅速冷卻到650°C以下，解決了煙氣中 含較多低熔點(diǎn)金屬煙塵微粒高溫下極易粘結(jié)的問題； （2） 煙化爐與余熱鍋爐的一體化設(shè)

7、計(jì)把煙化爐和余熱鍋爐有機(jī) 冶金安全 I Metallurgical Safety 冶金安全 地結(jié)合在一起，既改善了煙化爐的吹煉狀況和余熱鍋爐技術(shù)操作條 件，又解決了在間斷生產(chǎn)條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)供汽的技術(shù)難題，并實(shí)現(xiàn) 煙化爐余熱的全面回收。除以上兩例子之外，目前還有很多有色冶 金爐窯煙氣余熱回收設(shè)備的改進(jìn)技術(shù)，這些都為回收有色爐窯的煙 氣余熱起到了重要作用。 1.3存在問題 目前大部分對(duì)有色爐窯的煙氣余熱回收都是針對(duì)高溫?zé)煔舛? 的，而由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性的原因，對(duì)于同樣占總煙氣余熱一半的中 低溫?zé)煔庥酂崂蒙跎佟榇?，?duì)有色行業(yè)中的中低溫?zé)煔庥酂峄? 收利用的研究與應(yīng)用需引起高度

8、重視。另外，更值得一提的是在現(xiàn) 有的高溫?zé)煔庥酂岬幕厥绽蒙?，很多都只是?jiǎn)單的從能量守恒的 數(shù)量關(guān)系上考慮，而沒有考慮熱能的質(zhì)量變化，即沒有考慮能級(jí)的 匹配問題。例如，壓力為l.3MPa的飽和蒸汽具有火用值1005kJ/kg, 如果將余熱鍋爐產(chǎn)生的此蒸汽降壓到0. 3MPa來供熱用戶采暖使用， 就會(huì)白白造成火用值損失172kJ/kg,損失了約為原有火用值的17%0 而閃速爐的余熱鍋爐蒸汽壓力往往在4?5MPa以上，如果同樣直接 冶金安全 I Metallurgical Safety 冶金安全 減壓用于低壓用戶的話，火用損失將更大。這樣一來雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì) 煙氣余熱的回收利用，

9、但卻將高品位的熱能降低成了低品位的熱能 來使用，造成了大量的高級(jí)能量火用值的損失。由此可見，對(duì)于煙 氣余熱回收問題不能僅從熱效率來考察其優(yōu)劣，必須同樣重視能量 的質(zhì)量貶值問題。 2、煙氣余熱回收的梯級(jí)利用 由上面的論述不難得知，要充分合理地利用有色爐窯的煙氣余 熱，就要根據(jù)煙氣余熱資源的數(shù)量、品質(zhì)（溫度）和用戶要求，遵循 能級(jí)匹配的原則，實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行按質(zhì)回收，溫度對(duì)口的梯級(jí)利用。 一般情況下具體的梯級(jí)利用原則如下： （1）如果在生產(chǎn)工藝中有合適的熱用戶，應(yīng)優(yōu)先考慮將煙氣的 余熱回收利用于生產(chǎn)工藝過程本身。這樣，將煙氣中的余熱直接帶 回生產(chǎn)工藝過程中，直接降低了生產(chǎn)工藝過程

10、的能耗，比通過轉(zhuǎn)換 裝置來回收煙溫的余熱更為經(jīng)濟(jì)和有效。例如，在氧化鋁生產(chǎn)中的 氫氧化鋁流化態(tài)焙燒工藝中，流態(tài)化焙燒爐產(chǎn)生的煙氣溫度在 1000°C左右。為充分利用余熱，讓熱煙氣與氫氧化鋁物料逆向流動(dòng), 冶金安全 I Metallurgical Safety 冶金安全 利用熱煙氣余熱干燥氫氧化鋁并進(jìn)行預(yù)焙燒，從而充分回收了高溫 煙氣余熱，大大降低焙燒的能耗。 （2） 對(duì)于高溫?zé)煔獾挠酂釕?yīng)優(yōu)先用于動(dòng)力回收，利用常規(guī)水蒸 氣郎肯循環(huán)進(jìn)行發(fā)電，將高溫?zé)煔獾闹屑?jí)能熱能轉(zhuǎn)換成高級(jí)能電能。 這不僅完成了對(duì)高溫?zé)煔庥酂岬挠行Щ厥绽?，也遵循了能?jí)匹配 原則，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)熱能的高品質(zhì)利

11、用。例如，在銅冶煉過程中的 閃速爐熔煉工藝中，閃速爐的煙氣溫度可達(dá)1300°C以上，可將這部 分煙氣的余熱利用余熱鍋爐生產(chǎn)出中壓飽和蒸汽送至蒸汽過熱爐， 將蒸汽加熱成過熱蒸汽，產(chǎn)生的過熱蒸汽用來推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。這 與把于余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽直接減壓供給低用戶使用相比減少了大 量火用損失，從而對(duì)煙氣余熱能的回收利用更具合理性。 （3） 在中溫?zé)煔夂偷蜏責(zé)煔庥酂岬睦蒙希瑢?duì)于溫度較高的中 高溫?zé)煔馊匀粦?yīng)優(yōu)先應(yīng)用于動(dòng)力回收發(fā)電。如鋅精礦酸化沸騰焙燒 爐的煙氣溫度在800?900°C之間，可將其煙氣的余熱利用余熱鍋爐 生產(chǎn)蒸汽發(fā)電。而對(duì)于溫度較低的中低溫?zé)煔舛?，利用常?guī)水蒸 氣郎肯

12、循環(huán)發(fā)電回收煙氣余熱的熱效率極低，不具合理性。這部分 冶金安全 I Metallurgical Safety 冶金安全 的煙氣余熱最好直接應(yīng)用于生產(chǎn)工藝本身，如加熱物料、預(yù)熱助燃 空氣等。如得不到以上利用時(shí)再考慮應(yīng)用其冬季采暖，夏季制冷等 其他利用方式。 在如今有色冶金行業(yè)煙氣的余熱回收中，對(duì)于中低溫?zé)煔庥酂? 的回收利用一直是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。為此，進(jìn)一步研究對(duì)中低溫?zé)煔? 余熱的回收利用就顯得極其重要和必要，而有色冶金中低溫?zé)煔庥? 熱的高效有機(jī)郎肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)(ORC)就是一個(gè)很具有發(fā)展?jié)撡|(zhì)的 研究方向。 3、中低溫?zé)煔庥酂岬挠袡C(jī)郎肯循環(huán)發(fā)電技術(shù) 有機(jī)郎肯循環(huán)(Qrgan

13、icRan 1 eineCyc 1 e)發(fā)電技術(shù)是用低沸點(diǎn)有 機(jī)物代替常規(guī)水蒸氣郎肯循環(huán)中的水作為工質(zhì)，利用外熱源將其加 熱產(chǎn)生較高壓力的蒸汽來推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。由于低沸點(diǎn)工質(zhì)在較低 溫度下就能產(chǎn)生高壓蒸汽，為此該技術(shù)主要用于低溫余熱的回收利 用上。對(duì)于目前沒有得到很好利用的有色冶金煙氣余熱中的中低溫 煙氣余熱來說，ORC技術(shù)是一個(gè)很好的研究?jī)?nèi)容和發(fā)展方向。圖1為 中低溫?zé)煔庥酂岬挠袡C(jī)郎肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)。 冶金安全 此過程為經(jīng)加壓泵加壓的低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，在有機(jī)工質(zhì)余熱鍋 爐中被中低溫?zé)煔饧訜?，所產(chǎn)生的較高壓力的蒸汽經(jīng)透平發(fā)電，發(fā) 電后的低壓有機(jī)工質(zhì)蒸汽在凝汽器中冷凝成液態(tài)有機(jī)工

14、質(zhì)，經(jīng)加壓 泵加壓送回有機(jī)工質(zhì)余熱鍋爐，行成一個(gè)閉合循環(huán)回路。而低壓有 機(jī)工質(zhì)蒸汽在凝汽器冷凝放出的熱量則由冷卻塔和冷卻水泵等組成 的冷卻系統(tǒng)帶走。 由于有色，金行業(yè)的煙氣中含有大量S02等腐蝕性氣體，從而 使煙氣的酸露點(diǎn)溫度低。而低溫有機(jī)郎肯循環(huán)系統(tǒng)中的有機(jī)工質(zhì)在 運(yùn)行工況下的溫度很低，導(dǎo)致受熱面的溫度也很低，通常會(huì)低于煙 氣的露點(diǎn)溫度。因而，對(duì)于利用有色冶金中低溫?zé)煔庥酂岬挠袡C(jī)郎 肯循環(huán)技術(shù)來說，受熱面的低溫露點(diǎn)腐蝕是一個(gè)有待解決的重要問 題。另外，不同有機(jī)工質(zhì)的選擇和環(huán)境溫度也都影響著有機(jī)郎肯循 環(huán)的性能?？傊?，對(duì)于利用有色冶金中低溫?zé)煔庥酂岬挠袡C(jī)郎肯技 術(shù)還有待于更深一步的研究，如果此技術(shù)得到成熟的應(yīng)用，必將成 為有色行業(yè)節(jié)能降耗的一個(gè)新的里程碑。 4、結(jié)語(yǔ)