浅谈铝冶炼低温余热回收利用

李萌萌,陈欢欢

摘要：铝冶炼过程中实现低温余热利用的高效化，对于低温余热来说，其利用的场合和形式一般于生产低温场合以及空调、采暖等工厂和生活用热。对于低温余热回收利用来说，用低品质的余热换来高品质的利用价值，就是其最大的价值作用，可采用多种余热利用技术继续发挥余热回收效益。

关键词：铝冶炼；余热；利用；现状；低温；来源；回收；

随着社会经济的持续发展，节能减排、低碳环保逐渐成为了整个社会的共识。相对而言，铝冶炼是比较典型的高能耗、高污染行业，具有较大的节能减排发展空间，因此必须加强对铝冶炼低温余热回收利用进行分析，旨在有效节约冶炼过程中所耗用的能源资源。

一、铝冶炼余热利用现状的分析

随着铝冶炼行业的发展，我国引进了大量的铝冶炼机械设备来发展冶炼行业。在我国铝冶炼行业中，能源的大量消耗，使我国铝冶炼行业得到快速发展，我国已成为世界铝工业大国，但是在铝冶炼能耗中有大量低温余热未得到充分利用。并且铝冶炼企业在冶炼中会产生大量可利用余热，而目前国内对这些余热的利用技术还不够先进，不能有效将这些余热转化为再利用资源，使得节能减排已成为铝冶炼企业长期发展的战略首要目标，充分利用铝冶炼中产生的余热，有助于减少企业的能耗，提高经济效益。

二、铝冶炼低温余热的主要来源

铝冶炼过程中，大量低温余热未经合理利用，造成巨大的热量损失。典型的包括电解铝烟气余热和铝熔铸、加热和时效处理时排放的余热。

现代铝工业生产采用冰晶石——氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯、型材等。以某型号电解槽为例，单槽平均烟气量约为10000m3/h，电解槽烟气在与空气混合后温度约为110~130℃，电解车间往往由几十、上百台电解槽组成，电解烟气余热利用的潜力非常巨大。

铝在冶炼过程中，铝合金的熔炼和铸造生产过程中的熔炼、静置、均热过程，铝合金挤压生产过程中的铸锭、模具加热，时效处理和淬火处理过程，铝表面处理中的清洗、烘干、固化等过程中均涉及到热能的高效利用问题，具有较大的节能空间。尤其是各种加热炉的烟气具有温度高、排量大的特点，是主要的热量损失途径，应作为余热回收利用的重点。以某熔炼炉为例，在总的热量消耗中，只有约25%的热量被铝液带走，而排烟热损失则高达总热量的42%。同时各加热炉的炉温较高，利用价值高。以熔炼炉为例，在未进行热回收利用时，烟气温度可达1000℃以上。即使采用了回收装置，最终烟气温度也达150℃以上，具有继续利用的价值。

除了上述余热外，铝行业工厂其他余热排放场合还包括锅炉烟气余热，锅炉凝结水余热，表面处理线热水洗槽排放水余热，表面处理线车间空调换气余热等。锅炉烟气余热与铝冶炼和加工过程排放的烟气类似，烟气温度较高，具有较好的利用价值。除了烟气余热，以气体介质排放的余热还包括车间空调换气余热等。空调排气余热虽然温度较低，但由于连续运行、排放量大，也具有较大回用价值。以水为介质排放的余热虽然排放量较小，但由于水的比热容远大于空气，换热性能也优于空气，使得锅炉凝结水余热，表面处理线热水洗槽排放水余热等也具有经济利用价值。

三、铝冶炼低温余热回收利用的分析

结合大量的资料可以知晓，很多时候，铝冶炼的加工和生产阶段大部分都是中低温余热，为了使余热的回收和利用能够达到最大的效率，带来最为满意的经济效益，可以通过适当的换热和热能转换等形式来对中低温余热进行投资利用，从而获得远超投资的回报。在余热的利用中，首先就是要加强高温炉的热效率，只有提高其余热的产生，才能在根本上实现余热的利用，因此在这一阶段，就要辅助的完成隔热、保温、防泄露等工序，并且还要完善这些工序的技术工艺，进而有效的提升热效率。减少能源的消耗，使余热的质量得到有效的保障，为下一步的回收利用打下坚实的基础。其次在余热的利用方式上，尽量对余热进行直接的利用，因为在对余热直接利用的阶段不会因为需要其他工艺或步骤的加入造成余热能量的扩散和损耗。因此首先利用余热的能量来对炉窑自身实现助燃空气、燃料和工件、物料的预热或加热工序。只有在这些都被利用之后，无法继续利用的热能才应用在其他的环节。再有，余热的利用要遵循一定的规则，要严格保证余热的高质量运用细则，将最高质量、最高品质的余热用于生产、加工、或者是发电的环节中。

1、余热锅炉回收。采用蒸汽发生器，即锅炉回收余热是提高能源利用率的重要手段，冶金行业近80％的烟气余热是通过余热锅炉回收，节能效果显著。余热锅炉中不发生燃烧过程，可利用高温烟气余热、化学反应余热、可燃气体余热以及高温产品余热等，生产高压、中压或低压蒸汽或热水，用于工艺流程或进入管网供热。同时，余热锅炉是低温汽轮机发电系统中的重要设备，为汽轮机等动力机械提供做功蒸汽工质。实际应用中，利用350

—1000℃高温烟气的余热锅炉居多，和燃煤锅炉的运行温度相比，属于低温炉，效率较低。由于余热烟气含尘量大，含有较多腐蚀性物质，更易造成锅炉积灰、腐蚀、磨损等问题，因此防积灰、磨损是设计余热锅炉的关键。直通式炉型、大容积的空腔辐射冷却室、设置的密封炉墙、除尘室、大量振打吹灰装置都是余热锅炉为解决积灰、磨损问题在结构上的考虑。另外由于受工艺生产场地空间限制，余热锅炉把换热部件分散安装在工艺流程各部位，而不是像普通锅炉一样组装成一体。

2、制冷制热技术。与传统压缩式制冷机组相比，吸收式或吸附式制冷系统可利用廉价能源和低品位热能而避免电耗，解决电力供应不足；采用天然制冷剂，不含对臭氧层有破坏的CFC类物质，具有显著的节电能力和环保效益，在20世纪末得到了广泛的推广应用。但由于用水做制冷剂，只能制取O℃或5℃以上的冷媒温度，多用于空气调节或工业用冷冻水，其性能系数COP因制冷工质对热物性和热力系统循环方式的不同而有很大变化，实际应用的机组COP多不超过2，远低于压缩式制冷系统，但是此类机组可以利用低温工业余热、太阳能、地热等低品位热能，不消耗高品质电能，而在工业余热利用方面有一定优势。吸收式余热制冷机组制冷效率高，适用于大规模热量的余热回收，制冷量小可到几十千瓦，高可达几兆瓦，在国内已获得大规模应用，技术成熟。

3、发电。低温余热在难以找到适宜的同级利用途径时可以用来发电，但单纯采用低温余热发电方案，投资大，发电效率低、投资回收期长，因此发电通常与生产供热、供冷结合，根据温位不同等安排不同用途，形成整体优化方案，这是目前广为采用的低温余热回收利用的方法。

结束语

综上所述，传统铝冶炼工作中会产生大量的能源，若不能对这些能源进行有效的利用不仅会造成资源能源的浪费，还会产生巨大的经济损失。因此，工作人员要重点研究铝冶炼低温余热回收利用，采取相关技术回收利用低温余热，根据不同的余热品质选择不同的回收利用方式，最大限度地减少能源资源的浪费，获取最大化的经济效益。

参考文献

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