电解铝生产中烟气净化及余热利用研究

陡文化

（青海中铝工业服务有限公司，青海 西宁 810108）

1 电解铝生产中产生烟气的余热回收

1.1 电解烟气余热热负荷计算

某公司电解铝生产系列有236台240KA电解槽，配套设计三套干法烟气净化系统，分别位于电解车间中部和厂房两侧，每套烟气净化系统各有两条电解烟气汇集烟道，有关电解烟气净化系统参数如下：

（1）每套烟气净化系统总烟气量为600000m3/h（压力损失为4000Pa）。

（2）净化主烟管直径为2700mm。

（3）每套烟气净化系统有两条烟气汇集烟道，单趟汇集烟道烟气量为300000m3/h，烟气温度为80℃～120℃。

基于上述工艺，计算电解烟气可回收热量时，按单趟汇集烟道计算。某公司电解生产有三套干法烟气净化系统，共计有六趟电解烟气汇集烟道，如每趟烟气汇集烟道对应安装一台烟气换热装置，则单台烟气换热系统每小时回收的热量为：

式中：

Vg——单烟气管道电解槽烟气流量；

Pg——烟气密度；

Cpg——烟气比热；

ΔT——换热器前、后的排烟温度温差。

电解生产过程中，电解烟气排烟温度最低80℃时，排烟温度温差选用15℃计，换热器出口排烟温度为65℃，则烟气换热器回收热量可加热的循环水量为：

式中：

Cpw——水的比热；

Tw=65℃表示供暖循环水出水温度；

t0=50℃表示供暖循环水回水温度。

由上述计算可知，某公司电解生产系列净化系统安装6台烟气换热装置可回收的热量为：

Q总=1813×6=10878（kw），折算成蒸汽量为14.25t/h。

1.2 电解生产过程中所使用烟气换热器的选型

根据烟气热负荷计算情况，首先要确定电解烟气换热器选型的基本参数。

表1 电解烟气换热器选型基本参数

以上电解烟气换热器选型基本参数是以电解排烟温度最低时的相关参数计算得出的，此种工况下热水循环系统出水温度在65℃左右偏低，但仅限于冬季最冷极寒天气时（每年冬季极寒天气一般持续3天～7天的时间），其余时间随着烟气温度升高，循环水出水温度等指标会相应提升，烟气换热器换热效果会更好。

烟气余热回收利用系统主要包括：烟气余热回收装置（换热器）和热力管路[1]。热力管路要与企业现有的生活热水系统、冬季采暖供热系统等进行有效连接，并做到互为备用，形成稳定、有效的电解烟气余热回收利用系统。电解烟气余热回收系统流程如图1所示。

图1 电解烟气余热回收系统流程图

电解烟气余热利用时，根据电解净化系统分布情况及企业热力系统实际情况，需同步增设相应的热力管路。管道铺设有两种设计形式，一是将所有电解净化系统安装的烟气换热器设备供、回水管道全部集中至集水器和分水器，然后通过集水器和分水器主管道输送至企业集中供热泵站，实现循环利用；二是在电解净化系统各换热器设备与企业集中供热泵站之间设计同程式供、回水主管道，实现循环利用；这两种热力管道铺设方式各有利弊，企业可根据实际情况选用[2]。另外，在集中供热站处应增设水-水换热器设备或新建水-水换热器设备间，实现加热热水的目的，同时根据职工浴池等用热水点的位置铺设热水管道，由此形成完整的电解烟气余热开发和利用系统。

2 电解烟气余热资源的回收利用

电解烟气余热的开发回收为企业提供了一种新的余热资源，那么如何有效地利用它，将是企业面临的主要任务[3]。本文认为应首先考虑满足企业自身需求，将电解烟气余热资源重点用于替代企业的采暖负荷系统和生活热水供应系统，同时进一步明确其他用热负荷（如浴池等）情况，并统计考虑应用，以最大限度将余热资源应用到生产、生活过程中；与此同时在满足自身需求的前提且有一定的余热资源富余时，可根据企业周边用户热负荷需求情况及投资情况等综合考虑后外供，以提高电解烟气余热利用的效能。

2.1 余热利用热负荷计算

以某公司为例，公司现有一座集中加热泵站，站内有汽-水换热器设备等，负责为厂区及厂前区生产、生活设施提供生活热水和冬季采暖，共设有2个职工浴室，每个浴室各设有一套汽-水换热设备，为浴室提供热水，另有部分车间为蒸汽采暖，所用蒸汽供给由余热锅炉提供。

2.2 余热利用总热负荷

经计算某公司采暖总负荷为8741kW，浴池热水负荷为1500kW，合计余热利用可替代供热总负荷为10241kW。电解烟气净化系统6套烟气换热器可回收的热量为10878kW，因此，电解烟气余热利用资源可满足冬季采暖负荷和浴池热水负荷的需求。

3 电解烟气余热利用中有关事项

通过对电解烟气余热开发与利用情况进行分析，做好电解烟气余热资源的利用不仅仅是简单地完成回收和应用，还必须考虑回收利用系统的各个方面工作需求、余热利用技术经济性、电解净化系统相关溜槽、收尘管的变动等，只有全面做好这些工作才能真正达到电解烟气余热资源的有效利用效果，为此电解烟气余热开发与应用中应关注如下事宜。

（1）电解烟气余热利用的同时同步考虑热网循环泵的选型更新事宜；此项工作涉及新增热力管道同层或集中的设计敷设方式，管道实际走向、长度及水力计算等情况，要根据现场实际情况确定；在此只作为一个关注重点提出，故对热网循环泵参数计算、选型不做详细阐述。

（2）电解烟气余热利用要考虑热力管道的保温情况，整体保温工艺为：管道除锈—刷防锈漆两遍—包裹保温层—玻璃丝布固定—镀锌铁皮固定（或玻璃丝布外刷防锈漆两遍），其中玻璃丝布按叠加1/3缠绕。如选用重量轻、吸水率低的聚氨酯套管为保温层，保温层厚度选用50mm，冬季采暖室外平均温度为-15.5℃，保温层导热系数λ取0.021kcal/m·h·℃，经计算保温层外表面温度为-9.5℃。故选用50mm厚的保温层，能保证保温效果。

（3）电解烟气余热资源的开发与利用必须进行余热利用经济效益测算。烟气换热器回收热量10878kw，折算成蒸汽量为14.25t/h，由工业锅炉供热，锅炉房总吨位应为30t～40t，由3台10t蒸汽锅炉两用一备或两台20t蒸汽锅炉一用一备运行保证；因环保工作要求目前工业锅炉均为燃气锅炉，考虑冬季采暖负荷，运行锅炉需满负荷生产，夏季仅为浴池供热锅炉为小负荷运行，故全年运行5500h，约生产蒸汽8.3万t，消耗天然气750万立，全年燃气费用为1288万元。以此分析得出：电解烟气余热利用的开发和应用，可实现投资即见效的目的，如果考虑人员调配、设备设施维修、备品备件辅材消耗等因素，其经济效益会更好。

4 结语

电解烟气余热开发和利用技术非常必要，此项技术的应用不但不影响电解铝的生产工艺，还能提供连续清洁的余热资源以替代传统工业锅炉的供热方式，达到节能降耗的目的。应用该技术后由于降低了电解烟气排烟温度，大量的烟气排入大气中相应减少了大气热污染，减少温室效应，有效保护了环境。