有色冶金行业的能源回收和利用研究

尹代冬

（湖南有色金属研究院，湖南 长沙 410100）

在生产有色金属时，采用不同的生产形式，需要应用不同的炉窑，但是各炉窑的应用最大的问题便是热效率不高，很多一次能源产生的热能都会成为余热，或者变成其他状态被损失掉，存在的能源浪费问题十分严重，使得成本有所增加，且对环境造成了一定的破坏和污染，这些情况都对有色金属生产以及未来发展产生了不利影响。

1 有色工业可回收能源分析

针对有色冶金工业的发展，30%左右的可回收余热资源可以被再次应用，对这些资源进行回收和应用，对有色金属产业的经济效益提升，完善社会效益、保护环境、减少成本有着非常重要的帮助作用[1]。

有色金属为组成的黑色金属以外的所有金属总称，相比黑色金属具备的特殊性能更为突出，如：腐蚀性、导电性、耐磨性以及导热性非常理想，同时具备更高的韧性、强度、放射性、可塑性以及延展性等等。在现代工业、国防科技技术发展当中，对于有色金属的应用是非常关键的材料。有色金属工业在我国的发展非常迅速，已经将矿山、冶炼、加工以及地质勘探等工业体系进行了完善，即便在疫情的冲击下，有色金属行业的发展也在持续。如图1所示。

图1 2020年有色金属行业的发展

目前，有色金属冶炼技术的发展速度非常快，例如中国恩菲是压力浸出技术在国内推广应用的引领者，已在镍、钴、铜、黄金、锌、钨等领域获得良好的应用效果，创造了压力浸出技术的多项第一。其中，重点技术包括红土镍矿提取及精炼技术、硫化镍钴矿压力浸出技术、高冰镍压力浸出技术等。之后，但对于有色冶金行业的能源回收和利用，会在各项技术的基础之上进一步探究，以便实现更高的资金回收以及利用效率。

有色冶金工业当中的余热，涵盖不同炉窑产出的高温烟气热、高温产品热、冷却水热、高温渣热等等，其中有大量的余热可以被回收和再次利用。例如：在前苏联，便针对有色冶金工业的余热进行了探究，当时每年可产生的余热量有29万亿千卡，其中可以回收再次应用的余热大约为11.16万亿千卡，对其中的4.32万亿千卡进行了应用，占据数量总体的40%左右。该项内容的实施，对78万吨左右的标准来进行了节约。此外，美国针对余热资源，根据其温度的高低，将其分为了三个范围：高温范围，温度超过650℃，中间范围，温度在230～650℃内，低温范围，小于230℃。我国针对有色冶金工业当中的余热资源回收以及利用给予了高度的重视，并在科技力量的推动下，取得了突破性进展，每年节约的标准煤数量都在提升，但还有很多不足，针对怎样对该资源进行更高效的应用，还需要继续探究和分析，以便使有色金属产品，实现更加理想的节能效果[2]。

余热产生最多的工艺环节便是针对铜、镍、铅锌以及铝进行加工时，应用鼓风炉、焙烧炉，如图2所示。结合不同的有色冶金余热源，可以对不同的余热回收装置进行应用。例如：结合具体情况，选择汽化冷却装置或者应用预热器回收烟气热装置。

图2 焙烧炉

2 能源回收利用方法分析

2.1 高温烟气余热回收利用装置

在该行业当中，冶金工业存在的余热总量，有50%左右的高温烟气余热，对其回收以及再利用可以节省大量的能源资源，但是要结合具体情况，挑选合适的装置[3]。

2.1.1 余热锅炉回收利用装置

余热锅炉的应用，可以高效回收利用高温烟气当中存在的热量，并且还能进一步回收烟气当中存在的二氧化碳以及一些有用的成分，进而使锅炉对环境产生的污染有所减少，提升对环境的保护力度。余热锅炉在回收余热后，会有蒸汽产生，将蒸汽在发电或者一些生活生产当中应用，会使能源资源得到更高的利用效果。

其中，要结合高温烟气中存在的灰尘情况、腐蚀成分情况、灰尘是否容易发生粘结等状况选择余热锅炉。挑选的关键点便是类型、结构、受热面、水汽循环等等，只有对余热锅炉科学挑选，才能对锅炉的连续操作给予保障[4]。

2.1.2 气化冷却回收装置

在回收应用高温烟气当中的余热过程中，气化冷却的使用能够对更多的水资源进行节约，其中水量的应用与水冷却用量相比只有1/50～1/100，且气化冷却中需要对软化水进行应用，可以对水垢的形成产生良好的预防效果，还可将冷却部件的使用寿命延长。一台气化冷却装置的应用，每小时可以针对2千～1万千卡的热量进行回收，这是因为该装置的突出性能，如节能性和有效性非常理想。在很多国家的有色冶金工业当中，对其有着广泛的应用，例如：在反射炉、转炉以及沸腾炉当中都对该装置进行了设置[5]。

2.1.3 空气预热器回收利用装置

预热器的工作原理便是借助冶炼的烟气，开启冷却作业，之后加热空气，使热风传输给冶金炉。在冶金炉当中对于热风的使用，不但能够将冶炼当中的燃料消耗量降低，还能在冶炼当中借助热风将熔炼的温度提升，使冶炼过程得到强化。在对空气预热器进行使用时，针对余热实施的回收，沉积的烟尘和烟气会有腐蚀性，使空气预热器发生渗漏和堵塞，使应用寿命减少。

2.1.4 余热综合利用回收利用装置

在高温烟气当中，余热有着比较高的质量，国外以及国内都对余热分段的综合使用给予了高度重视。对余热锅炉进行使用时，在发电、生产以及生活当中，对于热应用之外，还可以借助空气预热器，使余热在冶炼工艺当中有所应用，例如：在使用时，可以分段处理高温烟气，先针对高温烟气开展相应的处理之后，在空气预热器当中出来的烟气，借助余热锅炉，便会有相应的蒸汽产生，进而使高温烟气中对于热的应用效率有所提升[6]。

2.1.5 热管换热器回收利用装置

热管是一种传热元件，有着非常高的效能，在宇航、核反应堆领域，有着广泛的应用。最初，美国将热换管交换器在节能当中应用，并且在工业炉窑中产生的节约效果非常突出，可节约大量的成本以及资源。热管换热器并没有非常复杂的结构，工作过程十分可靠，且体积和重量都比较小，对其维修也十分便捷，在目前的余热利用以及热交换设备中普遍应用。在冶金工业炉窑、石油工业、炉窑以及锅炉的余热利用中，起到了良好的效果[7]。

2.2 炉渣余热回收利用

炉渣如果有较高的温度，那么可以应用的热资源量便会非常大。针对炉渣余温进行回收再次应用，探究发热装置是非常关键的一项问题。利用炉渣的余热需要将回收的热能在城市热水供应系统当中使用，也可以应用于冬季供热系统。此外，粒状渣还可以当作建筑材料，在建筑工程当中使用。

2.3 低温余热回收利用

温度没有超过100℃的汽化冷却水、冷却水、废水以及冲渣水，都将其归类为低热值余热，借助热泵、热轮以及热管将其有效回收，能够在生活当中对这些余热进行应用。国外以及我国对于特殊介质的热交换管正在积极研究，这样便可以在发电中有效应用低热值的余热。其中，系统设计如图3所示。

图3 烟气余热回收利用系统

2.4 可燃废弃物热回收利用

国内以及国外对于铅锌密闭鼓风机的应用给予了高度关注，可以针对余热进行有效的回收和利用，这是由于铅芯密封鼓风机有着较大的低热值煤气量，并且热值并不高[8]。

针对铅锌密闭鼓风机当中低热值煤气的使用，之前只是在预热鼓风和焦洁炉当中，对部分进行应用，之后又在发电当中使用。我国针对密闭鼓风炉低热值煤系统实施了进一步改造和优化，使得低热值煤气质量有所提升，进而使回收和再利用的效率有综合性提高。

3 结语

总之，针对有色冶金工业中存在的余热实施有效回收以及利用，可以提升资源能源的应用效率，强化对环境的保护。目前，针对余热回收技术的探究，正在逐步实施，还有很多不足和需要完善之处。未来，随着技术的更新，针对余热资源的回收应用会有更大的突破，因此要在目前的工业发展中继续累积经验，不断探究和优化。