氧化铝焙烧炉烟气余热回收及其利用方案

************氧化铝焙烧炉烟气余热回收及其利用技术方案********工程有限公司二0一二年六月21、概述氢氧化铝焙烧是氧化铝厂生产中的最后一道加工工序，它将分解过滤所得的氢氧化铝滤饼，在气体悬浮焙烧装置中干燥除去附着水、深度加热脱除结晶水并进行晶型转变生成产品氧化铝。氢氧化铝的焙烧是氧化铝生产中非常重要的一个环节，也是氧化铝生产过程中耗用热能最大的工序之一。氢氧化铝的焙烧过程实质是一个脱水的过程，干基氢氧化铝中含水为34.6%，再加上氢氧化铝表面的附着水3～5%，氢氧化铝焙烧的实质上就是要将氢氧化铝中约38%的水份全部脱除掉。因此氢氧化铝的焙烧过程必然是要消耗大量的能源才能实现。目前我们的氢氧化铝焙烧炉所采用的大多是气态悬浮焙烧炉，该炉型在设计上就已经充分考虑了热能的回收与利用了，用焙烧好的物料预热冷空气到约700℃，提高了燃烧效率，再用氢氧化铝吸收热烟气的热量，使氢氧化铝在进入焙烧炉装置中的主炉时，物料中的大部分水份已经被脱除掉，这样物料在进入主炉后的主要反应为晶型的转变，大大缩短了焙烧时间，也大大地提高了焙烧炉的热效率，使得目前我们气态悬浮焙烧炉的热耗几乎是发挥到了极限。尽管如此，我们的气态悬浮焙烧炉的尾气是含有大量水蒸气和热的气体，如果能回收此尾气中的热能和水实际上就是一个变废为宝的节能工程，它不仅还能最大限度降低氧化铝生产的综合能耗，降低了氧化铝的生产成本，也最大限度实现了氧化铝生产的节能减排，对国家和企业而言都是非常有益的事。2、焙烧炉基本数据2.1原料原料名称氢氧化铝滤饼原料基本属性附着水～8％温度50℃湿密度1400㎏/m3相对密度2.4（干基）粒度分布：45μm＜12%可溶性碱：0.06%2.2产品质量化学成份(%)Al2O3Na2OFe2O3SiO23＞98.6＜0.5＜0.02＜0.022.3燃料天然气燃气热值：≥33858kJ/Nm3(8100kCal/Nm3)燃气成份：（V%）CH4C2H6N2CO2C3C5＞90＞7＜1.5＜1.5微量2.4烟气的气体组成：（在150℃工况下的V%）CO2N2O2H2ONaOH448.4542.6微量烟气重度：0.865㎏／Nm3烟气粉尘浓度：≤50mg／Nm3（折150℃工况下35mg／m3）粉尘粒度：≤15μm3、烟气中的热能下表是*********1350t/d氢氧化铝焙烧炉在额定产量下的单台焙烧炉计算的热量及水的排放数据：焙烧炉理论产量(t/d)1350氢氧化铝下料量(t/h)91焙烧炉单耗K(kCal/kg·Al2O3)740焙烧炉用天然气热值(kCal/Nm3)8100总烟气量(m3/h)(150℃下)207176焙烧炉排出总水蒸气量(kg/h)42839烟气含有的总热量(kJ/h)80435958热量折合标准煤(kg/h)2749热量折合标准煤(t/a)(340天/a)22432回收的总水量(t/a)(340天/a)349566烟气中含有的氢铝量(kg/h)7.25烟气中含有的氢铝量(t/a)(340天/a)59(注：烟尘中的含尘浓度按150℃工况下35mg／m3计算)从上表可以看出，对就于焙烧炉而言，其排出的热能是相当可观的。如果按焙烧炉94%的运转率和90%的热能回收率计算，每台焙烧炉每年回收的热能折合成标准煤的计算，为18980t/a，此外，每年还能回收29.6万吨水资源和56吨氢氧化铝。按目前的*********铝业总共6台焙烧炉计算，共计回收的热能折标准煤113880吨，水178万吨，氢氧化铝336吨。如果按*******铝业所处的山西原平地区的标准价以700元/吨、水价按1元/吨、4氢氧化铝价格按1000元/吨计算，回收热能及附带回收的的水及氢氧化铝所带来的价值分别为7,972万元、178万元、34万元，合计7,972万元因此，如果能回收氢氧化铝焙烧炉烟气中的水和热能并能将其充分利用，对企业来说，无疑将会带来巨大的收益。4、热能回收技术焙烧炉烟气中所含的热能主要来源是氢氧化铝含的水及燃料燃烧产生的水的汽化潜热，它约占整个焙烧炉烟气热能的97%左右，只有回收潜热才是我们焙烧炉热能回收的关键。而因显热仅占整个热能的3%，目前行业内采用的显热回收装置回收效率极其有限，而且由于装置安装在引风机之前，一旦启用该装置将会影响引风机的正常工作，而使得焙烧炉不能正常生产，严重制约焙烧炉的产能。UROMAY换热器，是现代核动力航母和潜艇的标配产品。它是利用内混式直接换热的原理，用低温度的水与含水蒸气的热烟气直接混合，获得较高温的水，从而回收烟气5中的热量及水蒸气，通过调节功能，热水温度最高可达到95℃。回收的热水可以作为工业使用或用于生产生活区供暖等用途。此项技术与氧化铝厂焙烧炉有机结合，能够充分回收烟气中的热能和水，在大幅降低吨焙烧产品综合能耗的同时能回收宝贵的水资源。该系统节能技术极大提高了氧化铝企业的系统运行效率，实现了国家对氧化铝工业循环经济的计划目标和要求，其节能降耗效果和性价比与当今氧化铝企业其它节能降耗技术对标、效能无出其右。UROMAY换热器的使用原理是，低温水进入换热器，经喷嘴以较高的速度进入换热腔内，从而在换热腔内形成一定的负压，产生一定的抽力帮助烟气进入换热腔内，从而不会在烟道内产生阻力，影响焙烧炉引风机的正常工作，对焙烧炉的正常生产不产生任何的影响。经换热后含有不凝气体的热水由热水口排出。5、热能回收流程及控制5.1回收热能及水蒸气的流程来自焙烧炉引风机的烟气经过引风机出口风门进入热能回收装置，同时通过风门的调节，也可以让部分烟气进入回收装置，其余烟气仍由烟囱排出。进入热能回收装置烟气进入换热器，在进入换热器前设置压力溢流阀，如果烟道内气体压力升高，压力阀溢流将自动打开，部分烟气将由压力阀溢流返回烟囱。来自管网的冷却水由管道引入换热器，在进入换热器前，设置有过滤器和调压阀，过滤器过滤水中的杂质，调压阀以保证进入换热器时水的压力，并设调节阀调节水的流量以获得我们所需要的热水温度。烟气与冷却水进入换热器后进行直接换热，冷却水吸收烟气中的水蒸汽的汽化潜热，同时将冷却水加热到我们所需要的温度；烟气中的水蒸汽同时也转变成液态水，热水由汇水管进入水槽，不凝气在汇水管和进水槽中析出，并经管道送回烟囱，直接排入大气，不凝气体的主要成份是氮气和二氧化碳。其体积和所含的热焓已所剩无几，不再具有利用价值。进水槽中的热水由热水泵送入过滤机中，以过滤烟气中的氢氧化铝颗粒，使热水中的氢氧化铝颗粒物的粒度在5μm以下，以保证回收的热水有较广泛的用途，热水再由热水泵送到用户。6整个回收热能系统由冷却水的压力推动，调节阀使用少量仪表风，仅消耗输送冷热水的动能，不再需要其他的能量。运行费用非常低，维护的费用也非常低，工作量极少，有极大的投入产出比。7该装置的冷却水温度在30～75℃可调，出水温度在60～95℃可调，热能回收效率在90%以上。5.2回收热能及水蒸气的控制下图为回收热能PI图整个热能回收系统检测烟道烟气压力，冷却水的温度、流量，热水的温度及流量。所有的调节阀完全由计算机根据冷却水的温度、流量，热水的温度及流量进行自动调节，并可以并入焙烧炉系统的DCS系统，进行监视和控制。烟道压力的监测，保证烟气在进入回收装置时的烟道的特性与烟气进入烟囱的烟道特性一致，即不改变引入机的出口特性，从而完全地保证了回收装置不会对焙烧炉的生产产生任何不利的影响。通过对冷却水总进口的水量及温度的测定，及对热水出口的水量及温度的测定，计算机可以实时地计算出回收装置所回收的烟气中的热能及水的量，并进行积算，报表打印等。5.3占地整个热能回收装置占地仅10×15米，不包括从焙烧炉风机出口到装置的烟道占地，该烟道也可以通过架空实现。为敞开式结构，不需要厂房。6、回收热水的水质及其应用6.1热水的水质热能回收装置对冷却水水质无特殊要求。如果冷却水中杂质较多，本装置在换热器前设置了过滤器，保证杂质不进入换热器以降低换热效果。如果冷却水的硬度较大，那么换热器的内壁容易结垢。本装置针对水的结垢问题，对每台换热器都设置了酸洗口，对换热器内壁定期进行清洗。当焙烧炉电除尘器跳停时，将有大量的氢氧化铝颗粒进入烟道，此时来自除尘器跳停的信号将传至回收装置的PLC系统，系统将关闭烟气进入热能回收装置的通道，此时含尘烟气将由烟囱排入大气。89对于采用天然气作燃料的焙烧炉，其烟气成份中主要为CO2、N2、H2O、O2，可能有少量的氢氧化铝附着水中带的碱性液体蒸发逸出，但其量甚微。根据100℃水蒸气转变成100℃的水所释放的汽化潜热用冷却水换热50℃需约10倍的比例。因此，用水回收焙烧炉烟气的热能后其微量的碱将不会改变冷却水的酸碱度，即是说假定冷却水的PH值为7时，热能回收装置的热水的PH值的最大波动范围为7.0～7.1，即近似于中性。热水经装置中的过滤机过滤后，仅有少量的颗粒小于5μm以下的氢氧化铝残留水中，热水颗粒物浓度、可溶性气体的浓度均为ppm级别。6.2热水的应用氧化铝生产中，烧结法、赤泥洗涤、平盘洗水都需要大量的热水，而在北方地区的冬季供暖更是需要巨量的热水，从上面的热能回收装置的热水的水质分析，该热水完全满足生产及生产的需要，而且烟气中的水还将是生产和生活用热水的补水。回收的热水完全可以作为工业使用或用于生产生活区供暖等等。7、经济性分析根据第三节的热能分析，单台1350t/d氢氧化铝焙烧炉每小时可回收热能约80GJ，折标准煤为2749㎏/h，合计全年回收热能折标准煤22432t/a，按焙烧炉运转率94%运转，90%的回收率计算，回收的热能折标煤为18980t/a。每台焙烧炉每小时80GJ的热能可将600t水由30℃提高至90±5℃，并回收约40t的水，640t的热水可满足1600kt/a氧化铝厂每小时的热水用量。经济效益分析：热能回收装置根据回收的热量的多少不同，其固定投资有所不同，对于1350t/d氢氧化铝焙烧炉而言，其投资估算为1500万元/套。按6套计算共约9000万元。6套装置每年可回收的热能折标准煤113880吨，水178万吨，氢氧化铝336吨。其回收热能的价值按*********铝业所处的******地区的标准价以700元/吨、水价按1元/吨、氢氧化铝价格按1000元/吨计算，回收热能及附带回收的的水及氢氧化铝所带来的价值分别为7,972万元、178万元、34万元，合计7,972万元。此外，按国家节能减排政策，节约5000t标准煤，就可享受国家政策补贴300元/tce计算，该项目单就标准煤一项就可享受国家财政补贴3416万元。按此计算，总投资约为5584万元，投资回收期为0.7年（8个半月）。此热能用于生活采暖单台1350t/d氢氧化铝焙烧炉每小时可回收热能约80GJ，经计算该热能可解决4010万平米的供暖面积的供暖问题，6套装置可解决240万平居住面积的供暖问题。6套装置回收的热量可等同于一台240吨蒸汽锅炉。从投资价值上讲，该热能回收装置的固定资产投资比一台240吨锅炉的运行费用低25%，还没有计算锅炉的固定资产投资及其他费用，它完全可以替代一台240吨采暖锅炉，投资回收期不足一个采暖周期。具有非常大的经济利益。8、设备清单（单套热能回收系统装置）序号设备名称单位数量备注1烟道改造系统电动执行机构DKJ-7100台2各种钢结构材料及管道总80t气动阀DN400台6气动阀DN200台62换热系统手动阀DN600台1流量计台2喷射泵台6气动阀DN250台12过滤器DN250台6可调式减压阀DN250台6调节阀DN250台6手动阀DN50台123热水及水处理系统汇水管DN600汇水析气槽个1手动阀DN50台1热水泵850m3/h台1过滤器台1手动阀DN600台1排污阀DN300台111排污槽台14仪表及控制系统压力变送器STD924个14压力表0～1MPa个6温度表WSS411个5温度变送器台5压力开关DG150U-3台2空气过滤器AC3000-03台2PLC及带模拟盘控制柜台1电缆总计算机台1打印机台1操作软件注：出口热水泵因需要配合供暖系统压力等要求，因此热水