余热利用技术的发展及其在棕刚玉冶炼行业中的应用

张卓

【摘要】棕刚玉冶炼时会产生大量的高温烟气，利用这部分余热将这些能源加以回收利用，提供工业、生活热水或者为建筑采暖，不仅可以减少工业企业的污染排放，还可以大幅降低工业企业的原有能源消耗。本文主要介绍余热利用技术的发展及棕刚玉冶炼行业中余利用方式。

【关键词】余热利用 冶炼 节能

一、前言

节能减排是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是一项极为紧迫的任务。我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展难以为继。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。

余热属于二次能源，如果可以再次利用物料燃烧或融化所产生的热，那么将加大能源的利用率，减轻企业的成本。针对棕刚玉冶炼行业来说，冶炼时会产生大量的热量，而这部分热量一般企业都没有加以利用，而是经过除尘后将其排掉，而企业又需要热源来进行采暖或需要淋浴用热水，如果将能将这两部分更好的结合起来，那么就能为企业带来效益，同时也实现了节能减排的目的，企业和国家实现了双赢。

二、余热利用方式

我们所说的余热主要是工业余热。工业余热主要指工矿企业热能转换设备及用能设备在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源，利用余热回收技术将这此低品位能源加以回收利用，提供工业、生活热水或者为建筑供热，不仅可以减少工业企业的污染排放，还可以大幅降低工业企业的原有能源消耗[1]。

余热资源是在现有条件下可以实现回收利用但尚未利用的这部分资源。一般来说从其来源可以分为高温烟气余热和冷却介质余热等几类。在我国，各企业生产部门的余热资源回收率不足40%，可以说我国的余热资源回收潜力巨大。因此，更好的利用余热资源是现实节能减排、清洁发展、安全发展重要方法之一[2]。

由于使用的生产方法、生产工艺、生产设备以及原料、燃料条件的不同和工艺上千变万化的需要，从而给余热利用带来很多困难。

但是如何能更好的利用余热，使其发挥其应有的效应，一致是人们所关心和发展的方向，余热热源随着生产工艺和使用条件的不同，也对其更好的回收利用产生一定的阻碍，针对棕刚玉冶炼行业的特点及余热产生的方式来说，余热利用往往存在以下两个难点：

（1）热源不稳定。这主要是与制备工艺有关。例如：棕刚玉的生产是周期性的，并且生产过程中热源提供的热量也会随着生产的波动而波动。

（2）烟尘中含尘量大。尤其是炉烟温度高、含尘量大时，更容易粘结、积灰，从而对余热回收的设备有可能产生严重磨损和堵塞的后果。

余热资源按其温度划分可分为三类：高温余热（温度高于500℃的余热资源），中温余热（温度在200-500℃的余热资源），低温余热（温度低于200℃的烟气及低于100℃的液体）。

余热资源由于本身属于二次能源，因此在使用过程应降低其一次能源消耗一次能源消耗，减少不必要的能量转换次数。在实际使用中多是通稿换热器进行直接的换热，通过余热将水加热或将物料烘干去除水分。

三、常用换热器类型及特点

管式换热器：2种不同流体在管壳内进行换热，1种在管内流动，1种在管外流动。特点是结构坚固，适应弹性大，材料范围广。余热温度范围允许入口烟气温度达1000℃以上，出口烟温约600℃，平均温差约300℃。

板式换热器：主体结构由换热板片以及板间的胶条组成，应用于液体-液体之间的换热。特点是传热系数约为管式的2倍，传热效率高，结构紧凑，节省材料。余热温度范围是入口烟气温度约700℃，出口温度达360℃。

陶瓷换热器：一种新型的列管式高温热能回收装置，主要成分为碳化硅。导热性能好，强度高，抗氧化、抗热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便。允许1550℃废热进入换热器，可以将助燃空气预热至815℃。

热管换热设备：一种高效的导热元件，通过全封闭的真空管内工质的蒸发和凝结相变过程和2次间壁换热来传递热量，将热量储存和换热合二为一。导热性优良，传热系数高，具有良好的等温性，可控温度、热量输送能力强。热管的工作温度分布广泛，在实际应用中用于工业余热回收的热管使用温度在50～400℃。

蓄热式热交换器：相变潜热储能设备热量输出稳定，换热介质温度基本恒定，换热系统运行状态稳定。显热储能热交换设备，适合于450～1100℃及以上的高温余热回收。相变潜热储能设备适合于低温余热回收。

四、应用实例

电弧炉冶炼棕刚玉工程中会产生大量的高温烟气，高温烟气余热占总能耗的20%左右，目前国内冶炼厂家很多，但对棕刚玉冶炼余热利用的基本没有，究其原因主要有以下几点，棕刚玉冶炼产生的热量很大，但不稳定，刚进行投料时温度低，热量少，后期精炼时温度高产生的热量大。二是粉尘细，长时间运行会影响换热器效率。

棕刚玉冶炼产生的余热主要采用不改变余热能量的形式，只是通过换热设备将余热能量直接传递给下道工艺的耗能流程，降低一次能源消耗，可统称为热交换技术，这是回收工业余热最直接、效率较高的经济方法，相对应的设备是各种换热器[4]，针对棕刚玉冶炼自身的特点，下面介绍两种应用实例。

1.利用余热进行全厂采暖及淋浴用水

利用余热进行采暖或加热淋浴用水是目前行业内较常见的一种余热利用方式。这种换热方式一般都需先经过一段沉降室将烟气中的粉尘先沉降下来，避免粉尘粘在换热装置上，影响换热效果。

山西某厂目前已采用这种方式进行余热利用。厂区地势存在高差，设计时充分利用高差，换热器位于厂区高点合成厂房内，位置标高比厂区办公楼采暖最高点要高。采暖系统的定压膨胀由热水箱解决，采暖设2台循环泵，一用一备。采暖供回水温度按95/70℃，当地水质硬度比较大，卫生热水采用二级换热，不直接从烟道里换热，防止烟气温度高换热器内结垢，在热水箱里采用沉浸式换热器。从水箱里的换热器换成卫生热水50℃，供浴室用。厂区采暖热负荷按约700KW考虑，洗浴热负荷为600kW。采暖系统采用上供上回双管同程式系统。烟氣换热器换热面积为220m2，换热器排管采用不锈钢管材质。烟气换热器外母管采用无缝钢管。烟气换热器整体采用保温，外保护层为彩钢板。换热系统水管及采暖管道采用无缝钢管，管道均做保温。通过这种余热利用方式解决厂区冬季采暖及工厂洗浴热水的问题。

2.利用余热对物料进行加热

棕刚玉冶炼能耗较高，利用余热先将矾土加热，这样就可以节省部分电能。该装置主要是利用换热器将三层料仓物料加热。换热器位于料仓内，通过烟气换热将物料加热，烟气不与物料直接接触，这样可避免烟气中粉尘再次随物料进入系统，避免加料时产生二次粉尘。该方式投资不大，同时直接将余热用于了生产，节能效果明显。

四、结论

利用棕刚玉冶炼过程中产生的热量，可以提供工业、生活热水或者为建筑采暖，不仅可以减少工业企业的污染排放，还可以大幅降低工业企业的原有能源消耗，实现节能、减排、增效的目的。

参考文献：

1.李海燕，刘静.低品位余热利用技术的研究现状、困境和新策略；科技导报；2010，28（17）

2.孟嘉.工业烟气余热回收利用方案优化；华中科技大学；2008