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余熱利用技術在棕剛玉冶煉行業中的應用

發布者:華林砂輪   2020-04-28


        一、前言
        節能減排是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針,也是一項極為緊迫的任務。我國經濟快速增長,各項建設取得巨大成就,但也付出了巨大的資源和環境被破壞的代價,這兩者之間的矛盾日趨尖銳,群眾對環境污染問題反應強烈。這種狀況與經濟結構不合理、增長方式直接相關。不加快調整經濟結構、轉變增長方式,資源支撐不住,環境容納不下,社會承受不起,經濟發展難以為繼。只有堅持節約發展、清潔發展、安全發展,才能實現經濟又好又快發展。
        余熱屬于二次能源,如果可以再次利用物料燃燒或融化所產生的熱,那么將加大能源的利用率,減輕企業的成本。針對棕剛玉冶煉行業來說,冶煉時會產生大量的熱量,而這部分熱量一般企業都沒有加以利用,而是經過除塵后將其排掉,而企業又需要熱源來進行采暖或需要淋浴用熱水,如果將能將這兩部分更好的結合起來,那么就能為企業帶來效益,同時也實現了節能減排的目的,企業和國家實現了雙贏。
        二、余熱利用方式
        我們所說的余熱主要是工業余熱。工業余熱主要指工礦企業熱能轉換設備及用能設備在生產過程中排放的廢熱、廢水、廢氣等低品位能源,利用余熱回收技術將這此低品位能源加以回收利用,提供工業、生活熱水或者為建筑供熱,不僅可以減少工業企業的污染排放,還可以大幅降低工業企業的原有能源消耗[1]。
        余熱資源是在現有條件下可以實現回收利用但尚未利用的這部分資源。一般來說從其來源可以分為高溫煙氣余熱和冷卻介質余熱等幾類。在我國,各企業生產部門的余熱資源回收率不足40%,可以說我國的余熱資源回收潛力巨大。因此,更好的利用余熱資源是現實節能減排、清潔發展、安全發展重要方法之一[2]。
        由于使用的生產方法、生產工藝、生產設備以及原料、燃料條件的不同和工藝上千變萬化的需要,從而給余熱利用帶來很多困難。
        但是如何能更好的利用余熱,使其發揮其應有的效應,一致是人們所關心和發展的方向,余熱熱源隨著生產工藝和使用條件的不同,也對其更好的回收利用產生一定的阻礙,針對棕剛玉冶煉行業的特點及余熱產生的方式來說,余熱利用往往存在以下兩個難點:
        (1)熱源不穩定。這主要是與制備工藝有關。例如:棕剛玉的生產是周期性的,并且生產過程中熱源提供的熱量也會隨著生產的波動而波動。
        (2)煙塵中含塵量大。尤其是爐煙溫度高、含塵量大時,更容易粘結、積灰,從而對余熱回收的設備有可能產生嚴重磨損和堵塞的后果。
        余熱資源按其溫度劃分可分為三類:高溫余熱(溫度高于500℃的余熱資源),中溫余熱(溫度在200-500℃的余熱資源),低溫余熱(溫度低于200℃的煙氣及低于100℃的液體)。
        余熱資源由于本身屬于二次能源,因此在使用過程應降低其一次能源消耗一次能源消耗,減少不必要的能量轉換次數。在實際使用中多是通稿換熱器進行直接的換熱,通過余熱將水加熱或將物料烘干去除水分。
        三、常用換熱器類型及特點
        管式換熱器:2種不同流體在管殼內進行換熱,1種在管內流動,1種在管外流動。特點是結構堅固,適應彈性大,材料范圍廣。余熱溫度范圍允許入口煙氣溫度達1000℃以上,出口煙溫約600℃,平均溫差約300℃。
        板式換熱器:主體結構由換熱板片以及板間的膠條組成,應用于液體-液體之間的換熱。特點是傳熱系數約為管式的2倍,傳熱效率高,結構緊湊,節省材料。余熱溫度范圍是入口煙氣溫度約700℃,出口溫度達360℃。
        陶瓷換熱器:一種新型的列管式高溫熱能回收裝置,主要成分為碳化硅。導熱性能好,強度高,抗氧化、抗熱震性能好。壽命長,維修量小,性能可靠穩定,操作簡便。允許1550℃廢熱進入換熱器,可以將助燃空氣預熱至815℃。
        熱管換熱設備:一種高效的導熱元件,通過全封閉的真空管內工質的蒸發和凝結相變過程和2次間壁換熱來傳遞熱量,將熱量儲存和換熱合二為一。導熱性優良,傳熱系數高,具有良好的等溫性,可控溫度、熱量輸送能力強。熱管的工作溫度分布廣泛,在實際應用中用于工業余熱回收的熱管使用溫度在50~400℃。
        蓄熱式熱交換器:相變潛熱儲能設備熱量輸出穩定,換熱介質溫度基本恒定,換熱系統運行狀態穩定。顯熱儲能熱交換設備,適合于450~1100℃及以上的高溫余熱回收。相變潛熱儲能設備適合于低溫余熱回收。
        四、應用實例
        電弧爐冶煉棕剛玉工程中會產生大量的高溫煙氣,高溫煙氣余熱占總能耗的20%左右,目前國內冶煉廠家很多,但對棕剛玉冶煉余熱利用的基本沒有,究其原因主要有以下幾點,棕剛玉冶煉產生的熱量很大,但不穩定,剛進行投料時溫度低,熱量少,后期精煉時溫度高產生的熱量大。二是粉塵細,長時間運行會影響換熱器效率。
        棕剛玉冶煉產生的余熱主要采用不改變余熱能量的形式,只是通過換熱設備將余熱能量直接傳遞給下道工藝的耗能流程,降低一次能源消耗,可統稱為熱交換技術,這是回收工業余熱最直接、效率較高的經濟方法,相對應的設備是各種換熱器[4],針對棕剛玉冶煉自身的特點,下面介紹兩種應用實例。
        1.利用余熱進行全廠采暖及淋浴用水
        利用余熱進行采暖或加熱淋浴用水是目前行業內較常見的一種余熱利用方式。這種換熱方式一般都需先經過一段沉降室將煙氣中的粉塵先沉降下來,避免粉塵粘在換熱裝置上,影響換熱效果。
        山西某廠目前已采用這種方式進行余熱利用。廠區地勢存在高差,設計時充分利用高差,換熱器位于廠區高點合成廠房內,位置標高比廠區辦公樓采暖最高點要高。采暖系統的定壓膨脹由熱水箱解決,采暖設2臺循環泵,一用一備。采暖供回水溫度按95/70℃,當地水質硬度比較大,衛生熱水采用二級換熱,不直接從煙道里換熱,防止煙氣溫度高換熱器內結垢,在熱水箱里采用沉浸式換熱器。從水箱里的換熱器換成衛生熱水50℃,供浴室用。廠區采暖熱負荷按約700KW考慮,洗浴熱負荷為600kW。采暖系統采用上供上回雙管同程式系統。煙氣換熱器換熱面積為220m2,換熱器排管采用不銹鋼管材質。煙氣換熱器外母管采用無縫鋼管。煙氣換熱器整體采用保溫,外保護層為彩鋼板。換熱系統水管及采暖管道采用無縫鋼管,管道均做保溫。通過這種余熱利用方式解決廠區冬季采暖及工廠洗浴熱水的問題。
        2.利用余熱對物料進行加熱
        棕剛玉冶煉能耗較高,利用余熱先將礬土加熱,這樣就可以節省部分電能。該裝置主要是利用換熱器將三層料倉物料加熱。換熱器位于料倉內,通過煙氣換熱將物料加熱,煙氣不與物料直接接觸,這樣可避免煙氣中粉塵再次隨物料進入系統,避免加料時產生二次粉塵。該方式投資不大,同時直接將余熱用于了生產,節能效果明顯。
        四、結論
        利用棕剛玉冶煉過程中產生的熱量,可以提供工業、生活熱水或者為建筑采暖,不僅可以減少工業企業的污染排放,還可以大幅降低工業企業的原有能源消耗,實現節能、減排、增效的目的。
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