熔铝炉烟气余热利用研究

36

冶金能源

ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY

Vol. 35 No. 6

Nov. 2016

熔铝炉烟气余热利用研究

刘国澳1刘慧2涂福炳2谢韬2

(1.长沙市明德中学，2.中南大学）

摘要针对某企业小型熔铝炉烟气特点，提出了熔铝炉炉顶出口烟气余热利用系统的可行

性技术方案。研究表明：采用烟气预热燃料、助燃空气和铝锭均能够有效回收烟气中的热量，

达到节能减排的目的。

关键词熔铝炉余热利用节能减排

Research on waste heat recovery about flue gas from

small aluminum melting furnace

Liu Guoao1Liu Hui2Tu Fubing2Xie Tao2

(1. Changsha Mingde Middle School, 2. Central South University)

Abstract T h r o u g h the study of a small a l u m i n u m melting furnace flue gas characteristics, proposed a­

l u m i n u m melting furnace roof outlet flue gas waste heat utilization system feasibility technical solutions.

Studies s h o w that flue gas preheating fuel a n d combustion air a n d a l u m i n u m are able to effectively re­

cover flue gas heat to achieve the purpose of energy saving.

Keywords a l u m i n u m melting furnace waste heat utilization energy saving

对某企业容量为2t的熔铝炉燃烧系统进行

测试，结果显示，熔铝炉炉顶出口烟气温度为 1060°C。在投入铝锭量为460kg/h,成品铝粉量

为452kg/h时，熔铝炉炉顶排出烟气的流量达1072m3/h,烟气带走的热量比例高达67%,占

热损失的82%,造成熔铝炉能量大量损失，铝 粉生产能耗高。为此，针对小型熔铝炉烟气余热 回收利用进行研究，以达到降低油耗，节约能 源，提高能量利用效率的目的。

1烟气余热回收利用方式

1.1高温烟气余热回收

高温烟气由于温度高，其能级较高，因此易 于回收利用，一般应最大限度地将其转化成为机 械能，用于动力，即所谓“高质高用”[1]。凡是 温度在600°C以上，烟气量大于5000m3/h的高收稿日期:2016 -05 -31

刘国澳(1999 -)，学生;410004湖南省长沙市。温烟气，均可安装余热锅炉生产较高压力的蒸汽 和热水，也可用热交换器生产热水或热空气，还 可以直接通过燃气轮机发电。

利用余热锅炉产生较高压力的蒸汽，通过汽 轮机发电或直接拖动压缩机、风机、水泵等，可 取得明显的经济效益。因此，应尽量利用高温余 热生成高压蒸汽，以获得较高的效率。

1.2中、低温烟气余热回收

对于中、低温烟气余热，一般可以利用空气 预热器、省煤器加热空气和给水，也可用于加热 物料等[2]。

(1)预热空气或燃料

本体设备不变，工质或物料有效吸收热不 变，由于回收的热量预热助燃空气或燃料，实际 供给的燃料量减少。该回收方式使回收的热量在 炉内循环，锅炉、工业炉等加装空气预热器为此 类情况。

(2)加热工质或物料

Vol. 35 No. 6

Nov. 2016

利用烟气余热来预热、干燥原材料或工质，将热量带回装置，也可起到直接节约能源的作 用。该余热回收方式减少排烟热损失，外界供给 的燃料量相应减少。

(3)余热回收后供给外界

本体设备不变，供给体系的热量和有效热量 均不变，由于余热回收后供给外界，排烟损失减 小。对于中、低温烟气余热，往往是通过各种热 交换设备将烟气的热能传递给不同工作介质，进 而加以利用。因此换热设备的设计在一定程度上 决定余热回收利用的效果。

熔铝炉排烟温度虽然在800°C以上，但其烟 气量仅有l〇72m3/h,不适合安装余热锅炉产生 较高压力的蒸汽和热水，更不适合直接通过燃气 轮机发电[3]。因此，可将熔铝炉的烟气余热归 类于中低温余热，利用方式为预热空气或燃料及 加热工质或物料。

2熔铝炉烟气余热利用案例分析

某公司2t熔铝炉的烟气出口温度高达1060°C,烟气流量为1072m3/h。余热利用方面 除了用来加热氮气外，几乎全部热量都排放到大 气中，烟气成分见表1。2

表1湿烟气成分表（体积含量）%

c o202S02C O N O n2H20

10. 179.80.0120570.05360.02772.67.3

2. 1最低排烟温度的确定

由于烟气中含有S02和S03气体，其中S03和水蒸气处于平衡状态时形成112304蒸汽，对 换热设备产生酸腐蚀。因此，烟气从换热器出来 的温度不能低于酸露点温度[4]。

在进行酸露点温度的计算时，首先关系到 S〇2转化为S03W转化率，对于化工业，转化率 一般为3.2% ~ 8.7%;对于有色重冶金来说，转化率一般为6%~ 10%。考虑余热锅炉的安全，在计算烟气的酸露点温度时，推荐采用10%的转化率。

^s〇3=K x V s〇2(1) =0. 1x0.012056963

=0. 0012056963

37

式中：匕。3为烟气中S03的体积分数，％; F SQ2为 烟气中S02的体积分数，％;X为烟气中S02转 化为s o3的转化率。

在烟气酸露点的间接测量中，先测出烟气中 的S03或H2S04的体积含量，然后由Miillei•曲线查出酸露点。该曲线是Miillei•在1959年使用 热力学关系式计算含有很低浓度H2S04蒸汽的 烟气酸露点而得到的，并被许多研究者的实验所 证实[5]。Miillei•曲线是现在评价各种酸露点测量 方法的基础。

经过查表最终确定烟气酸露点温度为135°C。为保证换热器尾部不发生低温腐蚀，可 取换热器出口烟气温度为15〇°C。

2.2烟气余热量的计算

烟气相关参数取值见表2,可利用的余热量 为：

Q y=Fr xp7x C y x(t y l -t y2)(2) =1072 x1.315 x1.21 x(1060 -150)

=1552198. 65kJ/h=431. 2k W

式中：为烟气可利用的余热量，kj/h或k W; &为烟气量，m3/h;^为烟气入口温度，°C;y

为烟气出口温度，°C;为烟气平均比热值，kj/ (kg°C)0

表2余热烟气的相关参数

参数选取方法数值

烟气流量Fy给出1072 m3/h

烟气进口温度^给出1060X,

烟气出口温度&取值150X,

烟气平均密度py查表得出 1.315 kg/m3

烟气平均比热容&查表得出 1.21 kj/ (k g t)烟气放热量Qy计算得出1552198.65 kj/h

由计算可知，若熔铝炉排烟温度降低为150°C,熔铝炉烟气的余热利用量为431.2k W,相当于36kg/h的柴油。烟气显热资源非常丰富，若将烟气的显热进行回收利用，可显著提高经济 效益。

3熔铝炉余热利用技术方案

3.1预热助燃空气

提高助燃风温度能够有效降低熔铝炉的能 耗，在相同的排烟温度下，采用熔铝炉排烟预热

冶金能源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY