摘要：隨著我國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋁冶煉業(yè)已成為我國(guó)工業(yè)的重要行業(yè)。在工業(yè)生產(chǎn)中，使用各種冶煉機(jī)械會(huì)消耗大量燃料，這些燃料經(jīng)高溫?zé)捇螽a(chǎn)生的余熱在冶煉金屬中占燃料消耗量的30%。面對(duì)這種資源浪費(fèi)，回收余熱、降低能耗具有重要意義。我國(guó)的社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)提倡節(jié)約經(jīng)濟(jì)，鋁冶煉企業(yè)充分利用冶煉中產(chǎn)生的余熱，可有效減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

目前，電解鋁行業(yè)節(jié)能降耗具體方案可分為：工藝節(jié)能、余熱利用。其中，工藝節(jié)能針對(duì)新建電解鋁冶煉，開(kāi)發(fā)利用新工藝及新技術(shù)能降低電解鋁能耗。然而，對(duì)于現(xiàn)有的電解鋁冶煉行業(yè)，余熱利用是節(jié)能降耗的有效途徑。每噸電解鋁電耗為1.1～1.3萬(wàn)度，電耗成本約占每噸鋁成本的45%。電解鋁行業(yè)屬于高能耗行業(yè)，積極開(kāi)發(fā)節(jié)能降耗技術(shù)是企業(yè)不可推卸的社會(huì)責(zé)任。本文重點(diǎn)論述了鋁冶煉（電解鋁）余熱利用技術(shù)。

一、我國(guó)鋁冶煉煙氣余熱利用現(xiàn)狀

隨著冶煉行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)引進(jìn)了大量的冶煉機(jī)械設(shè)備來(lái)發(fā)展冶煉行業(yè)。在我國(guó)鋁冶煉行業(yè)中，能耗中有大量余熱未得到充分利用，能源的大量消耗，使我國(guó)鋁冶煉行業(yè)得到快速發(fā)展，我國(guó)已成為世界鋁工業(yè)大國(guó)，鋁冶煉能耗占全國(guó)能耗的15%左右，在整個(gè)工業(yè)部門(mén)能耗的21%左右，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源生產(chǎn)的步伐已跟不上，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，當(dāng)供不應(yīng)求時(shí)，就會(huì)使能源在價(jià)格上上升，能源價(jià)格波動(dòng)會(huì)使鋁冶煉行業(yè)發(fā)展受阻。鋁冶煉企業(yè)在冶煉中會(huì)產(chǎn)生大量可利用余熱，而目前國(guó)內(nèi)對(duì)這些余熱的利用技術(shù)還不夠先進(jìn)，不能有效將這些余熱轉(zhuǎn)化為再利用資源，節(jié)能減排已成為鋁冶煉企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的戰(zhàn)略首要目標(biāo)，充分利用鋁冶煉中產(chǎn)生的余熱，有助于減少企業(yè)的能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

二、我國(guó)鋁冶煉煙氣凈化余熱利用存在的問(wèn)題

在我國(guó)鋁冶煉行業(yè)中，企業(yè)采用的槽型主要是自焙槽和預(yù)熱槽，煙氣的性質(zhì)受槽型影響。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的提高，我國(guó)鋁冶煉行業(yè)飛速發(fā)展，為響應(yīng)社會(huì)主義節(jié)約型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)鋁冶煉行業(yè)為治理鋁冶煉煙氣進(jìn)行了大規(guī)模實(shí)驗(yàn)研究。由于鋁冶煉技術(shù)的先天性不足，煙氣凈化余熱利用方面還不夠成熟，雖然在鋁冶煉過(guò)程中充分利用余熱能源，提高能源利用效率，為企業(yè)節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，但企業(yè)在利用鋁冶煉煙氣余熱時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，為企業(yè)自身發(fā)展添加阻力。

1、成分復(fù)雜，煙氣中的粉塵具有腐蝕性。我國(guó)鋁冶煉生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙氣溫度高、成分復(fù)雜，因鋁冶煉使用的槽型不同，生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙氣特征也會(huì)有所不同，粉塵顆粒小，表面積大，粉塵中含有腐蝕性較強(qiáng)的瀝青，加上空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，鋁冶煉時(shí)會(huì)加大冶煉難度。

2、不具備完善的煙氣余熱利用系統(tǒng)。我國(guó)鋁冶煉行業(yè)中，受傳統(tǒng)因素影響，許多鋁冶煉企業(yè)只注重經(jīng)濟(jì)效益，忽略了對(duì)鋁冶煉過(guò)程煙氣余熱的利用，所以就不會(huì)建立煙氣余熱利用系統(tǒng)，任能源浪費(fèi)掉。在我國(guó)鋁冶煉過(guò)程中，由于煙氣的疲軟度較高，無(wú)法直接被應(yīng)用到除塵器中，加上技術(shù)條件有限，對(duì)能源的利用根本達(dá)不到效果，從而失去經(jīng)濟(jì)、社會(huì)意義。

三、余熱利用潛力

1、煙氣余熱利用潛力。本項(xiàng)目鋁電解生產(chǎn)通常在950℃左右高溫下進(jìn)行，生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙氣通過(guò)集氣系統(tǒng)離開(kāi)電解槽，煙氣帶走的熱能約占總輸量的30%。從煙管排出時(shí)，其溫度約為140～150℃。鋁電解煙氣特點(diǎn)是：流量大、散熱量大、溫度低。生產(chǎn)中，電解鋁槽會(huì)吸收大量空氣進(jìn)入電解槽。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁電解余熱的利用尚處于探索階段，低溫余熱發(fā)電技術(shù)在其他行業(yè)的應(yīng)用還有更多的技術(shù)方案值得借鑒，但在電解鋁行業(yè)的應(yīng)用方案還不成熟，由于煙氣溫度低，發(fā)電效率低。同時(shí)，鋁電解煙氣溫度低，影響因素多，流量不穩(wěn)定，在一定程度上阻礙了其應(yīng)用。此外，煙氣攜帶的大量灰塵在回收設(shè)備中易結(jié)垢，影響熱回收效率和氣壓，煙氣攜帶的酸性成分易對(duì)管道造成腐蝕。因此，利用鋁電解煙氣余熱發(fā)電的工業(yè)應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)道。

2、陽(yáng)極余熱利用潛力。實(shí)際生產(chǎn)中，需定期換新陽(yáng)極，此時(shí)舊極帶走了大量熱量。一般行業(yè)慣例是將更換后的熱舊極放置在車(chē)間內(nèi)自然冷卻，它攜帶的大量熱量揮發(fā)并浪費(fèi)到自然環(huán)境中，更嚴(yán)重的是，攜帶的氟化物與熱蒸汽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生有毒氣體HF。

本電解鋁項(xiàng)目每天換出400塊陽(yáng)極，平均每塊重150kg，溫度820℃左右，余熱利用潛力巨大。通過(guò)使用熱舊極加熱冷新極，實(shí)現(xiàn)余熱利用。將舊、新極放入熱交換箱中，用舊極余熱加熱新極，能回收陽(yáng)極余熱加熱新極，有利于電解生產(chǎn)，還可減少HF氣體的產(chǎn)生。在換熱箱中，熱陽(yáng)極可冷卻到230℃以下，新極可加熱到100～140℃，平均溫升約100℃。

3、光伏發(fā)電利用潛力。由于項(xiàng)目所在地太陽(yáng)能資源豐富，適合建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電。太陽(yáng)能發(fā)電裝置的安裝位置為建筑屋頂，光伏電站增加的屋面最小恒載按15kg/m2計(jì)算，屋頂應(yīng)滿足承重要求。配電室應(yīng)安裝相關(guān)電氣設(shè)備(低壓配電室需有富余空間或配電室周?chē)邢鄬?duì)充裕位置)。項(xiàng)目廠房用電量大，屋頂總面積約21萬(wàn)平方米，可安裝光伏板面積13萬(wàn)平方米，光伏發(fā)電項(xiàng)目可實(shí)施性越強(qiáng)。

四、余熱利用技術(shù)方案

根據(jù)電解鋁冶煉工業(yè)余熱特征及品位，以及當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源分布情況，提出以下基于新廢電極余熱利用技術(shù)與太陽(yáng)能一體化利用方案。

在電解過(guò)程中，電解槽中心溫度約950℃，即更換新極后，需從常溫吸熱到電解溫度，消耗大量熱量。而從電解槽中取出的陽(yáng)極余熱高達(dá)800℃，可用于預(yù)熱新極，提高新極進(jìn)入電解槽的溫度。此外，為減少新陽(yáng)極換熱中的不可逆損失，根據(jù)能量梯級(jí)利用原理，用一些低溫?zé)煔?140～160℃)對(duì)新極進(jìn)行預(yù)熱，然后與陽(yáng)極進(jìn)行換熱。

具體流程為：低溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)煙氣分離器分為兩條支管路，一部分用于驅(qū)動(dòng)熱水吸收式制冷機(jī)制冷，為廠內(nèi)高壓整流器散熱。另一部分用于預(yù)熱新極，將新極溫度提高到90℃左右，然后用820℃陽(yáng)極將新極加熱到80℃，新極溫度可達(dá)450℃左右，降低了新極進(jìn)入電解槽后的能耗。新極對(duì)煙氣進(jìn)行換熱后，溫度將下降約100℃，進(jìn)一步可利用板式換熱器將100℃煙氣降到60～80℃，以滿足工業(yè)園區(qū)生活熱水需求。為降低煤電鋁一體化項(xiàng)目綜合煤耗，可利用當(dāng)?shù)乜稍偕茉磧?yōu)勢(shì)。該方案提出使用太陽(yáng)能發(fā)電，據(jù)屋面面積估算，光伏發(fā)電量可達(dá)15MW，全部用于電解鋁生產(chǎn)工藝需求，此方案在現(xiàn)有技術(shù)中具有很強(qiáng)的實(shí)施性。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)的鋁冶煉工作中會(huì)產(chǎn)生大量的能源，若不能對(duì)這些能源進(jìn)行有效的利用不僅會(huì)造成資源能源的浪費(fèi)，還會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，工作人員要重點(diǎn)研究鋁冶煉余熱回收利用實(shí)踐，直接回收利用高品質(zhì)的余熱，采取相關(guān)技術(shù)回收利用品質(zhì)較低的低溫余熱，根據(jù)不同的余熱品質(zhì)選擇不同的回收利用方式，最大限度地減少能源資源的浪費(fèi)，獲取最大化的經(jīng)濟(jì)效益。