36冶金能源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYVol. 35 No. 6Nov. 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 fromsmall aluminum melting furnaceLiu 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 al 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 recover 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. 6Nov. 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 n2H2010. 179.80.0120570.05360.02772.67.32. 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. 001205696337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助燃风可以将热量带回炉膛，回收烟气中的热 量。
助燃空气温度越高，其显热越高，燃料节约 率就越高。
该系统主要由氮气加热器和烟气-空 气热交换器两种换热设备组成，如图1所示。
方案一的主要流程为：烟气通过氮气加热 器，加热雾化铝粉所需氮气，可以将烟温从 1060°C 降到900°C 左右；从氮气加热器出来的烟 气通过烟气-空气换热器预热助燃空气，以提高 炉膛温度和熔铝炉燃烧效率，助燃空气预热至 300°C ，可将烟气温度降至610°C 。
加热氮气后烟气烟气-空气换热器气通过氮气加热器，加热雾化铝粉所需氮气，可 以将烟气从1060°C 降到907°C 左右；第二级，从 氮气加热器出来的烟气通过烟气-空气换热器预 热助燃空气；第三级，烟气预热助燃空气后，再 经燃油加热器加热柴油，使柴油温度由15°C 上 升到300°C 。
经换热计算，烟气预热助燃空气与 燃油后温度可降到585°C g 3. 3加热助燃空气和铝锭将助燃空气预热至300T ，然后将剩余的烟 气热量预热铝锭，烟气余热利用方案如图3所〇方案三的主要流程为：第I 级，烟气通过氮 气加热器，加热雾化铝粉所需氮气，可以将烟气 从1060°C 降到907°C 左右；第二级，烟气加热氮 气后再经烟气-空气换热器预热助燃空气，考虑 到空气温度过高会导致火焰温度过高烧毁烧嘴， 第二级助燃空气预热至300T 即可；第三级，烟 气预热助燃空气后再由引风机引人铝锭加热室， 将剩余的热量用来预热铝锭。
经过换热计算，把 铝锭加热到350°C 后烟温可降到508°C 。
3.4预热燃油、助燃空气和铝锭为了达到节能的目的，可以考虑将助燃空气 预热至300°C ，将燃油预热到300°C ，然后将剩 余的烟气热量预热铝锭，烟气余热利用方案如图 4所示。
方案四的主要流程为：第|级，烟气通过氮 气加热器，加热雾化铝粉所需氮气，此过程可以 将烟气从l 〇6〇°C 降到907°C 左右；第二级，从氮图1烟气预热助燃空气3. 2预热助燃空气和燃油研究表明，提高燃油温度亦能达到节能的目 的，可采用烟气先预热助燃空气，再加热燃油的 办法回收烟气余热。
燃油和助燃空气温度越高， 其显热越高，燃料节约率也越高。
方案二的主要流程如图2所示：第一级，烟图2烟气预热助燃空气与燃油熔铝炉出口烟气38冶金能源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYVol. 35 No. 6Nov. 2016氮气罐Vol. 35 No. 6 Nov. 2016冶金能源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY39气加热器出来的烟气通过烟气-空气热管换热器 加热助燃空气，将助燃空气预热至300°C，由方 案一和方案二可知，烟温可降至610°C;第三 级，烟气预热助燃空气后经燃油加热器加热柴 油，使柴油温度由15°C上升到300°C，由方案二 可知烟气可从610°C降到585°C;第四级，烟气 预热助燃空气后再由引风机引入铝锭加热室，将 剩余的热量用来预热铝锭，由方案三的计算可 知，烟气把铝锭加热到350°C后可降到483°C。