典型有色金属冶炼过程中烟气回收研究利用

典型有色金属冶炼过程中烟气回收研究利用作者：杨再华刘晓鸿
来源：《科学与财富》2018年第12期
摘要：有色金属的冶炼过程中会造成大量能源的使用，在使用过程中会出现大量烟气，烟气中存在的余热能源可以达到能耗总构架的60%左右，这就意味着如果能够有效再利用烟气，回收能源，可以带给有色金属冶炼行业较高的成本降低价值与企业发展前景。

本文以值作为烟气中存在的余热价值变量的衡量标准，通过能级来区分烟气余热所存在的能源品质，通过烟气余热分析再回收达到降低能源损耗，减少成本消耗的目的。

本文将从有色金属冶炼概论，有色金属目前烟气回收会存在的现状问题与烟气回收余热原则三个方面进行对与典型有色金属冶炼过程中烟气余热回收的研究。

关键词：有色金属；烟气余热回收；余热分析
一有色金属烟气概述
1 有色金属冶炼烟气余热
我国有色金属冶炼过程中，会造成大量烟气排放，而烟气余热资源占据着总余热资源的80%左右，总烟气余热中，温度高于900°的烟气能够达到52%左右，可以看出有色金属冶炼烟气中属于高温烟气范畴的余热能够占据超过一半，具有相对较高的回收价值，低温烟气余热回收成本较高，相对价值较少，所以本文典型有色金属冶炼过程中烟气回收研究利用主要研究烟气中，高温余热部分。

我国有色金属冶炼的原料相对比较复杂，但是大多数冶炼都需要使用硫化矿作为原材料，这就导致了有色金属冶炼烟气中SO2等具备腐蚀性的气体相对更多，这部分烟气硫化比重大，烟气温度高，极容易造成冶炼器材与设备的被腐蚀，烟气也具备相对较大的烟尘，随着有色金属冶炼的进程，烟尘也会变得耕读哦，这些烟尘附着在烟气中对于有色金属冶炼本身造成了较大的负担。

2 有色金属冶炼烟气特点
有色金属冶炼具备相对明显的特点
1）不稳定的热负荷：有色金属相对复杂，生产周期不稳定，这就直接造成了温度品与炉渣的排放周期是不稳定的，烟气成分中很大部分是炉渣造成的，所以生产过程中烟气的余热会有着较为明显的变化。

2）烟气中的尘量相对较多
烟化炉中的含尘量已经可以达到80-160g/m3，这种含尘量已经远远超过了一般工业炉所产生的含尘量，烟尘成分复杂，物理化学特性相对恶劣，容易对于设备造成积灰、粘接等现象，会造成设备堵塞与磨损后果发生。

3）烟气具备腐蚀性
有色金属冶炼原材料大多源于硫化物，硫化物与氧气燃烧会造成大量的SO2，SO3等具备强腐蚀性气体，当这些腐蚀性气体与高温烟气进行粘和后，会对于冶炼装备造成较大影响。

二有色金属冶炼烟气回收利用现状与
1 有色金属冶炼烟气回收现状
目前我国对于有色金属冶炼烟气余热回收方法较多，首先是对于烟道路径安装余热蒸炉，使得余热可以在烟道里面发挥余热生产较多的蒸汽；其次会利用余热进行发电效应；也有对于烟气余热进行空气预热器布置，使得能够造成一定程度上的热风；不断地市面也会出现以余热的热泵，汽化冷却器等设备提供能源。

目前有色金属冶炼工厂对于烟气余热回收方式会采用锌精矿沸腾焙烧炉余热反应锅炉，这种锅炉会使用空腔结构构造，能够使得灰尘摩擦损耗的影响降到最低，同时也会快速降温，使得烟气的温度很快的下降到600°以下，这会使得有色金属冶炼烟气中许多熔点相对较低的金属分离，解决了高温粘和问题。

2 有色金属冶炼烟气回收存在问题
目前我国有色金属烟气回收存在着较多严重的问题：
1）烟气利用性差
由于技术原因与机械设备原因，我国有色金属冶炼烟气很多只能利用到一次，且这一次也无法做到分级处理，供热分层，很大程度上仅仅是通过一个热能反应减压装置，造成了有色金属冶炼烟气余热的很大程度浪费。

烟气也是存在高低能量分级的，现阶段我国对于有色金属烟气分级模糊，将所有烟气降低到低品位热能来利用，造成了能量本身的损失。

2）烟气中低温余热未被发掘
前面摘要提到过，中低温的烟气余热提取需要相对较高的技术难度与相对较少的热量，与高温烟气相比，中低温烟气的能量少，提取难度大，但是我国总体有色金属工艺体量大，这就造成了极大的中低温烟气余热的浪费。

如铝厂生产氧化铝所需每台回转窑排放烟气能够造成5.36*107kj/h，如果能够将这些能量在铝厂生产过程中进行回收，会极大地降低氧化铝的生产成本，也会提升用户的使用成本。

3）余热利用系统存在问题
我国有色金属冶炼工业相对较多，所以烟气余热回收利用的装置也存在着较大的差异，老牌企业很多都在使用上世纪的余热设备，虽然质量上能够做到经常维修不发生故障，但是与目前先进有色金属烟气回收设备相比效率上存在着较大的偏差。

三烟气余热回收利用原则及方式
1 烟气余热回收利用原则
对于物质而言，是在不平衡状态下进行的做功力，它随着外部环境与内在系统的变化而变化，同样可以相对精准的描述烟气中的余热，？损失的部分乘坐？损失，在？与？损失之间的平衡达到能量守恒，所以烟气余热损失可以用？相对清晰地表达，根据热力学的定律证明，总？的量只能被减少，忽略外界因素会不变。

通过对于？的描述可以发现，有色金属冶炼烟气中的？值可以展示出烟气用能含量，同样也展示出了烟气余热可以回收的能量，通过烟气中能量总量与可回收能量总量可以判断出烟气的品质及能级，烟气的？可以用下式来表达：
对于有色金属冶炼烟气的余热回收，首先要看热能的损失程度，其次还要观察热量的质量是否收到了影响，两者要兼顾。

在余热回收中，将余热直接回收作用与所应用工艺本身会造成更大的能源利用，这就要求烟气余热要根据所需热能进行分级处理，温度统一对口。

2 烟气余热回收利用方式
2.2.1 余热锅炉
余热锅炉是有色金属冶炼生产工艺中相对普遍使用的余热回收方式i，锅炉将余热作为热源，吸收余热能量进行对于蒸汽与热水的加热，降低了本该用于热水与蒸汽的能源使用，很大程度上提升了能源使用的效率，降低了热料的使用，由于其工艺简单，使用方便，操作人员要求较低所以被广为使用，这种余热锅炉处理有色金属冶炼烟气余热的方式有着几个特点：
1）首先就是蒸汽量不稳定，余热锅炉无法储存热量，当烟气到达时进行余热的使用，烟气过去后，余热消失，所以无法准确判断余热锅炉所能够产生的蒸汽量，它随着上游工艺的烟气产生量的变化而变化；
2）其次余热锅炉的容量需要随时变化，由于有色金属冶炼过程是变化的，所以排出烟气量也是随着变化的，如果一直按照最大烟气流量或者最小烟气流量都会造成或负载过大或烟气处理不够的现象，所以余热锅炉需要在已知上游烟气量的前提下进行烟气流量口与锅炉容量的设置；
2.2.2 热交换器
烟气余热能量可以使用热交换器进行传递，一般使用的是气-气热交换器，及将烟气中的能量直接传递给空气，对于空气中设置较多的空气预热器回收余热，这种方式相对简单，热损耗较少。

空气受到预热后能够有效提升锅炉内部的温度，提高整体燃烧的速度。

这种方式最主要的优势在于空气量是随时变化的，能够与烟气余热的变化相适应，达到共同变化的目的，预热温度保持不变时，能够做到更大程度上的余热回收。

2.2.3 热管技术
热管具有极好的传热特性，在不需要外力的情况下，热管能够将热量从小截面进行远距离输出，一般热管是密闭管状容器进行组合的，容器的外壁使用的是毛细芯结构，热管的使用原理是通过热胀冷缩的变化收集能量，容器内液体受到烟气余热蒸发，蒸发后到达热管另一端被冷凝放热，放热后液体继续回转到烟气余热端受热蒸发，循环放热。

热管主要以三部分组成，分别是密闭的管状容器，由金属纤维架构成的粘附在容器内壁的吸液芯，工作液体，热管通过热障冷算不断使工作液体蒸发冷凝放热再蒸发，达到回收有色金属冶炼烟气余热的目的。

2.2.4 冷凝式换热设备
冷凝式换热设备通过回收有色金属冶炼烟气中的水蒸气，将其中的热量进行回收，以达到回收余热的目的。

冷凝式换热设备主要注意事项有两点：首先就是要确定有色金属冶炼烟气中水蒸气存在的含量，这样才能有效回收热流热量，其次就是注意烟气中的腐蚀性，这种腐蚀性在低温条件下会造成较大的损耗，所以要主要回收烟气水蒸气的可行性与经济性。

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