【摘要】棕剛玉冶煉時會產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，利用這部分余熱將這些能源加以回收利用，提供工業(yè)、生活熱水或者為建筑采暖，不僅可以減少工業(yè)企業(yè)的污染排放，還可以大幅降低工業(yè)企業(yè)的原有能源消耗。本文主要介紹余熱利用技術(shù)的發(fā)展及棕剛玉冶煉行業(yè)中余利用方式。

一、前言

節(jié)能減排是我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)。我國經(jīng)濟(jì)快速增長，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境被破壞的代價(jià)，這兩者之間的矛盾日趨尖銳，群眾對環(huán)境污染問題反應(yīng)強(qiáng)烈。這種狀況與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理、增長方式直接相關(guān)。不加快調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式，資源支撐不住，環(huán)境容納不下，社會承受不起，經(jīng)濟(jì)發(fā)展難以為繼。只有堅(jiān)持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)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(chǎn)生的熱，那么將加大能源的利用率，減輕企業(yè)的成本。針對棕剛玉冶煉行業(yè)來說，冶煉時會產(chǎn)生大量的熱量，而這部分熱量一般企業(yè)都沒有加以利用，而是經(jīng)過除塵后將其排掉，而企業(yè)又需要熱源來進(jìn)行采暖或需要淋浴用熱水，如果將能將這兩部分更好的結(jié)合起來，那么就能為企業(yè)帶來效益，同時也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的，企業(yè)和國家實(shí)現(xiàn)了雙贏。

二、余熱利用方式

我們所說的余熱主要是工業(yè)余熱。工業(yè)余熱主要指工礦企業(yè)熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備及用能設(shè)備在生產(chǎn)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(shù)將這此低品位能源加以回收利用，提供工業(yè)、生活熱水或者為建筑供熱，不僅可以減少工業(yè)企業(yè)的污染排放，還可以大幅降低工業(yè)企業(yè)的原有能源消耗[1]。

余熱資源是在現(xiàn)有條件下可以實(shí)現(xiàn)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?zé)煔庥酂岷屠鋮s介質(zhì)余熱等幾類。在我國，各企業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)實(shí)節(jié)能減排、清潔發(fā)展、安全發(fā)展重要方法之一[2]。

由于使用的生產(chǎn)方法、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及原料、燃料條件的不同和工藝上千變?nèi)f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(fā)揮其應(yīng)有的效應(yīng)，一致是人們所關(guān)心和發(fā)展的方向，余熱熱源隨著生產(chǎn)工藝和使用條件的不同，也對其更好的回收利用產(chǎn)生一定的阻礙，針對棕剛玉冶煉行業(yè)的特點(diǎn)及余熱產(chǎn)生的方式來說，余熱利用往往存在以下兩個難點(diǎn)：

(1)熱源不穩(wěn)定。這主要是與制備工藝有關(guān)。例如：棕剛玉的生產(chǎn)是周期性的，并且生產(chǎn)過程中熱源提供的熱量也會隨著生產(chǎn)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(jié)、積灰，從而對余熱回收的設(shè)備有可能產(chǎn)生嚴(yán)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(yīng)降低其一次能源消耗一次能源消耗，減少不必要的能量轉(zhuǎn)換次數(shù)。在實(shí)際使用中多是通稿換熱器進(jìn)行直接的換熱，通過余熱將水加熱或?qū)⑽锪虾娓扇コ帧?br />
三、常用換熱器類型及特點(diǎn)

管式換熱器：2種不同流體在管殼內(nèi)進(jìn)行換熱，1種在管內(nèi)流動，1種在管外流動。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，適應(yīng)彈性大，材料范圍廣。余熱溫度范圍允許入口煙氣溫度達(dá)1000℃以上，出口煙溫約600℃，平均溫差約300℃。

板式換熱器：主體結(jié)構(gòu)由換熱板片以及板間的膠條組成，應(yīng)用于液體-液體之間的換熱。特點(diǎn)是傳熱系數(shù)約為管式的2倍，傳熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料。余熱溫度范圍是入口煙氣溫度約700℃，出口溫度達(dá)360℃。

陶瓷換熱器：一種新型的列管式高溫?zé)崮芑厥昭b置，主要成分為碳化硅。導(dǎo)熱性能好，強(qiáng)度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩(wěn)定，操作簡便。允許1550℃廢熱進(jìn)入換熱器，可以將助燃空氣預(yù)熱至815℃。

熱管換熱設(shè)備：一種高效的導(dǎo)熱元件，通過全封閉的真空管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)和凝結(jié)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(dǎo)熱性優(yōu)良，傳熱系數(shù)高，具有良好的等溫性，可控溫度、熱量輸送能力強(qiáng)。熱管的工作溫度分布廣泛，在實(shí)際應(yīng)用中用于工業(yè)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(shè)備熱量輸出穩(wěn)定，換熱介質(zhì)溫度基本恒定，換熱系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。顯熱儲能熱交換設(shè)備，適合于450～1100℃及以上的高溫余熱回收。相變潛熱儲能設(shè)備適合于低溫余熱回收。

四、應(yīng)用實(shí)例

電弧爐冶煉棕剛玉工程中會產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔庥酂嵴伎偰芎牡?0%左右，目前國內(nèi)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(diǎn)，棕剛玉冶煉產(chǎn)生的熱量很大，但不穩(wěn)定，剛進(jìn)行投料時溫度低，熱量少，后期精煉時溫度高產(chǎn)生的熱量大。二是粉塵細(xì)，長時間運(yùn)行會影響換熱器效率。

棕剛玉冶煉產(chǎn)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(shè)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(tǒng)稱為熱交換技術(shù)，這是回收工業(yè)余熱最直接、效率較高的經(jīng)濟(jì)方法，相對應(yīng)的設(shè)備是各種換熱器[4]，針對棕剛玉冶煉自身的特點(diǎn)，下面介紹兩種應(yīng)用實(shí)例。

1.利用余熱進(jìn)行全廠采暖及淋浴用水

利用余熱進(jìn)行采暖或加熱淋浴用水是目前行業(yè)內(nèi)較常見的一種余熱利用方式。這種換熱方式一般都需先經(jīng)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(jìn)行余熱利用。廠區(qū)地勢存在高差，設(shè)計(jì)時充分利用高差，換熱器位于廠區(qū)高點(diǎn)合成廠房內(nèi)，位置標(biāo)高比廠區(qū)辦公樓采暖最高點(diǎn)要高。采暖系統(tǒng)的定壓膨脹由熱水箱解決，采暖設(shè)2臺循環(huán)泵，一用一備。采暖供回水溫度按95/70℃，當(dāng)?shù)厮|(zhì)硬度比較大，衛(wèi)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(nèi)結(jié)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(wèi)生熱水50℃，供浴室用。廠區(qū)采暖熱負(fù)荷按約700KW考慮，洗浴熱負(fù)荷為600kW。采暖系統(tǒng)采用上供上回雙管同程式系統(tǒng)。煙氣換熱器換熱面積為220m2，換熱器排管采用不銹鋼管材質(zhì)。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(hù)層為彩鋼板。換熱系統(tǒng)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(qū)冬季采暖及工廠洗浴熱水的問題。

2.利用余熱對物料進(jìn)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(jié)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(nèi)，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(jìn)入系統(tǒng)，避免加料時產(chǎn)生二次粉塵。該方式投資不大，同時直接將余熱用于了生產(chǎn)，節(jié)能效果明顯。

五、結(jié)論

利用棕剛玉冶煉過程中產(chǎn)生的熱量，可以提供工業(yè)、生活熱水或者為建筑采暖，不僅可以減少工業(yè)企業(yè)的污染排放，還可以大幅降低工業(yè)企業(yè)的原有能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、增效的目的。