有色冶金行業(yè)的能源回收和利用研究

尹代冬

（湖南有色金屬研究院，湖南 長沙 410100）

在生產(chǎn)有色金屬時，采用不同的生產(chǎn)形式，需要應用不同的爐窯，但是各爐窯的應用最大的問題便是熱效率不高，很多一次能源產(chǎn)生的熱能都會成為余熱，或者變成其他狀態(tài)被損失掉，存在的能源浪費問題十分嚴重，使得成本有所增加，且對環(huán)境造成了一定的破壞和污染，這些情況都對有色金屬生產(chǎn)以及未來發(fā)展產(chǎn)生了不利影響。

1 有色工業(yè)可回收能源分析

針對有色冶金工業(yè)的發(fā)展，30%左右的可回收余熱資源可以被再次應用，對這些資源進行回收和應用，對有色金屬產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益提升，完善社會效益、保護環(huán)境、減少成本有著非常重要的幫助作用[1]。

有色金屬為組成的黑色金屬以外的所有金屬總稱，相比黑色金屬具備的特殊性能更為突出，如：腐蝕性、導電性、耐磨性以及導熱性非常理想，同時具備更高的韌性、強度、放射性、可塑性以及延展性等等。在現(xiàn)代工業(yè)、國防科技技術發(fā)展當中，對于有色金屬的應用是非常關鍵的材料。有色金屬工業(yè)在我國的發(fā)展非常迅速，已經(jīng)將礦山、冶煉、加工以及地質(zhì)勘探等工業(yè)體系進行了完善，即便在疫情的沖擊下，有色金屬行業(yè)的發(fā)展也在持續(xù)。如圖1所示。

圖1 2020年有色金屬行業(yè)的發(fā)展

目前，有色金屬冶煉技術的發(fā)展速度非?？?，例如中國恩菲是壓力浸出技術在國內(nèi)推廣應用的引領者，已在鎳、鈷、銅、黃金、鋅、鎢等領域獲得良好的應用效果，創(chuàng)造了壓力浸出技術的多項第一。其中，重點技術包括紅土鎳礦提取及精煉技術、硫化鎳鈷礦壓力浸出技術、高冰鎳壓力浸出技術等。之后，但對于有色冶金行業(yè)的能源回收和利用，會在各項技術的基礎之上進一步探究，以便實現(xiàn)更高的資金回收以及利用效率。

有色冶金工業(yè)當中的余熱，涵蓋不同爐窯產(chǎn)出的高溫煙氣熱、高溫產(chǎn)品熱、冷卻水熱、高溫渣熱等等，其中有大量的余熱可以被回收和再次利用。例如：在前蘇聯(lián)，便針對有色冶金工業(yè)的余熱進行了探究，當時每年可產(chǎn)生的余熱量有29萬億千卡，其中可以回收再次應用的余熱大約為11.16萬億千卡，對其中的4.32萬億千卡進行了應用，占據(jù)數(shù)量總體的40%左右。該項內(nèi)容的實施，對78萬噸左右的標準來進行了節(jié)約。此外，美國針對余熱資源，根據(jù)其溫度的高低，將其分為了三個范圍：高溫范圍，溫度超過650℃，中間范圍，溫度在230～650℃內(nèi)，低溫范圍，小于230℃。我國針對有色冶金工業(yè)當中的余熱資源回收以及利用給予了高度的重視，并在科技力量的推動下，取得了突破性進展，每年節(jié)約的標準煤數(shù)量都在提升，但還有很多不足，針對怎樣對該資源進行更高效的應用，還需要繼續(xù)探究和分析，以便使有色金屬產(chǎn)品，實現(xiàn)更加理想的節(jié)能效果[2]。

余熱產(chǎn)生最多的工藝環(huán)節(jié)便是針對銅、鎳、鉛鋅以及鋁進行加工時，應用鼓風爐、焙燒爐，如圖2所示。結(jié)合不同的有色冶金余熱源，可以對不同的余熱回收裝置進行應用。例如：結(jié)合具體情況，選擇汽化冷卻裝置或者應用預熱器回收煙氣熱裝置。

圖2 焙燒爐

2 能源回收利用方法分析

2.1 高溫煙氣余熱回收利用裝置

在該行業(yè)當中，冶金工業(yè)存在的余熱總量，有50%左右的高溫煙氣余熱，對其回收以及再利用可以節(jié)省大量的能源資源，但是要結(jié)合具體情況，挑選合適的裝置[3]。

2.1.1 余熱鍋爐回收利用裝置

余熱鍋爐的應用，可以高效回收利用高溫煙氣當中存在的熱量，并且還能進一步回收煙氣當中存在的二氧化碳以及一些有用的成分，進而使鍋爐對環(huán)境產(chǎn)生的污染有所減少，提升對環(huán)境的保護力度。余熱鍋爐在回收余熱后，會有蒸汽產(chǎn)生，將蒸汽在發(fā)電或者一些生活生產(chǎn)當中應用，會使能源資源得到更高的利用效果。

其中，要結(jié)合高溫煙氣中存在的灰塵情況、腐蝕成分情況、灰塵是否容易發(fā)生粘結(jié)等狀況選擇余熱鍋爐。挑選的關鍵點便是類型、結(jié)構、受熱面、水汽循環(huán)等等，只有對余熱鍋爐科學挑選，才能對鍋爐的連續(xù)操作給予保障[4]。

2.1.2 氣化冷卻回收裝置

在回收應用高溫煙氣當中的余熱過程中，氣化冷卻的使用能夠?qū)Ω嗟乃Y源進行節(jié)約，其中水量的應用與水冷卻用量相比只有1/50～1/100，且氣化冷卻中需要對軟化水進行應用，可以對水垢的形成產(chǎn)生良好的預防效果，還可將冷卻部件的使用壽命延長。一臺氣化冷卻裝置的應用，每小時可以針對2千～1萬千卡的熱量進行回收，這是因為該裝置的突出性能，如節(jié)能性和有效性非常理想。在很多國家的有色冶金工業(yè)當中，對其有著廣泛的應用，例如：在反射爐、轉(zhuǎn)爐以及沸騰爐當中都對該裝置進行了設置[5]。

2.1.3 空氣預熱器回收利用裝置

預熱器的工作原理便是借助冶煉的煙氣，開啟冷卻作業(yè)，之后加熱空氣，使熱風傳輸給冶金爐。在冶金爐當中對于熱風的使用，不但能夠?qū)⒁睙挳斨械娜剂舷牧拷档?，還能在冶煉當中借助熱風將熔煉的溫度提升，使冶煉過程得到強化。在對空氣預熱器進行使用時，針對余熱實施的回收，沉積的煙塵和煙氣會有腐蝕性，使空氣預熱器發(fā)生滲漏和堵塞，使應用壽命減少。

2.1.4 余熱綜合利用回收利用裝置

在高溫煙氣當中，余熱有著比較高的質(zhì)量，國外以及國內(nèi)都對余熱分段的綜合使用給予了高度重視。對余熱鍋爐進行使用時，在發(fā)電、生產(chǎn)以及生活當中，對于熱應用之外，還可以借助空氣預熱器，使余熱在冶煉工藝當中有所應用，例如：在使用時，可以分段處理高溫煙氣，先針對高溫煙氣開展相應的處理之后，在空氣預熱器當中出來的煙氣，借助余熱鍋爐，便會有相應的蒸汽產(chǎn)生，進而使高溫煙氣中對于熱的應用效率有所提升[6]。

2.1.5 熱管換熱器回收利用裝置

熱管是一種傳熱元件，有著非常高的效能，在宇航、核反應堆領域，有著廣泛的應用。最初，美國將熱換管交換器在節(jié)能當中應用，并且在工業(yè)爐窯中產(chǎn)生的節(jié)約效果非常突出，可節(jié)約大量的成本以及資源。熱管換熱器并沒有非常復雜的結(jié)構，工作過程十分可靠，且體積和重量都比較小，對其維修也十分便捷，在目前的余熱利用以及熱交換設備中普遍應用。在冶金工業(yè)爐窯、石油工業(yè)、爐窯以及鍋爐的余熱利用中，起到了良好的效果[7]。

2.2 爐渣余熱回收利用

爐渣如果有較高的溫度，那么可以應用的熱資源量便會非常大。針對爐渣余溫進行回收再次應用，探究發(fā)熱裝置是非常關鍵的一項問題。利用爐渣的余熱需要將回收的熱能在城市熱水供應系統(tǒng)當中使用，也可以應用于冬季供熱系統(tǒng)。此外，粒狀渣還可以當作建筑材料，在建筑工程當中使用。

2.3 低溫余熱回收利用

溫度沒有超過100℃的汽化冷卻水、冷卻水、廢水以及沖渣水，都將其歸類為低熱值余熱，借助熱泵、熱輪以及熱管將其有效回收，能夠在生活當中對這些余熱進行應用。國外以及我國對于特殊介質(zhì)的熱交換管正在積極研究，這樣便可以在發(fā)電中有效應用低熱值的余熱。其中，系統(tǒng)設計如圖3所示。

圖3 煙氣余熱回收利用系統(tǒng)

2.4 可燃廢棄物熱回收利用

國內(nèi)以及國外對于鉛鋅密閉鼓風機的應用給予了高度關注，可以針對余熱進行有效的回收和利用，這是由于鉛芯密封鼓風機有著較大的低熱值煤氣量，并且熱值并不高[8]。

針對鉛鋅密閉鼓風機當中低熱值煤氣的使用，之前只是在預熱鼓風和焦?jié)崰t當中，對部分進行應用，之后又在發(fā)電當中使用。我國針對密閉鼓風爐低熱值煤系統(tǒng)實施了進一步改造和優(yōu)化，使得低熱值煤氣質(zhì)量有所提升，進而使回收和再利用的效率有綜合性提高。

3 結(jié)語

總之，針對有色冶金工業(yè)中存在的余熱實施有效回收以及利用，可以提升資源能源的應用效率，強化對環(huán)境的保護。目前，針對余熱回收技術的探究，正在逐步實施，還有很多不足和需要完善之處。未來，隨著技術的更新，針對余熱資源的回收應用會有更大的突破，因此要在目前的工業(yè)發(fā)展中繼續(xù)累積經(jīng)驗，不斷探究和優(yōu)化。