余熱回收工藝改造及生產(chǎn)實踐

方志軍

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪335424）

1 引言

余熱的含義是在一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)和條件下，在能源消耗設(shè)備中沒有被利用的能源，也就是多余或者說廢棄的能源。它包括高溫廢汽廢水余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱、廢氣余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據(jù)研究調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源大約占其燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。因此，余熱回收具有極大的經(jīng)濟(jì)效益［1］，同時也為節(jié)能環(huán)保提供了有力支持；所以需要不斷探索余熱回收的新方式。

2 余熱回收的主要方法

余熱回收和利用的途徑很多,根據(jù)余熱利用過程中能量傳遞或轉(zhuǎn)換的特點，可將目前國內(nèi)的工業(yè)余熱回收技術(shù)分為熱交換技術(shù)、熱功轉(zhuǎn)換技術(shù)以及余熱制冷制熱技術(shù)［2］。

熱交換技術(shù)是目前最直接，而且效率較高的經(jīng)濟(jì)方法，在不改變原有余熱能量的形式下,余熱能量通過換熱設(shè)備，直接傳遞給了自身工藝的耗能過程，降低一次能源的消耗。其主要利用方式有余熱鍋爐、間壁式換熱、熱管換熱、蓄熱式熱交換等［3］。例如：熱管余熱回收器便是利用熱管高效的傳熱特性以及其環(huán)境的適應(yīng)性所制的換熱裝置，主要應(yīng)用于工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域，可以廣泛回收存在于氣態(tài)、液態(tài)以及固態(tài)介質(zhì)中的廢棄熱量。按照熱流體和冷流體的狀態(tài)，熱管余熱回收器可以分為：氣—氣式、氣—汽式、氣—液式、液—液式、液—氣式。按照回收器的結(jié)構(gòu)形式可以分為：整體式、分離式和組合式。

3 余熱回收工藝流程

3.1 空壓機(jī)余熱回收方法

目前動力中心雜用空壓機(jī)常年保持3～4臺同時運行,空壓機(jī)運行過程中，氣體在經(jīng)過離心式壓縮機(jī)的葉輪時，高速運轉(zhuǎn)中的葉輪使氣體經(jīng)離心力的作用下，既提升壓力，同時速度也極大的增加，即離心式壓縮機(jī)首先通過葉輪將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的靜壓能和動能［4］。各級壓縮后的空氣溫度會顯著上升，達(dá)到100～140℃，需經(jīng)冷卻降溫至35℃以下后才能進(jìn)入下級壓縮或用戶使用。

目前工藝上普遍采用循環(huán)水對各級壓縮空氣進(jìn)行冷卻降溫，空壓機(jī)的空氣熱量全部被循環(huán)水帶走，沒有得到有效利用，經(jīng)相關(guān)資料介紹，循環(huán)水帶走的熱量相當(dāng)于離心式空壓機(jī)功耗的60%左右。1#動力中心常年運行的離心式空壓機(jī)一般為150Nm3/min規(guī)格的2臺，100Nm3/min規(guī)格的1臺，電機(jī)總功率為933×2+588=2454kW，存在較大的余熱回收利用空間。

離心式空壓機(jī)級間空氣熱能回收，普遍只能回收部分末級熱能，且回收的熱量全部是用來產(chǎn)生洗澡的熱水，回收規(guī)模受制于熱水用量的限制，不能直接與工藝生產(chǎn)相銜接［5-6］。在不影響空壓機(jī)設(shè)備運行性能前提下，將離心式空壓機(jī)末級排氣的空氣熱量盡可能的回收，并根據(jù)動力中心的工藝特點，將空壓機(jī)余熱回收與工藝生產(chǎn)相結(jié)合，將回收的熱量用于生產(chǎn)過程。

在空壓機(jī)原有后部冷卻器前，新增專用余熱回收換熱器，通過新增冷卻水泵，將1#動力中心純水箱中的常溫水輸送至新增換熱器回收熱量后再返回純水箱，往復(fù)循環(huán)，不斷將空壓機(jī)末級熱能回收至純水箱中，使純水箱溫度升高，最后形成平衡，純水箱水溫最終穩(wěn)定在一定溫度范圍內(nèi)。

3.2 轉(zhuǎn)爐水套余熱回收方法

熔煉車間一系統(tǒng)共有六臺轉(zhuǎn)爐，在正常生產(chǎn)過程中，始終保持有兩臺轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉。轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中會產(chǎn)生大量的熱量，被轉(zhuǎn)爐水套冷卻水帶走,同時會產(chǎn)生大量的凝結(jié)水，凝結(jié)水在冷卻過程中，又會產(chǎn)生一定量的閃蒸汽［7］。以前這部分低壓蒸汽因為回收困難或回收成本高，通常直接排放至大氣中，浪費了大量的能源。根據(jù)熔煉車間的測算［8］，這部分閃蒸蒸汽量大約在2～4t/h，存在較大的余熱回收價值。

目前大部分轉(zhuǎn)爐的熱量是沒有回收的［9］，僅有的一家煉銅企業(yè)的轉(zhuǎn)爐水套熱量回收采用的是增加蒸汽汽包帶壓回收方式，技改工作量大，投資費用高。在不對轉(zhuǎn)爐水套冷卻系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改造且不影響轉(zhuǎn)爐水套冷卻效果的前提下，另辟蹊徑，采用新的工藝方法實現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐水套余熱的綜合回收利用［10］。

在轉(zhuǎn)爐水套閃蒸蒸汽排空管后增設(shè)一蒸汽換熱器［11］，通過新增冷卻水泵，將1#動力中心純水箱中的常溫水輸送至新增換熱器回收熱量后再返回1#動力中心，由于轉(zhuǎn)爐水套產(chǎn)生的熱量比較大，回收熱量后的水溫最高可以達(dá)到60～80℃（進(jìn)水溫度35℃），如果只進(jìn)行簡單的水路循環(huán)，會導(dǎo)致純水箱熱量一直聚集，從而水溫將會一直上升至100℃并出現(xiàn)蒸發(fā)，導(dǎo)致?lián)Q熱效果越來越差，同時水溫的提高，將導(dǎo)致空壓機(jī)余熱回收換熱無法進(jìn)行。因此必須采取措施將二級純水箱溫度始終控制在40℃以下。1#動力中心目前有三臺純水箱，如何對二級純水箱溫度進(jìn)行控制，首先空壓機(jī)余熱回收是以3#純水箱中的純水作為介質(zhì)，經(jīng)過換熱之后返回3#純水箱內(nèi)；參與轉(zhuǎn)爐余熱回收同樣以3#純水箱中的純水作為介質(zhì)，由轉(zhuǎn)爐水套余熱回收泵送至轉(zhuǎn)爐水套換熱器［12］，但換熱之后返回至1#純水箱內(nèi)，這樣不但能使3#純水箱內(nèi)的水始終能控制在40℃以下，又保證了1#純水箱中的水具有較高溫度。

在設(shè)計時，需將空壓機(jī)末級空氣參數(shù)及轉(zhuǎn)爐水套閃蒸蒸汽參數(shù)提供專業(yè)廠家，經(jīng)專業(yè)計算后，生產(chǎn)出具有針對性的余熱回收換熱器，以確保各項參數(shù)滿足工藝生產(chǎn)要求。

4 結(jié)語

經(jīng)實踐運行，2臺末級余熱換熱器和轉(zhuǎn)爐換熱器投入正式運行后，運行效果良好，末級余熱換熱器進(jìn)氣溫度75～80℃，出口溫度31～35℃，三級壓縮空氣所含熱量經(jīng)熱交換轉(zhuǎn)移至除氧器給水中；轉(zhuǎn)爐換熱器進(jìn)出口溫度差能夠達(dá)到15℃左右，研究達(dá)到預(yù)期目的［13］。在不影響原有工藝運行安全穩(wěn)定的前提下，將空壓機(jī)與轉(zhuǎn)爐的余熱綜合回收利用。