浅谈铝电解烟气余热在能源管理中的应用

浅谈铝电解烟气余热在能源管理中的应用

刘帅

包头铝业有限公司

摘要：在当代铝电解生产领域，常用电解质为高温熔融冰晶石体积，利用电化学反应产铝，但是这种方法造成的能量浪费情况严重，高达50%，为了在铝电解过程中提高能源利用率，本文特从铝电解烟气预热方面进行了相关研究。

关键词：铝电解；烟气余热；能源管理

为了满足社会的发展需求与民众日益增长的物质需求，生产生活中能耗越来越高，与此同时，不可再生资源的持续减少引发了一系列问题，对能源供给方、工商业以及普通消费者都带来了严峻的考验。本文从微观的角度出发，以铝电解烟气余热为例，对能源管理进行了相关阐述，希望能够缓解能源利用、绿色环保以及循环发展之间的矛盾

一、铝电解烟气余热概述

电解槽烟气余热利用有两种途径，一是直接用于暖气供应、热水供给以及工业加热等；另一种则涉及烟气余热发电。以某电解铝企业的一期生产片区为例，其中分布有7个生产单位，供暖单元总计67个，覆盖面积约为73000平方米，利用碳素回转窑余热供暖。受市场物价波动的影响，石油焦和煅后焦的价格差不断缩小，目前已经达到了不超过400元的水平，用于供暖的回转窑运行成本约为550元，因此煅后焦的应用愈发普及。为提高能源利用效率，主要利用电解烟气余热进行供暖。

该生产片区包括222台240KA电解槽，共计三套干法烟气净化系统，#1、#2、#3系统分别负责56、74、92台电解槽。已知每天电解槽每小时生产的烟气量为9000m，#1~3系统主烟管温度约为80℃～120℃。接下来，以一期电解烟气余热利用情况为例展开相关介绍。

二、铝电解烟气余热在能源管理中的应用

（一）实施准备

某企业的烟气余热利用项目分为三个阶段。第一阶段：设计采购换热器；第二阶段：安装换热器、购进主材；第三阶段：铺设管道、改暖（由汽暖改为水暖）、扩建换热站等。其中前两个阶段采用外委招标的形式完成，最后一个阶段由企业自行完成。2025年12月24日，针对前两个阶段召开验收会并通过验收。

余热回收利用系统主要包括三部分装置，即余热回收装置、热水循环装置以及热水输送管网。该系统不但能有效处理一期供暖和洗浴热水需求，同时也有助于减少净化除尘设施中滤袋的磨损程度，同时也有利于控制环保排放值。

三套净化系统的总热量不低于10.32MW，回水温度为65/50℃的采暖热水量为每小时360吨。热负荷由采暖、生活热水热负荷组成，分别为8.74MW、0.75MW。鉴于一期厂区后续有改建、扩建需求，因此在设定总负荷时要谨慎考虑，以实际热负荷（9.49MW）为参照，增加10%，即10.44MW。如表1所示，为一期的热负荷分布情况。

表1 热负荷分布情况

（二）优化方案及措施

电解烟气余热利用系统的主要组成包括：换热器、配套管道、阀门仪表、检修平台、吹灰装置等。

烟气换热器采取电解烟气所剩余的热量对循环水进行加温（该水需符合质量标准，配备药物投放设施，能去除水垢等），由此产生的热水（在冬天的温度不低于65摄氏度）被用于循环供暖和为工作人员提供洗浴用水。作业环境参数：烟气在正常作业状态下温度为100~120摄氏度；当地海拔为2500米；需安置6个烟气热交换装置，其总换热不低于11.5MW；热交换性能要求：冬季供暖时系统循环水的温度升幅不超过15摄氏度，即热交换后的热水输出温度不高于65摄氏度（输入温度为50摄氏度），每个热交换器的热水流量根据各自的实际热功率来确定；烟管内产生的阻力低于200Pa；热交换器所使用的内部钢管符合GB3087标准；热交换器外层钢板的厚度不能低于烟管安装处的壁厚（不少于6毫米）；烟气换热器的预期使用年限不少于10年；装置内部的耐压需达到1.0MPa以上；换热器的外形及大小需要与现场安装环境相匹配。

该地海拔为2425米，余热利用系统需保证本身能够持续稳定运作，并且还要和其他系统相协调。同时，要借助现有的热交换站中的循环水泵与恒压系统，充分发挥蒸汽备用热量的能力，对应的配置包括管道、阀门及测量仪表。此外，余热利用系统还应包括检修台和钢支撑在内的全套设施，并且要遵循工业器械设计与安装的相关规范；余热利用系统还要配备充足的安全保护设施；余热利用系统连同所有配套设施，如基础设施和支架等，必须能抵抗住所在区域可能出现的地震力。烟气换热设备要配置密闭严实的检视孔，便于对内部情形进行查验；设备及其支撑结构的焊合作业要遵循SDJ51-82《电力建设施工及验收技术规范》中的相关规定实施；组装好的换热器，要满足整体性的安装需求。

项目实施后不仅大幅提高了能源利用效率，同时也对改善当前环境状况起到了一定的作用。具体来说，它通过降低废弃气体的排放温度，减轻了温室效应。该项目中引入了余热利用系统，通过这套系统的热交换作用，使得原本80℃的废气温度降至65℃到70℃之间再加以排放。经过该换热器处理后，每当废气温度降低10℃，每小时就能回收29098800千焦耳的热能。在整个年度供暖期间，通过该余热利用系统可以节省约4300吨标准煤。总体而言，采用这个烟气余热利用系统，预计每年能够节省125676.78吉焦，并且可以减少约11000吨二氧化碳的排放。

总结

综上所述，能源管理工作人员结合前期数据制定了具体的项目实施计划。此计划在实际运用中证实，可以对环境质量产生正面影响，主要体现为降低了废气排放温度，有效改善了温室效应。得益于余热利用系统对废气的高效利用，废气的温度可以从80摄氏度降至65摄氏度后排出，有效减缓了热污染对大气层的破坏。