浅谈余热发电在电解铝阳极炭素中的应用

[摘 要]电解铝是一项高耗能产业，其产能增长所带来的能源供应紧张和环境污染问题不断凸现。因此，对于电解铝企业来说，做好节能减排工作，既是创建节约型企业、构建和谐社会的一项社会责任，同时也是适应宏观调控政策环境、确保可持续发展的必由之路。

[关键词]余热发电；电解铝；阳极炭素；应用

中图分类号：TQ127.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0001-01

1 余热发电的技术特点

余热发电是利用燃料燃烧过程中多余的热能转换为电能的技术。余热发电不仅节能，同时有利于环境保护。余热发电具备如下特点：（1）以热定电。由于整个系统热负荷是不稳定的，例如：有的生产是周期性的，有的高温产品和炉渣的排放是间断性，有的工艺生产虽然连续稳定，但热源提供的热量也会随着生产的波动而波动，因此余热发电需根据生产用热的余压量或生产过程中产生的余热量来决定发电量。（2）热源含尘量大。含尘数量大超过一般的锅炉，容易粘结、积灰，从而对余热锅炉产生严重磨损和堵塞。余热锅炉入口前需进行除尘处理。（3）热源有腐蚀性。余热烟气中常常含有SO2等腐蚀性气体，在烟尘或炉渣中含有各种金属和非金属元素，这些物质都有可能对余热锅炉的炉膛及受热面产生高温腐蚀或低温腐蚀。（4）安装场地受限。由于受整个工厂系统等的限制，在设计安装余热发电系统时需统筹规划。

2 电解铝企业应用烧结余热发电原理、流程及特点

电解铝行业烧结余热比较多，它的温度也会在300～400℃，足以用来进行余热发电。在这笔者结合电解铝烧结冷却机的余热分布特点，提出一种改进的余热发电系统，单独利用烧结矿下落进入冷却机段的高温余热（400～500℃）来加热（高温）过热蒸汽，然后该部分余热资源和中段中低温余热（300～360℃）混合利用，来加热低温过热蒸汽，并产饱和蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，从而带动发电机发电。

它的具体流程是，给水经给水泵进入余热锅炉，经废气加热后，一部分变为过热蒸汽，进入汽轮机作功发电。则另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生过热或饱和蒸汽进入汽轮机相应低压进汽口作功发电。冷凝水经低压省煤器后由中压锅炉给水泵供给低压汽包，低压汽包具有自除氧功能，就会实现一个完整的热力循环。电解铝企业烧结余热发电流程具体如下所示：

在这它的特点具体体现在烧结余热热源品质整体较低，低温部分占比例大；在烧结生产中因设备的运行不确定性，短时间停机不可避免，造成烧结烟气不连续性。还有在烧结过程中，随着烧结矿在烧结机上的烧成情况不同，其烟气温度也不同。这是我们要注意的。

3 中国电解铝阳极炭素产业应用发展现状及制约因素

3.1 应用发展现状

自上世纪90年代以来，我国针对电解铝阳极炭素工业的发展，制定了“优先发展铝”这一重大方针，纵观近年来工业投资情况，电解铝行业明显得到了倾斜。戒指2014年止，我国电解铝产量早已在2000万吨以上。自2002年起，我国电解铝产量在全球居于第一，而当时的数据显示电解铝产量占全球总产量的17.2%（1）。我国电解铝产业的发展除受全球经济危机影响外，这些年发展势头一直趋于稳步增长。

我国电解铝阳极炭素产业分布的范围相当广泛，全国除去部分地区如北京、上海、、天津、海南、黑龙江及广东外，其余省、市地区都有分布。我国电解铝产业以西部地区为主，西南地区是我国电解铝产量最为集中地区，年均产量占据全国数据的41.89%。其中四川、云南、广西、贵州等省及自治区已经将铝工业作为重点发展的经济产业支柱。

电解铝企业余热发电技术目前虽然深受电解铝企业的喜爱，但在烧结环冷机余热发电技术方面还有一定的技术难点，这也导致一些电解铝企业对它望而却步。它的比较突出的技术难点是发电系统对主蒸汽的品质要求很严，而现在的烧结系统热力系统非常不稳定，废气温度波动范围在±100℃以上，造成主汽温度的波动超标，严重威胁汽轮机的安全性、稳定性和寿命。

再有就是烧结余热发电机组运行效率不高。烧结余热发电机组对烟气流量及温度均有一定要求，实际运行中，运行效率受烧结设备大小、生产工况等多方面影响，余热回收系统的工作参数变动，输出的压力、温度、流量随之变化，导致发电机组的运行效率不高。

除此之外还有烧结冷却机废气流量很大，同时它的高温段和可利用部分中温段废气的平均温度在330-450℃之间，可利用的余热资源属于中低温余热，质量不高，回收利用难度较大。

3.2 制约因素

随着国际能源价格的不断上升与调整，对于我国电解铝阳极炭素工业的发展形成了制约。近年来随着经的告诉发展，电力能源的使用逐渐加大，我国电价也逐渐上升，一方面由于世界煤炭价格的上升带动国内煤价，同时由于交通条件的有限，煤炭需求供给出现不平衡，从而也带动煤价上涨，致使电能价格上调，影响当前电解铝阳极炭素产业的发展。

4 烧结余热发电在电解铝阳极炭素产业中的应用

烧结余热发电是指烧结工艺生产过程中，烧结机尾落矿风箱及烧结冷却机密闭段产生大量的高温废气，由余热回收设备收集后，用引风机引入锅炉并加热锅炉内的水产生饱和蒸汽，推动汽轮机转动带动发电机发电。从能源利用和经济学角度看，采用烧结余热发电，符合能级匹配的原则。目前国内烧结余热发电技术比较成熟的有4种形式，分为单压、双压、复合闪蒸和补燃余热发电技术。在相同的条件下，双压余热发电技术实现了烟气热能的梯级利用，其发电能力是最高的。马鞍山钢铁股份有限公司是我国最先应用烧结余热发电的，2004年把从日本引进的烧结机余热发电装机进行了大量技术革新，2005年9月正式投产使用，填补了我国利用烧结余热发电的空白。此后，许多大型电解铝阳极炭素公司也相继开始利用烧结余热技术发电。运行过程中，针对烧结余热发电技术存在的问题，提出烧结余热发电系统与高温空气燃烧技术相结合的发电系统。它是在原有烧结余热发电技术的基础上，将回收烟气余热、高效燃烧和降低有害气体排放等技术有机结合。利用蓄热式燃烧器在蒸汽过热炉中燃烧来提高汽轮机进口蒸汽的压力和温度，通过补燃少量煤气来提高蒸汽品质，从而提高发电效率和减少对设备的损耗。这样即使在冬春季节也能使余热发电系统正常运行，在满足电解铝阳极炭素自用的基础上可并入企业电网。

5 结语

总之，我国电解铝阳极炭素生产工艺流程长，工序多，且主要以高温冶炼、加工为主，生产过程中产生大量余热能源，主要来自烧结机烟气显热、红焦显热、转炉烟气及加热炉炉底的余热回收装置等，各种余热资源约占全部生产能耗的68%。电解铝阳极炭素行业余热发电将迎来发展期。

参考文献

[1] 徐树伟等.电解铝企业烧结余热发电技术发展探讨[J].工业锅炉，2010（05）.

[2] 贾勇，胡攀.电解铝阳极炭素烧结余热回收的现状与前景[J].南方金属，2011（01）

[3] 陆萍.烧结低温烟气余热发电技术应用分析[J].现代冶金，2015（01）.