魏迎輝

（山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045200）

隨著科技的日益進(jìn)步，以及對(duì)節(jié)能環(huán)保這方面的重視，電解鋁生產(chǎn)中煙氣處理與余熱利用也隨之出現(xiàn)了能量利用率低的問(wèn)題，那么如何盡可能地將電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣余熱的能量利用率提高就成為了我們必須要解決的問(wèn)題，電解鋁是重要并且常見(jiàn)的一種能源，只有對(duì)其深入研究發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題那么該能源，能夠保持長(zhǎng)期的發(fā)展，有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來(lái)。

1 提高電解鋁能量利用率的意義

當(dāng)今世界總體上能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)在世界上達(dá)成了共識(shí)。因此將各種能源的利用率提高，也就成為了對(duì)節(jié)約能源這一方面的一種不可或缺的因素。然而，電解鋁過(guò)程中能量利用率僅在50%左右，造成了大量熱空氣的排放，這樣既造成了能源的大量損失，也使得環(huán)境被污染。因此，對(duì)于電解鋁生產(chǎn)中煙氣處理與余熱利用這一問(wèn)題，我們一定要將其重視起來(lái)，盡可能地提高電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣余熱的能量利用率，并將其高效地應(yīng)用在人們生活中的其他方面。

2 對(duì)于電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中所存在的污染

要知道大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都伴隨著一定的污染，電解鋁也不例外，在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中，其所產(chǎn)生的固體廢物、氣體廢物、液體廢物，這些都會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的損害。固體廢物則是生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的殘?jiān)?。氣體廢物指的是其排放的氣體中有二氧化硫以及各種無(wú)機(jī)氟化物，而二氧化硫則有利于酸雨的形成。而其排放的液體廢物，則基本上已經(jīng)滿(mǎn)足了生活污水的標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)電解鋁所產(chǎn)生的廢物對(duì)環(huán)境所造成的危害之大。

2.1 關(guān)于電解鋁生產(chǎn)中煙氣的特點(diǎn)

電解鋁的基本過(guò)程是電化學(xué)反應(yīng)，其中鋁離子在陰極上得電子發(fā)生反應(yīng)，生成鋁單質(zhì)，相應(yīng)的，氧氣則在陽(yáng)極上失電子發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w，由于電解鋁反應(yīng)中，陰陽(yáng)兩極都是碳。因此會(huì)不可避免地出現(xiàn)碳被氧化的情況，而且還有氟化物的存在，所以會(huì)導(dǎo)致煙氣中摻雜碳粒等微小顆粒物。鋁電解過(guò)程是在高溫的作用下進(jìn)行，而煙氣所帶走的熱量約占30%。因此，煙氣在排出時(shí)所具有的溫度一般在150度左右。在電解鋁產(chǎn)生煙氣的過(guò)程中，電解鋁裝置也會(huì)對(duì)煙氣產(chǎn)生各種各樣的影響，由于電解鋁過(guò)程產(chǎn)生的煙氣中含有大量的無(wú)機(jī)氟化物也會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染。因此，對(duì)于電解鋁的凈化工藝，一般會(huì)選擇干法凈化法。

通過(guò)以上對(duì)于電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中的論述，可以得出煙氣的排放量大、煙氣帶走的熱量大、煙氣的排放會(huì)受到各種各樣的影響、煙氣中含有有毒氣體。

2.2 對(duì)于煙氣的凈化方法

用顆粒狀氧化鋁作為吸附劑。由于在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的二氧化硫等污染物氣體，而氧化鋁的質(zhì)量和表面積這兩個(gè)因素會(huì)對(duì)這些污染氣體的被吸收產(chǎn)生一定的效果，即顆粒狀氧化鋁作為吸附劑，吸收了二氧化硫等污染物氣體。因此，在實(shí)際的電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)加入一定量的顆粒狀氧化鋁作為吸附劑來(lái)吸附污染氣體，從而使得污染物的排放情況達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 在設(shè)備上進(jìn)行強(qiáng)化

要知道對(duì)于電解鋁生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行處理是一項(xiàng)較為復(fù)雜的過(guò)程，需要對(duì)煙氣進(jìn)行收集之后，將收集的氣體中的粉塵顆粒除去，還要將氣體和固體進(jìn)行分離，并分別收集。在做完這些工作后，將最終得到的氧化鋁運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)地點(diǎn)，最后還要用相關(guān)的設(shè)備對(duì)這些氧化鋁進(jìn)行排放處理。然而，這也充分證明了在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中，電解鋁生產(chǎn)過(guò)程和煙氣凈化的過(guò)程都有著重要的地位。因此，優(yōu)化相關(guān)的凈化設(shè)備以及提高相應(yīng)的凈化技術(shù)就成為了一個(gè)不可或缺的問(wèn)題，所以我們要用到干法凈化技術(shù)，而干法凈化技術(shù)的原理就是用某種固態(tài)物質(zhì)來(lái)凈化某種氣體。這種技術(shù)可以在特定情況下對(duì)氣體進(jìn)行有效的凈化。那么想要利用干法凈化技術(shù)對(duì)煙氣進(jìn)行有效的處理，我們就要在干法凈化技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況來(lái)制定具有針對(duì)性的方案，例如對(duì)于布袋的材質(zhì)要有耐磨性，并且耐高溫的特點(diǎn)，其次，還要考慮相應(yīng)的冷卻裝置和散熱裝置，這樣可以有效的保證干法凈化過(guò)程中的工作環(huán)境。

3 對(duì)于煙氣能源利用率提高方案的設(shè)計(jì)

通過(guò)電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣具有非常高的溫度，也可以說(shuō)其含有大量的熱能，但是這些熱能如果不能及時(shí)地被利用，就會(huì)造成相應(yīng)的損失。比如在煙氣的收集、輸送等各種流程的進(jìn)行中就會(huì)造成煙氣中的熱量部分損失，從而造成了能源的浪費(fèi)，但是如果我們將這些能量用于對(duì)氣缸進(jìn)行加溫，就會(huì)對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有極大的提高。因此想要達(dá)到這樣的效果，就必須結(jié)合公司的實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的電解鋁煙氣余熱使用方案，以此來(lái)提高煙氣能源利用率。

4 對(duì)于煙氣散熱的回收利用現(xiàn)狀

電解鋁煙氣含有巨大的熱量，并且隨著企業(yè)的發(fā)展煙氣儲(chǔ)存槽容量增大，從而導(dǎo)致了煙氣的流量增大，散熱量也加大，熱量的損失相較于之前也同時(shí)增大。因此，如果我們能充分地將這些損失的熱量利用起來(lái)，那么就會(huì)對(duì)相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)極大的提升，也將會(huì)是節(jié)約能源的新出路。隨著電解鋁煙氣的流量增大，散熱量增大，對(duì)于凈化設(shè)備質(zhì)量的要求也更加嚴(yán)格。如果凈化設(shè)備質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，那么就會(huì)在很大程度上影響凈化系統(tǒng)的運(yùn)行成本以及運(yùn)行效率。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中為了盡可能地使煙氣的溫度降低，一般會(huì)將煙氣和大量的空氣混合稀釋?zhuān)瑥亩鴮?duì)煙氣達(dá)到降溫的效果。但是這種方法由于引進(jìn)了大量的空氣而空氣中也含有很多雜質(zhì)，使得煙氣處理量增大，相關(guān)的能耗量也增大。但是總體而言，這種通過(guò)將煙氣和大量空氣混合，稀釋降溫的方法既達(dá)到了對(duì)煙氣降溫的目的，也降低了凈化系統(tǒng)運(yùn)行的成本并且由于電解出來(lái)的煙氣不會(huì)再參與電解過(guò)程，因此對(duì)于電解鋁煙氣余熱回收方面采取的措施不會(huì)對(duì)電解過(guò)程產(chǎn)生任何的影響。到目前為止，對(duì)于煙氣散熱的回收利用有兩種方法其中最主要的是動(dòng)力利用和熱利用。

4.1 動(dòng)力利用

動(dòng)力利用一般情況下指的是通過(guò)利用電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣余熱來(lái)進(jìn)行發(fā)電，也就是說(shuō)，將煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為電能。近年來(lái)，隨著低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電技術(shù)的發(fā)展有不少學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究。ORC發(fā)電技術(shù)就是對(duì)低溫?zé)煔獾挠酂岚l(fā)電方面深入研究得到的成果，這種技術(shù)普遍運(yùn)用在有機(jī)物或者混合物方面.ORC循環(huán)發(fā)電技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展了近半個(gè)世紀(jì)因此，ORC循環(huán)發(fā)電技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)有了較為成熟的體系，但是隨著科技的發(fā)展，ORC循環(huán)發(fā)電技術(shù)在電解鋁工業(yè)由于其發(fā)電效率偏低，無(wú)法和新能源相比。例如風(fēng)能、地?zé)崮艿鹊取Ｒ虼薕RC循環(huán)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有應(yīng)用在大規(guī)模工業(yè)化的報(bào)道，但是ORC循環(huán)技術(shù)有著其獨(dú)特的特點(diǎn)，該特點(diǎn)就是可以?xún)?yōu)化篩選適用于電解鋁過(guò)程產(chǎn)生的煙氣的有機(jī)工質(zhì)。

ORC循環(huán)系統(tǒng)有些工具的決定因素有很多，其中主要有壓力蒸發(fā)以及冷凝溫度分子質(zhì)量傳導(dǎo)性、穩(wěn)定性以及是否環(huán)保，是否安全等等。正是由于其具有獨(dú)特的利用價(jià)值，國(guó)內(nèi)外學(xué)者根據(jù)電解過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣的特點(diǎn)以及煙氣的余熱回收利用所應(yīng)該使用的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行了優(yōu)化篩選，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該技術(shù)不斷地進(jìn)行優(yōu)化改良使得ORC應(yīng)用在煙氣的余熱回收利用方面的技術(shù)越來(lái)越成熟也使得ORC這一技術(shù)在該方面體現(xiàn)出的價(jià)值獨(dú)一無(wú)二。

4.2 熱利用

早在20世紀(jì)七八十年代，美國(guó)就開(kāi)始研究煙氣余熱能否應(yīng)用在居民的生活用水上。在北歐，由于其鋁電解工業(yè)非常發(fā)達(dá)，有些科學(xué)家就利用電解鋁過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣余熱代替居民取暖所用的地?zé)岵⑵鋺?yīng)用在熱水供應(yīng)上。同時(shí)，我國(guó)也有人在21世紀(jì)對(duì)電解鋁過(guò)程中產(chǎn)生煙氣余熱應(yīng)用在熱水供應(yīng)等方面進(jìn)行了研究，并取得了一定的成功。但是需要注意的是，在電解鋁過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣余熱的熱利用容易受到各種因素的影響，利用面狹小，并且在美國(guó)有些科學(xué)家通過(guò)分析認(rèn)為通過(guò)煙氣的余熱對(duì)水進(jìn)行加熱，會(huì)導(dǎo)致水的成本高，回收期較長(zhǎng)，能量利用率低，并且還會(huì)影響煙氣的降溫，還會(huì)因?yàn)樽鳛闊煔廨d體的管道影響凈化系統(tǒng)，這一系列的問(wèn)題需要解決。然而將煙氣產(chǎn)生的余熱，通過(guò)熱交換器在以水為媒介的前提下對(duì)陽(yáng)極炭塊培燒爐培燒用燃?xì)膺M(jìn)行預(yù)熱，就會(huì)避免以上的問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)節(jié)約成本節(jié)能減排，對(duì)環(huán)境的影響較小。然而，由于企業(yè)所在的地理位置不同，不能夠死板地將整套模式強(qiáng)加在企業(yè)身上，要根據(jù)企業(yè)所在的地理位置以及企業(yè)內(nèi)部的實(shí)際情況對(duì)模式進(jìn)行優(yōu)化修改，從而使得能源得到最大化利用。

5 存在于煙氣散熱的回收利用方面的問(wèn)題

煙氣在離開(kāi)電解槽，經(jīng)過(guò)管道通向凈化系統(tǒng)裝置的過(guò)程中，會(huì)存在散熱問(wèn)題。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，煙氣的溫度會(huì)受到很多因素的影響，例如電解槽的狀態(tài)，煙氣的流速，煙氣的流量以及外界溫度變化等等，從而給回收利用帶來(lái)了很大的困難，并且由于鋁電解煙氣中會(huì)含有大量的雜質(zhì)，這些也會(huì)對(duì)余熱回收帶來(lái)一定的困難。要知道熱交換器應(yīng)用于余熱回收方面會(huì)提高回收效率并且熱交換器一般會(huì)安裝在凈化系統(tǒng)之前，也就是說(shuō)煙氣還沒(méi)進(jìn)行進(jìn)化，就會(huì)通過(guò)熱交換器。這也就出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題那就是隨著時(shí)間的推移煙氣中的雜質(zhì)會(huì)慢慢地堆積在熱交換器中，日積月累，就會(huì)導(dǎo)致熱交換器堵塞。這樣會(huì)在很大程度上降低余熱回收利用的效率并且會(huì)帶來(lái)很大的安全隱患。因此使用一段時(shí)間就得對(duì)熱交換器裝置進(jìn)行清理工作。然而，在進(jìn)行清理工作時(shí)，污垢的位置可能會(huì)比較特殊地存在于交換器內(nèi)壁，加大了清理工作的難度，污垢的結(jié)構(gòu)主要與煙氣的流量重力，表面張力等有關(guān)，也與熱交換器本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)因此，通過(guò)改善熱交換器本身的結(jié)構(gòu)，對(duì)熱交換器的內(nèi)壁進(jìn)行一定得改善會(huì)有利于清理工作的進(jìn)行。

上面也提到，隨著時(shí)間的進(jìn)行，污垢也會(huì)逐漸積累，在熱交換器中又因?yàn)闊煔庵杏写罅康乃嵝曰衔?，以及水分在煙氣從電解鋁向凈化系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)熱交換器時(shí)溫度有所降低，因此水分會(huì)液化，而這些水分呈酸性，就會(huì)對(duì)熱交換器產(chǎn)生一定的腐蝕從而帶來(lái)極大的安全隱患。因此要解決這個(gè)問(wèn)題就需要對(duì)熱交換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜?，防止水分液化?/p>

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣余熱，回收利用的研究在目前能源形勢(shì)嚴(yán)峻的情況下有著極大的意義。隨著科技的日益進(jìn)步以及電解鋁過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣余熱回收利用技術(shù)的發(fā)展，鋁電解煙氣余熱回收利用越來(lái)越受到人們的重視。這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有發(fā)揮其完全的作用，發(fā)展空間還很大，還有很多問(wèn)題仍待解決，比如技術(shù)不成熟，發(fā)展較晚，煙氣余熱回收效率低并且由于煙氣本身含有的雜質(zhì)多以及受到各種各樣的影響，處理難度大。煙氣中含有酸性物質(zhì)，也會(huì)對(duì)管道以及凈化裝置有一定的腐蝕作用。這些問(wèn)題都需要解決，目前煙氣余熱回收利用在熱利用方面的成就較大，在動(dòng)力方面的利用雖然還很少，但是其發(fā)展前景更好。將來(lái)可以應(yīng)用的范圍更廣。因此，我們要大力發(fā)展電解鋁過(guò)程中的煙氣余熱發(fā)電技術(shù)，以期將來(lái)能對(duì)國(guó)家的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。