2018年，全國(guó)十種有色金屬產(chǎn)量5688萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)6%，增速比上年提高3個(gè)百分點(diǎn)。其中，銅產(chǎn)量903萬(wàn)噸，增長(zhǎng)8%，提高0.3個(gè)百分點(diǎn)；電解鋁產(chǎn)量3580萬(wàn)噸，增長(zhǎng)7.4%，提高5.8個(gè)百分點(diǎn)；鉛產(chǎn)量511萬(wàn)噸，增長(zhǎng)9.8%，提高0.1個(gè)百分點(diǎn)；鋅產(chǎn)量568萬(wàn)噸，下降3.2%，降幅比上年擴(kuò)大2.5個(gè)百分點(diǎn)。氧化鋁產(chǎn)量7253萬(wàn)噸，增長(zhǎng)9.9%，增速比上年提高2個(gè)百分點(diǎn)。

有色金屬工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，現(xiàn)在總產(chǎn)量已居世界第一，同時(shí)技術(shù)進(jìn)步加快，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，在國(guó)際同業(yè)中的影響力及競(jìng)爭(zhēng)力日益增強(qiáng)。

但是有色行業(yè)長(zhǎng)期存在的高能耗問(wèn)題仍然十分突出，單位產(chǎn)品能耗比國(guó)際先進(jìn)水平高10%左右。在有色冶金的能耗構(gòu)成中，有效熱只占了32%，另有8%的熱量隨著爐墻等散失掉，其余的60%都是有色金屬冶煉過(guò)程中的余熱量。而在這些余熱量中煙氣余熱占的比例高達(dá)80%左右，由此可見，回收有色冶金行業(yè)中的煙氣余熱對(duì)于降低有色冶金工業(yè)能耗有著重要意義。

1、煙氣余熱回收利用概況

1.1煙氣余熱

在有色冶金行業(yè)的煙氣余熱中，溫度高于1000℃的高溫?zé)熡酂嵴伎偀煔庥酂岬?2%，而溫度在600～1000℃之間的中溫?zé)煔庥酂岷蜏囟鹊陀?00℃的低溫?zé)煔庥酂岱謩e占總煙氣余熱的26%和22%。表1是部分有色冶金爐窯煙氣的溫度和熱效率。從表1可以看出，有色冶金爐窯的煙氣帶走的熱量在總熱量中占相當(dāng)大的比重，煙氣的溫度越高，帶走的熱量就越多，從而爐窯的熱效率也越低。因而盡可能最大限度地回收煙氣余熱是提高爐窯熱效率的必要措施。

另外，由于大多數(shù)有色金屬冶煉所用的原材料都是硫化礦，爐窯產(chǎn)生的煙氣中含SO2等腐蝕性氣體較多，并且大部分的煙氣溫度很高，因此煙氣容易對(duì)換熱設(shè)備造成高溫或低溫腐蝕。同時(shí)，煙氣中的含塵量大，有些爐窯產(chǎn)生的煙氣量隨工藝周期性變化，這些煙氣的特點(diǎn)都在很大程度上影響著對(duì)有色冶金爐窯煙氣余熱的回收利用。

1.2回收現(xiàn)狀

目前較為普遍的對(duì)有色爐窯的煙氣余熱進(jìn)行回收利用的方法有:

（1）在煙道安裝余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽;

（2）利用余熱發(fā)電;

（3）利用煙氣余熱預(yù)熱空氣或物料;

（4）安裝汽化水套生產(chǎn)低壓蒸汽或安裝冷卻水套產(chǎn)生熱水等。

隨著人們對(duì)有色爐窯的工藝和煙氣特點(diǎn)的不斷研究，很多企業(yè)已經(jīng)設(shè)計(jì)并應(yīng)用了能適應(yīng)爐窯煙氣特性、充分回收煙氣余熱的余熱設(shè)備。例如:

( 1 )鋅精礦沸騰焙燒爐余熱鍋爐采用輻射大空腔結(jié)構(gòu)，起到沉灰和減小磨損的作用，并使煙塵迅速冷卻到650℃以下，解決了煙氣中含較多低熔點(diǎn)金屬煙塵微粒高溫下極易粘結(jié)的問(wèn)題;

( 2 )煙化爐與余熱鍋爐的一體化設(shè)計(jì)把煙化爐和余熱鍋爐有機(jī)地結(jié)合在一起，既改善了煙化爐的吹煉狀況和余熱鍋爐技術(shù)操作條件，又解決了在間斷生產(chǎn)條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)供汽的技術(shù)難題，并實(shí)現(xiàn)煙化爐余熱的全面回收。除以上兩例子之外，目前還有很多有色冶金爐窯煙氣余熱回收設(shè)備的改進(jìn)技術(shù)，這些都為回收有色爐窯的煙氣余熱起到了重要作用。

1.3存在問(wèn)題

目前大部分對(duì)有色爐窯的煙氣余熱回收都是針對(duì)高溫?zé)煔舛缘模捎诩夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)性的原因，對(duì)于同樣占總煙氣余熱一半的中低溫?zé)煔庥酂崂蒙跎佟榇?，?duì)有色行業(yè)中的中低溫?zé)煔庥酂峄厥绽玫难芯颗c應(yīng)用需引起高度重視。另外，更值得一提的是在現(xiàn)有的高溫?zé)煔庥酂岬幕厥绽蒙?，很多都只是?jiǎn)單的從能量守恒的數(shù)量關(guān)系上考慮，而沒有考慮熱能的質(zhì)量變化，即沒有考慮能級(jí)的匹配問(wèn)題。例如，壓力為1.3MPa的飽和蒸汽具有火用值1005kJ/kg，如果將余熱鍋爐產(chǎn)生的此蒸汽降壓到0.3MPa來(lái)供熱用戶采暖使用，就會(huì)白白造成火用值損失172kJ/kg，損失了約為原有火用值的17%。而閃速爐的余熱鍋爐蒸汽壓力往往在4～5MPa以上，如果同樣直接減壓用于低壓用戶的話，火用損失將更大。這樣一來(lái)雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙氣余熱的回收利用，但卻將高品位的熱能降低成了低品位的熱能來(lái)使用，造成了大量的高級(jí)能量火用值的損失。由此可見，對(duì)于煙氣余熱回收問(wèn)題不能僅從熱效率來(lái)考察其優(yōu)劣，必須同樣重視能量的質(zhì)量貶值問(wèn)題。

2、煙氣余熱回收的梯級(jí)利用

由上面的論述不難得知，要充分合理地利用有色爐窯的煙氣余熱，就要根據(jù)煙氣余熱資源的數(shù)量、品質(zhì)(溫度)和用戶要求，遵循能級(jí)匹配的原則，實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行按質(zhì)回收，溫度對(duì)口的梯級(jí)利用。一般情況下具體的梯級(jí)利用原則如下：

（1）如果在生產(chǎn)工藝中有合適的熱用戶，應(yīng)優(yōu)先考慮將煙氣的余熱回收利用于生產(chǎn)工藝過(guò)程本身。這樣，將煙氣中的余熱直接帶回生產(chǎn)工藝過(guò)程中，直接降低了生產(chǎn)工藝過(guò)程的能耗，比通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置來(lái)回收煙溫的余熱更為經(jīng)濟(jì)和有效。例如，在氧化鋁生產(chǎn)中的氫氧化鋁流化態(tài)焙燒工藝中，流態(tài)化焙燒爐產(chǎn)生的煙氣溫度在1000℃左右。為充分利用余熱，讓熱煙氣與氫氧化鋁物料逆向流動(dòng)，利用熱煙氣余熱干燥氫氧化鋁并進(jìn)行預(yù)焙燒，從而充分回收了高溫?zé)煔庥酂?，大大降低焙燒的能耗?/p>

（2）對(duì)于高溫?zé)煔獾挠酂釕?yīng)優(yōu)先用于動(dòng)力回收，利用常規(guī)水蒸氣郎肯循環(huán)進(jìn)行發(fā)電，將高溫?zé)煔獾闹屑?jí)能熱能轉(zhuǎn)換成高級(jí)能電能。這不僅完成了對(duì)高溫?zé)煔庥酂岬挠行Щ厥绽?，也遵循了能?jí)匹配原則，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)熱能的高品質(zhì)利用。例如，在銅冶煉過(guò)程中的閃速爐熔煉工藝中，閃速爐的煙氣溫度可達(dá)1300℃以上，可將這部分煙氣的余熱利用余熱鍋爐生產(chǎn)出中壓飽和蒸汽送至蒸汽過(guò)熱爐，將蒸汽加熱成過(guò)熱蒸汽，產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽用來(lái)推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。這與把于余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽直接減壓供給低用戶使用相比減少了大量火用損失，從而對(duì)煙氣余熱能的回收利用更具合理性。

（3）在中溫?zé)煔夂偷蜏責(zé)煔庥酂岬睦蒙希瑢?duì)于溫度較高的中高溫?zé)煔馊匀粦?yīng)優(yōu)先應(yīng)用于動(dòng)力回收發(fā)電。如鋅精礦酸化沸騰焙燒爐的煙氣溫度在800～900℃之間，可將其煙氣的余熱利用余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽發(fā)電。而對(duì)于溫度較低的中低溫?zé)煔舛?，利用常?guī)水蒸氣郎肯循環(huán)發(fā)電回收煙氣余熱的熱效率極低，不具合理性。這部分的煙氣余熱最好直接應(yīng)用于生產(chǎn)工藝本身，如加熱物料、預(yù)熱助燃空氣等。如得不到以上利用時(shí)再考慮應(yīng)用其冬季采暖，夏季制冷等其他利用方式。

在如今有色冶金行業(yè)煙氣的余熱回收中，對(duì)于中低溫?zé)煔庥酂岬幕厥绽靡恢笔且粋€(gè)薄弱環(huán)節(jié)。為此，進(jìn)一步研究對(duì)中低溫?zé)煔庥酂岬幕厥绽镁惋@得極其重要和必要，而有色冶金中低溫?zé)煔庥酂岬母咝в袡C(jī)郎肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)(ORC)就是一個(gè)很具有發(fā)展?jié)撡|(zhì)的研究方向。

3、中低溫?zé)煔庥酂岬挠袡C(jī)郎肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)

有機(jī)郎肯循環(huán)( QrganicRanleine Cycle)發(fā)電技術(shù)是用低沸點(diǎn)有機(jī)物代替常規(guī)水蒸氣郎肯循環(huán)中的水作為工質(zhì)，利用外熱源將其加熱產(chǎn)生較高壓力的蒸汽來(lái)推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。由于低沸點(diǎn)工質(zhì)在較低溫度下就能產(chǎn)生高壓蒸汽，為此該技術(shù)主要用于低溫余熱的回收利用上。對(duì)于目前沒有得到很好利用的有色冶金煙氣余熱中的中低溫?zé)煔庥酂醽?lái)說(shuō)，ORC技術(shù)是一個(gè)很好的研究?jī)?nèi)容和發(fā)展方向。圖1為中低溫?zé)煔庥酂岬挠袡C(jī)郎肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)。

此過(guò)程為經(jīng)加壓泵加壓的低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，在有機(jī)工質(zhì)余熱鍋爐中被中低溫?zé)煔饧訜?，所產(chǎn)生的較高壓力的蒸汽經(jīng)透平發(fā)電，發(fā)電后的低壓有機(jī)工質(zhì)蒸汽在凝汽器中冷凝成液態(tài)有機(jī)工質(zhì)，經(jīng)加壓泵加壓送回有機(jī)工質(zhì)余熱鍋爐，行成一個(gè)閉合循環(huán)回路。而低壓有機(jī)工質(zhì)蒸汽在凝汽器冷凝放出的熱量則由冷卻塔和冷卻水泵等組成的冷卻系統(tǒng)帶走。

由于有色，金行業(yè)的煙氣中含有大量SO2等腐蝕性氣體，從而使煙氣的酸露點(diǎn)溫度低。而低溫有機(jī)郎肯循環(huán)系統(tǒng)中的有機(jī)工質(zhì)在運(yùn)行工況下的溫度很低，導(dǎo)致受熱面的溫度也很低，通常會(huì)低于煙氣的露點(diǎn)溫度。因而，對(duì)于利用有色冶金中低溫?zé)煔庥酂岬挠袡C(jī)郎肯循環(huán)技術(shù)來(lái)說(shuō)，受熱面的低溫露點(diǎn)腐蝕是一個(gè)有待解決的重要問(wèn)題。另外，不同有機(jī)工質(zhì)的選擇和環(huán)境溫度也都影響著有機(jī)郎肯循環(huán)的性能?？傊?，對(duì)于利用有色冶金中低溫?zé)煔庥酂岬挠袡C(jī)郎肯技術(shù)還有待于更深一步的研究，如果此技術(shù)得到成熟的應(yīng)用，必將成為有色行業(yè)節(jié)能降耗的一個(gè)新的里程碑。

4、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)有色冶金行業(yè)的煙氣余熱資源占總余熱資源的80%左右，回收這部分余熱對(duì)于有色行業(yè)節(jié)能降耗有著重要意義。而在煙氣余熱回收利用上，應(yīng)避免目前的煙氣余熱回收存在的問(wèn)題，按照能級(jí)匹配原則，對(duì)其進(jìn)行按質(zhì)回收，溫度對(duì)口的梯級(jí)利用。對(duì)于當(dāng)前沒有被很好利用的中低溫?zé)煔庥酂?，要著力開發(fā)低溫有機(jī)郎肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)有色煙氣中低溫?zé)煔庥酂岬母M(jìn)一步的高效利用。