CN107726910A - 一种电解铝厂余热梯级回收系统及回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解铝厂余热梯级回收系统及回收方法，包括通过管道依次串联的水源热泵、高温压缩空气换热器、高温油换热器以及高温烟气换热器，水源热泵通过水泵输入常温自来水，高温烟气换热器的出口输出连接至储水箱；水源热泵与电解铝厂的空气压缩机的冷却水系统进行换热连接，高温压缩空气换热器与空压机房高温压缩空气管路进行换热连接，高温油换热器与干燥机房的高温油管路进行换热连接，高温烟气换热器与炭素分厂热媒炉的高温烟气管路进行换热连接。本发明采用热量梯级集成回收的方法，最大限度地集成回收电解铝厂的各种余热资源，热量回收效果好，实现电解铝厂采暖与生活热水的自给自足，既降低能耗，又可以节约水资源。

Description

一种电解铝厂余热梯级回收系统及回收方法
技术领域
本发明属于余热回收技术，具体涉及一种电解铝厂余热梯级回收系统和回收方法。
背景技术
工业生产过程中的余热是指受历史、技术、理念等因素的局限性，在已投运的工业企业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。根据调查，电解铝厂的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。但目前大部分废热全部通过冷却的形式或直接排放，或者将单一设备的高品位余热进行回收重复利用，导致很大一部分的低品位热能全部浪费，而其它需要热量的地方还要通过锅炉消耗燃料来加热。现有技术中，在工业节能环保中，降低单位产品能耗，特别是对电解铝生产线的系统余热回收和利用技术罕见报道。因此，对于电解铝行业中如何实现余热系统回收技术的开发和研究尤为重要。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有的电解铝厂存在的系统余热回收技术的匮乏，提供一种电解铝厂余热梯级回收系统及回收方法，为回收电解铝厂空压站冷却水循环冷却过程中提出一种余热系统回收方案。
本发明采用如下技术方案实现：
一种电解铝厂余热梯级回收系统，包括通过管道依次串联的水源热泵2、高温压缩空气换热器4、高温油换热器5以及高温烟气换热器6，其中，所述水源热泵2通过水泵输入常温自来水，所述高温烟气换热器6的出口输出连接至储水箱7；
所述水源热泵2与电解铝厂的空气压缩机3的冷却水系统进行换热连接，所述高温压缩空气换热器4与空压机房高温压缩空气管路进行换热连接，所述高温油换热器5与干燥机房的高温油管路进行换热连接，所述高温烟气换热器6与炭素分厂热媒炉的高温烟气管路进行换热连接。
优选的，所述水泵采用离心泵。
进一步的，所述水源热泵2、高温压缩空气换热器4、高温油换热器5以及高温烟气换热器6后方的管道上均设有阀门9和热量表10，阀门9为常开状态，热量表10用来计量自来水经过换热器加热后所获得的热量。
在本发明中，所述高温压缩空气换热器4、高温油换热器5以及高温烟气换热器6均采用管式旋转喷流式换热器。
本发明还公开了一种电解铝厂余热梯级回收方法，采用上述的一种电解铝厂余热梯级回收系统，具体包括以下几个步骤：
第一步：将5～30℃自来水送至水源热泵2，与空气压缩机的冷却水进行第一级热量收集，制取40～55℃中温热水；
第二步：将水源热泵2输出的中温热水送至高温压缩空气换热器4，与120～150℃的压缩空气进行第二级热量收集，制取60～75℃的中温热水；
第三步：将高温压缩空气换热器4制取的中温热水送至高温油换热器5处，与80～95℃的高温油进行第三级热量收集，制取60～78℃的中温热水；
第四步：将高温油换热器5制取的中温热水送至高温烟气换热器6处，与炭素分厂热媒炉烟气管道处的550～660℃的高温烟气进行第四级热量收集，制取80～95℃高温热水；
第五步：将高温烟气换热器6制取的高温热水送至储水箱7集中存放，再根据需求送至用户8，冬季用于采暖，夏季用于生活热水。
本发明的一种电解铝厂余热梯级回收系统包括四个核心部分，分别是水源热泵、管式旋转喷流式高温压缩空气换热器、管式旋转喷流式高温油换热器、管式旋转喷流式高温烟气换热器，本发明将电解铝厂空压机房空气压缩机的冷却水余热以及高温压缩空气余热、干燥机房后的高温油余热和炭素分厂热媒炉高温烟气余热进行梯级集成回收，以最大限度地集成回收电解铝厂动力分厂空压站与炭素分厂热媒炉的各种余热资源，制得高温热水，实现电解铝厂采暖与生活热水的自给自足。
本发明采用水源热泵替代原来的冷却塔，实现冷却水的密闭循环冷却，防止冷却水蒸发散失，节约水资源，同时停用冷却塔，节约电能。
由上所述，本发明结构简单，采用热量梯级集成回收的方法，最大限度地集成回收电解铝厂动力分厂空压站与炭素分厂热媒炉的各种余热资源，热量回收效果好，制得高温热水，实现电解铝厂采暖与生活热水的自给自足，既降低能耗，又可以防止水分蒸发散失，节约水资源。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为实施例中的一种电解铝厂余热梯级回收系统的连接示意图。
图中标号：1-离心泵，11-常温自来水，2-水源热泵，3-空气压缩机，4-高温压缩空气换热器，41-冷却压缩空气，42-高温压缩空气，5-高温油换热器，51-中温油，52-高温油，6-高温烟气换热器，61-冷却烟气，62-高温烟气，7-储水箱，8-用户，9-阀门，10-热量表。
具体实施方式
实施例
参见图1，图示中的一种电解铝厂余热梯级回收系统为本发明的优选方案，具体包括离心泵1、水源热泵2、空气压缩机3、高温压缩空气换热器4、高温油换热器5、高温烟气换热器6、储水箱7等。
具体的，离心泵1、水源热泵2、高温压缩空气换热器4、高温油换热器5、高温烟气换热器6以及储水箱7通过管道依次串联连接，离心泵1连接常温自来水11，向余热梯级回收系统输入20℃左右的常温自来水。高温压缩空气换热器4、高温油换热器5以及高温烟气换热器6分别为利用高温压缩空气、高温油和高温烟气作为换热介质的管式旋转喷流式换热器。
其中热源水泵2与电解铝厂的空气压缩机3的冷却水系统进行换热连接，空气压缩机3的高温冷却水通过热源水泵后将热量转移到常温自来水中，同时换热后的低温冷却水回流至空气压缩机3的冷却水系统进行循环。
高温压缩空气换热器4与空压机房高温压缩空气管路进行换热连接，空压机房压缩空气管路内的高温压缩空气42经过高温压缩空气换热器4后，将热量转移到换热器内流通的自来水中，同时换热后的冷却压缩空气41在压缩空气管路内进行循环工作。
高温油换热器5与干燥机房的高温油管路进行换热连接，干燥机房高温油管内的高温油52经过高温油换热器5后，将热量转移到换热器内部流通的自来水中，同时换热后的中温油51回流到高温油管路中，此时自来水与中温油51均达到70℃以上，能够保证中温油51的干燥作用。
高温烟气换热器6与炭素分厂热媒炉的高温烟气管路进行换热连接，炭素分厂热媒炉产生的高温烟气62经过高温烟气换热器6后，将热量转移到换热器内部流通的自来水中，同时换热后的冷却烟气61回流到烟气管路中，降低了高温烟气的品位，为烟气的后续治理进行降温，减少了烟气治理的成本。
高温烟气换热器6的出口端通过管道连接至储水箱7，储水箱7储存加热到90℃左右的自来水，再通过不同用户8的需求，将加热自来水输送至用户8，进行采暖或生活热水取用。
本实施例在水源热泵2、高温压缩空气换热器4、高温油换热器5、高温烟气换热器6以及储水箱7后方的管道上均设有阀门9和热量表10，空气压缩机3的冷却水系统与水源热泵中间的冷却水管路上也设有阀门9，除了储水箱后的阀门9根据用户的需求进行开启控制外，其他阀门在余热梯级回收系统中均为常开状态，热量表10用来计量自来水经过换热器加热后所获得的热量，并且对输送到用于的热水进行温度显示。
图1中的余热梯级回收系统采用的余热梯级回收方法具体包括以下几个步骤：
第一步：将5～30℃自来水送至水源热泵(2)，与空气压缩机的冷却水进行第一级热量收集，制取40～55℃中温热水；
第二步：将水源热泵(2)输出的中温热水送至高温压缩空气换热器(4)，与120～150℃的压缩空气进行第二级热量收集，制取60～75℃的中温热水；
第三步：将高温压缩空气换热器(4)制取的中温热水送至高温油换热器(5)处，与80～95℃的高温油进行第三级热量收集，制取60～78℃的中温热水；
第四步：将高温油换热器(5)制取的中温热水送至高温烟气换热器(6)处，与炭素分厂热媒炉烟气管道处的550～660℃的高温烟气进行第四级热量收集，制取80～95℃高温热水；
第五步：将高温烟气换热器6制取的80～95℃的高温热水送至储水箱7集中存放，再根据需求送至用户8，冬季用于采暖，夏季用于生活热水。
以下分别以铝电解厂采用200kA系列空压站和500kA系列空压站进行本实施例的节能效果核算，经过核算，节能效果如下：
1、对于动力厂200kA系列空压站
通过回收200kA系列压缩空气冷却水余热，每年可节约热量2.6×1010kcal/a,按市场锅炉煤发热值为5000kcal/kg计算，相当于节约燃煤5200t/a,煤价按400元/t计算，年经济效益约208万元。同时，每年可回收蒸发软水约36300吨，年经济效益约25万元(包括自来水软化费用)。因冷却塔停用，每天可节约用电1500kW·h,按0.3元/kW·h计算，每年可节约电费约15万元。
2、对于动力厂500kA系列空压站
通过回收500kA系列压缩空气冷却水余热、热媒炉烟气余热，每年可节约热量5.5×1010kcal/a,按市场锅炉煤发热值为5000kcal/kg计算，相当于节约燃煤1100t/a,煤价按400元/t计算，年经济效益440万元。同时，每年可回收蒸发水约52800吨，年经济效益约42.2万元(包括自来水软化费用)。因冷却塔停用，每天可节约用电2160kW·h,按0.3元/kW·h计算，每年可节约电费约22万元。
以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种电解铝厂余热梯级回收系统，其特征在于：包括通过管道依次串联的水源热泵(2)、高温压缩空气换热器(4)、高温油换热器(5)以及高温烟气换热器(6)，其中，所述水源热泵(2)通过水泵输入常温自来水，所述高温烟气换热器(6)的出口输出连接至储水箱(7)；
所述水源热泵(2)与电解铝厂的空气压缩机(3)的冷却水系统进行换热连接，所述高温压缩空气换热器(4)与空压机房高温压缩空气管路进行换热连接，所述高温油换热器(5)与干燥机房的高温油管路进行换热连接，所述高温烟气换热器(6)与炭素分厂热媒炉的高温烟气管路进行换热连接。
2.根据权利要求1所述的一种电解铝厂余热梯级回收系统，所述水泵采用离心泵。
3.根据权利要求1所述的一种电解铝厂余热梯级回收系统，所述水源热泵(2)、高温压缩空气换热器(4)、高温油换热器(5)以及高温烟气换热器(6)后方的管道上均设有阀门(9)和热量表(10)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种电解铝厂余热梯级回收系统，所述高温压缩空气换热器(4)、高温油换热器(5)以及高温烟气换热器(6)均采用管式旋转喷流式换热器。
5.一种电解铝厂余热梯级回收方法，其特征在于：采用权利要求1-4中任一项的一种电解铝厂余热梯级回收系统，具体包括以下几个步骤：
第一步：将5～30℃自来水送至水源热泵(2)，与空气压缩机的冷却水进行第一级热量收集，制取40～55℃中温热水；
第二步：将水源热泵(2)输出的中温热水送至高温压缩空气换热器(4)，与120～150℃的压缩空气进行第二级热量收集，制取60～75℃的中温热水；
第三步：将高温压缩空气换热器(4)制取的中温热水送至高温油换热器(5)处，与80～95℃的高温油进行第三级热量收集，制取60～78℃的中温热水；
第四步：将高温油换热器(5)制取的中温热水送至高温烟气换热器(6)处，与炭素分厂热媒炉烟气管道处的550～660℃的高温烟气进行第四级热量收集，制取80～95℃高温热水；
第五步：将高温烟气换热器(6)制取的高温热水送至储水箱(7)集中存放，再根据需求送至用户(8)，冬季用于采暖，夏季用于生活热水。
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