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鋁工業(yè)窯爐廢氣的回收利用

文檔作者：薛忠秀王剛文檔來源： 1．中國鋁業(yè)山東分公司研究院，2．中國鋁業(yè)山東分公司生產(chǎn)運行部		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月11日
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2011年4月第2期 鋁工業(yè)窯爐廢氣的回收利用—— 薛忠秀 王 剛 ·49·
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．
2環(huán)保與綜合利用；
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鋁工業(yè)窯爐廢氣的回收利用
薛忠秀 王 剛
(1．中國鋁業(yè)山東分公司研究院，2．中國鋁業(yè)山東分公司生產(chǎn)運行部，山東淄博255051)
[摘要] 介紹了中鋁山東企業(yè)在窯爐廢氣的回收利用方面所做的一些研究和探索，包括熟料窯煙氣預(yù)熱生料
漿、焙燒爐尾氣用十 分預(yù)分解、水泥窯煙氣用于粗液碳分的試驗情況及存在的相關(guān)問題，同時展望了工業(yè)窯爐廢
氣回收利用的前景及』 蕈要性。
[關(guān)鍵詞] 煙氣；CO ；吸附；碳分
[中圖分類號]X758；TK11 5 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]1008—5122(2011)02—0049—04
Recycling of W aste Gas from Furnace for Aluminum Industry
XUE Zhong—xiu，W ANG Gang
Abstract：Some researches and explorations about recycling waste gas from the furnace are did by C hi—
nalco Shandong branch，including testing and existing relevant problems about using clinker kiln’S fume
for preheating raw slurry，roaster’S tail gas for precarbonization，cement kiln’S flue gas for raw liqior car—
bonization．The prospect and significant of recycling waste gas from industrial furnace is given，too．
Key words：flue gas；C O2；adsorption；carbon decomposition
0 前言
潔凈的空氣是人類生存的首要條件，大氣資源
的破壞是一種不可逆轉(zhuǎn)的改變，隨著全球性的溫室
效應(yīng)日趨嚴(yán)重，大氣環(huán)境對于工業(yè)窯爐CO (二氧化
碳，下同)的排放提出了更高的要求。中鋁山東企
業(yè)擁有為數(shù)眾多的熟料窯、水泥窯、焙燒爐等大型窯
爐設(shè)備。以廢氣中CO：最低含量13％ 計算，現(xiàn)有開
車率條件下純CO，排空量至少為10～12萬m ／h，
每小時還有近百萬立方米的煙氣攜帶200℃左右的
高溫白白排空，造成極大的資源浪費，如何對此部分
工業(yè)廢氣進(jìn)行回收利用，科研人員做了大量的研究
探索工作，現(xiàn)簡要綜述如下。
[收稿日期]2010—1O一25
[作者簡介]薛忠秀(1973一)，女，山東淄博人，大學(xué)本
科，工程師，主要從事氧化鋁生產(chǎn)及新產(chǎn)品開發(fā)工作。
1 CO，濃度富集實驗
1．1 實驗流程
針對熟料窯尾氣做了CO，吸附富集的探索實
驗，分別試驗了變壓吸附、低變壓吸附、化學(xué)吸附三
種富集方法。富集流程簡圖如圖1。考慮到電收塵
出口煙氣更為潔凈，可相對簡化試驗凈化流程，因此
實驗用原氣為電收塵出口煙氣，其成分見表1。
煙氣(190℃)
。柔葡 五
產(chǎn)品CO 氣c40％)廢氣排窄
圖1 CO 濃度富集流程簡圖
|夏
． ． ． ． - ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．
-
· 50· 有色冶金節(jié)能 口環(huán)保與綜合利用
表1 實驗用原氣的成分 ％
數(shù)值 190±10
1．2 實驗簡介
1．2．1 變壓吸附
變壓吸附技術(shù)，是一種使用不同用途的吸附分
離專用吸附劑，采用降溫變壓吸附、分離氣體的成熟
技術(shù)。目前成功的變壓吸附氣體分離技術(shù)分別有合
成氨弛放氣、從富含CO混合氣中分離提純CO、合
成氨變換氣脫碳、天然氣凈化提純甲烷等9個領(lǐng)域，
許多高純度的食品級CO 都是采用變壓吸附而得。
由于熟料窯煙氣溫度高且含水量達(dá)到40％左右，因
此水洗降溫過程需要大量的冷卻水及循環(huán)水動力，
且為保證0．1 MPa的吸附壓力，所采用的大功率鼓
風(fēng)機的電耗也相當(dāng)高，經(jīng)衡算該工藝產(chǎn)出純CO，氣
成本在500元／km ·h以上，對于常壓且CO，含量較
低的煙氣，該工藝不太適宜。
1．2．2 化學(xué)吸附
化學(xué)吸附足以弱堿溶液為吸附劑與CO，發(fā)生反
應(yīng)，吸附CO 的溶液稱為富液，壓力降低時，該溶液
分解釋放出CO ，并使溶液得到再生。該法更適合
于壓力、濃度低的煙道氣，在國外應(yīng)用較為普遍。但
由于該法需要對富液通新蒸汽加熱，所以蒸汽的消
耗比較大。據(jù)統(tǒng)計，蒸汽的消耗占該法總成本的
50％ 以上，經(jīng)衡算用該法制得純CO，氣成本約450
元／km -h以 。
1．2．3 低變壓吸附
在上述兩種方法成本偏高的情況下，進(jìn)行了低
變壓吸附試驗。低變壓吸附與變壓吸附原理相同，
只是吸附壓力低，町在很大程度上降低鼓風(fēng)機的電力
消耗。經(jīng)試驗該法所得產(chǎn)品回收率僅40％左右，運行
成本也達(dá)到純CO，氣成本約430元／km ·h以上。
試驗期問，公司石灰爐產(chǎn)純CO，氣成本約330
元／km h，所以J二述幾種方法未能在公司推廣應(yīng)用。
2 余熱及廢氣的回收利用
2．1 熟料窯煙氣預(yù)熱生料漿
2．1．1 工藝流程
熟料窯窯尾氣體溫度240℃左右，經(jīng)立煙道、旋
風(fēng)至電收塵約180～200℃ ，而生料漿人窯溫度僅
30～40℃ ，用熟料窯煙氣預(yù)熱生料漿是回收煙氣余
熱的有效途徑。煙氣回收點可選擇電收塵出口及旋
風(fēng)入口兩處，以后者為例，在旋風(fēng)入口直接接鼓風(fēng)機
將煙氣引至料漿預(yù)熱槽，不但可以回收煙氣余熱，而
且還起到凈化煙氣的作用。熟料窯煙氣預(yù)熱生料漿
流程見圖2。
旋風(fēng)入u煙氣(200~左右)
煙氣排奪(>75 )
入窯
圖2 熟料窯煙氣余熱回收簡圖
試驗按圖2流程完成，主要試驗指標(biāo)如表2。
表2 熟料窯煙氣回收利用指標(biāo)
煙氣由旋風(fēng)入口經(jīng)生料漿換熱裝置后，溫度從
200℃ 左右降至148℃ ，含塵量由旋風(fēng)入口的190
mg／m 降至45 mg／m ，甚至超過了電收塵出口煙氣
含塵。生料漿從30℃ 預(yù)熱至75℃ 以上，提高了人
窯料漿溫度，進(jìn)而在一定程度上減少了燒成煤的用
量，不但減少了熱量的外排還節(jié)約了燒成成本，具有
一舉兩得之功效。由表2試驗結(jié)果可知：利用熟料
窯尾氣預(yù)熱生料漿主要是一個物理換熱過程，煙氣
成份對生料漿無影響，煙氣經(jīng)換熱后，成份基本無變
化、溫度降低50℃ 以上、含塵量達(dá)標(biāo)，可直接排空。
另：煙氣中的含塵即窯灰主要為生熟料混合物，與熟
料窯返灰的成份相同，在正常的熟料窯操作中立煙
道、旋風(fēng)、電收塵等設(shè)備的收塵均作為返灰返回熟料
窯，以達(dá)到穩(wěn)定熟料窯操作的目的。因此，此部分塵
量只是未經(jīng)電收塵而直接通過換熱進(jìn)人生料漿，對
后續(xù)工序亦無影響。
2．1．2 經(jīng)濟概算
以生料漿入窯溫度升高50℃計算，經(jīng)物料平衡
概算可節(jié)省燃煤30～40 kg／t．熟料，以燃煤價格800
元／t計，則生料漿預(yù)熱后可降低熟料燒成成本24～
32元／t一熟料，每噸氧化鋁可降成本90元左右，經(jīng)濟
效益明顯。
2．1．3 存在問題
試驗中發(fā)現(xiàn)預(yù)熱料漿存在一個結(jié)皮的問題。由于
料漿中有一定的堿含量，預(yù)熱過程有輕微堿結(jié)皮，此問
題可通過加強攪拌、均化布料等方式予以有效控制。
2011年4月第2期 鋁工業(yè)窯爐廢氣的回收利用—— 薛忠秀 王 剛 ·51·
2．2 焙燒爐尾氣用于碳分預(yù)分解
鋁酸鈉溶液的碳酸化分解是一個氣、液、固三項
參加的多相反應(yīng)。一般認(rèn)為，二氧化碳的作用在于
中和溶液中的苛性堿，使溶液的分子比降低，從而降
低溶液的穩(wěn)定性，引起溶液的分解，達(dá)到析出氫氧化
鋁的目的。碳酸化分分解在氧化鋁工藝發(fā)展的前期
一直采用熟料窯尾氣分解(10％ ～15％ )，后為加快
分解速度、提高設(shè)備產(chǎn)出率、改為石灰爐氣分解，實
踐證明：低濃度二氧化碳與石灰爐氣分解產(chǎn)品不存
在本質(zhì)差別。
2．2．1 工藝流程
公司目前連續(xù)碳分過程采用的是CO，濃度在
38％ 左右的石灰爐氣，連續(xù)碳分為六槽連續(xù)，前五槽
通氣，末槽攪拌出料。試驗流程為首槽通焙燒爐尾
氣預(yù)分解，后續(xù)各槽流程不變。焙燒爐排空煙氣含
塵低于60 mg／m h，其中的主要塵粒為Ao、AH混
合物，試驗結(jié)果證明焙燒爐尾氣用于碳酸化預(yù)分解
是成功的。煙氣回收的基本走向如圖3所示。
焙燒爐尾氣
T 國
’
fI{料
圖3 焙燒爐尾氣回收簡圖
注：圖-{1虛線線為分解原液走向
焙燒爐尾氣主要成份如表3。
表3 焙燒爐尾氣主要成份 ％
指標(biāo) 溫度／℃ 含~N／mg·m CO2 N2 Oz Hz0
數(shù)值 190±10 <60 13．2 45．2 1．6 40
焙燒爐尾氣回收試驗流量規(guī)模5 m ／h，試驗的
主要控制指標(biāo)及試驗產(chǎn)品與普通氫鋁的主要指標(biāo)列
表對比女Ⅱ表4。
表4 焙燒爐煙氣分解試驗產(chǎn)品指標(biāo)
表4試驗結(jié)果表明：鋁酸鈉溶液對于煙氣CO
的吸收率達(dá)到90％ ～95％ ，試驗氫鋁產(chǎn)品主要指標(biāo)
達(dá)到二級品或以上要求，與普通碳分氫鋁無差距。
焙燒爐煙氣中所含微塵經(jīng)高溫焙燒后具有極強的活
性，在分解過程中起到了活性晶種的作用，對于優(yōu)化
分解產(chǎn)品質(zhì)量具有積極意義，因此采用焙燒爐尾氣
用于碳分預(yù)分解是可行的。且首槽通低濃度焙燒爐
煙氣預(yù)分解，后續(xù)各槽切換高濃度石灰爐氣，分解速
度較快、不影響設(shè)備產(chǎn)出率。
2．2．2 經(jīng)濟概算
焙燒爐尾氣用來碳酸化預(yù)分解，在減少溫室氣
體排放的同時，也減輕了石灰爐負(fù)擔(dān)，使氧化鋁生產(chǎn)
變得更加經(jīng)濟和環(huán)保。按五槽連續(xù)碳分消耗石灰爐
氣(CO，：38％)氣約0．22 km ／t—AH，CO 價格以300
元／km 計算，則碳分用氣成本為0．22×300=66元／
t-AH，首槽通焙燒爐尾氣可節(jié)約成本13．2元／t—AH。
此項技術(shù)將會產(chǎn)生巨大的環(huán)境、社會效益。
2．3 水泥窯煙氣用于粗液碳分
2．3．1 工藝流程
水泥窯與熟料窯均屬回轉(zhuǎn)窯，因其所燒結(jié)物料
不同以及窯爐燒結(jié)制度的差異導(dǎo)致了水泥窯窯尾煙
氣的CO，濃度和溫度均高于熟料窯，因此水泥窯的
窯尾廢氣更具有回收利用價值。以旋風(fēng)入口煙氣為
例：公司廢催化劑粗液碳分流程產(chǎn)出雜質(zhì)含量較高
的粗氫鋁進(jìn)拜耳法流程做礦石之用，產(chǎn)品中的氧化
鈉、氧化硅等雜質(zhì)均在拜耳流程中得以溶解、分離。
因此在連續(xù)碳分線上做了水泥窯煙氣碳分的全流程
工業(yè)試驗。試驗為五槽連續(xù)，前四槽通氣，末槽攪拌
出料(流程同圖3通石灰爐氣部分)，經(jīng)試驗各槽
CO，吸收率達(dá)到80％ ～90％ ，最終出料分解率控制
90％ ～93％ 。試驗結(jié)果證明(表5、表6)：采用窯尾
煙氣進(jìn)行碳分分解在工藝上是完全可行的。
· 52· 有色冶金節(jié)能 口環(huán)保與綜合利用
表5 分解前后煙氣成份對比
表6 水泥窯煙氣分解產(chǎn)品指標(biāo)
類別 炳氣c0z 分解 墨竺 竺皇里
濃度／％ 率／％ SiO2 Fe2o3 Na20 AI203
普通粗氫鋁 91．2 2．78 0．021 1．92 58．8
1 粗氫鋁 19 3 93．2 3．70 0．022 2．53 56．7
2 粗氫鋁 I8．7 91．7 3．30 0．020 1．90 57．8
3 粗氫鋁 19．2 88．7 3．18 0．028 1．95 58．1
4 粗氫鋁 17．9 92 8 2 75 0．0I8 2．19 57．9
5 粗氫鋁 16．8 88．5 2．98 0．018 1．90 56．8
從表6試驗結(jié)果可以看到：試驗所得粗氫鋁較
普通粗氫鋁的氧化硅和氧化鈉含量均有升高，但用
之于拜耳法生產(chǎn)則堪稱優(yōu)質(zhì)礦石，主要雜質(zhì)二氧化
硅在溶解過程中進(jìn)入赤泥直接排出，氧化鈉則是拜
耳法工藝必須物質(zhì)，因此，水泥窯煙氣用于粗液碳分
的工業(yè)試驗是成功的。同時，試驗數(shù)據(jù)證明，窯尾煙
氣在鋁酸鈉溶液分解過程中不會對溶液造成沖稀，
而是會略有濃縮，碳分分解溫度也可以保持與石灰
爐氣分解相當(dāng)?shù)乃健?
2．3．2 經(jīng)濟概算
廢催化劑是化工行業(yè)廢渣，主要以氧化鋁基為
載體，其中的氧化鋁、氧化硅合量為85％ ～95％ ，通
過分解粗氫鋁、進(jìn)拜耳法重溶工藝可最大程度凈化
廢催中的雜質(zhì)，從而達(dá)到回收廢催化劑中的氧化鋁，
變廢為寶的目的，結(jié)合分解母液提釩，該工藝年創(chuàng)利
達(dá)千萬元以上，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保價值。
2．4 其它應(yīng)用
另外，其它小規(guī)模的余熱利用在工業(yè)上也頻有
應(yīng)用：在煙道加換熱器等設(shè)備，將煙氣的高溫用于加
熱生活用水、取暖等。只是換熱器的除灰及防腐等
方面的工作尚需進(jìn)一步的完善。
3 結(jié)束語
經(jīng)過科研人員的不斷探索和努力，工業(yè)廢氣的
回收利用范圍越來越廣泛。在資源日益缺乏的今
天，工業(yè)廢氣的二次應(yīng)用在能源、環(huán)保等各方面都有
重要意義。對于工業(yè)廢氣在應(yīng)用過程中存在的問
題，相信隨著工藝、設(shè)備等方面的發(fā)展會逐步得到解
決，二次資源的回收利用將使工業(yè)生產(chǎn)更加的環(huán)保、
經(jīng)濟。
[參考文獻(xiàn)]
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版社，1993
[2] 李洪剛，李克鑫．淺析工業(yè)窯爐廢氣回收利用的方法
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科技市場，2006，11：28—34
萬洋冶煉“三連爐”直接煉鉛法創(chuàng)兩項世界第一
3月13日，由河南萬洋冶煉(集團)有限公司自
主研發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“三連爐”直接煉鉛法
一次性點火投料成功，創(chuàng)造了兩項世界第一。
其一，首創(chuàng)了把氧化、還原、煙化三爐緊密布置
的生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了全部熱液自流，取消了電熱前床
和熱渣吊運過程，大大降低了工程投入與電耗，提高
了生產(chǎn)效率。其二，為全球首家使用單一煤粒作為
燃料和還原劑的煉鉛企業(yè)，取消了天然氣和煤氣作
燃料，使生產(chǎn)成本更低，運行更經(jīng)濟，操作更簡單、更
可靠、更安全。
目前，中國煉鉛行業(yè)運行的20臺富氧底吹爐，
雖然徹底改變了過去落后的煉鉛工藝，但其生產(chǎn)的
高鉛渣還需要冷卻鑄塊，并且再經(jīng)過鼓風(fēng)爐熔煉才
能完成整個冶煉過程。其中需要使用價格昂貴的焦
炭作燃料和還原劑，損失了大量熱能?！叭B爐”直
接煉鉛法的成功開發(fā)，進(jìn)一步提高了鉛冶煉過程中
的熱利用率，既節(jié)省了大量熱能，又降低了燃料的用
量，很好地實現(xiàn)了節(jié)能降耗、低碳生產(chǎn)。
據(jù)了解，這次煉鉛工藝實現(xiàn)新突破，是萬洋冶煉
技術(shù)人員經(jīng)過近一年潛心鉆研，率先在本企業(yè)試驗
成功的。目前，該工藝運行穩(wěn)定，各項技術(shù)指標(biāo)領(lǐng)
先。為了達(dá)到最佳生產(chǎn)狀態(tài)，企業(yè)工程技術(shù)人員正
在加緊進(jìn)一步調(diào)試。

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