铝冶炼和加工行业低温余热回收利用的途径和技术

铝冶炼和加工行业作为高能耗产业，其能源消耗占全国工业部门的21%，其中电解铝电耗成本占比高达45%。在“双碳”目标背景下，低温余热（通常指温度低于200℃的废热）回收利用已成为行业节能降碳的关键方向。今天路成节能将从技术路径、典型案例及政策支持等维度，系统解析铝行业低温余热利用的创新实践与突破方向。
一、低温余热资源分布与技术挑战
1.1 余热来源与温度区间
铝产业链中，低温余热主要产生于以下环节：
电解铝生产：电解槽烟气（140-150℃）、阳ji更换余热（820℃）、铸造机冷却水（60-80℃）。
氧化铝焙烧：沸腾焙烧炉烟气（150-160℃），含40%以上水蒸气潜热。
铝加工：熔炼炉排烟（180-200℃）、模具冷却系统（80-100℃）。
1.2 技术难点
成分复杂性：烟气含氟化物、粉尘，易腐蚀设备（如电解铝烟气中的HF气体）。
温度波动大：非连续生产工艺导致余热品质不稳定。
设备适配性：传统换热器易结垢，热管换热器需解决露点腐蚀问题。
二、核心回收利用技术路径
2.1 余热发电技术
技术原理：采用有机朗肯循环（ORC），以低温烟气驱动涡轮机发电。
典型案例：
中国铝业某电解铝厂通过余热发电系统，年发电量达1.2亿千瓦时，满足全厂15%用电需求，投资回收期约3年。
技术优势：模块化设计适配烟气波动，发电效率较传统蒸汽轮机提升12%。
2.2 热交换与余热梯级利用
技术路线：
阳ji余热回收：利用旧阳ji（820℃）加热新ji，减少预热能耗。实测数据显示，新ji温度可提升至450℃，单槽年节约天然气12万立方米。
烟气-原液换热：氧化铝焙烧炉烟气（150℃）与原液（46℃）间接换热，使原液升温至80℃，年节约蒸汽用量8万吨，折合标煤1.8万吨。
创新设备：
径向夹套热管换热器：采用耐硫酸露点腐蚀的ND钢，热效率达85%，系统阻力仅442Pa，确保焙烧炉稳定运行。
2.3 储能与多能互补系统
光伏-余热协同方案：
利用铝厂大面积厂房屋顶安装光伏板（如13万平方米装机容量15MW），结合余热发电构建微电网。
数据支撑：广西某铝厂光伏项目年发电量1800万千瓦时，配合余热利用降低综合能耗18%。
三、防腐与智能控制关键技术
3.1 材料创新
换热器防腐：采用衬鳞片树脂、搪瓷涂层，关键部件使用镍基合金，解决酸性烟气腐蚀问题。
热管工质优化：添加无机混合工质，提升热管壁温至露点以上，延长设备寿命。
3.2 智能控制系统
PLC动态调节：通过温度传感器与气动阀联动，实时控制热交换水温，确保系统稳定运行。
吹灰技术升级：采用压缩空气激波吹灰，清除烟道积灰，热效率提升5%。
四、政策与市场前景
4.1 政策驱动
《铝产业高质量发展实施方案（2025—2027年）》明确：
推广电解槽余热回收技术，创建环保绩效A级企业。
支持绿色铝产品认证，对余热利用项目给予财政补贴。
4.2 经济效益分析
投资回报：余热发电项目投资约8000元/千瓦，年运行成本降低15%，3-5年回收成本。
碳减排效益：每利用1吨余热可减排CO₂1.2吨，助力企业参与碳交易。
五、未来发展方向
技术融合：探索余热制氢、余热驱动热泵等跨领域应用。
数字化赋能：构建余热回收预测模型，结合AI算法优化运行策略。
标准体系：推动建立余热利用设备性能评价标准，规范市场秩序。
结语
铝冶炼和加工行业的低温余热回收利用，既是降本增效的必然选择，也是实现绿色转型的关键路径。通过技术创新与政策协同，预计未来5年行业余热利用率将从当前30%提升至50%以上，为铝工业高质量发展注入新动能。