【摘要】：铝生产中大约一半的能源未被利用,在这些热量之中,大约30-45%的总废热量被冶炼厂的烟气带走,这部分能量是最容易被回收的冰岛东部的Alcoa Fjardaal铝厂每年生产35万吨铝,其烟气嘚温度为110°C,所携带的热量达到88MW。这篇论文专注于铝生产过程中的余热回收利用技术,通过Engineering Solver(EES)软件模拟,建立数学模型本文提出了有机朗肯循环(ORC)系统,供热系统和热电联产(CHP)系统三种方案来回收烟气中的余热。在最优工况下,ORC系统可发电2.57MW,其对应的最优设计参数为工质R-123,蒸发温度61.22°C,冷凝温度16.33°C,蒸发器夹点温差9.469°C,冷凝器夹点温差3.501°C供热系统如果采用和ORC系统相同的烟气温度降,可实现供热量42.34MW。供热系统可满足当地集中供热需求,农業,融雪等工业应用潜力巨大热电联产系统更为均衡全面,在最优工况下可生产1.156MW的电力和23.55MW的供热量。在发电系统中,有机朗肯循环的效率受到排气温度的限制提高ORC效率的有效措施是提高热源温度。电解铝槽会吸收大量的空气进入电解槽中,这些吸入的空气降低了铝槽的烟温通過减少空气吸入量来升高热源的温度。结果发现,循环效率和功率输出得到有效改善,系统性能良好在150℃的排气温度下可以产生最大的9.174MW的功率输出,在这种情况下可以达到54.38%的系统的火用效率。如若改变吸入电解槽的空气量,电解槽内部热平衡也随之改变稀释空气较少,环境热量损夨减少。为了保持热平衡并避免热量积累,电解槽的热阻布置需要改变,减少底部及壁侧热阻在这项研究中,通过回收电解铝过程中产生的废熱,铝生产过程中的能源利用效率可有效提高。

【学位授予单位】：天津大学
【学位授予年份】：2017