高純鋁傾動爐節能技術的探索與實踐

【摘要】主要介紹了高純鋁傾動式熔保爐燃燒系統改造的思路及節能原理，著重闡述了蓄熱式燃燒技術在高純鋁熔保爐上的應用，并對使用情況進行了對比分析，望能夠供同行參考。

【關鍵詞】溫度；蓄熱；余熱；節能

【中圖分類號】S210.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0359-02

隨著經濟全球化的不斷推進，資源和環境問題日顯突出，工業熔鋁爐做為能源消耗的大戶，如何盡快推行高效、環保的節能技術成為重中之重。

鋁及鋁合金的熔煉是鋁加工企業生產中的第一道重要工序，而熔保爐是熔鑄機組的關鍵設備，也是主要的耗能設備，在生產能耗中占有很大的比重。一般情況下，爐子生產率越高，則熔化時的單位燃料消耗就越低。為了降低能源消耗，應盡量提高爐子生產率，另一方面應充分回收利用出爐廢氣的余熱，同時對燃燒系統實行燃料與助燃空氣的自動比例調節，以防止空氣量過剩或不足。

一、高純鋁熔保爐節能改造前概況

河南科源電子鋁箔有限公司是以研發、生產和銷售電子鋁箔及其相關延伸產品的高新技術企業，公司鑄造車間主要為下游工序生產合格的電子鋁箔坯料，現有25噸高純鋁傾動式熔保爐1臺，主要用來高純鋁合金的熔煉凈化和保溫，主要技術參數如下：

（1）爐膛工作溫度：1000～1200℃

（2）熔體溫差：±5℃（精煉、攪拌終了）

（3）熔化期熔化率：2t/h

（4）燃料：天然氣

（5）燃料最大耗量：330m3/h

（6）燒嘴型式：常規冷風高速燒嘴1500KW二套

（7）燃氣流量檢測：渦輪式流量計

熔爐建設時采用的是常規冷風燒嘴，使用天然氣為燃料，一直以來存在著加熱質量差、耗能大、升溫速度低、空燃比例不合理、點火困難、維修頻繁等問題，爐出爐煙氣直接排放，煙氣溫度在800-1000℃，熱損失大，耗能高。平時生產過程中，為準確掌握燃氣耗量，生產人員一般每8小時記錄一次天然氣使用情況，通過統計數據分析，噸鋁天然氣消耗一般在130Nm3，天然氣每月耗量在50噸左右。

二、采用的節能環保技術措施

為進一步控制能源成本，計劃對該爐進行節能升級改造，采用新材料、新工藝等技術措施，通過采用蓄熱式燃燒技術，優化加熱方式，使天然氣合理充分燃燒，廢氣余熱得到接近極限的回收利用，減少廢氣帶走的熱量損失。

1、蓄熱式燃燒技術

蓄熱式燃燒技術是一種全新概念的燃燒技術，它把回收余熱與高效燃燒及降低NOx排放等技術有機地結合起來。蓄熱式燒嘴成對布置，安裝A、B兩個燒嘴，采用陶瓷氧化鋁球作為蓄熱體，空氣與天然氣斜交混合。從鼓風機出來的常溫空氣由換向閥切換進入燒嘴A后，在經過蓄熱式燒嘴A陶瓷球時被加熱，在極短的時間內常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度，被加熱的高溫熱空氣進入爐膛后，卷吸周圍爐內的煙氣形成一股含氧量大大低于21%的稀薄貧氧高溫氣流，燃氣在貧氧狀態下實現燃燒，與此同時，爐膛內燃燒后的熱煙氣經過另一個蓄熱式燒嘴B排入大氣，爐膛內高溫煙氣通過蓄熱式燒嘴B時，將顯熱儲存在陶瓷球蓄熱體內，然后以低于100℃的低溫煙氣經過換向閥排出。工作溫度不高的換向閥以一定的頻率進行切換，切換周期設定為90秒，使兩個蓄熱式燃燒器處于蓄熱與放熱交替工作狀態，從而達到節能和降低NOx排放量的目的。如此周而復始變換，通過蓄熱體這一媒介，排出的煙氣余熱被充分回收利用。

2、改造采用的技術方案

（1）燒嘴系統

a將原燒嘴側墻液面線300mm以上至爐頂以下的澆注料拆除，燒嘴側墻根據蓄熱式燒嘴的尺寸進行現場加固和制作。

b重新構建爐子助燃風管網系統、排煙管網系統、天然氣管網系統、壓縮空氣管網系統，保障蓄熱式燒嘴工作。

c燒嘴側墻澆筑采用不污染高純鋁的進口澆注料，澆筑至距爐200mm處，距爐頂200mm的地方采用進口的可塑料進行施工。

d對原排煙系統進行改造，增設排煙風機及相關管網構成爐子主排煙系統，爐子現在排煙系統作為輔助排煙，兩股煙氣最終匯總一起并入主煙道。

（2）電氣控制系統

電氣控制系統全部需要重新更換。新建的控制系統采用西門子程控器，硬件包括CPU模塊，數字量輸入模塊，數字量輸出模塊，模擬量輸入模塊，閉環控制模塊，電源模塊等，控制系統包括：溫度控制、壓力控制、吹掃控制、點火控制、主燒嘴切換控制和傳動機械控制等。為了操作及維護方便，人機界面采用觸摸屏，可以方便地設定和修改工藝參數及過程控制參數。

三、改造后的使用效果

根據工業爐熱工原理，助燃空氣每升高100℃，能節省燃料約5%，或者煙氣溫度每降低100℃，能節省燃料約5.5%。采用蓄熱式燃燒技術后，煙氣排放溫度降低到100℃以下，助燃空氣溫度預熱到了800℃以上，大大地減少了出爐煙氣所帶走的熱量。平均噸鋁天燃氣消耗降為75Nm3，比原來節能達42%，月消耗天燃氣降至30噸左右，爐子熱效率大幅度提高，從根本上提高了加熱爐的能源利用率，提高了燃料的合理利用。主要技術性能指標如下：

（1）爐膛工作溫度：1000～1200℃

（2）熔體溫差：±3℃（精煉、攪拌終了）

（3）熔化期熔化率：2.5t/h

（4）燃料：天然氣

（5）燃料最大耗量：250m3/h

（6）燒嘴型式：蓄熱式燒嘴2個一組

（7）蓄熱載體：陶瓷氧化鋁球

（8）燃氣流量檢測：渦輪式流量計

由于蓄熱體“極限回收”了煙氣中絕大部分的余熱，并由助燃風帶回爐內，大大降低了爐子的熱支出，改造前后對比分析如下：

四、結語

熔保爐的節能改造從降低燃料消耗、降低鋁的氧化燒損兩方面考慮。通過優化燃燒系統，廢氣余熱得到接近極限的回收利用，減少了廢氣帶走的熱量損失。經過運行情況來看，節能效果非常顯著，比原加熱爐節能達42%，提高了生產效率，降低了能源消耗，減少了高純鋁液的氧化燒損，大幅降低了生產成本，增加了產品競爭力，給公司創造了可觀的經濟效益，提高了生產的社會效益。