焚燒爐系統節能優化設計及應用

高聰敏，張乾兵，王西成，劉忠寶，張康武，孫亞波，楊 博

(1.中國重型機械研究院股份公司， 陜西 西安 710032； 2.西南鋁業(集團)有限責任公司，重慶 西彭 401326)

0 前言

隨著我國工業的發展和國內外市場需求的擴大，大批涂層生產線建成并投產，在市場暢銷的情況下，人們往往忽視了節能問題。目前，在能源日趨緊張，產能嚴重過剩的情況下，大力開展節能改造不但能提高企業的競爭力，還有著十分重要的社會效益。現代化涂層生產線節約能源可以降低企業的生產成本，開展節能改造可以提高企業的競爭力，創造經濟效益[1-9]。西南鋁冷軋廠某涂層機組從國外引進，目前存在的主要問題是燃氣消耗量大，消耗量遠高于同行業水平，燃氣消耗量最高時達465 m3/h，運行成本高，能源浪費嚴重。為降低天然氣消耗，提高市場競爭力，涂層機組節能改造勢在必行。中國重型機械研究院股份公司對焚燒爐系統節能技術進行系統分析，利用自身技術優勢并對該系統進行優化設計。

1 存在問題

西南鋁冷軋廠某涂層機組存在的主要問題是燃氣消耗量大，能源浪費嚴重。生產線主要工藝：開卷、縫合、預脫脂、清洗、化學處理、初涂、固化、精涂、固化、冷卻、檢查、卷取。根據生產現場觀察，結合對供熱系統原理分析，能源消耗大主要表現在供熱方式、煙氣排放、冷風系統及換熱等方面。

(1)固化爐供熱系統采用間接式與直燃式混合供熱方式,即固化爐各溫區采用獨立燒嘴直燃與新風換熱后的熱空氣混合加熱，新風換熱效率不高，用于固化爐加熱的熱量得不到保證，必須通過獨立燒嘴燃燒天然氣補充熱量。

(2)固化爐抽廢氣管路與排煙管路采用1臺風機通過煙囪向外排放，系統在保證固化爐負壓狀態下，勢必會造成焚燒爐膛負壓增大，使得廢氣焚燒后高溫煙氣外排熱量增加。

(3)1#固化爐、2#固化爐加熱1區設有兌冷風系統，由兌冷風閥控制兌冷風量，兌冷風閥在關閉狀態下仍然會有泄漏，就會造成冷風不斷地進入固化爐，增加了新風進風量，進而使排廢氣量增加，焚燒爐負荷加重，能源消耗提高。

(4)一級新風換熱器與二級廢氣換熱器設計及布局不合理，換熱后的熱風分為兩路，一路去往固化爐，另一路去往抽廢氣煙囪排空，當固化爐爐壓正常時，為保證固化爐爐壓穩定性多余的熱風會順著煙囪排空；二級廢氣換熱器換熱溫度低，增加焚燒爐燃氣消耗。

2 改進措施

通過對涂層機組高能耗原因分析，提出改進措施。

(1)優化供熱方案。將固化爐各區加熱燒嘴系統去掉，采用廢氣焚燒后的高溫煙氣直接送入固化爐各區混風箱，優化焚燒結構提高換熱效率。

(2)優化排氣管路送風系統設計，實現固化爐及焚燒爐爐壓單獨穩定控制。將原來1臺抽廢氣風機更換為2臺抽廢氣風機，1臺抽廢氣風機安裝在固化爐與焚燒爐中間管路上，控制固化爐的爐壓；另1臺抽廢氣風機安裝在焚燒爐與廢氣煙囪管路上，控制焚燒爐爐壓。

(3)優化焚燒爐負荷，拆除兌冷風系統。原兌冷風口堵焊并保溫，減少總廢氣量，降低焚燒爐負荷。

(4)優化余熱利用系統。一級換熱器改為廢氣換熱器，提高廢氣換熱后的溫度，二級換熱器改為新風換熱器，換熱后的新風供給前處理干燥爐和化涂干燥爐使用，余熱得到充分利用，降低能耗。

圖1為優化設計的焚燒爐系統及其流程，固化爐爐內產生含有有機溶劑的廢氣，廢氣經排廢風機送至廢氣焚燒爐系統的廢氣換熱器，通過換熱將廢氣加熱，再送至焚燒爐爐膛內進行高溫焚燒轉變為高溫煙氣，高溫煙氣熱量利用分為三部分：利用送熱風風機提供給固化爐；通過新風換熱器將換熱后新風供給化涂爐使用；通過換熱器給助燃風預熱后排入煙囪。

圖1 焚燒爐系統原理

3 改進效果

該涂層機組的焚燒爐供熱系統優化改進后，對某規格產品進行涂鍍，鋁帶厚度：0.2～1.6 mm，寬度：800～1600 mm，工藝速度最大60 m/min。制定了合理的供熱工藝，參數見表1。表1中廢氣量數值為20 000 Nm3/h時，廢氣預熱到溫度390 ℃，燃氣的平均消耗量約為每小時110方。根據涂層機組工藝參數和典型代表規格產品計算，優化設計后的焚燒爐供熱系統，燃氣的消耗量約為85～120 m3/h。

表1 供熱工藝參數

圖2、圖3分別為改造前、后天然氣流量曲線圖。改造前生產某典型產品時，天然氣耗量最高達465 m3/h，平均消耗為390 m3/h，優化后天燃氣平均耗量為110 m3/h。優化后天然氣節約達到70%，每年大約可節省成本230萬元。

圖2 優化前流量曲線

圖3 優化后流量曲線

4 結束語

本文對西南鋁冷軋廠某涂層機組的焚燒爐系統優化改進后，制定了合理供熱工藝方案，優化后熱效率高，天然氣量由平均390 m3/h降至平均110 m3/h，節約大于70%，降低了產品成本，滿足生產工藝要求。說明該涂層機組供熱系統的優化設計是成功的，為同類型產品生產線的研制積累了豐富的經驗。