一種鋁型材生產線余熱階梯綜合利用系統*

唐光麒 李翼 王永機 譚連元 田鵬

一種鋁型材生產線余熱階梯綜合利用系統*

唐光麒1李翼1王永機1譚連元1田鵬2

（1.佛山市通潤熱能科技有限公司 2.佛山市百步梯醫療科技有限公司）

現有鋁型材生產過程中產生的高溫煙氣直接或者經除塵系統處理后排放，造成燃氣的大量浪費，且高溫煙氣除塵成本高昂。基于鋁型材生產線溫度梯級特點，開發一種鋁型材生產線余熱階梯綜合利用系統，將生產線上游高溫爐排出的高溫煙氣中的余熱分配到下游各低溫爐中，使每個爐的余熱能為下游爐充分利用。在佛山某鋁業公司的實際運行效果表明，該系統可大幅降低氣耗，節能約30%。

鋁型材生產線；煙氣余熱階梯利用；煙氣能量置換

0　引言

煙氣余熱隨爐溫變化，約占總熱量的30%~70%，工業爐余熱回收具有較大潛力[1-2]。現有鋁型材生產線上的生產設備，如熔鑄爐、均質爐和時效爐等，在生產過程中產生的高溫煙氣直接或者經除塵系統處理后排放。這種高溫煙氣排放，一方面帶走了生產線上近50%的熱量，造成燃氣的大量浪費，不利于生產成本降低；另一方面，高溫煙氣中含有大量有害氣體，直接排放不利于環保；若經除塵后排放，高溫煙氣對除塵系統要求較高，除塵系統建設成本高昂。因此，煙氣余熱回收具有重要意義。

考慮到鋁型材生產線不同設備間溫度差別，并綜合目前常見的煙氣余熱利用途徑，如煙氣預熱燃料及助燃空氣[1,3-5]、產品烘干[3]、加熱工質或物料[4]、余熱回收后供給外界[5]等，本文在前期工作基礎上[6]，開發一種鋁型材生產線余熱階梯綜合利用系統。該系統基于鋁型材生產線溫度梯級特點，能將鋁型材生產線上游高溫爐排出的高溫煙氣中的余熱分配到下游各低溫爐。

1　鋁型材生產線溫度梯級特點

鋁型材生產線的設備不僅煙氣溫度高，而且不同生產環節工作溫度梯級明顯。其中：熔鑄爐設定控制溫度為1050℃；鋁錠預熱室為500℃；均質爐為560℃；鋁棒加熱爐為500℃；時效爐為220℃；固化爐為180℃；烘干爐為120℃。

相應地各設備煙氣溫度亦存在明顯梯級差別，其中：熔鑄爐煙氣溫度達800℃~1000℃；鋁錠預熱室、鋁棒加熱爐、均質爐煙氣約為500℃；時效爐、固化爐煙氣約為150℃～200℃；烘干爐煙氣約為80℃。

若能將工作溫度較高的設備所排出的高溫煙氣利用于預熱燃料及助燃空氣、加熱物料，為工作溫度較低的設備提供熱量，可大大降低系統的能耗。

2　系統結構

根據上述溫度梯級特點，設計鋁型材生產線余熱階梯綜合利用系統，系統結構圖如圖1所示。該系統利用排煙管道、送煙管道、輸煙管道、排煙閥、輸煙閥、安全閥、換熱器、送風機及送煙閥組成的煙氣輸送網絡，將鋁型材生產線上的熔鑄爐、鋁錠預熱室、均質爐、鋁棒加熱爐、時效爐、固化爐和烘干爐連通起來。

除熔鑄爐只設置排煙管道外，其余各爐均設置排煙管道及送煙管道。上游爐的排煙管道和其相鄰下游爐的送煙管道通過輸煙管道連通。即熔鑄爐、均質爐和時效爐各自的排煙管道與鋁錠預熱室、鋁棒加熱爐和固化爐各自的送煙管道之間相鄰連通；鋁錠預熱室、鋁棒加熱爐和固化爐各自的排煙管道與均質爐、時效爐和烘干爐各自的送煙管道之間相鄰連通；烘干爐的排煙管道直接向外排出或者連接煙氣除塵系統。

在各個排煙管道的排煙口處設置排煙閥，輸煙閥和安全閥設置在各個輸煙管道上。換熱器、送風機和送煙閥設置在各送煙管道上，其設置位置隨送煙方向依次為換熱器、送風機和送煙閥。高溫煙氣經換熱器換熱后，其攜帶的余熱通過送風機送入下游爐中。

為實現余熱綜合利用，系統增設煙氣余熱分配與監控裝置，如圖2所示。該裝置包括中央處理器及調控設備。調控設備包括排煙閥、輸煙閥、安全閥、換熱器、送煙機及送煙閥。

1-熔鑄爐 2-鋁錠預熱室 3-均質爐 4-鋁棒加熱爐 5-時效爐 6-固化爐 7-烘干爐 8-排煙管道 9-送煙管道 10-輸煙管道 11-排煙閥 12-輸煙閥 13-安全閥 14-換熱器 15-送風機 16-送煙閥

圖2　煙氣余熱分配與監控裝置組成示意圖

中央處理器讀取各爐/預熱室溫度與壓力值，進行監測分析。根據分析結果控制各閥門開關，從而調節煙氣余熱分配。各爐/預熱室的監控流程相似，以鋁錠預熱室、鋁棒加熱爐及固化爐為例，其流程為：根據實際工作溫度與設定溫度之間的偏差判斷鋁錠預熱室、鋁棒加熱爐及固化爐是否需要進煙，若需要，輸煙閥、送煙閥打開，送風機啟動，煙氣經送煙管進入換熱器進行熱交換，使自然空氣通過換熱器得到余熱的高溫空氣送到鋁錠預熱爐、鋁棒加熱爐及固化爐等爐內利用；若均不需要，則高溫煙氣直接從熔鑄爐中排出。

各爐之間可進行煙氣輸送的關系如下：

1）熔鑄爐煙氣可供鋁錠預熱室、鋁棒加熱爐及固化爐使用；

2）鋁錠預熱室煙氣可供均質爐、時效爐和烘干爐使用；

3）均質爐煙氣可供鋁棒加熱爐和固化爐使用；

4）鋁棒加熱爐煙氣可供時效爐和烘干爐使用；

5）時效爐煙氣可直接排出或供給固化爐使用；

6）固化爐煙氣直接排出或供給烘干爐使用；

7）烘干爐煙氣可通過換熱器為外界提供熱水，或直接排出，或經除塵系統處理后排出。

各爐均已安裝溫度、壓力傳感器，并已有各自的控制器。監控系統僅需增加與各爐控制器的通訊接口，即可通過接口讀取各爐的溫度和壓力值。

3　應用案例

本文設計的鋁型材生產線余熱階梯綜合利用系統在佛山某鋁業公司實施，對該公司10臺鋁棒加熱爐與15臺時效爐進行空氣預熱再支持燃燒。其中，鋁棒加熱爐采用PLC300中央處理器進行控制，根據其尾氣溫度確定送煙閥開度，并由中央處理器控制IC20-07W2電動執行器打開DN250熱風鋁蝶閥；尾氣通過送煙管道送進熱交換器交換；9-19型高壓離心通風機送進熱交換器的空氣得到余熱預熱后再送到其他需要加熱爐。

鋁棒加熱爐的排煙溫度屬于中高溫余熱資源。已有資料表明[7]，一般排煙溫度每降低10℃，爐效率可提高約1%。該公司在實施鋁型材生產線余熱階梯綜合利用系統后，鋁棒加熱爐尾氣排出溫度由400℃左右降到130℃左右；時效爐尾氣排出溫度由180℃左右降到120℃左右；因排煙溫度降低，天然氣與煤氣消耗量降低近30%。

4　結語

本文基于鋁型材生產線溫度梯級特點，開發了一種鋁型材生產線余熱階梯綜合利用系統。該系統通過調控裝置調配余熱，將上游高溫爐排出的高溫煙氣中的余熱分配到下游各低溫爐中，降低了系統的能耗。

需指出的是，節能僅為余熱利用系統設計與實現的一個指標，由于該類系統均增加初期投資和運行成本，其具體設計與實現需綜合考慮企業實際情況及預期的經濟效益。

[1] 劉漢周,官文洪.熔鋁爐煙氣余熱梯級利用系統設計及應用案例[C].綠色鑄造與持續發展2015(第25屆)重慶市鑄造年會,2015.

[2] 楊永軍.新型低污染高效節能燃氣燃燒系統的研究[D].北京:北京工業大學,2000.

[3] 李海榮.鋁行業煙氣凈化及余熱利用研究[J].山東冶金,2019 (2):52-54.

[4] 劉國澳,劉慧,涂福炳,等.熔鋁爐煙氣余熱利用研究[J].冶金能源, 2016,35(6):36-39,42.

[5] 樊振國.煙氣余熱回收裝置在鋁熔保爐除塵系統中的應用[J].有色金屬加工,2016,45(3):54-56.

[6] 譚連元.一種鋁型材生產線余熱綜合利用系統:中國,201110380687.2[P].2012-04-11.

[7] 段江.鍋爐排煙溫度高的原因分析[J].西北電力技術,2004, 32(1):40-41,44.

A Cascade Comprehensive Utilization System of Flue Gas Energy in Aluminum Profile Production Line

Tang Guangqi1Li Yi1Wang Yongji1Tan Lianyuan1Tian Peng2

(1.Foshan Tongrun Thermal Energy Technology Co., Ltd. 2.Foshan Baibuti Medical Technology Co., Ltd.)

The high temperature flue gas produced in the production line of existing aluminum profiles is discharged directly or after the treatment of dust removal system, which wastes a large amount of gas, and requires high-cost dust removal system for high temperature flue gas. Based on the characteristics of temperature cascade in aluminum profile production line, this paper develops a system for the comprehensive use of the flue gas energy in the production line. The system distributes the waste heat of high temperature flue gas from upstream high temperature furnaces to downstream low temperature furnaces, so that the waste heat of each upstream furnace can be fully utilized for downstream furnaces. The actual operation results in an aluminum factory in Foshan show that the system can reduce gas consumption and save nearly 30% energy.

Aluminum Profile Production Line; Cascade Utilization of Flue Gas Energy; Energy Replacement of Flue Gas

粵港關鍵領域重點突破項目（2012A080103004）

唐光麒，男，1981年生，大學本科，主要研究方向：信息工程設計與管理。E-mail: nhtongrun@163.com

李翼，男，1978年生，高中，主要研究方向：電氣自動化設計與燃燒控制系統設計。

王永機，男，1980年生，大學專科，主要研究方向：機械設計與制造。

譚連元，男，1958年生，大學專科，工程師，主要研究方向：機械設計與制造。

田鵬，男，1977年生，大學本科，工程師，主要研究方向：信息工程設計與管理。E-mail: 40199950@qq.com