武 振，皇甫丙偉， 丁加強(qiáng)

(河南科源電子鋁箔有限公司，河南 永城 476600)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷推進(jìn)，資源和環(huán)境問(wèn)題日顯突出，在鋁加工行業(yè)中工業(yè)熔鋁爐屬于能源消耗大戶，如何盡快推廣高效、環(huán)保的節(jié)能技術(shù)成為重中之重。

鋁及鋁合金的熔煉是鋁加工企業(yè)生產(chǎn)中的第一道重要工序，而熔保爐是熔鑄機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，也是主要的耗能設(shè)備，在生產(chǎn)能耗中占有很大的比重。一般情況下，爐子生產(chǎn)率越高，則熔化時(shí)的單位燃料消耗就越低。為了降低能源消耗，應(yīng)盡量提高爐子生產(chǎn)率，另一方面應(yīng)充分回收利用出爐廢氣的余熱，同時(shí)對(duì)燃燒系統(tǒng)實(shí)行燃料與助燃空氣的自動(dòng)比例調(diào)節(jié)，以防止空氣量過(guò)剩或不足。

1 高純鋁熔保爐節(jié)能改造前的概況

河南科源電子鋁箔有限公司是以研發(fā)、生產(chǎn)和銷售電子鋁箔及其相關(guān)延伸產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)，公司鑄造車間主要為下游工序生產(chǎn)合格的電子鋁箔坯料，現(xiàn)有25噸高純鋁傾動(dòng)式熔保爐1臺(tái)，用于高純鋁合金的熔煉凈化和保溫，主要技術(shù)參數(shù)如下：

爐膛工作溫度： 1000～1200℃

熔體溫差：±5℃(精煉、攪拌終了)

熔化期熔化率：2t/h

燃料：天然氣

燃料最大耗量：330m3/h

燒嘴型式：常規(guī)冷風(fēng)高速燒嘴 (1500KW) 二套

燃?xì)饬髁繖z測(cè)：渦輪式流量計(jì)

該熔保爐建造時(shí)采用的是常規(guī)冷風(fēng)燒嘴，用天然氣作為燃料，一直存在著加熱質(zhì)量差、耗能大、升溫速度慢、空燃比不合理、點(diǎn)火困難、維修頻繁等問(wèn)題。出爐煙氣直接排放，煙氣溫度在800-1000℃，熱損失大，能耗高。生產(chǎn)過(guò)程中，為準(zhǔn)確掌握燃?xì)夂牧?，生產(chǎn)人員一般每8小時(shí)記錄一次天然氣使用情況，通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，噸鋁天然氣消耗一般在140Nm3,其原理如圖1所示 。

圖1 熔保爐煙氣直接排放示意圖

2 采用的節(jié)能環(huán)保技術(shù)措施

為進(jìn)一步控制能源成本，計(jì)劃對(duì)該爐進(jìn)行了節(jié)能升級(jí)改造，采用新材料、新工藝等技術(shù)措施，通過(guò)采用蓄熱式燃燒技術(shù)，優(yōu)化加熱方式，使天然氣合理充分燃燒，廢氣余熱得到充分回收利用，大大減少了廢氣帶走的熱量損失。

2.1 蓄熱式燃燒技術(shù)

蓄熱式燃燒技術(shù)是一種全新概念的燃燒技術(shù)，它把回收余熱與高效燃燒及降低NOx排放等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。蓄熱式燒嘴成對(duì)布置，安裝A、B兩個(gè)燃燒系統(tǒng)，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(fēng)機(jī)出來(lái)的常溫空氣由換向閥切換進(jìn)入燃燒系統(tǒng)A后，在經(jīng)過(guò)蓄熱式燃燒 系統(tǒng)A陶瓷球時(shí)被加熱，在極短的時(shí)間內(nèi)常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度,被加熱的高溫?zé)峥諝膺M(jìn)入爐膛后，卷吸周圍爐內(nèi)的煙氣形成一股含氧量低于21%的高溫氣流，燃?xì)庠诖藸顟B(tài)下實(shí)現(xiàn)燃燒。爐膛內(nèi)高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)蓄熱式燃燒系統(tǒng)B時(shí)，將熱量?jī)?chǔ)存在陶瓷球蓄熱體內(nèi)，然后以低于200℃的低溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)換向閥排出。換向閥以一定的頻率進(jìn)行切換，切換周期設(shè)定為90秒，使兩個(gè)蓄熱式燃燒系統(tǒng)處于蓄熱與放熱交替工作狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)能和降低NOx排放量的目的。如此周而復(fù)始變換，通過(guò)蓄熱體這一媒介，排出的煙氣余熱被充分回收利用。蓄熱式燃燒系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 蓄熱式燃燒技術(shù)工作原理

2.2 改造采用的技術(shù)方案

(1)燒嘴系統(tǒng)

a 將原燒嘴側(cè)墻液面線300mm以上至爐頂以下的澆注料拆除，燒嘴側(cè)墻根據(jù)蓄熱式燒嘴的尺寸進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加固和制作。

b重新構(gòu)建爐子助燃風(fēng)、排煙、天然氣、壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)，保障蓄熱式燒嘴工作。

c燒嘴側(cè)墻澆筑采用不污染高純鋁的進(jìn)口澆注料，澆筑至距爐頂200mm處，距爐頂200mm的地方采用進(jìn)口的耐火可塑料進(jìn)行施工。

d對(duì)原排煙系統(tǒng)進(jìn)行改造，增設(shè)排煙風(fēng)機(jī)及相關(guān)管網(wǎng)構(gòu)成爐子主排煙系統(tǒng)，爐子原有排煙系統(tǒng)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(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)全部需要重新更換。新建的控制系統(tǒng)采用西門子程控器，硬件包括CPU、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、閉環(huán)控制、電源模塊等；控制系統(tǒng)包括：溫度、壓力、吹掃、點(diǎn)火、主燒嘴切換和傳動(dòng)機(jī)械控制等。為了操作及維護(hù)方便，人機(jī)界面采用觸摸屏，可以方便地設(shè)定和修改工藝參數(shù)及過(guò)程控制參數(shù)。

3 改造后的使用效果

根據(jù)工業(yè)爐熱工原理，助燃空氣每升高100℃，能節(jié)省燃料約5%，或者煙氣溫度每降低100℃，能節(jié)省燃料約5%。采用蓄熱式燃燒技術(shù)后，煙氣排放溫度降低到150℃左右，助燃空氣溫度預(yù)熱到約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?xì)庀慕禐?5Nm3，比原來(lái)節(jié)能達(dá)54%。爐子熱效率大幅度提高，從根本上提高了爐子的能源利用率，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。主要技術(shù)性能指標(biāo)如下：

爐膛工作溫度： 1000～1200℃

熔體溫差：±3℃(精煉、攪拌終了)

熔化期熔化率：2.5t/h

燃料：天然氣

燃料最大耗量：250m3/h

燒嘴型式：蓄熱式燒嘴 2個(gè)(一組)

蓄熱載體：陶瓷氧化鋁球

燃?xì)饬髁繖z測(cè)：渦輪式流量計(jì)

由于蓄熱體回收了煙氣中絕大部分的余熱，并由助燃風(fēng)帶回爐內(nèi)，大大降低了爐子的熱支出，改造前后對(duì)比分析如下：

技術(shù)項(xiàng)目原冷風(fēng)燒嘴爐蓄熱式燃燒爐應(yīng)用效果傳熱爐膛溫度存在局部高溫提高爐內(nèi)的平均溫度且爐內(nèi)溫度均勻高傳熱率,高加熱速度脈沖燃燒特性2個(gè)燒嘴燃燒能力同時(shí)升降每個(gè)燒嘴不受相鄰燒嘴能力的影響強(qiáng)化爐氣循環(huán),縮短熔化時(shí)間,節(jié)能爐內(nèi)溫差50～100℃20～50℃提高了產(chǎn)品質(zhì)量,減少了鋁液的氧化燒損節(jié)能降耗燃燒控制預(yù)熱空氣溫度800℃左右節(jié)能54%以上煙氣余熱直接排放余熱充分回收節(jié)能,提高生產(chǎn)率熔化能力2噸/小時(shí)2.5噸/小時(shí)燃料充分燃燒提高了生產(chǎn)率環(huán)境控制CO2排放自然排放燃料節(jié)省54%,相應(yīng)的溫室效應(yīng)CO2排放量約減少54%。減少CO2排放NOx排放產(chǎn)生NOx直接排放低氧化燃燒,實(shí)現(xiàn)低NOx排放減少NOx排放燃燒噪音80～100dB爐內(nèi)燃燒只有80～90dB降低了噪音

4 結(jié)語(yǔ)

熔保爐的節(jié)能改造降低了燃料消耗、降低鋁的氧化燒損。通過(guò)優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，廢氣余熱得到回收利用，減少了廢氣帶走的熱量損失。從運(yùn)行情況看，節(jié)能效果非常顯著，比原有爐子節(jié)能達(dá)54%，提高了生產(chǎn)能力，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(chǎn)成本，增加了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，給公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，提高了生產(chǎn)的社會(huì)效益。該爐節(jié)能升級(jí)改造技術(shù)可供同行參考。

[1] 蓄熱式熔鋁爐節(jié)能技術(shù)，《知識(shí)窗》

[2]高溫空氣燃燒技術(shù)的研究與應(yīng)用，謝善清、吳道洪，北京神霧熱能技術(shù)有限公司.