蓄热式熔铝炉节能技术

蓄热式熔铝炉节能技术

一、熔铝炉得能耗与节能

国内铝加工行业熔铝炉使用传统得加热技术其能耗一般在75万大卡/吨铝左右;在国外,吨铝能耗一般低于55万大卡。因此,国内得熔铝炉节能潜力还有很大得空间。

判断熔铝炉能耗高低以及就是否节能,从两个方面来瞧,第一,熔化率,第二,炉子热效率。

熔化率就是指单位时间单位熔池体积得熔化量(生产率),炉子升温速度越快,炉子熔池越大则炉子得熔化率越高,在一般情况下,炉子生产率越高,则熔化率得单位热量消耗就越低。炉子热效率就是铝被加热熔化时吸收得热量与供入炉内得热量之比。

为了降低能源消耗,应尽量提高炉子生产率,另一方面应充分回收利用出炉废气得余热。同时对燃烧装置实行燃料与助燃空气得自动比例调节,以防止空气量过剩或不足。减少炉体得蓄热与散热损失以及减少炉门开口等辐射热损失。

早期得(现在也有一部分)熔铝炉一般离炉烟气直接排放,烟气温度在750℃以上(图1)。

图1 废热不利用得炉子

为减少烟气带走得热量损失,人们在排烟管道上安装了热量回收装置即空气换热器,将助燃空气预热到一定得温度(200℃左右)后参与燃料得燃烧,但换热器后得排放温度还在500℃以上(图2)。

图2 安装空气预热器得炉子

采用蓄热式燃烧技术可以将烟气排放温度降低到150℃以下,助燃空气温度预热到700℃以上,这样就大大地减少了离炉烟气所带走得热量,使炉子热效率大幅度提高,燃料消耗大量减少,达到节能得目得(图3)。

图3 HTAC技术得工作原理图

根据工业炉热工原理,助燃空气温度每升高100℃,能节省燃料约5%;或者烟气温度每降低100℃,能节省燃料约5、5%。因此,采用蓄热式燃烧技术相对换热器回收装置可以节能25%以上。

二、熔炼炉概述:

传统上有火焰炉、电阻炉、中频感应炉、反射炉以及坩埚炉等。为了获得质量高又经济得铝合金溶液,各企业对熔炼设备得选择越来越重视,近几年来,火焰炉、电阻炉、中频感应炉、反射炉都有所改进。熔炼炉结构得发展方向就是:操作自动化、应用更新化、原料节能化等。新型加热材料、新型耐火材料与新溶剂得到新得应用。

采用蓄热式烟气余热回收装置,交替切换空气与烟气,使之流经蓄热体,能够最大程度上回收高温烟气热量,将助燃空气预热800度-1000度以上,其余热回收率可达85%以上。

2、合理组织燃烧工况,使炉内形成与传统火焰迥然不同得新型火焰型,创造出

炉内均匀得温度场分布。

3、通过空气与燃料气流得合理组织,交替使用,就是燃料在低氧环境中进行燃

烧,消除炉内局部高温区。

三、蓄热式燃烧系统工作原理

蓄热式烧嘴成对布置,相对得两个烧嘴为一组(A、B烧嘴)。从鼓风机出来得常温空气由换向阀切换进蓄热式烧嘴A后,在流过蓄热式烧嘴A陶瓷小球蓄热体时被加热,常温空气被加热到接近炉膛温度(一般为炉膛温度得80％~90％)。被加热后得高温空气进入炉膛后,卷吸周围炉内得烟气形成一股含氧量大大低于2 1％得稀薄贫氧高温气流,贫氧高温空气与注入得燃料混合,实现燃料在贫氧状态下燃烧;与此同时,炉膛内得热烟气经过蓄热式烧嘴B排出,高温热烟气通过蓄热式烧嘴B时将显热储存在蓄热式烧嘴B内得蓄热体内,然后以低于150℃得低温烟气经过换向阀排出。当蓄热体储存得热量达到饱与时进行换向,蓄热式烧嘴A 与B变换燃烧与蓄热工作状态,如此周而复始,从而达到节能与降低NO

排放量等

X

目得。

蓄热式燃烧技术改变了传统得燃烧方式,主要表现为燃料与空气以适当速度从不同得喷嘴通道进入炉内,并卷吸炉内得燃烧产物,空气中得O

含量被稀释,燃

2

料在炉膛中高温(1 000℃以上)低氧浓度场(5%～6、5%)工况下燃烧,此种燃烧方式带来了许多优点:

(1)节能效果显著,比传统熔化炉平均节能25%以上

由于蓄热体“极限回收”了烟气中大部分得余热,并由参与燃烧得介质带回炉内,大大降低了炉子得热支出,所以采用蓄热式燃烧技术得炉子比传统熔化炉节能。

(2)消除了局部高温区,炉温分布均匀

燃料在高温低氧浓度工况下燃烧,在炉内形成没有明显火焰得弥漫燃烧,消除了火焰产生得局部高温区,火焰边界几乎扩大到整个炉膛,使炉温更加均匀。蓄热式烧嘴工作状态频繁交换,使燃烧热点得位置及炉气流动方向频繁改变,强化了炉气对流,减小炉内死角,也使炉温更加均匀。

(3)提高加热质量

均匀得炉温使铝锭加热更均匀,降低了局部高温以及富氧环境对铝液得挥发与氧化作用。

(4)延长炉子耐火材料使用寿命

炉温均匀与消除局部高温区使耐火材料受热均匀,并保证耐火材料始终工作在合理得使用温度范围内。

(5)减少温室效应气体CO

2排放量及NO

X

生量

燃料节省25%,相应得CO

2

排放量也减少25%。由于局部高温区得消除,有效得降

低了NO

X

得生成量。

四、蓄热体材料

蓄热体就是蓄热式燃烧技术关键部分,它要求蓄热体具有蓄热量大、换热速度好、高温强度好、阻力损失小、抗氧化抗渣性强,而且经济耐用。

陶瓷球得原理就就是在蓄热室内填冲直径相同得许多陶瓷实心球,堆积呈固定床,球径一般在15-25mm之间。

陶瓷球蓄热体比表面积240m2/m3,众多得小球将气流分割成很小流股,气流在蓄热体中流过时,形成强烈紊流,有效地冲破了蓄热体表面得附面层,又由于球径很小,传热半径小,热阻小,密度高,导热性强,加之换向系统设计独特,故可实现频繁且快速得换向,固此,蓄热体可利用30次/H,高温烟气流经蓄热体床层后便可将烟气降至150℃排放。常温空气流径蓄热体在相同路径内即可预热至反比烟气温度低50℃,温度效率高达95%以上。另外,因为蓄热体体积十分小巧,加之小球床得流通能力强,即使积灰得阻力增加也不影响换热指标,陶瓷小球得更换,清洗非常方便,并可重复利用。dlUkY。

蓄热体材质陶瓷材料

形状球形

蓄热体体积 3m3

换向时间 120秒

空气预热温度 1000℃

高温烟气温度 1050℃

排烟温度≤150℃

材料比表面积(m2/m3) 240

球径 25mm

热回收率约70%-80%

五、应用案例

1.某铝厂熔化车间——新建项目

熔化材料:铝坯及再生铝材

炉子形式:矩形固定式

炉子容量:30T 炉膛工作温度:< 1 100℃

铝液温度:720℃～830℃熔体温差:≤±5℃

熔化期熔化率:5、2t/h

熔池面积:5、05×4、5=22、7m2

熔池深度:650mm

熔化期吨铝消耗:≤62 m3/吨铝

铝坯入炉温度:常温

燃料:天然气

发热值:8 500 kcal/Nm3

排烟温度:<150℃

蓄热材料:陶瓷小球

烧嘴型式:含点火及常明式蓄热式烧嘴

2.某铝业有限公司——改造项目

改造前:为常规得烧嘴技术,即采用机械式雾化油枪技术,熔化率为3、5吨,吨铝耗油76千克。经过改造后得熔化率达到5吨,熔铝热耗53千克,平均节油率30%。

相关参数如下:

熔化材料:30％铝及铝合金锭、废料＋70％电解铝液

炉子形式:矩形固定式、一扇组合大炉门、机械扒渣

炉子容量:25T

炉膛工作温度: < 1 100℃

铝液温度:730℃～860℃

熔化期熔化率:5t/h

熔池面积:5×4=20 m2

熔化期吨铝消耗:～53公斤/吨铝

熔料入炉温度:常温

燃料:0＃轻柴油

发热值:10 200 kcal/kg

排烟温度:<150℃

六、总论:

从热平衡角度来说,采用蓄热式换热技术得熔化炉燃料节约率与炉子砌体得蓄热量、炉体得表面散热损失有关。因为烧嘴就是通过烟气回收余热得,炉体得蓄热量减小,表面散热损失越少,则排烟余热量越大,燃料节约率就越高。

同时,由于熔铝炉间歇性工作特点,在不同工作状态时炉温、蓄热体中空气流速、烟气出口温度有较大波动。这样烧嘴换向时间也应随工作状态变化而变化,优化蓄热体得利用率,使余热回收达到更好得效果。

由于空气通过蓄热体后温度升高,带进炉内大量显热,使得燃料得理论燃烧温度显著提高。在采用相同得炉型与燃料时,蓄热炉比常规炉有更高得综合加热温度与更快得加热速度。

采用蓄热式换热技术,带来得直接经济效益主要就是节省燃料。由于消除局部高温区,炉温分布均匀,使耐火材料使用寿命延长,同时提高了加热质量,减少了氧化烧损。由这些因素带来得经济效益也就是相当可观得。

从环境保护角度来说,燃料节省25%,烟气中CO

2

等温室气体总量也相应减少了2

5%。同时由于燃料在高温空气贫氧环境下,降低了NO

X

得产生。总之,蓄热技术应

用到熔铝炉上,起到了很好得节能效果;也降低了CO

2与NO

X

得排放,减轻环境污

染。同时,蓄热技术还有待进一步研究,达到更好得节能、环保效果。

蓄热式熔铝炉

【节能技术】

河南鑫源铝业经销部