高純鋁傾動爐節能技術的探索與實踐

武 振，皇甫丙偉， 丁加強

(河南科源電子鋁箔有限公司，河南 永城 476600)

隨著經濟全球化的不斷推進，資源和環境問題日顯突出，在鋁加工行業中工業熔鋁爐屬于能源消耗大戶，如何盡快推廣高效、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。

1 高純鋁熔保爐節能改造前的概況

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，用于高純鋁合金的熔煉凈化和保溫，主要技術參數如下：

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：常規冷風高速燒嘴 (1500KW) 二套

燃氣流量檢測：渦輪式流量計

該熔保爐建造時采用的是常規冷風燒嘴，用天然氣作為燃料，一直存在著加熱質量差、耗能大、升溫速度慢、空燃比不合理、點火困難、維修頻繁等問題。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 采用的節能環保技術措施

為進一步控制能源成本，計劃對該爐進行了節能升級改造，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

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兩個燃燒系統，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燃燒系統A后，在經過蓄熱式燃燒 系統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低于21%的高溫氣流，燃氣在此狀態下實現燃燒。爐膛內高溫煙氣通過蓄熱式燃燒系統B時，將熱量儲存在陶瓷球蓄熱體內，然后以低于200℃的低溫煙氣經過換向閥排出。換向閥以一定的頻率進行切換，切換周期設定為90秒，使兩個蓄熱式燃燒系統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。蓄熱式燃燒系統原理如圖2所示。

圖2 蓄熱式燃燒技術工作原理

2.2 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、排煙、天然氣、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，澆筑至距爐頂200mm處，距爐頂200mm的地方采用進口的耐火可塑料進行施工。

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，爐子原有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、數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、閉環控制、電源模塊等；控制系統包括：溫度、壓力、吹掃、點火、主燒嘴切換和傳動機械控制等。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。

3 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%。采用蓄熱式燃燒技術后，煙氣排放溫度降低到150℃左右，助燃空氣溫度預熱到約800℃以上，大大地減少了出爐煙氣所帶走的熱量。平均噸鋁天燃氣消耗降為65Nm3，比原來節能達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，達到了節能減排的目的。主要技術性能指標如下：

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(一組)

蓄熱載體：陶瓷氧化鋁球

燃氣流量檢測：渦輪式流量計

由于蓄熱體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：

技術項目原冷風燒嘴爐蓄熱式燃燒爐應用效果傳熱爐膛溫度存在局部高溫提高爐內的平均溫度且爐內溫度均勻高傳熱率,高加熱速度脈沖燃燒特性2個燒嘴燃燒能力同時升降每個燒嘴不受相鄰燒嘴能力的影響強化爐氣循環,縮短熔化時間,節能爐內溫差50～100℃20～50℃提高了產品質量,減少了鋁液的氧化燒損節能降耗燃燒控制預熱空氣溫度800℃左右節能54%以上煙氣余熱直接排放余熱充分回收節能,提高生產率熔化能力2噸/小時2.5噸/小時燃料充分燃燒提高了生產率環境控制CO2排放自然排放燃料節省54%,相應的溫室效應CO2排放量約減少54%。減少CO2排放NOx排放產生NOx直接排放低氧化燃燒,實現低NOx排放減少NOx排放燃燒噪音80～100dB爐內燃燒只有80～90dB降低了噪音

4 結語

熔保爐的節能改造降低了燃料消耗、降低鋁的氧化燒損。通過優化燃燒系統，廢氣余熱得到回收利用，減少了廢氣帶走的熱量損失。從運行情況看，節能效果非常顯著，比原有爐子節能達54%，提高了生產能力，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。該爐節能升級改造技術可供同行參考。

[1] 蓄熱式熔鋁爐節能技術，《知識窗》

[2]高溫空氣燃燒技術的研究與應用，謝善清、吳道洪，北京神霧熱能技術有限公司.