天然氣熔鋁爐燃燒器的技術(shù)改進(jìn)

李洪剛

（中國鋁業(yè)山東有限公司， 淄博 255052）

天然氣熔鋁爐燃燒器的技術(shù)改進(jìn)

李洪剛

（中國鋁業(yè)山東有限公司， 淄博 255052）

對現(xiàn)有熔鋁爐的設(shè)計(jì)缺陷和使用狀況進(jìn)行分析，找出能耗高的主要因素。將天然氣燃燒器合理布局，并采用高效換向燃燒器，對熔鋁爐進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)改造。經(jīng)驗(yàn)證，鋁爐燃燒器經(jīng)改造后，能耗降低明顯，有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會價(jià)值。

熔鋁爐；燃燒器；天然氣；改進(jìn)

0 前言

天然氣熔鋁爐在鋁行業(yè)生產(chǎn)中是必不可少的設(shè)備，其能耗大、運(yùn)行成本高成為影響鋁行業(yè)發(fā)展的制約因素之一。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在市場競爭力的驅(qū)動下，一些天然氣熔鋁爐的節(jié)能技術(shù)正被普遍推廣使用。鑒于此，本文從生產(chǎn)效益和節(jié)能角度出發(fā)，對燃燒器的布局進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)對燃燒器工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會價(jià)值最大化。

1 現(xiàn)狀剖析

我單位有產(chǎn)能分別為30t和40t熔鋁爐2條生產(chǎn)線，由于投用時(shí)間長，受現(xiàn)場條件限制，燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置不合理，爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，燃燒器布局不合理，不換向燃燒器使用不節(jié)能，排煙系統(tǒng)運(yùn)行不良等原因，導(dǎo)致產(chǎn)品綜合能耗偏高。

經(jīng)過對熔鋁爐的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和天然氣能耗分析，燒損率在3%以上，每噸成品鋁綜合天然氣能耗在120m3左右，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高于同行業(yè)的普遍水平，導(dǎo)致市場競爭力低下。從現(xiàn)狀看，爐體的機(jī)械工藝結(jié)構(gòu)差和燃燒器的燃料與空氣的氣流組織結(jié)構(gòu)不合理是兩大影響設(shè)備生產(chǎn)效能的主要因素。下面逐步深入分析問題，并提出最佳的解決方案。

2 解決方案

2.1 燃燒器的布局

受現(xiàn)場已有條件和早期設(shè)計(jì)限制，現(xiàn)有熔煉爐體為矩形爐，燃燒器布置在同一側(cè)，這是熱工設(shè)計(jì)的最大缺陷，且熔鋁爐的燒嘴正對爐門，導(dǎo)致火焰對爐門沖擊性很大，易使?fàn)t門結(jié)構(gòu)變形和高溫氧化受損。熔鋁爐改造前的工作原理如圖1所示。

圖1 燃料不換向蓄熱式燃燒器工作原理

燃燒器的布局為整個(gè)爐體工藝結(jié)構(gòu)的最重要部位，由于客觀條件決定無法對角布置燃燒器，則應(yīng)盡力弱化同側(cè)燃燒器工作的缺陷。同側(cè)爐墻平均間距安裝燃燒器，同時(shí)考慮靠近兩側(cè)墻的燃燒器的火焰中心線平面角應(yīng)向爐內(nèi)側(cè)偏5°，點(diǎn)火燃燒時(shí)火焰不會撞擊爐墻。在剖面上，燃燒器的中心線應(yīng)傾斜過設(shè)計(jì)鋁液面中心線200mm，這樣形成的火焰在鋁液面上并反射至另一半，使火焰長度和熱氣流組織行程在爐膛內(nèi)最長。具體燃燒器設(shè)計(jì)布置如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 燃燒器布置正面圖

圖3 燃燒器墻內(nèi)布置俯視圖

圖4 燃燒器與爐體側(cè)面剖面圖

2.2 燃燒器的工藝優(yōu)化

2.2.1 原工藝存在的問題

原來熔煉爐使用的是不換向蓄熱式燃燒器，該類燃燒器只有一個(gè)燃料燒嘴，在高溫助燃空氣換向時(shí)，燃料供應(yīng)是連續(xù)、不換向燃燒，其存在的問題有：（1）對于不換向蓄熱式，由于熱風(fēng)供應(yīng)系統(tǒng)與燃料供應(yīng)系統(tǒng)分離，燃料與助燃空氣分別從各自噴嘴噴出，在熔鋁爐內(nèi)混合燃燒，混合角度容易出現(xiàn)偏差，混合不充分、燃燒不徹底、易冒黑煙，造成能源浪費(fèi)；（2）對于不換向蓄熱式，由于熔鋁的生產(chǎn)工藝特征，存在著裝料期、熔化初期、熔化中期、熔化后期、升溫期、精煉及保溫期等幾個(gè)階段，爐內(nèi)的溫度變化極大。剛剛裝完冷料的爐子爐溫在400～500℃之間，甚至更低。此時(shí)的爐溫低于燃料的著火溫度，同時(shí)由于爐內(nèi)物料的遮擋，助燃空氣與燃料無法保證充分混合燃燒，會出現(xiàn)不燃、爆燃、爆爐等問題。

2.2.2 現(xiàn)工藝的優(yōu)點(diǎn)

為了克服不換向燃燒器的缺點(diǎn)，采用了換向式燃燒器，換向式燃燒器的工作原理如圖5所示。設(shè)計(jì)的燃料與高溫助燃風(fēng)同時(shí)換向混合燃燒，比燃料不換向、助燃風(fēng)換向的結(jié)構(gòu)具有更好的提前換熱、混合和反應(yīng)燃燒，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮天然氣與助燃風(fēng)的混合氣流組織問題。助燃風(fēng)經(jīng)過蓄熱室余熱回收變成高溫?zé)峥諝猓M(jìn)入燒嘴腔并由均勻布置在同一圓周上的6個(gè)孔均衡分配空氣流量，同時(shí)使助燃風(fēng)形成紊流，目的是有利于擾動天然氣，使其在混合室均勻分配。

圖5 燃料換向蓄熱式燃燒技術(shù)工作原理

該工藝流程的優(yōu)點(diǎn)：燃料與助燃風(fēng)同時(shí)換向，并在燒嘴內(nèi)充分混合后，進(jìn)入爐膛形成充分燃燒，減少污染物產(chǎn)生；形成對角燃燒和排煙，爐膛鋁錠吸熱性好，熔化時(shí)間短，節(jié)約天然能耗，降低生產(chǎn)成本；容易實(shí)現(xiàn)自動化控制，操作維護(hù)簡單，使用蓄熱室余熱利用降低排煙溫度和減少顆粒灰塵排放大氣。

2.2.3 燃燒器的燃料流量和助燃風(fēng)流量設(shè)計(jì)計(jì)算

鋁的熔點(diǎn)660℃，比熱容904J(kg.K)，導(dǎo)熱系數(shù)203W/（m.K），熔化潛熱393kJ/g。以30t熔鋁爐為例，其熔化理論熱量為：

30000×650×0.904+30000×393=29418000kJ= 836.5m3天然氣，天然氣的高位熱值只占天然氣熱值的40%～50%，實(shí)際需要至少673m3天然氣，那么平均每噸鋁能耗55.7m3的理論值，而目標(biāo)值要求在80m3以下，利用設(shè)計(jì)冗余系數(shù)1.1，燃燒器功率約為370×104千卡，每小時(shí)的最大天然氣流量為440m3/h。40t熔鋁爐燃燒器為2對4個(gè)，即每臺燃燒器的功率約為250×104千卡，每小時(shí)的總最大天然氣流量為580m3/h，每臺燃燒器的最大天然氣流量為295m3/h。

依據(jù)天然氣燃燒方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O；空氣的成分系數(shù)：N2：78.9%；O2：20.9%；密度：1.205kg/m3。則計(jì)算一立方的天然氣需要10立方的空氣才能完全燃燒。依據(jù)天然氣最大流量設(shè)計(jì)，30t熔鋁爐的助燃風(fēng)量至少4400m3/h，排煙量至少5000m3/h；40t熔鋁爐的助燃風(fēng)量至少6400m3/h，排煙量至少7000m3/h。

3 運(yùn)行情況

30t熔煉爐改造完成后，噸鋁天然氣單耗由原來的120m3/t降低到當(dāng)前的80m3/t以下，截止當(dāng)年年底累計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)品6779.002t，與改造前對比，節(jié)約天然氣271160m3。天然氣價(jià)格按3元/m3計(jì)算，節(jié)約能源成本81.3萬元。

40t熔煉爐改造后噸鋁天然氣單耗由原來的120m3/t，降低到當(dāng)前的73.6m3/t以下，截止當(dāng)年年底累計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)品 5081.65t，節(jié)約天然氣236804m3，天然氣價(jià)格按3元/m3計(jì)算，節(jié)約能源生產(chǎn)成本71萬元。

2臺天然氣蓄熱式熔鋁爐的節(jié)能改造，從投資經(jīng)濟(jì)效益角度計(jì)算，投資回收期沒有超過1年；從節(jié)能環(huán)保角度來看，每年預(yù)計(jì)節(jié)約標(biāo)煤864t，降低CO2排放量2160t，均有助于提高企業(yè)的清潔生產(chǎn)水平和市場競爭力，并體現(xiàn)國企在節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的社會責(zé)任意識，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會價(jià)值。

[1] 周偉.最新工業(yè)爐窯設(shè)計(jì)改造及節(jié)能環(huán)保治理新工藝新技術(shù)實(shí)用手冊[M].安徽文化音像出版社，2005

[2]肖亞慶，謝水生，等.鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊[M].冶金工業(yè)出版社發(fā)行部，2005

[3]余志華.淺談熔鋁爐優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[C].LW2004鋁型材技術(shù)(國際)論壇論文匯編，2004年11月6日

西南鋁成功試制出6XXX某規(guī)格合金圓棒

近日，西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司熔鑄廠成功試制出6XXX某規(guī)格合金圓棒，這是西南鋁推進(jìn)工廠產(chǎn)能轉(zhuǎn)移的工作方針，結(jié)合國產(chǎn)工具的特點(diǎn)，選擇性地調(diào)整自動化鑄造生產(chǎn)程度較高的設(shè)備功能成功產(chǎn)出的新合金、新規(guī)格的典范。而且這也是該廠首次試制該類型和規(guī)格的合金，工藝參數(shù)調(diào)整難度也較大。

鋁合金抱桿：降本增效明顯

隨著存量鐵塔上新增抱桿的需求增多，容易出現(xiàn)鐵塔載重過大、安裝困難等問題，而且抱桿沒有明顯標(biāo)識，不易區(qū)分運(yùn)營商設(shè)備，維護(hù)起來不方便。而利用鋁合金材料研發(fā)出的新型抱桿，在降本增效的同時(shí)，更好地滿足了客戶需求。這種新型材料的抱桿具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是運(yùn)送輕便、安裝便捷。使用鋁合金制作的抱桿，相比傳統(tǒng)鋼制抱桿，重量減輕了三分之二，運(yùn)送及吊裝更方便、快捷，有效提高了抱桿安裝效率，減小了塔桅的承重負(fù)荷。二是更加美觀、便于識別。利用鋁合金陽極氧化后可以進(jìn)行著色且抗腐蝕性能好的特點(diǎn)，在制作抱桿的同時(shí)可以噴繪上客戶名稱、顏色等標(biāo)識，可以方便客戶在后續(xù)安裝、維護(hù)時(shí)識別各自設(shè)備。此外，鋁合金抱桿的包工包料價(jià)格與傳統(tǒng)鋼制抱桿基本相當(dāng)。

美國首次對華“雙反”劍指鋁箔

美國華盛頓時(shí)間3月28日，美國商務(wù)部（DOC）發(fā)布公告，決定對自中國進(jìn)口的鋁箔發(fā)起反傾銷反補(bǔ)貼調(diào)查。 投訴中國“以低于成本的價(jià)格”向美國市場“傾銷”鋁箔，并且獲得了“不公正的補(bǔ)貼”。這是特朗普政府上臺后的首起對華“雙反”調(diào)查，涉及230家中國企業(yè)。根據(jù)美國商務(wù)部數(shù)據(jù)，去年中國向美國出口相關(guān)鋁箔總計(jì)13.8萬立方噸，價(jià)值3.89億美元。美國國際貿(mào)易委員會將在4月24日前審議此案，如果該委員會認(rèn)為美國的企業(yè)受到傷害，美國商務(wù)部隨后可能決定根據(jù)38.4%至140.2%的傾銷幅度對這些商品征收懲罰性關(guān)稅。在未能通過談判達(dá)成妥協(xié)的情況下，WTO可能允許美國對從中國進(jìn)口的特定商品征收高額關(guān)稅。

新型4接頭牛角式鋁電解電容器299 PHL－4TSI

Vishay推出新系列400V和450V的4接頭牛角式鋁電解電容器—299PHL-4TSI。該電容器在105℃環(huán)境溫度下具有更高的紋波電流，有15種大外形尺寸。VishayBCcomponents299PHL-4TSI系列電容器是針對電源、工業(yè)和家用電器逆變器設(shè)計(jì)的，可減少元器件數(shù)量，降低成本，同時(shí)提高機(jī)械穩(wěn)定性和最終產(chǎn)品的使用壽命。299PHL-4TSI系列器件是使用非固態(tài)電解質(zhì)的極化鋁電解電容器，非常適合脈沖電源中的平滑、濾波和儲能。器件符合RoHS，4接頭配置可實(shí)現(xiàn)高機(jī)械穩(wěn)定性和鍵控極性。299PHL-4TSI可在105℃高溫下工作，使用壽命長達(dá)5000h，同時(shí)還能承受高紋波電流，這樣設(shè)計(jì)者就可以用更少的元器件滿足應(yīng)用產(chǎn)品接到三相主電源的要求。

Technical Improvement for Natural Gas Furnace Burner

LI Hong-gang
(Shandong Branch of CHALCO，Zibo 255052,China)

The existing design defects and use of aluminum smelting furnace were analyzed,and the main factors of high energy consumption was found out.Reasonable layout of natural gas burner and high efficiency directional burner are used to optimize the design of melting aluminum furnace.It is proved that the energy consumption is reduced obviously,and it has good economic value and social value.

aluminum melting furnace;burner;natural gas;improvement

TG292，TG232

B

1005-4898(2017)02-0059-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.02.12

李洪剛（1976-），男，山東淄博人，高級工程師。

2016-08-15