蓄熱式熔鋁爐節(jié)能技術(shù)

1、蓄熱式熔鋁爐節(jié)能技術(shù)一、熔鋁爐的能耗與節(jié)能國內(nèi)鋁加工行業(yè)熔鋁爐使用傳統(tǒng)的加熱技術(shù)其能耗一般在75萬大卡/噸鋁左右；在國外，噸鋁能耗一般低于55萬大卡。因此，國內(nèi)的熔鋁爐節(jié)能潛力還有很大的空間。判斷熔鋁爐能耗高低以及是否節(jié)能， 從兩個(gè)方面來看，第一，熔化率，第二，爐子熱效率。 熔化率是指單位時(shí)間單位熔池體積的熔化量（生產(chǎn)率），爐子升溫速度越快，爐子熔池越大 則爐子的熔化率越高，在一般情況下，爐子生產(chǎn)率越高，則熔化率的單位熱量消耗就越低。爐 子熱效率是鋁被加熱熔化時(shí)吸收的熱量與供入爐內(nèi)的熱量之比。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)對燃燒裝置實(shí)行燃料與

2、助燃空氣的自動(dòng)比例調(diào)節(jié)，以防止空氣量過?；虿蛔恪p少爐體的蓄熱和散熱損失以及減少爐門開口等輻射熱損失。早期的（現(xiàn)在也有一部分）熔鋁爐一般離爐煙氣直接排放，煙氣溫度在750C以上（圖1）。?圖1 ?廢 熱不利用 的爐子 為減少煙 氣帶走的 熱量損失， 人們在排 煙管道上 安裝了熱 量回收裝 置即空氣 換熱器，將 助燃空氣 預(yù)熱到一 定的溫度（200 r 左 右）后參與 燃料的燃 燒，但換熱器后的排放溫度還在 500r以上（圖2）。圖2?安裝空氣預(yù)熱器的爐子采用蓄熱式燃燒技術(shù)可以將煙氣排放溫度降低到150E以下，助燃空氣溫度預(yù)熱到700r以上，這樣就大大地減少了離爐煙氣所帶走的熱量，使?fàn)t子熱效率大

3、幅度提高，燃料消耗大量減少， 達(dá)到節(jié)能的目的（圖3）。圖3 ?HTAC技術(shù)的工作原理圖根據(jù)工業(yè)爐熱工原理，助燃空氣溫度每升高100 r，能節(jié)省燃料約5%;或者煙氣溫度每降低100r，能節(jié)省燃料約5.5%。因此，采用蓄熱式燃燒技術(shù)相對換熱器回收裝置可以節(jié)能25%以上。二熔煉爐概述：傳統(tǒng)上有火焰爐、電阻爐、中頻感應(yīng)爐、反射爐以及坩堝爐等。為了獲得質(zhì)量高又經(jīng)濟(jì)的 鋁合金溶液，各企業(yè)對熔煉設(shè)備的選擇越來越重視， 近幾年來，火焰爐、電阻爐、中頻感應(yīng)爐、 反射爐都有所改進(jìn)。熔煉爐結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向是：操作自動(dòng)化、應(yīng)用更新化、原料節(jié)能化等。新 型加熱材料、新型耐火材料和新溶劑得到新的應(yīng)用。1、采用蓄熱式煙氣余熱

4、回收裝置，交替切換空氣和煙氣，使之流經(jīng)蓄熱體，能夠最大程度上 回收高溫?zé)煔鉄崃?，將助燃空氣預(yù)熱 800度-1000度以上，其余熱回收率可達(dá) 85%以上。2、合理組織燃燒工況，使?fàn)t內(nèi)形成與傳統(tǒng)火焰迥然不同的新型火焰型，創(chuàng)造出爐內(nèi)均勻的溫 度場分布。3、通過空氣與燃料氣流的合理組織，交替使用，是燃料在低氧環(huán)境中進(jìn)行燃燒，消除爐內(nèi)局 部咼溫區(qū)。三、蓄熱式燃燒系統(tǒng)工作原理蓄熱式燒嘴成對布置，相對的兩個(gè)燒嘴為一組(A、B燒嘴)。從鼓風(fēng)機(jī)出來的常溫空氣由換 向閥切換進(jìn)蓄熱式燒嘴A后，在流過蓄熱式燒嘴A陶瓷小球蓄熱體時(shí)被加熱，常溫空氣被加 熱到接近爐膛溫度(一般為爐膛溫度的 80%90%)。被加熱后的高溫空

5、氣進(jìn)入爐膛后，卷吸 周圍爐內(nèi)的煙氣形成一股含氧量大大低于 21%的稀薄貧氧高溫氣流，貧氧高溫空氣與注入的 燃料混合，實(shí)現(xiàn)燃料在貧氧狀態(tài)下燃燒；與此同時(shí)，爐膛內(nèi)的熱煙氣經(jīng)過蓄熱式燒嘴B排出，高溫?zé)釤煔馔ㄟ^蓄熱式燒嘴 B時(shí)將顯熱儲(chǔ)存在蓄熱式燒嘴 B內(nèi)的蓄熱體內(nèi)，然后以低于150C 的低溫?zé)煔饨?jīng)過換向閥排出。當(dāng)蓄熱體儲(chǔ)存的熱量達(dá)到飽和時(shí)進(jìn)行換向，蓄熱式燒嘴A和B變換燃燒和蓄熱工作狀態(tài)，如此周而復(fù)始，從而達(dá)到節(jié)能和降低NOx排放量等目的。蓄熱式燃燒技術(shù)改變了傳統(tǒng)的燃燒方式，主要表現(xiàn)為燃料與空氣以適當(dāng)速度從不同的噴嘴通道進(jìn)入爐內(nèi)，并卷吸爐內(nèi)的燃燒產(chǎn)物，空氣中的O2含量被稀釋，燃料在爐膛中高溫(1 000

6、 c以上)低氧濃度場(5%6.5%)工況下燃燒，此種燃燒方式帶來了許多優(yōu)點(diǎn)：(1) 節(jié)能效果顯著，比傳統(tǒng)熔化爐平均節(jié)能 25%以上由于蓄熱體“極限回收”了煙氣中大部分的余熱，并由參與燃燒的介質(zhì)帶回爐內(nèi)，大大降 低了爐子的熱支出，所以采用蓄熱式燃燒技術(shù)的爐子比傳統(tǒng)熔化爐節(jié)能。(2) 消除了局部高溫區(qū)，爐溫分布均勻燃料在高溫低氧濃度工況下燃燒，在爐內(nèi)形成沒有明顯火焰的彌漫燃燒，消除了火焰產(chǎn)生的局部高溫區(qū)，火焰邊界幾乎擴(kuò)大到整個(gè)爐膛，使?fàn)t溫更加均勻。蓄熱式燒嘴工作狀態(tài)頻繁交換， 使燃燒熱點(diǎn)的位置及爐氣流動(dòng)方向頻繁改變，強(qiáng)化了爐氣對流，減小爐內(nèi)死角，也使?fàn)t溫更加均勻。(3) 提高加熱質(zhì)量均勻的爐溫使鋁

7、錠加熱更均勻，降低了局部高溫以及富氧環(huán)境對鋁液的揮發(fā)和氧化作用。？(4) 延長爐子耐火材料使用壽命爐溫均勻和消除局部高溫區(qū)使耐火材料受熱均勻，并保證耐火材料始終工作在合理的使用溫度范圍內(nèi)。(5) 減少溫室效應(yīng)氣體CC2排放量及NOx生量燃料節(jié)省25%,相應(yīng)的CC2排放量也減少25%。由于局部高溫區(qū)的消除，有效的降低了 NOx 的生成量。四、蓄熱體材料蓄熱體是蓄熱式燃燒技術(shù)關(guān)鍵部分， 它要求蓄熱體具有蓄熱量大、換熱速度好、高溫強(qiáng)度 好、阻力損失小、抗氧化抗渣性強(qiáng)，而且經(jīng)濟(jì)耐用。陶瓷球的原理就是在蓄熱室內(nèi)填沖直徑相同的許多陶瓷實(shí)心球，堆積呈固定床，球徑一般在15-25mm之間。陶瓷球蓄熱體比表面積

8、240m2/m3,眾多的小球?qū)饬鞣指畛珊苄×鞴?，氣流在蓄熱體中流 過時(shí)，形成強(qiáng)烈紊流，有效地沖破了蓄熱體表面的附面層，又由于球徑很小，傳熱半徑小，熱 阻小，密度高，導(dǎo)熱性強(qiáng)，加之換向系統(tǒng)設(shè)計(jì)獨(dú)特，故可實(shí)現(xiàn)頻繁且快速的換向，固此，蓄熱 體可利用30次/H,高溫?zé)煔饬鹘?jīng)蓄熱體床層后便可將煙氣降至150C排放。常溫空氣流徑蓄熱體在相同路徑內(nèi)即可預(yù)熱至反比煙氣溫度低50C，溫度效率高達(dá)95%以上。另外，因?yàn)樾顭狍w體積十分小巧，加之小球床的流通能力強(qiáng)，即使積灰的阻力增加也不影響換熱指標(biāo)，陶瓷小 球的更換，清洗非常方便，并可重復(fù)利用。 蓄熱體材質(zhì)陶瓷材料形狀蓄熱體體積換向時(shí)間空氣預(yù)熱溫度高溫?zé)煔鉁囟扰艧?/p>

9、溫度材料比表面積（m2/m3） 球徑熱回收率球形3m3120秒1000 C1050 C 150 C24025mm 約 70%-80%五、應(yīng)用案例下面以燃油、燃?xì)庑顭崾饺垆X爐為案例，對采用某公司單蓄熱（空氣）技術(shù)及專利設(shè)備（換 向閥）等應(yīng)用節(jié)能效果做比較和分析。1 某鋁廠熔化車間一一新建項(xiàng)目 熔化材料：鋁坯及再生鋁材爐子形式：矩形固定式爐子容量：30T?爐膛工作溫度： 1 100 C鋁液溫度：720 C830 C ?容體溫差：w 5C熔化期熔化率：5.2t/h熔池面積：5.05X 4.5=22.7m2熔池深度：650mm熔化期噸鋁消耗：w 62 m3/噸鋁鋁坯入爐溫度：常溫燃料：天然氣發(fā)熱值：8

10、 500 kcal/Nm3排煙溫度：150 C蓄熱材料：陶瓷小球燒嘴型式：含點(diǎn)火及常明式蓄熱式燒嘴2 某鋁業(yè)有限公司一一改造項(xiàng)目改造前：為常規(guī)的燒嘴技術(shù)，即采用機(jī)械式霧化油槍技術(shù)，熔化率為3.5噸，噸鋁耗油76千克。經(jīng)過改造后的熔化率達(dá)到 5噸，熔鋁熱耗53千克，平均節(jié)油率30%。相關(guān)參數(shù)如下：熔化材料：30%鋁及鋁合金錠、廢料+ 70%電解鋁液爐子形式：矩形固定式、一扇組合大爐門、機(jī)械扒渣爐子容量：25T爐膛工作溫度： 1 100 C鋁液溫度：730 C860 C熔化期熔化率：5t/h熔池面積：5 X 4=20 m2熔化期噸鋁消耗：53公斤/噸鋁熔料入爐溫度：常溫 燃料：0 #輕柴油 發(fā)熱值

11、：10 200 kcal/kg 排煙溫度：150 C六、總論：從熱平衡角度來說，采用蓄熱式換熱技術(shù)的熔化爐燃料節(jié)約率與爐子砌體的蓄熱量、爐體的表面散熱損失有關(guān)。因?yàn)闊焓峭ㄟ^煙氣回收余熱的，爐體的蓄熱量減小，表面散熱損失越少， 則排煙余熱量越大，燃料節(jié)約率就越高。同時(shí)，由于熔鋁爐間歇性工作特點(diǎn)，在不同工作狀態(tài)時(shí)爐溫、蓄熱體中空氣流速、煙氣出口溫 度有較大波動(dòng)。這樣燒嘴換向時(shí)間也應(yīng)隨工作狀態(tài)變化而變化，優(yōu)化蓄熱體的利用率，使余熱 回收達(dá)到更好的效果。由于空氣通過蓄熱體后溫度升高， 帶進(jìn)爐內(nèi)大量顯熱，使得燃料的理論燃燒溫度顯著提高。 在 采用相同的爐型和燃料時(shí)，蓄熱爐比常規(guī)爐有更高的綜合加熱溫度和更快的加熱速度。 采用蓄熱式換熱技術(shù)， 帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益主要是節(jié)省燃料。由于消除局部高溫區(qū)，爐溫分布 均勻，使耐火材料使用壽命延長，同時(shí)提高了加熱質(zhì)量，減少了氧化燒損。由這些因素帶來的 經(jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可