燃用重質(zhì)渣油的鋁合金熔煉爐能耗測(cè)試與分析

燃用重質(zhì)渣油的鋁合金熔煉爐能耗測(cè)試與分析

鋁合金熔出機(jī)是一種將鋁原料消耗并添加到金屬中形成的加熱爐。燃料主要是重油。近年來由于石油價(jià)格的不斷上漲,鋁合金生產(chǎn)企業(yè)的燃料成本壓力日益增加而不堪重負(fù),節(jié)能降耗已成為企業(yè)生產(chǎn)中需要重點(diǎn)關(guān)注的工作。某廠建有多臺(tái)20t矩形反射式熔鋁爐,為降低燃料成本,企業(yè)以相對(duì)密度大于1的重質(zhì)渣油為燃料進(jìn)行霧化燃燒,霧化方式采用機(jī)械霧化且不配備煙氣余熱回收裝置,由于采用冷風(fēng)霧化和助燃,熔鋁爐存在嚴(yán)重的冒黑煙現(xiàn)象,同時(shí)大量煙氣余熱被浪費(fèi),造成整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率偏低,廠家統(tǒng)計(jì)的熔鋁爐單位能耗數(shù)據(jù)為噸鋁燃油消耗量79.5kg。為提高能源利用效率,減少冒黑煙現(xiàn)象,降低燃料成本和能耗,將一臺(tái)鋁合金熔煉爐重油機(jī)械霧化燒嘴改為高壓空氣霧化燒嘴,并在煙氣通道加裝了煙氣換熱器以提高助燃風(fēng)溫度。燃燒系統(tǒng)改進(jìn)后,基本消除了熔鋁爐冒黑煙現(xiàn)象。為進(jìn)一步了解燃燒系統(tǒng)改造后鋁合金熔煉爐的能耗水平和能源利用效率,對(duì)此熔鋁爐系統(tǒng)進(jìn)行了能耗測(cè)試,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié),并對(duì)現(xiàn)有熔鋁爐的節(jié)能潛力進(jìn)行進(jìn)一步的分析討論,提出適合企業(yè)節(jié)能降耗的幾點(diǎn)建議,為鋁合金熔煉爐和同類型工業(yè)加熱爐降低能耗、提高能源利用率提供參考。1試驗(yàn)對(duì)象和測(cè)試方法1.1燃料供應(yīng)系統(tǒng)能耗測(cè)試對(duì)象為某公司一臺(tái)20t矩形反射式熔鋁爐,熔鋁爐爐膛前墻裝有可升降式爐門,爐門上開有三排散氣孔,爐門前正上方裝有煙氣集氣罩,集氣罩通過管路接入引風(fēng)機(jī)和煙囪;爐墻側(cè)壁裝有兩臺(tái)高壓空氣霧化重油油槍,在燃燒器對(duì)面的側(cè)墻上開有煙氣出口,煙氣通道裝有空氣換熱器,進(jìn)行煙氣余熱回收;空氣換熱器前裝有煙氣閘板,廠方為保證爐內(nèi)溫度穩(wěn)定和維持高溫,煙氣閘板開度為10%左右,即僅有少部分煙氣進(jìn)入換熱器,大部分煙氣通過爐門的散氣孔進(jìn)入集氣罩,經(jīng)集氣罩收集后接入煙囪排出。熔鋁爐的燃料供應(yīng)系統(tǒng)依次由重油油箱、輔助電加熱器、輸油油泵、重油流量計(jì)等通過管路和閥門連接,最終接至重油霧化油槍,油槍頭部的助燃風(fēng)通道裝有旋流葉片,使助燃風(fēng)進(jìn)入爐內(nèi)時(shí)進(jìn)行旋風(fēng)助燃。熔鋁爐燃料油為重質(zhì)渣油,其物性數(shù)據(jù)由廠家化驗(yàn)提供,測(cè)試所用重油共取樣三批次,重油數(shù)據(jù)如表1所示,能耗計(jì)算取其平均值。1.2熱風(fēng)溫度和煙氣成分測(cè)量燃油消耗量由輸油泵后面的累計(jì)式重油流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量,在空氣換熱器的煙氣進(jìn)出口管道處設(shè)置K型熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量,在送風(fēng)機(jī)入口設(shè)置皮托管進(jìn)行送風(fēng)量測(cè)試;油槍助燃風(fēng)入口設(shè)置K型熱電偶測(cè)量熱風(fēng)溫度,爐內(nèi)鋁液溫度采用移動(dòng)式K型熱電偶進(jìn)行測(cè)量,排煙煙氣成分由HORIBA-PG250煙氣分析儀測(cè)量。測(cè)試選取熔鋁爐正常生產(chǎn)的一個(gè)班次,從鋁熔煉爐裝料開始按照以下步驟進(jìn)行:(1)首先記錄環(huán)境溫度、大氣壓力參數(shù),記錄重油流量計(jì)初始讀數(shù);(2)在加熱、熔化、加料、鋁液升溫等階段進(jìn)行燃油流量和風(fēng)量測(cè)量,持續(xù)測(cè)量換熱器煙氣進(jìn)出口溫度、助燃熱風(fēng)溫度、煙氣成分?jǐn)?shù)據(jù);(3)在鋁液溫度達(dá)到730℃滿足鑄造條件?；鸷?記錄燃油流量表最終數(shù)據(jù)和熔化時(shí)間,鋁棒鑄造成型后測(cè)量鋁棒直徑、長(zhǎng)度和密度數(shù)據(jù),鋁棒經(jīng)過加工入庫(kù)時(shí)記錄鋁棒實(shí)際產(chǎn)量。2能源效果分析2.1單位產(chǎn)品能耗數(shù)據(jù)測(cè)試得到的熔鋁爐能源利用率數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果如表2所示。從表2中的數(shù)據(jù)可以看出,所測(cè)試鋁熔煉爐能源利用效率只有42.17%,系統(tǒng)的能源利用率較低,其中的熱助燃風(fēng)溫度只升高了13℃,遠(yuǎn)低于換熱器設(shè)計(jì)水平,可見爐體仍存在可觀的節(jié)能潛力。表3給出了熔鋁爐測(cè)試的單位產(chǎn)品能耗數(shù)據(jù),并給出了單位能耗按照熱值折算為180號(hào)重油和標(biāo)煤的數(shù)據(jù),其中180號(hào)重油數(shù)據(jù)為密度(20℃)g/cm3≤0.98,低位熱值4.18kJ/kg≥9800。由表3中的數(shù)據(jù)可以看出,采用高壓空氣霧化油槍后,熔鋁爐出爐鋁棒噸鋁燃油消耗量為68.71kg,而原先采用機(jī)械霧化油槍的熔鋁爐統(tǒng)計(jì)噸鋁燃油消耗量為79.5kg,鋁棒單位能耗下降10.79kg,下降13.6%,節(jié)能效果明顯。與同類型生產(chǎn)企業(yè)熔鋁爐能耗對(duì)比時(shí),可采用按照實(shí)際燃油熱值折算為180號(hào)重油數(shù)據(jù)或者標(biāo)煤數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,分別為59.3kg/t和83.02kgce/t,從而使數(shù)據(jù)比較采用同一個(gè)基準(zhǔn)。2.2渣油的燃燒效率表4為熔鋁爐排煙管道煙氣閘板前的煙氣成分平均數(shù)據(jù),可以看出熔鋁爐內(nèi)的重質(zhì)渣油有較高的燃燒效率,CO的排放量?jī)H有188×10-6;燃油中含有微量的硫元素,造成熔鋁爐燃燒煙氣中SO2濃度為15.4×10-6,同時(shí)煙氣中的氮氧化物為188.6×10-6,污染物排放濃度滿足國(guó)家相關(guān)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。3節(jié)能潛力分析3.1煙氣斑塊閥門開度對(duì)回收煙氣的影響從熔鋁爐能耗測(cè)試數(shù)據(jù)可知,熔鋁爐能源利用率只有42.17%,大部分的熱量通過爐體散熱、煙氣廢熱的方式而浪費(fèi),其中煙氣余熱回收效率低于2%,可見提高煙氣余熱回收效率是增加能源利用率的主要途徑。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況看,導(dǎo)致煙氣余熱回收效率低的主要原因是換熱器前煙氣擋板開度過小。實(shí)際運(yùn)行中廠方為保證爐內(nèi)溫度穩(wěn)定和維持高溫,煙氣閘板開度僅為10%左右,大量高溫?zé)煔獠荒苓M(jìn)入煙氣換熱器進(jìn)行高溫?fù)Q熱,而是通過爐門口排出,使換熱器工作效率下降。后續(xù)實(shí)際運(yùn)行中需進(jìn)行煙氣擋板開度與熔鋁爐整體熱效率和能耗的影響試驗(yàn),找出熔鋁爐高能源利用率的煙氣擋板閥門開度數(shù)據(jù),以指導(dǎo)以后的熔鋁爐現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。在煙氣余熱回收效率得到提升以后,熔鋁爐的能耗將進(jìn)一步下降,其能源利用效率和節(jié)能水平將大大增加。3.2氣體霧化和熱風(fēng)助燃技術(shù)提高燃油的燃燒效率是提高熔鋁爐節(jié)能水平最直接的手段,企業(yè)為降低燃料成本,采用相對(duì)密度大于1的重質(zhì)渣油為燃料進(jìn)行燃燒,這對(duì)油槍的霧化水平提出了更為嚴(yán)格的要求。重油霧化過程主要是外力(壓力、氣動(dòng)力)與內(nèi)力(表面張力、粘性力)相互競(jìng)爭(zhēng)的過程,當(dāng)外力作用足以克服液體表面張力和粘滯性時(shí),液體會(huì)破碎成小液滴,重質(zhì)渣油由于具有較大的粘滯性,因此需要的外力也較大。高壓氣體霧化方式比機(jī)械霧化方式更合適這種燃料。采用冷風(fēng)助燃和機(jī)械霧化方式的燃燒技術(shù)能耗水平高,燃油的燃燒效率也低,導(dǎo)致熔鋁爐冒黑煙現(xiàn)象嚴(yán)重;而采用高壓空氣霧化方式和煙氣余熱回收裝置的熱風(fēng)旋流助燃技術(shù)提高了重質(zhì)渣油的燃燒效率,從而減少了不完全燃燒和熔鋁爐冒黑煙現(xiàn)象,增加了熔鋁爐能源利用率。因此企業(yè)后續(xù)可將重油機(jī)械霧化方式進(jìn)行改造,以進(jìn)一步提高整廠的節(jié)能水平。3.3重質(zhì)渣油高壓空氣霧化燃燒試驗(yàn)重質(zhì)渣油改進(jìn)霧化方式以后,其燃燒效率還跟助燃風(fēng)配比、霧化空氣壓力、燃油壓力等因素密切相關(guān)。在燃燒室內(nèi)保持足夠的高溫,如果氧氣供應(yīng)充足,則重質(zhì)渣油很容易被氧化而燃燒完全,即使火焰內(nèi)局部區(qū)域缺氧,也只是生成少量的CO和H2,只要在流出燃燒室之前再與氧氣混合,仍然可以燃盡。但如果燃燒室內(nèi)的空氣供應(yīng)不足,或者燃油、空氣混合很不均勻,就會(huì)有部分烴類因高溫、缺氧而發(fā)生熱解、裂化,最終析出炭黑,出現(xiàn)燃燒不充分、冒黑煙等現(xiàn)象。因此合理的配風(fēng)比、最佳的霧化空氣壓力和燃油壓力差值,以及合適的燃油流量是熔鋁爐中重質(zhì)渣油能否高效燃燒的關(guān)鍵影響因素。采用高壓空氣霧化油槍后,為保證重質(zhì)渣油高燃燒效率,需及時(shí)調(diào)節(jié)和進(jìn)行燃燒工況的優(yōu)化調(diào)整工作。在燃燒器改造后進(jìn)行了多次的燃燒器調(diào)試,摸索重質(zhì)渣油高效燃燒的相關(guān)工況參數(shù)并得到了相關(guān)數(shù)據(jù),測(cè)試中重質(zhì)渣油高壓空氣霧化燃燒在最佳工況參數(shù)下運(yùn)行,達(dá)到了所期望的高效燃燒效果,熔鋁爐冒黑煙現(xiàn)象大為減少,測(cè)試結(jié)果也表明熔鋁爐單位能耗降低了13.6%。測(cè)試得到的最佳工況參數(shù)可用于指導(dǎo)同企業(yè)其他熔鋁爐改造后的優(yōu)化運(yùn)行,以提高企業(yè)的能源利用率。4提高企業(yè)鋁熔煉爐節(jié)能方案通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試,得到某廠經(jīng)過燃燒技術(shù)改造的鋁熔煉爐能源利用效率為42.17%,鋁棒單位能耗下降13.6%,節(jié)能效果明顯,但系統(tǒng)余熱回收效率較低,大量煙氣余熱被浪費(fèi),鋁熔煉爐仍存在較大節(jié)能潛力。結(jié)合試驗(yàn)中測(cè)量的數(shù)據(jù)和分析結(jié)論,對(duì)提高企業(yè)鋁熔煉爐節(jié)能水平提出以下參考建議:(1)進(jìn)一步提高煙氣余熱回收效率,進(jìn)行煙氣擋板開度與熔鋁爐整體熱效率和能耗的影響試驗(yàn),找出熔鋁爐高能源利用率時(shí)的煙氣擋板閥門開度數(shù)據(jù),降低熔鋁爐單位能耗,并