燃料不换项蓄热式技术在环形熔铝炉上的应用[改]

有色冶金节能051020-901燃料不换向蓄热式燃烧技术在环形熔铝炉上的应用梁志刚（晋能集团铝材有限公司，山西太原030006）[摘要]叙述了蓄热式燃烧技术的起源、发展和工作原理，对燃料换向蓄热式燃烧技术和燃料不换向蓄热式燃烧技术进行了比较，介绍了某公司在环形熔铝炉上应用燃料不换向蓄热式燃烧技术所取得的成效，这也是燃料不换向蓄热式燃烧技术第一次在使用城市煤气作为燃料的炉子上应用。应用后，年节煤气创效351万元。[关键词]蓄热式燃烧；燃料不换向；环形熔铝炉ASignificantRevolutioninHighTemperatureAirCombustionTechnologyliangzhigang(shanxijinnenggroupal.proeuctsco.,ltd)shanxi030006Abstract:ThispaperintroducesthattheFuelCombustionSystemhasbeencreativelyseparatedfromAirCombustion/Combustion-supportinghot-windsupplyingsystem,which,asaresult,hassuccessfullysolvedtheproblemsthatexistinthepresentaircombustion,andexploitedtheapplicationofaircombustion.Keywords:Fuelnon-commutativeaircombustion,exploitingtheapplication0前言80年代英国HotworkDevelopment公司和BritishGas公司开发了新式的蓄热式燃烧技术（RCB技术，现称为燃料换向蓄热式燃烧技术，简称换向蓄热式）。该技术采用耐火球或蜂窝体做蓄热体，单位体积蓄热面积较大，可达200~900m2；蓄热的空气温度可达1100℃以上，仅比炉内温度低100~200℃；回收烟气废热达85％以上，这些热量又返回炉中助燃，减少了燃料消耗，经济效益较大。该技术被国际上称之为21世纪的节能关键技术之一。90年代末，我国引进了该项技术，并在钢铁行业中广泛应用。在有色加工行业，由于熔炼炉与轧钢加热炉的区别（一个是非连续加热炉，一个是连续加热炉。注：一个温度制度不稳定，一个相对稳定）以及有色加工行业自身不能产生清洁能源等原因，换向式蓄热式不能将蓄热式燃烧技术的优点完全发挥出来，所以采用该技术的有色加工企业较少。燃料不换向蓄热式燃烧技术（简称不换向蓄热式）是北京朗天环宇节能科技有限公司的专利技术，是专门针对有色加工行业（尤其是铝加工行业）开发的，它解决了换向蓄热式存在的问题，它使蓄热式燃烧技术又上了一个新的台阶。本文结合某公司应用不换向蓄热式的过程，介绍了换向蓄热式和不换向蓄热式的区别以及该公司应用不换向蓄热式所取得的效果。1环形熔炼炉现状某铝材有限公司是1986年建设的，有环形熔铝炉2台，年熔化金属铝总量约15000t，采用城市煤气作为燃料，燃料热值3800kcal/m3（约15884kJ）左右，采用传统的燃烧方式，每个熔铝炉设有3个燃烧烧嘴；燃烧废气通过烟囱排放到大气中，烟道温度1000℃以上，热量损失严重。因为煤气和助燃空气通过烧嘴混合燃烧，煤气有时进入空气管道，致使空气有色冶金节能051020-902管炸裂。在能源消耗上，平均吨铝燃耗400m3（含装料、熔化、保温、倒炉等时间，约6~8小时/炉），两台炉每天消耗煤气约20000m3，燃料消耗太大，产品成本较高。2蓄热式燃烧技术工作原理1.1换向蓄热式工作原理如图1，当蓄热室A处于鼓风状态时烧嘴A点燃处于燃烧状态，此时蓄热室B处于引风状态，烧嘴B停止工作。四通阀换向后，蓄热室B处于鼓风状态，烧嘴B开始燃烧。此时烧嘴A停止工作，蓄热室A处于引风状态。烧嘴A蓄热室A、烧嘴B蓄热室B按照四通阀的换向交替工作。熔铝炉烧嘴A烧嘴B蓄热室A蓄热室B四通阀接鼓风机接引风机图1燃料换向蓄热式燃烧技术工作原理2.2不换向蓄热式工作原理如图2，当常温空气经过蓄热室（蓄热室A、B内装高铝耐火球）A时，蓄热室A耐火球的热量传给了空气，使空气达到1100℃以上的高温，经过空气烧嘴A给燃料助燃；燃烧产物（烟气）经过空气烧嘴B进入蓄热室B将热量传给蓄热室B的耐火球。换向后空气烧嘴B供热空气给燃料助燃，空气烧嘴A排烟气给耐火球蓄热。A、B空气烧嘴助燃、排烟气反复更换，耐火球放热、蓄热也伴随变化，助燃风温度始终保持在1100℃（比炉温低100~200℃。按国内公然的加热炉节能理论助燃风每提高100℃节能约5%）以上。这种变化是靠四通阀的不断变位实现的（四通阀按照设定，可选择30~120秒自动换向）。在空气蓄热系统按上述方法工作的同时，燃料燃烧系统按照未进行蓄热式改造前的原有方式正常工作，向大气的排烟温度低于150℃。蓄热室A熔铝炉去鼓风机去引风机烧嘴蓄热室B图2燃料不换向蓄热式燃烧技术工作原理有色冶金节能051020-9032.3两种方式的比较（1）对于换向蓄热式，由于燃料换向燃烧，在使用油料，特别是使用粘度较高的油料作为燃料的企业，会造成烧嘴堵塞、结焦、断火、不燃、爆鸣、爆燃等问题，留下了影响生产和造成安全事故的隐患；而对于不换向蓄热式，燃料连续不换向燃烧，就没有此问题。（2）对于换向蓄热式，由于燃料随助燃风的换向而换向，一旦空气蓄热系统出现故障，将直接影响燃料燃烧系统，致使燃料燃烧系统无法工作，从而直接影响生产。对于不换向蓄热式，由于热风供应系统与燃料供应系统分离，所以一旦空气蓄热系统出现问题不会影响正常生产，只是此时不节能了。（3）对于换向蓄热式，由于熔铝的工艺特征，炉内的温度变化极大。刚刚装完冷料的炉子炉温在500~600℃之间，甚至更低。此时的炉温低于燃料的着火温度，同时由于炉内物料的遮挡，换向式蓄热无法保证每次换向后燃料的正常燃烧。一般采用传统燃烧方式将炉温提高到800℃以上时再开启蓄热系统的方法，或者采用长明灯或值班烧嘴连续点燃换向燃烧的烧嘴的方法。这样既造成了燃料的无谓浪费，又提高了工人的劳动强度。对于不换向蓄热式，由于燃料供应是连续的，火焰在连续稳定的燃烧，只是热风供应系统在四通阀的作用下换向，所以刚刚装完冷料的炉子也可以正常使用蓄热式系统。（4）对于换向蓄热式，由于蓄热系统与燃烧系统同时换向，增加了换向部分的投入，现有的炉型面积应增加投入约5万元。同时如果使用煤气作为燃料，燃烧系统换向，也增加了操作人员的操作风险，为解决这个问题，也要投入相当的资金。3不换向蓄热式的应用经过多方面调研和实地考察，比较换向蓄热式和不换向蓄热式的利弊，根据该公司的具体情况，确定用不换向蓄热式对环形熔铝炉进行改造，由北京朗天环宇节能科技有限公司具体实施。3.1项目设计指标环形熔铝炉应用不换向蓄热式技术设计指标见表1。表1环形熔铝炉应用燃料不换向蓄热式燃烧技术设计指标序号项目单位数据及说明1炉子用途铝锭及废铝熔化2装入量t153熔化速度t/h≧34炉内温度℃≧10505铝液出炉温度℃720~7606吨铝煤气消耗m3≦2407供热强度m3/h9008最大供风m3/h≧50009鼓风压力pa≧800010最高热风温度℃80011排烟气量m3/h≧951512引风压力pa≧700013排烟气温度℃≦15014燃料热值kcal/m3≧380015蓄热体形式高铝耐火球有色冶金节能051020-90416改造一个烧嘴，炉子原有两个烧嘴作为备用烧嘴为增加火焰刚性，在设计中在烧嘴中配备了约100m3/的空压风，以增加火焰的刚性和前冲速度。3.2项目的实施2005年7月5日，1#熔炼炉改造开始，首先将鼓、引风机及四通换向阀基础做好，并将鼓、引风机和四通换向阀固定在基础上，然后将各相应的管道连接好。7月18日1#熔铝炉停产安装炉墙上的两块风嘴砖和一块烧嘴砖，同时安装炉体外部的两个蓄热室和一个燃烧烧嘴以及相应的连接管道。7月26日烘炉试生产。公司对该项目进行了7炉跟踪验收，各项指标见表2。与此同时，观察1#炉和2#炉的液面铝渣，发现改造后的1#炉的铝渣明显少于未改造的2#炉，铝的氧化烧损明显减少。表21#熔炼炉验收试生产数据()序号项目单位数据及说明1炉子用途铝锭及废铝熔化2装入量t143熔化速度t/h≧3.74炉内温度℃≧10505铝液出炉温度℃750℃6吨铝煤气消耗m3≦140（综合消耗含轧制废品消耗）7排烟气温度℃≦130，一般为808助燃热风温度℃刚装完料时500℃，最高时970℃9单炉吨铝煤气消耗m3110(不含轧制废品)8月31日，2#熔炼炉开始改造，9月29日试生产，公司对2#炉进行了5炉跟踪验收，各项指标见表3。表32#熔炼炉验收试生产数据序号项目单位数据及说明1炉子用途铝锭及废铝熔化2装入量t143熔化速度t/h3.45(因轧制窄板限制了熔化速度)4炉内温度℃≧10505铝液出炉温度℃7556吨铝煤气消耗m3≦140（综合消耗含轧制废品消耗）7排烟气温度℃≦120,一般为808助燃热风温度℃刚装完料时500℃，最高时970℃9单炉吨铝煤气消耗m3103(不含轧制废品)在实际使用过程中，我们将炉温控制在1050℃，在熔铝全过程中蓄热室助燃空气显示温度只比炉温低80℃，排烟气温度始终低于150℃。在熔铝过程中，待铝化平（此时固体铝已经基本熔化只是铝液温度较低）后，观察炉内火焰，明显看到火焰紧贴液面随着助燃空气的换向左右摆动，感觉到火焰刚性很强。4经济效益和环境效益4.1经济效益有色冶金节能051020-905改造后，吨铝综合煤气消耗由2005年初的400m3，下降到140m3（含轧制不合格品消耗），城市煤气为0.9元/m3，吨铝可节省煤气费用234元，每年可节省煤气费用351万元。同时，从项目验收的指标来看，如果加强管理，调动职工的自觉性和主观能动性，煤气消耗指标还有可能下降较大幅度。该技术可以在含氧量低于21％的条件下燃烧，含氧15％也能充分燃烧，由于低氧，降低了氧化烧损，氧化烧损在原有基础上降低了20％以上，因此这方面所获得的经济效益也是相当可观的。原有氧化烧损为3%，固体铝价格1.6万元/t，年产15000t，可节省费用144万元以上。4.2环境效益根据现场的实际数据显示，蓄热式高温空气燃烧可节省65％的燃料，有害气体CO2、SO2排放相应减少65％，NOX的排放量也会大幅度下降。因此，在取得巨大经济效益的同时，环境效益也较大。5结论（1）燃料不换向蓄热式燃烧技术在环形熔铝炉上的改造是非常成功的。（2）可节省65％的燃料，按年产15000吨铝计算，年可节省煤气费用351万元。（3）可以实现低氧（低于15%）燃烧，降低氧化烧损20％以上，创效144万元。（4）排放烟气降低约65%，环境效益十分可观。（5）该技术值得在同行业推广。作者简介：梁志刚（1970~），男，工程师，山西省太原市人，现任山西晋能集团铝材有限公司铸轧车间主任，长期从事铝材铸轧工作。