高纯铝倾动炉节能技术的探索与实践
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【摘要】主要介绍了高纯铝倾动式熔保炉燃烧系统改造的思路及节能原理，着重阐述了蓄热式燃烧技术在高纯铝熔保炉上的应用，并对使用情况进行了对比分析，望能够供同行参考。
【关键词】温度；蓄热；余热；节能
【中图分类号】S210.4 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0359-02
随着经济全球化的不断推进，资源和环境问题日显突出，工业熔铝炉做为能源消耗的大户，如何尽快推行高效、环保的节能技术成为重中之重。
铝及铝合金的熔炼是铝加工企业生产中的第一道重要工序，而熔保炉是熔铸机组的关键设备，也是主要的耗能设备，在生产能耗中占有很大的比重。一般情况下，炉子生产率越高，则熔化时的单位燃料消耗就越低。为了降低能源消耗，应尽量提高炉子生产率，另一方面应充分回收利用出炉废气的余热，同时对燃烧系统实行燃料与助燃空气的自动比例调节，以防止空气量过剩或不足。
一、高纯铝熔保炉节能改造前概况
河南科源电子铝箔有限公司是以研发、生产和销售电子铝箔及其相关延伸产品的高新技术企业，公司铸造车间主要为下游工序生产合格的电子铝箔坯料，现有25吨高纯铝倾动式熔保炉1台，主要用来高纯铝合金的熔炼净化和保温，主要技术参数如下：
（1）炉膛工作温度：1000～1200℃
（2）熔体温差：±5℃（精炼、搅拌终了）
（3）熔化期熔化率：2t/h
（4）燃料：天然气
（5）燃料最大耗量：330m3/h
（6）烧嘴型式：常规冷风高速烧嘴1500KW二套
（7）燃气流量检测：涡轮式流量计
熔炉建设时采用的是常规冷风烧嘴，使用天然气为燃料，一直以来存在着加热质量差、耗能大、升温速度低、空燃比例不合理、点火困难、维修频繁等问题，炉出炉烟气直接排放，烟气温度在800-1000℃，热损失大，耗能高。平时生产过程中，为准确掌握燃气耗量，生产人员一般每8小时记录一次天然气使用情况，通过统计数据分析，吨铝天然气消耗一般在130Nm3，天然气每月耗量在50吨左右。
二、采用的节能环保技术措施
为进一步控制能源成本，计划对该炉进行节能升级改造，采用新材料、新工艺等技术措施，通过采用蓄热式燃烧技术，优化加热方式，使天然气合理充分燃烧，废气余热得到接近极限的回收利用，减少废气带走的热量损失。
1、蓄热式燃烧技术
蓄热式燃烧技术是一种全新概念的燃烧技术，它把回收余热与高效燃烧及降低NOx排放等技术有机地结合起来。蓄热式烧嘴成对布置，安装A、B两个烧嘴，采用陶瓷氧化铝球作为蓄热体，空气与天然气斜交混合。从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进入烧嘴A后，在经过蓄热式烧嘴A陶瓷球时被加热，在极短的时间内常温空气被加热到接近炉膛温度，被加热的高温热空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流，燃气在贫氧状态下实现燃烧，与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式烧嘴B排入大气，炉膛内高温烟气通过蓄热式烧嘴B时，将显热储存在陶瓷球蓄热体内，然后以低于100℃的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，切换周期设定为90秒，使两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替工作状态，从而达到节能和降低NOx排放量的目的。如此周而复始变换，通过蓄热体这一媒介，排出的烟气余热被充分回收利用。
2、改造采用的技术方案
（1）烧嘴系统
a将原烧嘴侧墙液面线300mm以上至炉顶以下的浇注料拆除，烧嘴侧墙根据蓄热式烧嘴的尺寸进行现场加固和制作。
b重新构建炉子助燃风管网系统、排烟管网系统、天然气管网系统、压缩空气管网系统，保障蓄热式烧嘴工作。
c烧嘴侧墙浇筑采用不污染高纯铝的进口浇注料，浇筑至距炉200mm处，距炉顶200mm的地方采用进口的可塑料进行施工。
d对原排烟系统进行改造，增设排烟风机及相关管网构成炉子主排烟系统，炉子现在排烟系统作为辅助排烟，两股烟气最终汇总一起并入主烟道。
（2）电气控制系统
电气控制系统全部需要重新更换。新建的控制系统采用西门子程控器，硬件包括CPU模块，数字量输入模块，数字量输出模块，模拟量输入模块，闭环控制模块，电源模块等，控制系统包括：温度控制、压力控制、吹扫控制、点火控制、主烧嘴切换控制和传动机械控制等。为了操作及维护方便，人机界面采用触摸屏，可以方便地设定和修改工艺参数及过程控制参数。
三、改造后的使用效果
根据工业炉热工原理，助燃空气每升高100℃，能节省燃料约5%，或者烟气温度每降低100℃，能节省燃料约5.5%。采用蓄热式燃烧技术后，烟气排放温度降低到100℃以下，助燃空气温度预热到了800℃以上，大大地减少了出炉烟气所带走的热量。平均吨铝天燃气消耗降为75Nm3，比原来节能达42%，月消耗天燃气降至30吨左右，炉子热效率大幅度提高，从根本上提高了加热炉的能源利用率，提高了燃料的合理利用。主要技术性能指标如下：
（1）炉膛工作温度：1000～1200℃
（2）熔体温差：±3℃（精炼、搅拌终了）
（3）熔化期熔化率：2.5t/h
（4）燃料：天然气
（5）燃料最大耗量：250m3/h
（6）烧嘴型式：蓄热式烧嘴2个一组
（7）蓄热载体：陶瓷氧化铝球
（8）燃气流量检测：涡轮式流量计
由于蓄热体“极限回收”了烟气中绝大部分的余热，并由助燃风带回炉内，大大降低了炉子的热支出，改造前后对比分析如下：
四、结语
熔保炉的节能改造从降低燃料消耗、降低铝的氧化烧损两方面考虑。通过优化燃烧系统，废气余热得到接近极限的回收利用，减少了废气带走的热量损失。经过运行情况来看，节能效果非常显著，比原加热炉节能达42%，提高了生产效率，降低了能源消耗，减少了高纯铝液的氧化烧损，大幅降低了生产成本，增加了产品竞争力，给公司创造了可观的经济效益，提高了生产的社会效益。