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熔鋁爐煙氣余熱梯級利用系統

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熔鋁爐煙氣余熱梯級利用系統

發布日期:2018-07-20 作者:江蘇凱爾發工業爐有限公司 點擊:

鋁在熔煉過程中產生大量熱能,熱能品位從高到低均可回收加以利用。對于我國大多數的熔鋁爐,從排放的煙氣中帶走的熱量大約占熔鋁爐總輸入熱量的40%~60%。它們的排煙溫度大多高于600℃,已經屬于中高溫余熱資源,一般排煙溫度每降低10℃,熔鋁爐效率可提高0.5%~0.6%。因此,排煙熱損失是熔鋁爐熱損失中最大的一項,回收煙氣余熱具有很大的節能潛力。根據熱力學第二定律,熔鋁爐的排煙余熱屬于較高品位的能量,應該對它進行梯級利用。根據實際需要提供不同品位的熱能,力爭做到提供的熱能不僅能滿足數量上的要求,而且在質量上也能夠相互匹配,從而實現“熱盡其用”。

  1 熔鋁爐節能技術措施概況

  鋁加工企業為了降低自己的能源消耗提高企業的競爭力,通過實踐經驗的不斷積累,目前主要采用了以下幾種行之有效的節能方法。

  1.1 選擇合適的燃燒器

  我國的鋁加工的熔鋁爐所裝備的燃燒器大致經過了以下幾個發展階段:首先是采用普通燒嘴階段,然后過渡到熱風燒嘴、高速燒嘴的中間階段,最后發展到先進的蓄熱式燒嘴。蓄熱式燒嘴具有許多其它燒嘴不可比擬的優勢,已經成為當前甚至今后很長一段時間內熔鋁爐燃燒器的最佳選擇。

  蓄熱式燒嘴通過換向器的換向能夠實現較多的余熱資源回收,使煙氣的排煙溫度降低到250~300℃以下。我國許多鋁加工企業的熔鋁爐采用這種蓄熱式燃燒噴嘴后,取得了較為顯著的節能效果。

  近年來已經有一些國內廠家開始研制和推廣這項新型技術,不過其安全性和穩定性需要進一步的提高。綜合來看,我國的蓄熱式燃燒器與國外的水平仍然有一定的差距,在一些關鍵部件上使用的還是進口部件,造成設備投資費用過大。

  1.2 提高熔鋁爐的控制水平

  熔鋁爐控制水平的高低是影響熔鋁爐節能效率的一個重要的因素。通常采用先進的燃料空氣比例自動調節系統來控制熔鋁爐燃燒,通過控制熔鋁爐的過剩空氣系數,以減少空氣量過多引起的排煙熱損失及空氣量過少引起的燃料不完全燃燒熱損失。此項技術直接關系到熔鋁爐的熱效率,也代表了一個鋁加工企業自動化水平的高低。

  1.3 加強熔鋁爐保溫

  加強熔鋁爐的保溫,減少熔鋁爐墻體引起的散熱損失,但需要使用高標準的耐火材料。比如上海美鋁公司的1#熔鋁爐全部采用進口的耐火磚等保溫材料。現在該爐已經安全運行了10年,不僅大大延長了熔鋁爐的使用壽命,明顯的提高了熔鋁爐的生產效率,節約了大量的維修費用。

1.4 煙氣余熱回收

  熔鋁爐的煙氣余熱是熔鋁爐回收利用潛力最大的一部分熱量損失。大多數的鋁加工企業所使用的熔鋁爐只采用了部分節能措施。比如通過加裝換熱器可以回收部分的煙氣余熱,降低熔鋁爐的燃料消耗比。但是因為余熱回收設備單一,未能將較高品味的煙氣余熱進行充分利用,與現代熔鋁爐能耗指標仍有一定的差距。

  2 熔鋁爐煙氣余熱梯級利用特點

  熔鋁爐余熱資源主要是指熔鋁爐的燃燒過程中發出的熱量在完成熔鋁后所剩下的能量,它在我國的鋁加工企業的能源消耗中占據了很大的比例。

  2.1 熔鋁爐煙氣余熱梯級利用優點

  與熔鋁爐熱煙氣直接排放或煙氣余熱單一回收利用相比,熔鋁爐煙氣余熱梯級利用系統具有明顯的優越性。

  普通的熔鋁爐在增加了煙氣余熱梯級利用系統后,不僅可以提高熔鋁爐的熱效率,而且因為該系統中余熱鍋爐及余熱回收器等節能設備的加入,還可以得到一定品位的飽和蒸汽和熱水,它既可以用于日常的生活中,還可以在某些工藝流程中發揮重要的作用。熔鋁爐排放的煙氣通過這套煙氣余熱利用系統,將熱量傳遞給了熔鋁爐助燃空氣、余熱鍋爐內的軟水及余熱回收器中的自來水,使煙氣余熱得到了最大限度的利用,從而大大提高了熔鋁爐的能量利用系統效率。

  煙氣余熱梯級利用系統與普通余熱回收系統相比,投資有所增加。但從經濟性分析來看,由于余熱利用率大大提高,投資回收期較短,一般1年以內即可收回成本。

  2.2 熔鋁爐煙氣余熱梯級利用難點

  (1) 熔鋁爐的熱負荷具有不穩定性。熔鋁爐熱負荷的不穩定性是由熔鋁爐生產過程所決定的。因為熔鋁爐的生產過程具有周期性,它的高溫產品和鋁渣的排放也是間斷性的。

  (2) 熔鋁爐的煙氣含塵量比較大。由于操作水平低,或者使用的燃料較差,導致熔鋁爐的排放煙氣中含有較多的煙塵,對煙氣余熱回收設備產生十分不利的影響。比如余熱回收裝置受熱面上的積灰不僅會污染傳熱管表面影響換熱效率,積灰嚴重時還會堵塞煙氣流通的通道,加大煙氣流動的阻力,甚至影響相關設備的安全運行,不得不定期采取停爐清灰。

  (3)  煙氣具有腐蝕性。我國有些鋁加工企業使用重油作為熔鋁爐的燃料,導致熔鋁爐排放的煙氣中含有較多的SO2等腐蝕性氣體。不過近幾年,我國的大多數的熔鋁爐已經采用較為清潔的天然氣最為燃料,排煙中腐蝕性氣體的含量有所降低。

  (4)  系統設備的安裝。在實際的煙氣余熱利用過程中,余熱回收裝置及管路的布置往往受到現場原有設備及管路等固有條件的限制,而余熱梯級利用系統較普通余熱回收系統復雜,這種矛盾就更為突出,因此在系統設備布置時需重點考慮。

  3 煙氣余熱梯級利用系統的設計

  該系統主要由空氣預熱器、蒸汽余熱鍋爐和煙氣余熱回收器等三種換熱設備組成。主要流程為:①煙氣通過空氣預熱器,用于加熱助燃用空氣,以提高爐膛溫度使熔鋁爐燃燒效率增加,經過空氣預熱器后的煙氣溫度可降低到300℃左右;②采用余熱鍋爐回收從空氣預熱器排出的煙氣余熱,通常可以將300℃的煙氣降低到150℃左右,與此同時余熱鍋爐產生一定品位的蒸汽可供生產或生活的相關熱用戶使用;③通過余熱鍋爐換熱后的煙氣可以再送入煙氣余熱回收器中,產生工業或生活用熱水,同時降低余熱鍋爐的排煙溫度,提高了能量的利用效率,通過余熱回收器后的煙氣溫度可降至90℃以下。該系統在實際應用中根據用戶的具體要求可以進行相應的更改,圖2為某廠熔鋁爐的煙氣余熱梯級利用系統簡圖,該系統主要采取了以下技術措施:

  (1) 在每臺熔煉爐煙氣出口處設置1臺風冷式除塵器,冷卻熔煉爐排煙中的飛灰及半熔融狀態的鋁渣,使其在除塵器內凝固并被分離,這樣就有效控制并提高了煙氣的清潔度,有效避免節能系統的堵灰問題。

  (2) 在每臺風冷式除塵器后分別設置1臺空氣預熱器,將進入熔鋁爐的助燃風加熱后進入熔鋁爐燃燒室,從而提高了熔鋁爐的燃燒效率。

  (3) 每臺空預器排出的煙氣通過煙管引入到1臺蒸汽余熱鍋爐,產生的蒸汽用于辦公樓采暖及工藝循環冷卻水用制冷。冬季采暖期間采用蒸汽加熱采暖循環水,供辦公樓采暖使用;

  夏季制冷期間將蒸汽送入噴射式蒸汽制冷站后產生循環冷卻水去冷卻工藝。

  (4) 在每臺余熱鍋爐尾部設置1臺煙氣余熱回收器,用于生活用熱水。經過式煙氣余熱回收器后的煙氣溫度最終降低至90℃左右,通過單獨設置的煙道排放至大氣,由于通過該段余熱回收裝置煙氣的溫度較低,所有材料均采用耐低溫腐蝕材料。

  (5) 為確保用戶有足夠的采暖熱水,在系統安裝時預留采

  暖用熱水鍋爐接口。采暖熱水鍋爐串聯進入采暖循環水系統。當余熱鍋爐蒸汽不足以提供采暖所需熱量時,采暖熱水鍋爐可作為調峰使用,用于補充余熱鍋爐所差的部分熱量。

  (6) 為確保用戶有足夠的生活用熱水,在系統安裝時將預留洗浴用熱水鍋爐接口。當煙氣余熱回收器不足以提供洗浴用所需熱量時,開啟洗浴用熱水鍋爐向熱水箱補充熱水。

  (7)為防止空預器、余熱鍋爐及煙氣余熱回收器灰堵,在每臺余熱回收裝置的煙氣入口及出口煙箱上安裝了特殊設計的活動式清灰口,清灰時拆卸方便,并采用專門的清灰裝置對換熱面進行清灰。

  4 煙氣余熱梯級利用系統運行效果

  目前,煙氣余熱梯級利用系統已在多個熔鋁爐廠家實施,節能率均達到15%以上。以某壓鑄廠熔鋁爐的余熱梯級利用應用情況為例,該廠共有3臺1.5t/h及1臺0.75t/h容量的熔鋁爐,節能前天然氣耗量約為350萬Nm3/年,節能后天然氣耗量約為250萬Nm3/年,并附帶產生了蒸汽。該煙氣余熱梯級利用系統

  主要采用了空預器及余熱鍋爐兩種節能設備,分別用于加熱熔鋁爐助燃風及產0.3MPa的飽和蒸汽,產生的蒸汽主要供生活熱水用戶及食堂蒸柜使用。


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