燃用重質(zhì)渣油的鋁合金熔煉爐能耗測試與分析

燃用重質(zhì)渣油的鋁合金熔煉爐能耗測試與分析

鋁合金熔出機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)中需要重點關(guān)注的工作。某廠建有多臺20t矩形反射式熔鋁爐,為降低燃料成本,企業(yè)以相對密度大于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,同時大量煙氣余熱被浪費,造成整個系統(tǒng)的能源利用率偏低,廠家統(tǒng)計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,將一臺鋁合金熔煉爐重油機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,對此熔鋁爐系統(tǒng)進(jìn)行了能耗測試,對試驗結(jié)果進(jìn)行總結(jié),并對現(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試驗對象和測試方法1.1燃料供應(yīng)系統(tǒng)能耗測試對象為某公司一臺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)機和煙囪;爐墻側(cè)壁裝有兩臺高壓空氣霧化重油油槍,在燃燒器對面的側(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)由廠家化驗提供,測試所用重油共取樣三批次,重油數(shù)據(jù)如表1所示,能耗計算取其平均值。1.2熱風(fēng)溫度和煙氣成分測量燃油消耗量由輸油泵后面的累計式重油流量計進(jìn)行計量,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)行溫度測量,在送風(fēng)機入口設(shè)置皮托管進(jìn)行送風(fēng)量測試;油槍助燃風(fēng)入口設(shè)置K型熱電偶測量熱風(fēng)溫度,爐內(nèi)鋁液溫度采用移動式K型熱電偶進(jìn)行測量,排煙煙氣成分由HORIBA-PG250煙氣分析儀測量。測試選取熔鋁爐正常生產(chǎn)的一個班次,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)量測量,持續(xù)測量換熱器煙氣進(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)和熔化時間,鋁棒鑄造成型后測量鋁棒直徑、長度和密度數(shù)據(jù),鋁棒經(jīng)過加工入庫時記錄鋁棒實際產(chǎn)量。2能源效果分析2.1單位產(chǎn)品能耗數(shù)據(jù)測試得到的熔鋁爐能源利用率數(shù)據(jù)和計算結(jié)果如表2所示。從表2中的數(shù)據(jù)可以看出,所測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號重油和標(biāo)煤的數(shù)據(jù),其中180號重油數(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,而原先采用機械霧化油槍的熔鋁爐統(tǒng)計噸鋁燃油消耗量為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)熔鋁爐能耗對比時,可采用按照實際燃油熱值折算為180號重油數(shù)據(jù)或者標(biāo)煤數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,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的排放量僅有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,同時煙氣中的氮氧化物為188.6×10-6,污染物排放濃度滿足國家相關(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回收煙氣的影響從熔鋁爐能耗測試數(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,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)場實際運行情況看,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。實際運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)實際運行中需進(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,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)場運行。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,采用相對密度大于1的重質(zhì)渣油為燃料進(jìn)行燃燒,這對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、氣動力)與內(nèi)力(表面張力、粘性力)相互競爭的過程,當(dāng)外力作用足以克服液體表面張力和粘滯性時,液體會破碎成小液滴,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械霧化方式更合適這種燃料。采用冷風(fēng)助燃和機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,測試結(jié)果也表明熔鋁爐單位能耗降低了13.6%。測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)能方案通過實驗測試,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,鋁熔煉爐仍存在較大節(jié)能潛力。結(jié)合試驗中測量的數(shù)據(jù)和分析結(jié)論,對提高企業(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,找出熔鋁爐高能源利用率時的煙氣擋板閥門開度數(shù)據(jù),降低熔鋁爐單位能耗,并