工業(yè)領(lǐng)域綠色低碳技術(shù)應(yīng)用案例5 降低110噸熔煉爐天然氣單耗項目

案例5降低110噸熔煉爐天然氣單耗項目主要完成單位：寶武鋁業(yè)科技有限公司主要完成人員：駢常順、左愛武、楊金城、晏國勝、楊博、劉超、李峰鋁的生產(chǎn)涉及高溫熔煉、電解等工藝，但鋁業(yè)熔鑄領(lǐng)域作為能源密集型工業(yè)部門之一，面臨著能源消耗、環(huán)境排放和可持續(xù)發(fā)展等方面的挑戰(zhàn)。其中，熔煉爐是鋁生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、也是能源消耗的主要來源之一，降低熔煉爐天然氣的消耗水平具有重要意義。一、項目背景降低熔鑄爐天然氣消耗在鋁業(yè)熔鑄領(lǐng)域面臨著技術(shù)、成本、運維、工藝等多方面的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)不當?shù)娜坭T爐的設(shè)計和技術(shù)可能限制了能源效率，而引入新的節(jié)能技術(shù)將可能對生產(chǎn)工藝進行調(diào)整，需要確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率不下降。因此，為了減少能源消耗與碳排放總量，實現(xiàn)企業(yè)綠色低碳發(fā)展，亟需引進先進節(jié)能裝置，采取技術(shù)改進措施，強化現(xiàn)場基礎(chǔ)管理，降低噸鋁天然氣單耗。寶武鋁業(yè)科技有限公司研發(fā)降低110噸熔煉爐天然氣單耗項目，旨在解決噸鋁天然氣消耗過高的現(xiàn)狀。具體而言，寶武鋁業(yè)熔鑄廠的能源消耗以天然氣為主，占熔鑄廠能源消耗的70%左右，2021年110t熔保爐機組投產(chǎn)以來天然氣單耗一直偏高，噸鋁消耗最高達到112m3/T，全年平均消耗為103m3/T，而同等工況的鋁加工企業(yè)天津忠旺噸鋁消耗為92m3/T。為此，寶武鋁業(yè)組織設(shè)備技術(shù)人員、工藝技術(shù)人員和現(xiàn)場操作人員組成攻關(guān)小組，通過理論分析、對標找差和現(xiàn)場觀察，從人機料法環(huán)全方位排查影響因素，并逐一開展要因論證，大幅減少了噸鋁天然氣單耗，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本和煙氣排放量。二、創(chuàng)新點及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容創(chuàng)新點1：采用國際先進天然氣節(jié)能技術(shù)我國企業(yè)天然氣的燃燒效率普遍未達國際領(lǐng)先水平，常應(yīng)用陳舊的燒嘴技術(shù)，意味著每單位的天然氣消耗量增加，而且燃燒不充分可能產(chǎn)生大量的未燃燒氣體，進一步增加了能源浪費。并且，燃燒設(shè)備使用陳舊的燒嘴可能存在安全隱患，易發(fā)生泄漏、爆炸等危險情況，在更換新型燒嘴時面臨著較長的檢修時間與較高的費用，可能會延誤生產(chǎn)計劃，并增加維護成本。針對上述問題，項目采用國際先進節(jié)能技術(shù)，提高天然氣燃燒效率。通過廣泛調(diào)研，引入一套天然氣大分子切割磁性裝置，通過將天然氣大分子族破碎為小分子，從而提高天然氣燃燒效率。圖SEQ圖\*ARABIC72安裝節(jié)能器提高天然氣燃燒效率創(chuàng)新點2：改進創(chuàng)新蓄熱系統(tǒng)針對爐壓控制不夠穩(wěn)定、爐壓控制PID參數(shù)不合理，以及其導(dǎo)致的尾排煙氣閘板頻繁開啟，大量高溫?zé)煔馕唇?jīng)蓄熱箱換熱直接排放，造成能耗浪費等現(xiàn)實問題，項目通過調(diào)整煙道閘板控制程序，制定多種措施以提升爐壓穩(wěn)定性，大幅度減少了煙道閘板開啟的頻次和幅度。圖SEQ圖\*ARABIC73提升爐壓穩(wěn)定性創(chuàng)新點3：優(yōu)化燃燒控制程序傳統(tǒng)燃燒控制程序通常專注于基本的燃燒調(diào)節(jié)和控制，通常從燃燒效率和排放控制角度進行調(diào)整，較少關(guān)注蓄熱效率的優(yōu)化。為優(yōu)化上述現(xiàn)狀，項目開展針對化改進，旨在提升蓄熱體換熱效率，以解決蓄熱箱內(nèi)蓄熱小球易堵塞，以及其導(dǎo)致的阻力增大、煙氣通量減少、造成能耗增加的問題，充分發(fā)揮蓄熱箱的蓄熱功能。對原有蓄熱系統(tǒng)進行改進和創(chuàng)新，改進結(jié)構(gòu)型式擴大蓄熱小球裝入量，優(yōu)化蓄熱小球直徑，提升換熱效率。圖SEQ圖\*ARABIC74提升蓄熱體換熱效率創(chuàng)新點4：調(diào)整煙道閘板控制程序項目旨在優(yōu)化燃燒控制模型，以充分考慮寶武鋁業(yè)是以純固態(tài)料的現(xiàn)實，完善對熔煉爐燃燒控制模型的設(shè)計、解放燃燒功率的限制（如排煙管道的排煙溫度≥240℃，就會降低一個爐子的燃燒負荷輸出功率，影響產(chǎn)量，進而造成噸鋁消耗升高）。為此，指定專人自主消化吸收控制模型，通過大量的數(shù)據(jù)收集積累，找到了適合寶武鋁業(yè)現(xiàn)狀的空燃比、天然氣最大流量值、爐氣最高溫度以及升溫曲線。圖SEQ圖\*ARABIC75優(yōu)化燃燒控制程序三、經(jīng)驗總結(jié)與推廣價值降低110噸熔煉爐天然氣單耗項目結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際，從減降企業(yè)經(jīng)營成本問題入手，通過引入先進裝備、模型的自主消化攻關(guān)、設(shè)備的自主改進等多措并舉，以較短時間、較低成本實現(xiàn)了噸鋁天然氣單耗的降低。根據(jù)寶武鋁業(yè)科技有限公司測算結(jié)果，項目取得了較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，減少了碳排放，助力國家綠色低碳發(fā)展，有利于樹立企業(yè)形象，同時減少了企業(yè)能源消耗成本，增加企業(yè)社會競爭力。項目完成以來，110T熔保爐2023年一季度噸鋁天然氣單耗從103m3/T降到75m3/T左右，同比2022年同期降低了27%以上，按照單爐年產(chǎn)量10.89萬噸，三門峽地區(qū)天然氣單價3.38元/m3來計算，每年節(jié)省天然氣305萬m3，可實現(xiàn)直接經(jīng)濟效益1000萬元/年以上，二氧化碳減排達到6000噸/年。截至2021年12月，全國金屬冶煉設(shè)備產(chǎn)量為81496噸，同比下降7.2%，其中應(yīng)用天然氣的熔煉爐作為政策與能源