熔铝炉烟气余热梯级利用系统

　　铝在熔炼过程中产生大量热能，热能品位从高到低均可回收加以利用。对于我国大多数的熔铝炉，从排放的烟气中带走的热量大约占熔铝炉总输入热量的40%~60%。它们的排烟温度大多高于600℃，已经属于中高温余热资源，一般排烟温度每降低10℃，熔铝炉效率可提高0.5%~0.6%。因此，排烟热损失是熔铝炉热损失中非常大的一项，回收烟气余热具有很大的节能潜力。根据热力学第二定律，熔铝炉的排烟余热属于较高品位的能量，应该对它进行梯级利用。根据实际需要提供不同品位的热能，力争做到提供的热能不仅能满足数量上的要求，而且在质量上也能够相互匹配，从而实现“热尽其用”。

　　1 熔铝炉节能技术措施概况

　　铝加工企业为了降低自己的能源消耗提高企业的竞争力，通过实践经验的不断积累，目前主要采用了以下几种行之有效的节能方法。

　　1.1 选择合适的燃烧器

　　我国的铝加工的熔铝炉所装备的燃烧器大致经过了以下几个发展阶段：首先是采用普通烧嘴阶段，然后过渡到热风烧嘴、高速烧嘴的中间阶段，较后发展到先进的蓄热式烧嘴。蓄热式烧嘴具有许多其它烧嘴不可比拟的优势，已经成为当前甚至今后很长一段时间内熔铝炉燃烧器的较佳选择。

　　蓄热式烧嘴通过换向器的换向能够实现较多的余热资源回收，使烟气的排烟温度降低到250~300℃以下。我国许多铝加工企业的熔铝炉采用这种蓄热式燃烧喷嘴后，取得了较为显著的节能效果。

　　近年来已经有一些国内厂家开始研制和推广这项新型技术，不过其安全性和稳定性需要进一步的提高。综合来看，我国的蓄热式燃烧器与国外的水平仍然有一定的差距，在一些关键部件上使用的还是进口部件，造成设备投入资金费用过大。

　　1.2 提高熔铝炉的控制水平

　　熔铝炉控制水平的高低是影响熔铝炉节能效率的一个重要的因素。通常采用先进的燃料空气比例自动调节系统来控制熔铝炉燃烧，通过控制熔铝炉的过剩空气系数，以减少空气量过多引起的排烟热损失及空气量过少引起的燃料不完全燃烧热损失。此项技术直接关系到熔铝炉的热效率，也代表了一个铝加工企业自动化水平的高低。

　　1.3 加强熔铝炉保温

　　加强熔铝炉的保温，减少熔铝炉墙体引起的散热损失，但需要使用高标准的耐火材料。比如上海美铝公司的1#熔铝炉全部采用进口的耐火砖等保温材料。现在该炉已经安全运行了10年，不仅大大延长了熔铝炉的使用寿命，明显的提高了熔铝炉的生产效率，节约了大量的维修费用。

　　1.4 烟气余热回收

　　熔铝炉的烟气余热是熔铝炉回收利用潜力非常大的一部分热量损失。大多数的铝加工企业所使用的熔铝炉只采用了部分节能措施。比如通过加装换热器可以回收部分的烟气余热，降低熔铝炉的燃料消耗比。但是因为余热回收设备单一，未能将较高品味的烟气余热进行充分利用，与现代熔铝炉能耗指标仍有一定的差距。

　　2 熔铝炉烟气余热梯级利用特点

　　熔铝炉余热资源主要是指熔铝炉的燃烧过程中发出的热量在完成熔铝后所剩下的能量，它在我国的铝加工企业的能源消耗中占据了很大的比例。

　　2.1 熔铝炉烟气余热梯级利用优点

　　与熔铝炉热烟气直接排放或烟气余热单一回收利用相比，熔铝炉烟气余热梯级利用系统具有明显的优越性。

　　普通的熔铝炉在增加了烟气余热梯级利用系统后，不仅可以提高熔铝炉的热效率，而且因为该系统中余热锅炉及余热回收器等节能设备的加入，还可以得到一定品位的饱和蒸汽和热水，它既可以用于日常的生活中，还可以在某些工艺流程中发挥重要的作用。熔铝炉排放的烟气通过这套烟气余热利用系统，将热量传递给了熔铝炉助燃空气、余热锅炉内的软水及余热回收器中的自来水，使烟气余热得到了非常大限度的利用，从而大大提高了熔铝炉的能量利用系统效率。

　　烟气余热梯级利用系统与普通余热回收系统相比，投入资金有所增加。但从经济性分析来看，由于余热利用率大大提高，投入资金回收期较短，一般1年以内即可收回成本。

　　2.2 熔铝炉烟气余热梯级利用难点

　　(1) 熔铝炉的热负荷具有不稳定性。熔铝炉热负荷的不稳定性是由熔铝炉生产过程所决定的。因为熔铝炉的生产过程具有周期性，它的高温产品和铝渣的排放也是间断性的。

　　(2) 熔铝炉的烟气含尘量比非常大。由于操作水平低，或者使用的燃料较差，导致熔铝炉的排放烟气中含有较多的烟尘，对烟气余热回收设备产生十分不利的影响。比如余热回收装置受热面上的积灰不仅会污染传热管表面影响换热效率，积灰严重时还会堵塞烟气流通的通道，加大烟气流动的阻力，甚至影响相关设备的安全运行，不得不定期采取停炉清灰。

　　(3) 烟气具有腐蚀性。我国有些铝加工企业使用重油作为熔铝炉的燃料，导致熔铝炉排放的烟气中含有较多的SO2等腐蚀性气体。不过近几年，我国的大多数的熔铝炉已经采用较为清洁的天然气较为燃料，排烟中腐蚀性气体的含量有所降低。

　　(4) 系统设备的安装。在实际的烟气余热利用过程中，余热回收装置及管路的布置往往受到现场原有设备及管路等固有条件的限制，而余热梯级利用系统较普通余热回收系统复杂，这种矛盾就更为突出，因此在系统设备布置时需要点考虑。

　　3 烟气余热梯级利用系统的设计

　　该系统主要由空气预热器、蒸汽余热锅炉和烟气余热回收器等三种换热设备组成。主要流程为：①烟气通过空气预热器，用于加热助燃用空气，以提高炉膛温度使熔铝炉燃烧效率增加，经过空气预热器后的烟气温度可降低到300℃左右；②采用余热锅炉回收从空气预热器排出的烟气余热，通常可以将300℃的烟气降低到150℃左右，与此同时余热锅炉产生一定品位的蒸汽可供生产或生活的相关热用户使用；③通过余热锅炉换热后的烟气可以再送入烟气余热回收器中，产生工业或生活用热水，同时降低余热锅炉的排烟温度，提高了能量的利用效率，通过余热回收器后的烟气温度可降至90℃以下。该系统在实际应用中根据用户的具体要求可以进行相应的更改，图2为某厂熔铝炉的烟气余热梯级利用系统简图，该系统主要采取了以下技术措施：

　　(1) 在每台熔炼炉烟气出口处设置1台风冷式除尘器，冷却熔炼炉排烟中的飞灰及半熔融状态的铝渣，使其在除尘器内凝固并被分离，这样就有效控制并提高了烟气的清洁度，有效避免节能系统的堵灰问题。

　　(2) 在每台风冷式除尘器后分别设置1台空气预热器，将进入熔铝炉的助燃风加热后进入熔铝炉燃烧室，从而提高了熔铝炉的燃烧效率。

　　(3) 每台空预器排出的烟气通过烟管引入到1台蒸汽余热锅炉，产生的蒸汽用于办公楼采暖及工艺循环冷却水用制冷。冬季采暖期间采用蒸汽加热采暖循环水，供办公楼采暖使用；

　　夏季制冷期间将蒸汽送入喷射式蒸汽制冷站后产生循环冷却水去冷却工艺。

　　(4) 在每台余热锅炉尾部设置1台烟气余热回收器，用于生活用热水。经过式烟气余热回收器后的烟气温度较终降低至90℃左右，通过单独设置的烟道排放至大气，由于通过该段余热回收装置烟气的温度较低，所有材料均采用耐低温腐蚀材料。

　　(5) 为确保用户有足够的采暖热水，在系统安装时预留采

　　暖用热水锅炉接口。采暖热水锅炉串联进入采暖循环水系统。当余热锅炉蒸汽不足以提供采暖所需热量时，采暖热水锅炉可作为调峰使用，用于补充余热锅炉所差的部分热量。

　　(6) 为确保用户有足够的生活用热水，在系统安装时将预留洗浴用热水锅炉接口。当烟气余热回收器不足以提供洗浴用所需热量时，开启洗浴用热水锅炉向热水箱补充热水。

　　(7)为防止空预器、余热锅炉及烟气余热回收器灰堵，在每台余热回收装置的烟气入口及出口烟箱上安装了特殊设计的活动式清灰口，清灰时拆卸方便，并采用专门的清灰装置对换热面进行清灰。

　　4 烟气余热梯级利用系统运行效果

　　目前，烟气余热梯级利用系统已在多个熔铝炉厂家实施，节能率均达到15%以上。以某压铸厂熔铝炉的余热梯级利用应用情况为例，该厂共有3台1.5t/h及1台0.75t/h容量的熔铝炉，节能前天然气耗量约为350万Nm3/年，节能后天然气耗量约为250万Nm3/年，并附带产生了蒸汽。该烟气余热梯级利用系统

　　主要采用了空预器及余热锅炉两种节能设备，分别用于加热熔铝炉助燃风及产0.3MPa的饱和蒸汽，产生的蒸汽主要供生活热水用户及食堂蒸柜使用。