熔铝炉烟气余热资源回收利用系统的研究与应用

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1、熔铝炉烟气余热资源回收利用系统的研究与应用王浩金保昇余波王淦程寒飞詹茂华桂峰中冶华天工程技术有限公司本文依据热平衡计算分析和工程应用分析，对熔铝炉烟气余热资源回收利用系统进行了全面的概括和对比分析。阐述了余热回收技术应用于熔铝炉的突出优点，同吋也指出了余热资源冋收系统不仅可以最大限度地冋收熔铝炉余热，提高熔铝炉燃料利用率，而且经济效益和社会效益显著，值得推广。关键词：熔铝炉;余热资源;回收利用;据统计，目前我M共有各类工业炉窑约12万台，年总能耗达2.5亿t标准煤，约占全国总能耗的1/4,占工业总能耗60%。虽然近年来我国工业炉窑

2、技术有了很大的进步，但是能源利用总体水平仍然不高，热效率仅在30%左右，而国际先进工业炉窑的热效率平均可达到50%以上U1。目前，国内众多冶金、化工、有色等行业己不同程度地开展余热资源回收利用工作，但是尚未达到最大程度回收循环利用的目标。众所周知:铝在熔炼过程中会产生大量热能，热能品位从高至低均可被回收利用，然而，我国多数熔铝炉从排放的烟气中带走的热量大约占总输入热量的40%、0%，排烟温度大多高于850°C,属于屮高温余热资源，理论上排烟温度每降低10°C，熔铝炉效率可提高0.5%、.6%。因此，排烟热损失是熔铝炉热损失中最大的

3、一项，回收烟气余热具有很大的节能潜力m。木文以笔者所在单位EPC总承包承接的江苏省某熔铝铸造公司2台1t/h燃天然气熔铝炉余热资源冋收利用示范工程为例，主要从热平衡计算、示范工程应用、经济及社会效益等方面，阐述、分析熔铝炉余热资源回收利用系统的研宂与应用情况，并针对目前国内熔铝炉余热回收利用情况提出相关建议。1热平衡计算与分析由热力学第一定律可知，熔铝炉热平衡热量收入项与支出项的总和，在数值上必须相等m。熔铝炉热平衡计算是熔铝炉能耗分析、能源利用率及熔铝炉系统热效率分析的重要评估依据，本系统热平衡计算屮所列项的能量值，以单位时间内

4、收入和支出的热量为计算标准。本文以额定产量为2X1t/h的熔铝炉生产数据作为基准计算参数，分别对采用余热回收技术和未釆用余热回收技术两种方式的熔铝炉系统进行能耗收支情况及影响能耗收支的因素进行对比分析，从而为熔铝炉余热冋收利用系统的设计提供指导性建议。1.1基本假设未采用余热回收技术的熔铝炉系统主耍指烟气等余热资源未进行合理回收利用而直接排放;而采用余热回收技术的熔铝炉系统主要采用高效燃烧以及低温烟气烘烤铝锭等技术对烟气等余热资源进行冋收循环利用，为了更好地分析研宄二者之间的能耗及热效率关系，现提出如下假设条件：(1)铝锭均以常温

5、送入熔铝炉系统；(2)燃烧产物带走的热量部分，对于未采用余热回收的熔铝炉系统，以烟囱出U排烟温度(按850°C计算)作为考核温度，采用炉门开启辐射加热烘烤铝锭；对于采用余热冋收技术的熔铝炉，以蓄热式烧嘴出口处的烟气温度作为考核温度(按15(TC计算)，引尾部低温烟气烘烤预热铝锭；(3)两种熔铝炉系统下的炉压均控制在+50Pa左右。1.2结果分析根据热力学第一定律建立了未釆用和釆用余热回收技术的熔铝炉系统热平衡方程，具体计算结果见表1和表2。表1未采用余热回收技术的熔铝炉系统热平衡计算表表2采用余热冋收技术的熔铝炉系统热平衡计算表通

6、过对比分析表1和表2可知：同未采用余热回收技术相比，采用余热回收技术的熔铝炉燃料燃烧化学热比例减少了19.7%,预热空气带入物理热比例增加了19.0%,出炉烟气带走的热量比例减少了23.2%,炉门和窥孔輻射热损失热量比例减少了7.7%,而用于加热铝锭的物理热比例却提高了20.2%,降低了燃料消耗量，实现了熔铝炉较大程度的节能。通过分析采用上述两种技术方式的熔铝炉系统工艺原理可以发现：(1)在未采用任何余热回收技术方式时，烟气以较高的排烟温度排出烟囱，该部分烟气(约850°C)余热尚未被有效利用；(2)当釆用余热回收技术时，空气单蓄

7、热燃烧系统不仅实现了高温烟气的余热冋收，而II热冋收效率高，可将排烟温度降低到、5CTC，利用蓄热式燃烧尾部低温烟气烘烤预热铝锭，大大降低能耗水平;与未采用余热回收技术熔铝炉系统相比，排烟温度降低~700°C，使排烟废气中的大部分热量得到回收利用；采用蓄热式高温空气燃烧技术，炉内温度场分布均匀，在提高铝锭加热质量的同时，大大降低了热力型?《的生成；(3)通过对两种技术方式下的熔铝炉系统热平衡计算分析发现:有效地降低了用于加热铝锭的燃料燃烧化学热Q:，提高了助燃空气带入物理热Qj减少出炉烟气带走的热量Q/、炉门和窥孔辐射热损失Q/

8、以及其他热损失等是降低能耗和提高熔铝炉热效率的关键；(4)炉子升温速度越快，炉子的熔化速率越高，则熔化单位铝合金的能耗就越低；炉子的热效率是铝合金被加热熔化时吸收的热量与供入炉内的总热量之比，炉子的热效率越高，则热损失越少，热量利用率就越高。因此，