1概述

    雖然我國鋁型材產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)五年居世界首位,但鋁型材行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與美國、日本、德國、意大利等國家相比還存在較大的差距,節(jié)能減排任務(wù)重大.主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

    (1)鋁型材行業(yè)的能耗與污染物排放情況

    平均每生產(chǎn)1噸鋁型材消耗工業(yè)用水約16——18噸;表面處理產(chǎn)生的廢水中含有多種金屬雜質(zhì)離子;高能耗;產(chǎn)生大量廢渣,僅一條年產(chǎn)鋁型材2400噸的氧化著色生產(chǎn)線,每年產(chǎn)生污泥約15萬噸,廢渣2000噸,數(shù)量極大.廢水污泥成份比較復雜,目前大多數(shù)工廠采用填埋的方法處理這些污泥.這不僅占用有限的土地資源,而且浪費資源,污染環(huán)境.

    (2)鋁型材行業(yè)高能耗與高污染的原因

    ①熔煉和回收:目前鋁熔煉爐中電爐占5%,油爐占91%,燃氣爐占4%,造成重熔生產(chǎn)1噸擠壓圓錠的油耗比工業(yè)發(fā)達國家的高55.17%,而實際鑄錠(軋制扁錠與擠壓圓錠)的平均熔煉能耗比工業(yè)發(fā)達國家的高得多.另外,鋁熔煉爐能耗的總體狀況還是處于中低水平.

    ②鑄造、軋制和擠壓:缺乏高檔次產(chǎn)品;小機臺多,擠壓裝備較落后,效率低;裝備的自動化程度低,無法實現(xiàn)等溫快速擠壓,生產(chǎn)精密型材;模具質(zhì)量欠佳.

    ③表面處理:表面處理是鋁加工過程中的高耗電、高耗水、高污染的環(huán)節(jié).

    節(jié)能減排成為當今鋁加工企業(yè)迫切需要解決的問題,本文從熔鋁爐、保溫爐、擠壓機棒爐、氧化處理污泥深加工利用等方面出發(fā),提出一些新方法和策略,從而使鋁加工企業(yè)達到節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)的目的.

    2熔鋁爐的節(jié)能減排與清潔生產(chǎn)技術(shù)

    2.1熔鋁爐工作過程

    熔鋁爐的熔煉過程大致可分為4個階段,即爐料裝入到軟化下榻、軟化下榻至爐料化平、爐料化平到全部熔化(該階段產(chǎn)生氧化浮渣)、鋁液升溫.對鋁料的加熱是通過燒嘴火焰的對流傳熱、火焰和爐墻的輻射傳熱以及鋁料間的傳導傳熱來完成的.

    在整個過程中,三者之間的比率是不斷變化的.固態(tài)時鋁的黑度小,導熱能力強.隨著熔煉過程的進行,爐料進入半液半固的臨界狀態(tài),其導熱能力下降,熱力學性質(zhì)發(fā)生了根本性的變化.液態(tài)鋁的導熱能力僅為固態(tài)鋁的40%,熔池上部向底部的傳導傳熱過程十分緩慢.金屬鏡面上漂浮的疏松浮渣構(gòu)成熱傳遞的絕熱阻擋層.此時熔池表面氧化膜化開,失去了保護作用,氧化、吸氣傾向增強.對于火焰熔鋁爐來講,在鋁的熔化期,爐膛溫度一般控制在1200℃,此時的出爐煙氣溫度即為爐膛溫度,煙氣帶走的熱量約占爐子熱負荷的50——70%,考慮到10%的其它熱損失,有效熱利用只有30——40%,如果不充分利用這部分余熱,勢必會造成很大浪費,使爐子熱效率很低.

    綜上所述,選擇有效的強化加熱方式和回收煙氣余熱來預熱助燃空氣是提高爐子熱效率,確保熔煉過程中最少的直接燃料消耗的有效途徑.

    2.2采用高溫空氣燃燒技術(shù)

    高溫空氣燃燒改變了傳統(tǒng)燃燒方式,采用煙氣再循環(huán)方式或燃料爐內(nèi)直接噴射燃燒的方式,主要表現(xiàn)為經(jīng)過陶瓷蜂窩體的助燃空氣被預熱至1000℃以上,以適當?shù)乃俣葒娙霠t膛,在高速氣流卷吸、攪拌作用下與爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物混和,空氣中21%的氧被稀釋,在低氧濃度(最低5%——6.5%)流體中燃燒,在高溫空氣條件下燃燒可實現(xiàn)低空氣系數(shù)燃燒,減少鋁的氧化燒損.

    蓄熱式燃燒系統(tǒng)主要包括一對裝有蓄熱體的燃燒器、一套換向裝置、一套控制系統(tǒng)以及管路系統(tǒng).

    當爐氣溫度為1000——1200℃時,助燃空氣溫度可預熱至800——1000℃,與使用間壁式空氣換熱器的燃油熔鋁爐相比可節(jié)約燃料50%左右.

    燃燒器出口混合氣體實際噴出速度在60m/s左右,火焰長度約2.5——3m,火焰直徑約0.5——0.7m.爐內(nèi)成對的燃燒器換向操作,高溫區(qū)頻頻互換,保證爐內(nèi)溫度均勻,不形成低溫區(qū).

    2.3高速燃燒器技術(shù)

    對于在用的舊爐子來說,花上30萬元新增一對蓄熱式燃燒器,對于企業(yè)來說較難接受.

    采用高速燒嘴的噴頭,燃氣以100m/s以上的高速噴向爐膛,助燃空氣以90m/s的速度參與助燃,對鋁堆產(chǎn)生強有力的沖擊作用,加速熔化,為了防止脫火,在燃氣的噴口安置了一只長明點火槍.

    我們在消化吸收美國天時高速燃燒器產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,開發(fā)出了性能優(yōu)異的高速燃燒器,煙氣流速可達到180m/s,負荷調(diào)節(jié)比達到1:20,過剩空氣系數(shù)可在0.65——10.8之間調(diào)節(jié).

    高速氣體燃燒器的技術(shù)特點如下:

    a)精確組織燃燒,燃燒效率99.9%;

    b)寬運行工況:熱負荷調(diào)節(jié)比1∶20,空氣系數(shù)0.5——10;

    c)采用分級燃燒,有害氣體(NOx)排放符合國家環(huán)保標準;

    d)具有煙氣引射回流功能,可以將廢煙氣從爐后引回重新投入爐內(nèi);

    e)全金屬結(jié)構(gòu),連續(xù)使用壽命3年.

    2.4熔鋁爐自動控制技術(shù)

    控制系統(tǒng)是改善燃燒、降低能耗、保證工藝要求、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)量的重要保證,最終的目的是要實現(xiàn)燃燒設(shè)備流量、溫度、壓力、氣氛等參數(shù)的自動檢測及過程控制.

    2.4.1爐壓自動調(diào)節(jié)控制

    合理的火焰爐應(yīng)實現(xiàn)微正壓操作.

    3擠壓機棒爐節(jié)能技術(shù)

    擠壓機棒爐的能耗占鋁加工企業(yè)總能耗的12——20%.擠壓機棒爐大體可分為三種,單棒爐、多棒爐和短棒爐.圖片分別見圖3—1、圖3—2、圖3—3.

    根據(jù)理論計算,將1t鋁棒加熱到450℃,只需要13m3天然氣(爐子熱效率100%),考慮到爐子熱效率和間歇加熱的生產(chǎn)工藝,加熱爐熱效率假定為60%,也最多消耗天然氣22 m3/t鋁棒,折合成產(chǎn)品能耗為26m3/t產(chǎn)品.然而,目前鋁棒加熱爐的產(chǎn)品能耗折合為天然氣為45m3/t產(chǎn)品,有的甚至高達70m3/t產(chǎn)品以上.節(jié)能空間仍然很大.

    3.1單棒爐節(jié)能技術(shù)

    3.1.1改造爐膛

    根據(jù)理論計算,現(xiàn)爐膛容積熱強度大大低于工業(yè)爐的標準,爐膛太大,爐內(nèi)溫度低,對燃燒不利,要求達到一定的容積熱強度就必須增加燃燒功率,這樣勢必會加大單位產(chǎn)品的燃氣消耗.我們采取減小爐膛容積和增加拱頂磚的方式改造爐膛.

    3.1.2更換燃燒器

    將現(xiàn)有直流燃燒器全部更換為好易燃公司生產(chǎn)的專利產(chǎn)品—旋流燃燒器(二代).增加火焰剛度,提高火焰溫度,加強傳熱效果.

    (1)旋流燃燒器工作原理

    燃燒器中裝有各種型式的旋流發(fā)生器(簡稱旋流器).燃料與空氣混合氣流通過旋流器時發(fā)生旋轉(zhuǎn),從噴口射出后形成旋轉(zhuǎn)射流.利用旋轉(zhuǎn)射流,能形成有利于著火的高溫煙氣回流區(qū),并使氣流強烈混合.

    (2)好易燃旋流燃燒器結(jié)構(gòu)

    旋流噴嘴,跟傳統(tǒng)的長棒熱剪爐噴嘴相比,具有火焰剛度大、傳熱動力大、燃燒效率高等特點.

    3.1.3取消循環(huán)風機

    擠壓機棒爐在有循環(huán)風機的情況下,爐膛負壓過高,吸入的冷風量大,噴嘴嚴重脫火,大大降低了爐子的熱效率.

    取消循環(huán)風機后,爐膛可以運行在微正壓狀態(tài),保證爐子的安全、

    經(jīng)濟運行.還可以節(jié)約電費45000——66000元/臺.年.

    根據(jù)我們的改造經(jīng)驗,Φ180mm以下的棒爐可以取消循環(huán)風機,Φ180mm以上的棒爐不適宜取消循環(huán)風機,而是采用板式換熱器充分利用煙氣余熱加熱助燃空氣,提高加熱爐整體熱效率.

    3.1.4加裝氧氣檢測儀

    為了更加準確的調(diào)整燃燒,精確控制空燃比,擺脫憑經(jīng)驗調(diào)試的被動局面,在文丘里混合器后面的管道上安裝氧氣檢測儀,氧氣檢測儀連續(xù)將氧含量的數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC,PLC根據(jù)設(shè)定的空燃比數(shù)據(jù)調(diào)整燃氣和空氣調(diào)節(jié)閥的開度,使氧含量始終保持在合適的比例,確保精確組織燃燒.

    3.1.5加強保溫

    爐膛改造后,在火嘴磚和頂蓋磚的外部采用新興保溫材料加強保溫,是爐壁溫度降低到80℃以下,減少散熱損失.

    2010年以來,我們已經(jīng)對80多臺單棒爐進行了節(jié)能改造,最好的節(jié)能49%,最差的也達到了12%.我們對客戶均承諾經(jīng)過我們節(jié)能改造后,燃氣節(jié)能率達到10%以上.

    3.2多棒爐節(jié)能技術(shù)

    3.2.1改造燃燒室

    將多棒爐出棒側(cè)改造成燃燒室,取消原燃燒機系統(tǒng),利用高速燃燒器作為熱源設(shè)備,將高速燃燒器的高速氣流直接噴入燃燒室,減少與空氣的換熱過程.

    為了避免火焰直接接觸鋁棒,導致熔棒事故發(fā)生,在燃燒器火焰

    底部鋪設(shè)一塊耐火隔板,使火焰高速擴散到爐膛的各個角落.

    3.2.2利用高速燃燒器

    與熔鋁爐近似.

    3.2.3取消熱風循環(huán)系統(tǒng)

    將燃燒室進行改造后,將循環(huán)風機、燃燒機、原燃燒室全部取消,為了減少改造工作量,對內(nèi)部結(jié)構(gòu)不予改變,只將原循環(huán)風道堵死即可.這樣不但節(jié)省了風機與燃燒機的投資,還節(jié)約了因循環(huán)風機帶來的電力消耗.

    3.2.4爐壓控制系統(tǒng)

    爐膛溫度控制、排煙溫度與爐壓控制是密不可分的.首先,規(guī)定燃燒室的壓力范圍為10——20Pa,煙囪上安裝一塊擋板,爐壓高時,擋板開度加大,反之,減小.在爐壓的正常范圍內(nèi),根據(jù)爐膛溫度尤其是排煙溫度調(diào)節(jié)擋板開度.這就是所謂的串級控制.

    3.2.5增加板式空預器

    為了保證排煙溫度保持在150℃左右,充分利用煙氣余熱,在煙囪底部加裝一臺空氣預熱器,將助燃空氣進行預熱,提高燃燒溫度、降低過?？諝庀禂?shù)、提高棒爐效率、降低燃氣消耗.

    我們?yōu)槟充X加工企業(yè)所做的多棒爐節(jié)能改造效果顯著,原噸產(chǎn)品消耗天然氣53m3,改造后僅為31.8m3,節(jié)能率達到了40%,且提高了爐膛溫度均勻性,加熱時間大大縮短,提高了設(shè)備生產(chǎn)率.

    3.3短棒爐節(jié)能技術(shù)

    短棒加熱爐是一種對流式加熱爐,見圖3—9所示.利用燃燒機燃燒產(chǎn)生的高溫氣體對鋁棒進行對流加熱.

    該鋁棒加熱爐爐膛內(nèi)設(shè)置熱電偶,控制爐膛溫度以滿足鋁棒加熱的要求,由于控制系統(tǒng)為脈沖控制即溫度超過設(shè)定溫度后,燃燒機停止工作,當溫度低于設(shè)定溫度時,燃燒機要對爐內(nèi)吹冷風幾十秒鐘才點火,這樣就影響到了爐子的熱效率,增加了能耗.另外,該燃燒機對空燃比不能自動控制,一般都是大空燃比運行,導致能耗增加.

    3.3.1采用高速燃燒器替代燃燒機(見多棒爐)

    3.3.2增加自動控制系統(tǒng)

    (1)加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成

    加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖3—10所示,它由PLC主控系統(tǒng)、移相觸發(fā)模塊、整流器SCR、加熱爐、傳感器等5個部分組成.

    短棒加熱爐是由爐膛溫度作為溫度控制指標,預先設(shè)定爐膛溫度為相應(yīng)溫度.

    3.3.3取消循環(huán)風機

    短棒加熱爐一般都配置1——4臺循環(huán)風機,試圖使爐膛溫度均勻,提高煙氣流速.

    (1)取消循環(huán)風機

    更換為高速燃燒器以后,因為高速燃燒器噴出速度高,對爐膛內(nèi)的氣氛具有強烈的攪拌作用,不用風機就能保證爐膛溫度均勻,因此,完全可以取消循環(huán)風機,以節(jié)省電耗.

    (2)改造爐膛底部的燃燒室

    縮小底部爐膛體積,保持煙氣流速.用特制耐火磚將爐膛縮小,沿煙氣流動方向按照從小到大的順序向上部開孔,以保證對鋁棒均勻加熱.

    通過對某鋁加工企業(yè)的短棒爐進行的節(jié)能效果來看,燃氣節(jié)能率達到10——35%以上.

    4氧化污泥深加工技術(shù)

    鋁型材表面處理過程中會產(chǎn)生大量的膠體狀廢液,經(jīng)沉淀處理后俗稱污泥,進一步脫水后即為含鋁廢渣.這種廢渣數(shù)量極大,僅一條

    年產(chǎn)鋁型材2400t的氧化著色流水線,每年產(chǎn)生污泥約15萬t,廢渣2000 t,因此綜合利用意義重大.

    鋁型材廢水處理工藝原理簡單,操作、管理方便.目前存在的問題是廢渣的處理,鋁材污泥經(jīng)壓濾機脫水后仍含較多的氫氧化物,隨便處置會造成二次污染.實際上鋁材廢水的沉淀物含有大量的氫氧化鋁,如果加以開發(fā)利用,生產(chǎn)活性氧化鋁產(chǎn)品,具有廣泛的用途.

    4.1氧化污泥生產(chǎn)活性氧化鋁工藝

    工藝流程見圖4—1.用流態(tài)化爐焙燒,將濕氫氧化鋁先送入斯德干燥機,再送入流態(tài)化焙燒爐,噴入燃料焙燒成氧化鋁,經(jīng)過造粒、養(yǎng)生、活化、分級后,即為最終產(chǎn)品.

    5結(jié)論

    通過對鋁加工行業(yè)熔鋁爐、棒爐的節(jié)能技術(shù)改造,對氧化污泥的深加工利用進行研究,總結(jié)了一些實踐經(jīng)驗,也達到了一定的效果.但是,因為鋁加工企業(yè)訂單大多較飽滿,很少能有充裕的時間進行徹底的節(jié)能改造,還有不少的節(jié)能空間.建議鋁加工企業(yè)提高節(jié)能意識,充分認識到節(jié)能減排不僅僅是國家為了完成國家公約而制定的強硬措施,而且對提高企業(yè)經(jīng)濟效益、提高企業(yè)管理水平、提高企業(yè)技術(shù)裝備水平同樣具有重要的意義.