铝加工行业节能与清洁生产技术

广州好易燃能源科技有限公司，荣咨海
摘要：我国是铝加工特别是铝型材生产大国，产量占世界总产量的50%以上。

过去铝加工企业对节能减排工作的重视程度不够，因此，我国铝加工企业的能耗、装备水平以及自控技术与国外相比还有很大差距。

本文介绍了铝加工行业熔铝炉以及棒炉的节能改造技术，根据作者多年的研究和生产实践，结合设备的具体状况，提出节能改造的方案。

关键词：铝加工；节能技术
1概述
虽然我国铝型材产量已经连续五年居世界首位，但铝型材行业生产技术与美国、日本、德国、意大利等国家相比还存在较大的差距，节能减排任务重大。

主要表现在以下几个方面：
（1）铝型材行业的能耗与污染物排放情况
平均每生产1吨铝型材消耗工业用水约16～18吨；表面处理产生的废水中含有多种金属杂质离子；高能耗；产生大量废渣，仅一条年产铝型材2400吨的氧化着色生产线，每年产生污泥约15万吨，废渣2000吨，数量极大。

废水污泥成份比较复杂，目前大多数工厂采用填埋的方法处理这些污泥。

这不仅占用有限的土地资源，而且浪费资源，污染环境。

（2）铝型材行业高能耗与高污染的原因
①熔炼和回收：目前铝熔炼炉中电炉占5％，油炉占91％，燃气炉占4％，造成重熔生产1吨挤压圆锭的油耗比工业发达国家的高55.17％，而实际铸锭（轧制扁锭与挤压圆锭）的平均熔炼能耗比工业发达国家的高得多。

另外，铝熔炼炉能耗的总体状况还是处于中低水平。

②铸造、轧制和挤压：缺乏高档次产品；小机台多，挤压装备较落后，效率低；装备的自动化程度低，无法实现等温快速挤压，生产精密型材；模具质量欠佳。

③表面处理：表面处理是铝加工过程中的高耗电、高耗水、高污染的环节。

节能减排成为当今铝加工企业迫切需要解决的问题，本文从熔铝炉、保温炉、挤压机棒炉、氧化处理污泥深加工利用等方面出发，提出一些新方法和策略，从而使铝加工企业达到节能减排和清洁生产的目的。

2熔铝炉的节能减排与清洁生产技术
2.1熔铝炉工作过程
熔铝炉的熔炼过程大致可分为4个阶段，即炉料装入到软化下榻、软化下榻至炉料化平、炉料化平到全部熔化（该阶段产生氧化浮渣）、铝液升温。

对铝料的加热是通过烧嘴火焰的对流传热、火焰和炉墙的辐射传热以及铝料间的传导传热来完成的。

矩形熔铝炉图片见图2—1，4个阶段的工作特性见图2—2、图2—3所示。

图2—1矩形熔铝炉外型图片
在整个过程中，三者之间的比率是不断变化的。

固态时铝的黑度小，导热能力强。

随着熔炼过程的进行，炉料进入半液半固的临界状态，其导热能力下降，热力学性质发生了根本性的变化。

液态铝的导热能力仅为固态铝的40％，熔池上部向底部的传导传热过程十分缓慢。

金属镜面上漂浮的疏松浮渣构成热传递的绝热阻挡层。

此时熔池表面氧化膜化开，失去了保护作用，氧化、吸气倾向增强。

对于火焰熔铝炉来讲，在铝的熔化期，炉膛温度一般控制在1200℃，此时的出炉烟气温度即为炉膛温度，烟气带走的热量约占炉子热负荷的50～70％，考虑到10％的其它热损失，有效热利用只有30～40％，如果不充分利用这部分余热，势必会造成很大浪费，使炉子热效率很低。

图2—2熔铝炉炉温及能量分配模型示意图
图2—3熔炼过程中炉料变化示意图
综上所述，选择有效的强化加热方式和回收烟气余热来预热助燃空气是提高炉子热效率，确保熔炼过程中最少的直接燃料消耗的有效途径。

2.2采用高温空气燃烧技术
高温空气燃烧改变了传统燃烧方式，采用烟气再循环方式或燃料炉内直接喷射燃烧的方式，主要表现为经过陶瓷蜂窝体的助燃空气被预热至1000℃以上，以适当的速度喷入炉膛，在高速气流卷吸、搅拌作用下与炉内燃烧产物混和，空气中21％的氧被稀释，在低氧浓度（最低5％～6.5％）流体中燃烧，在高温空气条件下燃烧可实现低空气系数燃烧，减少铝的氧化烧损。

蓄热式燃烧系统主要包括一对装有蓄热体的燃烧器、一套换向装置、一套控制系统以及管路系统，其示意见图2—3。

图2—3蓄热式燃烧系统图
当炉气温度为1000～1200℃时，助燃空气温度可预热至800～1000℃，与使用间壁式空气换热器的燃油熔铝炉相比可节约燃料50％左右。

燃烧器出口混合气体实际喷出速度在60m/s左右，火焰长度约2.5～3m，火焰直径约0.5～0.7m。

炉内成对的燃烧器换向操作，高温区频频互换，保证炉内温度均匀，不形成低温区。

2.3高速燃烧器技术
对于在用的旧炉子来说，花上30万元新增一对蓄热式燃烧器，对于企业来说较难接受。

采用高速烧嘴的喷头，燃气以100m/s以上的高速喷向炉膛，助燃空气以90m/s的速度参与助燃，对铝堆产生强有力的冲击作用，加速熔化，为了防止脱火，在燃气的喷口安置了一只长明点火枪。

见图2-4。

图2-4 高速燃烧器结构示意图
我们在消化吸收美国天时高速燃烧器产品的基础上，开发出了性能优异的高速燃烧器，烟气流速可达到180m/s，负荷调节比达到1：20，过剩空气系数可在0.65～10.8之间调节。

高速气体燃烧器的技术特点如下：
a）精确组织燃烧，燃烧效率99.9％；
b）宽运行工况：热负荷调节比1∶20，空气系数0.5～10；
c）采用分级燃烧，有害气体（NOx）排放符合国家环保标准；
d）具有烟气引射回流功能，可以将废烟气从炉后引回重新投入炉内；
e）全金属结构，连续使用寿命3年。

2.4熔铝炉自动控制技术
控制系统是改善燃烧、降低能耗、保证工艺要求、提高产品产量和产量的重要保证，最终的目的是要实现燃烧设备流量、温度、压力、气氛等参数的自动检测及过程控制。

2.4.1炉压自动调节控制
合理的火焰炉应实现微正压操作。

炉压控制图见图2—5。

图2—5炉压控制方案图
2.4.2蓄热式燃烧器控制方案
蓄热式烧嘴控制方案见图2—6所示。

图2—6蓄热式烧嘴燃烧模式控制图2.4.3燃烧系统控制
基本流量控制框图见图2—7。

图2—7燃烧系统基本流量控制图
在熔铝炉燃烧控制系统运用新技术后，无论从燃料消耗还是操作维护上，都会对熔铝炉产生较大地改观，有望达到世界一流的水平。

2.5熔炉收尘及烟气处理系统
除尘系统应根据炉子工作状态自动调节系统抽风量，确保炉子工况稳定。

除尘系统流程图见图2—8。

图2—8除尘系统流程图
我们对几个铝型材企业的熔铝炉进行了以上改造，节约燃气消耗达到18～27%。

3挤压机棒炉节能技术
挤压机棒炉的能耗占铝加工企业总能耗的12～20%。

挤压机棒炉大体可分为三种，单棒炉、多棒炉和短棒炉。

图片分别见图3—1、图3—2、图3—3。

根据理论计算，将1t铝棒加热到450℃，只需要13m3天然气（炉子热效率100%），考虑到炉子热效率和间歇加热的生产工艺，加热炉热效率假定为60%，也最多消耗天然气22 m3/t铝棒，折合成产品能耗为26m3/t产品。

然而，目前铝棒加热炉的产品能耗折合为天然气为45m3/t产品，有的甚至高达70m3/t产品以上。

节能空间仍然很大。

图3-1挤压机单棒炉图片
图3-2 挤压机多棒炉图片
4.2主要技术经济指标表（见下表）
5结论
通过对铝加工行业熔铝炉、棒炉的节能技术改造，对氧化污泥的深加工利用进行研究，总结了一些实践经验，也达到了一定的效果。

但是，因为铝加工企业订单大多较饱满，很少能有充裕的时间进行彻底的节能改造，还有不少的节能空间。

建议铝加工企业提高节能意识，充分认识到节能减排不仅仅是国家为了完成国家公约而制定的强硬措施，而且对提高企业经济效益、提高企业管理水平、提高企业技术装备水平同样具有重要的意义。