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如何降低熔化铝及铝液保温炉的能耗
发布:2014年1月22日11时16分      信息来源:szyzxh
如何降低熔化铝及铝液保温炉的能耗
苏州市永福燃气具技术开发有限公司     李永福
 
如何降低熔化铝及铝液保温炉的能耗,其方法探讨如下:一是采用先进的节能燃烧系统;二是正确控制炉膛的热负荷(天然气流量);三是充分发挥设备利用率;四是正确控制助燃空气系数;五是充分利用保温铝液时的废烟气预热准备熔化的铝材料。如做到了上述五点,能耗可下降15%以上。其依据陈述如下:
一、采用先进的节能燃烧系统。
1、天然气燃烧的必要条件:
燃气可燃成分和(空气中的)氧气需按一定比例呈分子状态混合;参与反应分子在碰撞时必须具有破坏旧分子和生成新分子所需的能量;具有完成反应所必须的时间,也就是说混合气体(天然气与空气中的氧混合)与热量(温度)与反应时间的三个条件的综合才能进行燃烧。
2、燃烧的方式有三种:
(1)扩散式的燃烧方法:即边混边烧,边烧边混。
(2)预混式的燃烧方法:即把全部助燃空气与煤气一次全部混合后燃烧。
(3)半预混式燃烧方法:即将全部助燃空气分二次前后与煤气混合燃烧。
3、三种燃烧方式的特点:
(1)扩散式的特点:火焰长,不易回火,但易脱火,易不充分燃烧火焰温度低,热量利用率偏低。目前工业炉普遍采用的是此种燃烧方式。
(2)全预混式燃烧方式特点:热量利用率高,火焰短,火焰温度高,但易回火,目前燃烧技术尚不成熟,冶金工业炉上基本未用,尚在探索过程中。
(3)半预混燃烧方式特点:热量利用率要比扩散式高,比全预混式低点,但不存在回火与脱火问题。目前在工业炉上推广中,如与扩散式燃烧方法对比,节约能耗在熔铝炉上可省气15%以上。
二、正确控制炉膛的热负荷(天然气流量)。
根据《煤气设计手册》,熔铝炉的容热强度9.1万kcal/m3左右。如天然气按低热值平均计算(天然气热值有波动)8400 kcal/m3,即炉膛容积的天然气流量约为10.71m3/ m3左右。如大于此流量,势必产生大量火焰往排烟管口窜出造成大量热损失 ,甚至烧坏排烟管及炉门。加速烧坏炉膛的耐火材料,降低炉子的寿命。
从目前现状来看大都数熔化设备在操作时,火焰窜出排烟口,处于常态,此操作方法浪费能耗,加速烧损炉膛。
三、充分发挥设备利用率。
比如在熔化容量1.5t/h的设备上,每天实际熔化13-14t/天,有时甚至熔化8-10t/天。如平均按每天30吨计算,设备实际利用率仅在27-47%左右。造成大量热损失浪费,其依据如下:
根据《燃气燃烧与应用》高等学校有关教材,采用耐火材料对砌体散热及蓄热的影响,如炉墙粘土砖232mm,轻质粘土砖116 mm,,其总厚度为348 mm,内墙850℃,中间为726℃,外墙73℃为例,内墙蓄热量381101kj/m2(91041kcal/ m2);外墙散热量为3184 kj/m2(760 kcal/ m2)。
例如1.5t/h熔化炉,熔化部分外墙高度按3米,宽度2米,长度为1.5米,表面积约为30 m2,散失量为760kcal/ m2×30m2=22800 kcal(天然气低热值按8400 kcal/ m3计算)折合天然气2.714m3/h。为了24小时铝液保温,散失量约为65m3/天。熔化内腔按高3m,宽为1.2m,长1.5m,内腔面积为15m2计算,如从冷炉升至热炉850℃,其蓄热量是381101×15÷4.186=1365627kcal,相当于天然气162.57 m3
熔化连体保温部分(按圆形),按外径2米,高度1.7米(包括底部厚度),外表墙截面积顶、底面积为4.54 m2,外圆为5.338 m2,合计为9.878 m2。散热量按侧墙(顶面与底面积高于侧墙散失量)计算,(760kcal×9.878÷8400kcal)其散热量为0.894m3/h,每天21.45 m3/天;内膛截面积内径为1.2米高度为1米,内膛截面积为3.768 m2,蓄热量(381101×3.768÷4.186÷8400)相当于40.83 m3
根据上述散热与蓄热量的计算,如果每天要升炉(从冷炉升至热炉),蓄热量共需(162.57+40.83 m3)203.33 m3;如只化1炉铝液为1.5吨,每小时天然气流量115 m3/h,需耗3小时,此时的蓄热与散热量等于203.33+0.894×3+2.714×3=214.154 m3,另加熔化铝液消耗量(按60 m3/t计算)实际消耗天然气(214.154+60)274.154 m3,单耗为182.769 m3/t。如果1天熔化14吨,单耗计算公式(214.154+60×14)÷14=75.296 m3/t;如果1天熔化30吨计算公式(214.154+30×60)÷30=67.138 m3/t;如果1天熔化36吨,单耗计算公式(214.154+60×36)÷36=65.948 m3/t。
四、正确控制空气系数。
附图:炉子热效率与过剩空气系数、排烟温度的关系
从上述表格中,如在同等热负荷(天然气流量)下,在不同的空气系数与排烟温度,其热效率相关较大。
比如排烟温度600不变,空气系数为与热效率的关系
空气系数
热效率%
1
75
1.2
70
1.4
67
1.6
63
1.8
60
从助燃空气量的大小变化(热负荷未变)势必引起大量的燃烧热量被烟气带走而直接影响熔化炉的单耗高低。
五、充分利用保温铝液时的,废烟气热量预热准备熔化的铝材料。
根据现代熔铝的熔炼过程大致分为4个阶段:即炉料装炉至软化下塌至炉料化平;炉料化平至全部熔化;熔体升温(铝液)阶段。A1铝所需热量温度表
温度(℃)
所需热量(kcal/kg)
100
25.4
200
45.3
300
65.78
400
91.5
500
116
600
140
650
165
700
272
如何降低熔铝时的排烟温度,在熔化炉上就必须采用平焰燃烧器,即短火焰大平面火焰加热。使烟气延长在炉膛中的停留时间,在熔化过程中提高热量利用率,降低排烟温度和排烟热损失。
目前在熔化与保温连体炉上有自动控制铝液面功能,此功能原设计是将铝材料连续不断地加入熔化炉膛内进行预热与熔化,自动控制铝液面的作用,一旦铝液面满池时,其传感器通过自动控制即关闭熔化烧嘴,确保保温炉膛铝液量不被溢出炉门。同时,也充分利用保温烧嘴在加热过程 的废气预热铝材料。
但是,目前发现有些设备此功能已损坏,而且不及时修复,采用人工方法控制。在熔化过程中,常出现铝液溢出炉门口,于是干脆不在熔化炉膛加料,要等铝水放到一定程度量后再加料熔化,造成保温烧嘴的废气温度700℃的热量被白白排掉(保温液面般控制在730-750℃)。根据现场1.5吨熔化、保温炉的实测,保温炉烧嘴,天然气流量一般在36-44m3/h。如果保温炉开1小时,助燃空气系数在1.4-1.6,其热效率在56-58%,也就是说约有42-44%的热量未被利用。如平均折算,约有17.2 m3天然气的热量未被利用。如此多的天然气热量如能利用在加热熔化铝预热上的热量利用其效率率达35%左右,即可降低熔铝单耗6m3左右。
结论:上述陈述如能正确掌握与应用,它在现有熔化、保温炉上,在同等对比条件下:即天然气压力、熔量、温度。可达到节能15%以上。
 
 
 
 
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