В настоящее время энергозатраты продолжают оставаться основной статьей расхода в производстве по вторичной обработке алюминия. Компания Metalica Aluminum Recovery, занимающаяся переработкой алюминия нашла путь увеличения выхода готовой продукции. С момента постройки новой печи с 4 горелками TriOx в марте 2007, производитель имеет исключительно низкие потери металла с окалиной. Уменьшение потерь металла достигается благодаря уникальной конструкции смесительного узла горелок, которая минимизирует концентрацию кислорода на поверхности ванны. Горелки TriOx характеризуются очень низкие выбросы NОx в сочетании с надежной, не требующей обслуживания конструкцией.

furnace triox
Рис. 1
Система уже сегодня отвечает экологическим нормам, которые вступят в силу в ближайшем будующем и во многих применениях возврат инвестиций в новые горелки и системы их управления достигается в течении года. Уменьшение потери металла совместно с уменьшением затрат на обслуживание системы обеспечивают меньшие сроки окупаемости. Технологии примененные при разработке горелок TriOx представляют современное состояние подхода в конструировании горелок, при котором не только достигается значительное уменьшение выбросов NОx, но и процесс смесеобразования газа и воздуха служит для минимизации содержания кислорода и снижению пика пламени, главных источников потери металла. Новые горелки TriOx совместно с системами контроля могут улучшить выход продукции на многих модернизируемых и новых установках.

Многие печи для вторичной плавки алюминия используют горелки на природном газе. В процессе плавления и выдержки кислород в атмосфере печи контактирует с расплавом алюминия, что приводит к образования оксидов алюминия. Оксид алюминия соединяясь с флюсующими солями образует на поверхности расплава окалину, которая как губка поглощает чистый алюминий и уменьшает выход готовой продукции.

Образование оксида алюминия это сложный процесс, который в основном связан с двумя факторами, с температурой и уровнем кислорода в печи. Увеличение температуры в печи и более высокий уровень кислорода приводят к увеличению образования окалины. Таким образом есть два основных параметра влияющих на образование окалины — соотношение топливо/воздух и температура расплава. Сжигание природного газа при стехиометрическом соотношении с воздухом приводит к уменьшению образования окалины, но при этом имеет другие последствия — увеличение выбросов СО и VOC (летучие органические соединения). Как результат большинство плавильных печей работают с коэффициентом избытка воздуха 5-10%. Применение традиционных горелочных систем на холодном воздухе позволяет сократить образование окалины до 1-2%.

Под брендом Hauck разработаны и запатентованы новые газовые горелки TriOx со сверх- низким образованием NОx, в которых применяется трехступенчатая система подачи воздуха, для обеспечения максимальной эффективности при минимальном образовании окалины и вредных выбросов. Четыре горелки TriOx были установлены на новой 90 т плавильной печи фирмы Metalico Inc. (г. Сиракьюз, шт. Нью-Йорк) в марте 2007 г. Печь была разработана для плавки алюминиевого лома. Плавка алюминия происходит в плавильной камере, откуда с помощью высокопроизводительного рециркуляционного насоса расплав алюминия перекачивается в основную камеру (копильник) в которой работают горелки. Затем материал поступает на отливку. Общая тепловая мощность горелок 7.2 МВт.

Печь дополнительно оборудована контролем за давлением, чтобы минимизировать проникновение воздуха в печное пространство и имеет каскадный контроль температуры для отслеживания изменения температуры от крыши печи к ванне для оптимальных режимов плавки и выдержки. При температуре в печи выше 870° С горелки работают в режиме "невидимое пламя", что в сочетании с оптимальным размещением горелок в печи приводит к уменьшению уровня кислорода около поверхности расплава.

Был проведен 24 часовой тест для оценки потерь металла в течении нескольких циклов загрузки/выгрузки. В течении теста горелки работали в режиме "невидимое пламя" c коэффициентом избытка воздуха 5%. Во время теста плавильная камера заполнялась ломом с периодичностью 4.6 т/ч. Лом состоял из тюков строительного лома (размером 762х1220х1574 мм), сухих стружек и прессованных стружек (брикеты толщиной 76 мм или диаметром 152 мм).

Плавильная камера очищалась от шлака каждый раз когда менялся вид загружаемого материала. Копильник чистился только раз в конце теста. В плавильной камере для удаления примесей использовались флюсующие соли. Во время теста проводился замер лома и флюсующих солей использованных при плавке. Отливка продолжалась при средней скорости 4.3 т/ч. Шлак из плавильной камеры и копильника в конце теста были тщательно проверены. Во время теста средняя температура ванны в копильнике была 783° С, средняя температура в плавильной камере была 1017° С.

Общее количество окалины извлеченной из основной камеры за весь тест составило 440 кг. Это соответствует потерям металла 0.4% от общего количества лома загруженного в печь 111 т. По сравнению с традиционными плавильными печами, с горелками работающих на холодном воздухе и обеспечивающих 1-2% уменьшения окалины в плавильной камере, 0.4% потерь полученные на печи Metalico соответствуют минимум 250% сокращению потерь металла по сравнению с печами подобной кострукции.

Сравнивая 0.4% против 1% потерь на шлак, с точки зрения материала, это 670 кг/день при текущих темпах производства. Принимая во внимания использование печи на 90% и что во время теста печь загружалась на 70% от полной загрузки, экономия материала может достигать 153 т алюминия в год. При цене 2.6 USD/кг (на 2007 г.) алюминия общая экономия могла достигать 400000 USD в год, что окупило бы систему нагрева в течении 6 месяцев.

Уменьшение количества окалины главным образом связано с низкой концентрацией кислорода у поверхности ванны и характером распределения пламени горелок TriOx в печи. Горелки установлены на боковой стенке печи и наклонены к горизонту под углом 10°.

На Рис. 2 показана модель движения воздуха и природного газа на выходе из горелки. Поток газа (красный цвет) в основном отклоняется вниз при выходе из горелки с чуть меньшей скоростью чем воздух (синий цвет). Таким образом, область пламени с низкой концентрацией кислорода направлена к поверхности ванны, условие которое минимизирует количество кислорода у поверхности ванны и минимизирует образование окалины. Дополнительно, пламя вытягивается так как смешение газа и воздуха искусственно задерживается для уменьшения выбросов NOx. Вытянутая форма пламени расширяет зону горячего сжигания газа на всю длину плавильной камеры печи в отличии от создания локализованных горячих пятен как часто происходит с высокоскоростными горелками установленных под углом, которые сдерживают образование оксидов. Кроме того высокая скорость циркуляции расплавленного металла позволяет насосу эффективно перемещать холодный металл в основную камеру, помогая передаче тепла и уменьшению потерь с окалиной. Распределение кислорода по поверхности ванны приведено на Рис. 3.

  • flame-distrib-1
    Рис. 2
  • flame-distrib-2
    Рис. 3
Несмотря на то, что горелки работают с коэффициентом избытка воздуха 5%, соответственно 1% О2 в продуктах сгорания, содержание О2 у поверхности ванны на осях горелок в среднем достигает 0.495%, что обеспечивается потоками газовоздушной смеси и как результат формой пламени.

В результате новая система из 4 горелок позволила уменьшить потери металла по сравнению с традиционными горелочными системами на плавильных печах, демонстрируя значительно более высокий уровень выхода материала при обеспечении очень низких выбросов NОx, CO и VOC. Для производителей, которые стараются балансировать между соблюдением экологических норм и производительностью, новые технологии в конструкции горелок могут обеспечить хорошую окупаемость.


Назад

Свяжитесь с нами

Позвоните нам по номеру телефона 8 (831) 212-44-77 или Оставьте заявку