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【技术】浅谈生物质全气化蓄热技术熔炼再生铝

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沈阳圣工燚科技有限公司成立于2017年9月,是一家从事生物质能源化利用的高新技术企业,公司历时6年自主研发、生产、销售的生物质全气化设备,在“生物质全气化直接燃烧熔铝技术”领域,到“生物质全气化不换向蓄热燃烧技术”领域均实现了多项技术突破,目前技术成熟稳定,可为传统锅炉(熔炼炉窑、蒸汽炉、烘干炉、锻造炉、导热油锅炉等)提供托管式技术升级和改造,提高原有锅炉的使用效率,使用生物质代替传统能源,大幅降低企业生产成本。

公司在生物质全气化蓄热熔铝技术领域已处于国际领先水平,并有多个成功案例。例如2022年2月到6月,公司在江西省新余市天时铜业有限公司的再生铝熔炼项目,设备运行安全稳定,通过数据采集并与国内外数据进行对比,设备节能性、环保性、熔炼速度以及铝烧损率等,均达到了行业领先水平。

一、技术介绍

1、生物质全气化技术介绍(圣工燚燃气发生器)

该设备的生物质燃气发生器由我公司自主研发并制造,设备针对生物质碳氢化合物的特性和可挥发性进行研发。以空气为介质将生物质颗粒通过高温低氧的方式加温到600℃以上,生物质即可氧化及还原成小分子的气体,主要成份为CO、CH4、H2、CnHm等。经过除尘后,热燃气即可代替天然气直接使用,火焰温度约1400℃(可根据用户需求自主调节)。

2、圣工燚技术与国外技术对比

国外技术:

蓄热式高温空气燃烧技术在日、美等国家简称为HTAC技术,在西欧一些国家简称为HPAC(Highly Preheated Air Combustion)技术,亦称为无焰燃烧技术(Flameless combustion)。其基本思想是让燃料在高温低氧浓度气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施:一项是采用温度效率高达95%、热回收率达80%以上的蓄热式换热装置,极大限度回收燃烧产物中的显热,用于预热助燃空气,获得温度为800~1000℃(比炉温低80~150℃)的助燃空气;另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物,稀释反应区的含氧体积浓度,获得浓度为3~15%(体积)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中,首先进行诸如裂解等重组过程,造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件,在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能,不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这种燃烧是一种动态反应,不具有静态火焰。它具有高效节能和超低NOX排放等多种优点。蓄热式高温空气燃烧技术自问世起,立刻受到了日本、美国、瑞典、荷兰、英国、德国、意大利等发达国家的高度重视,其在加热工业中的应用得到迅速推广,取得了举世瞩目的节能环保效益。

圣工燚技术:

由公司自主研发的“燃料不换向蓄热式燃烧技术”,是专门针对有色金属加工行业的工业窑炉工艺来改进研发的,在吸取并保留传统蓄热式燃烧技术优势的基础上,公司研发推出了“燃料不换向蓄热燃烧技术”。技术最大的特点,在于解决了“传统蓄热式燃烧技术”在生产过程中,燃料间歇燃烧导致的炉内炉压持续增加的缺点。

传统设备为了保障炉内安全,系统中必须设置辅助烟道来释放炉内压力,而辅助烟道在释放炉压的同时也同样造成了大量热量损失,企业生产成本不断增加。而“燃料不换向蓄热式燃烧技术”的燃烧方式为火焰连续燃烧,避免了锅炉泄压导致的能源流失,既节省了生产成本,又提高了生产效率,真正做到增加企业的核心竞争力。

该技术适用于高温下的生物质燃料燃烧。具体工艺细节如下:

① 设备采用单火嘴连续供气、双蓄热箱交替换热、提供高温空气的助燃方式。燃烧火嘴不间断喷火;用户可按需调节燃烧机功率,自主调节熔铝速度,具备节能环保效果;

② 采用三级弥散式燃烧方式:一级点燃,二级缺氧,三级足氧,设备通过在物料表面弥散式燃烧形成火膜的方式,阻断氧气和物料接触,达到降低物料氧化烧损的效果,排烟温度为120度以下。

③ 熔铝速度:每小时5-6吨左右。

 

 

3、天然气与生物质燃气价格对比
以生物质燃气按同等热值的天然气换算,天然气热值计8600大卡,生物质燃气为1300-1350大卡(由于原料种类、湿度等因素存在些许差异)。生物质颗粒低位热值为4000大卡,通过公司专有技术提高燃气热值后,每1公斤秸秆可产3 m³的450℃高温燃气。预计每年可为每台锅炉节省成本117.7万元。大幅降低了熔铝成本,提高了产品的价格竞争力。详见下表:

天然气与生物质燃气成本对比表

名称

燃气热值

燃气单价

熔铝每吨
耗气量

小时成本

年成本
(8000小时)

天然气

8600kcal

4元/m³

75m³

300元

240万元

生物质燃气

1350kcal

0.32元/m³
(含原料及生产成本)

477.8m³

152.9元

122.3万元

备注:以设备用料量960kg/h,单价为0.9元/kg;颗粒燃尽率95%以上。

4、工艺流程

“生物质全气化不换向蓄热燃烧技术”首先将生物质颗料由自动送料系统送入气化装置并产生混合高温燃气,再经过料气分离室进行初级过滤,通过管线旋风除尘系统输出;可燃气通过专用燃烧机与空气混合后进入冶炼炉窑燃烧(或蒸汽锅炉、热载体锅炉、热风炉等)。通过不换向蓄热设备排烟,换热,助燃。详见下图:

5、技术优势总结
★ 通过生物质全气化装备加装“蓄热不换向弥散式燃烧节能系统”,每吨颗粒可熔废铝7吨以上(取决于废铝出水率和熔铝工艺及炉前工的熟练操作),可降低原铝烧损50%以上。
★ 蓄热熔铝设备可大大减少除尘布袋的烧损次数。
★ 生物质燃料为近零碳排放,还可申请有关部门技改补贴。

 

 

二、

 
 

市场前景分析

随着传统能源成本逐渐上升,我国更加重视环保产业的快速发展,生物质制气项目在新能源应用领域更是意义重大。目前国内再生铝行业普遍采用天然气、LNG或重油进行熔炼,普遍存在生产成本较为高昂或生产工艺不符合环保要求等问题。“生物质全气化熔铝技术”将大幅降低对再生铝行业天然气的依赖,国内市场前景广阔,后续将大面积推广并扩大建设规模。

作为国内生物质全气化熔铝的先行者,沈阳圣工燚科技有限公司生物质燃气蓄热熔铝技术的成功,标志着公司在“再生铝熔炼”新能源业务板块取得了重大突破,为今后在“再生铝熔炼”领域开拓更广泛的市场奠定了坚实的基础。沈阳圣工燚科技有限公司将以此技术为依托,从实处着眼、向实处发力、用业绩说话,以实际行动践行国家“双碳”战略目标,全面拓宽再生铝市场新能源项目。

 

 

三、

 
 

案例介绍

1、炉窑改造项目概述
公司名称:江西新余天时铜业有限公司;
地    址:江西新余市渝水区高新产业园;
改造时间:2021年11月份;
炉窑类型:矩形炉;
炉窑吨位:35吨;
熔炼产品:废铝;
熔炼温度:850-1100℃;
燃    料:杂木生物质颗粒,热值:4000kcal;

2、设备配置

① SGY-600WDK生物质天然气发生器

该项目低功率运行即可满足生产需求,低功率运行即节省燃料,又延长了设备使用寿命,降低设备故障率。

② 不换向式蓄热燃烧系统

“生物质天然气蓄热式燃烧技术”是将“燃料不换向蓄热式燃烧技术”与“生物质天然气直燃技术”有效地结合起来。利用生物质天然气的高效、洁净、低价的特点,依托“燃料不换向蓄热式燃烧技术”高效的热能回收、低NOX和多层级燃烧等特点相结合,为用户提供最优质、高效的环保节能技术。

3、现场实测数据

① 每吨4000kcal热值的生物质颗粒可熔废铝7吨以上(连续运行);

② 烟气排放温度110—120℃;

③ 炉门关闭熔铝时烟气含氧量≤8%;

④ 烟气含氧量<8%时,氮氧化物、二氧化硫均可达到地方工业锅炉烟气排放标准。

 
 

现场照片

1、生物质燃气发生器(天时铜业)

2、不换向式蓄热燃烧系统(天时铜业)

熔炼过程中炉门关闭没有任何烟尘溢出且无需留泄压孔

 

3、生物质天然气直燃熔铝业绩(禹州第一电缆厂)

 

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