生物质燃气替代熔铝炉燃料应用研究

生物质气化 2015-04-18

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苏德仁¹，潘贤齐¹，邓立新²，阴秀丽¹

(1.中国科学院广州能源研究所, 中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室，广州 510640;

2.广东正鹏生物质能源科技有限公司，广州 511340)

摘要：通过对熔铝炉进行生物质燃料替代的技术改造，研究了生物质气化燃烧系统及熔铝炉的生产运行特性，讨论了生物质燃气替代熔铝炉燃料项目推广遇到的主要问题并提出了解决方案。研究表明：生物质气化燃烧技术的应用可满足熔铝炉对温度、产能等各方面要求，并可带来显著的经济和环保效益；遇到的主要问题包括熔铝炉现有条件限制、生物质原料供应风险、熔铝炉差异性带来的技术问题以及生物质能源的市场风险，合同能源管理是有效促进本项目推广的合作模式。

关键词：生物质；燃气；熔铝炉；应用

中图分类号： TK6　　文献标识码：A

Application Research on Biomass Gasification

and Combustion Technology for the Aluminum Melting Furnaces

Su De-ren¹, Pan Xian-qi¹, Deng Li-xin², Yin Xiu-li¹

(1.Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate,

Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, 510640, China;

2.Guangdong Zhengpeng Biomass Energy Technology Co., Ltd, 511340,China)

Abstract: The operating characteristics of the combined system of biomass gasification and combustion apparatus and Aluminum melting furnaces are studied in this paper. The results show that biomass and combustion technology meet the technical requirements of Aluminum melting furnaces such as temperature and productivity, which also bring significant economic and environmental benefits; Three were some major problems in promotion of using biomass gas as fuel of Aluminum melting furnace, such as restrictions of current apparatus, risk of biomass supply, difference of Aluminum melting furnaces and market risk of biomass energy, and Energy Management Contract mechanism may efficiently promote development of biomass energy provides an opportunity.

Keywords: biomass; fuel gas; Aluminum melting furnace; application

0　引言

　　铝及铝合金的熔炼是铝加工企业生产中的第一道重要工序，而熔铝炉是熔铸机组的关键设备，也是主要耗能设备，在生产能耗中占很大的比例，在一些企业铸造生产中其燃料消耗达到总能耗的50%左右^[1-2]。目前，我国熔铝炉燃料的单耗指标较高，平均熔铝燃油单耗约为100kg /t?Al，工业比较发达，技术比较先进的企业中，熔铝燃油单耗可降低至为60kg/ t?Al，但和发达国家熔铝燃油单耗约50kg/ t?Al相比，仍有较大差距。同时，以化石能源为燃料的熔铝炉在使用时会产生多种污染物，包括烟尘及其所含微量有害元素污染，二氧化硫，氮氧化物，二氧化碳，一氧化碳及有机污染物气体，灰渣、重金属污染物等^[2-5]。由此可见，我国熔铝炉通过节能减排技术改造的潜力巨大。

　　生物质能源属于可再生能源，由于含硫量极低，可大大减少SO₂的排放，是典型的绿色低碳能源。同时，生物质比天然气、燃料油等传统化石能源单位热量成本更低，使用生物质能替代天然气、燃料油等传统能源可以有效降低企业生产成本，显著提高企业经济效益。生物质气化是把生物质转化为可燃气的技术。生物质转化为可燃气后，利用效率较高，而且用途广泛，市场前景好^[6-7]。然而，生物质气化技术的工业化应用尚处于探索阶段，成功进入商业化运行的生物质燃气熔铝炉示范工程目前国内外都没有公开报道。本文介绍了燃油熔铝炉进行生物质燃料替代的改造及运行情况，研究了改造后的实际经济效益和环保效益，并讨论了生物质气化燃烧技术应用于熔铝炉生产运行过程中遇到的主要问题及解决方案。

1　工作原理及工艺流程

　　本项目采用生物质空气气化技术，生物质在一定的热力学环境下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含有CO、H₂和甲CH₄等成分的可燃气体，可燃气体通过专用燃烧器进行充分燃烧，将化学能转化为热能提供给熔铝炉，以满足熔炉工艺要求。

　　本项目主要新增与改造的系统由原料储存、上料设备、生物质气化炉、灰渣处理装置、燃气输送、熔铝炉燃烧器、熔铝炉烟风系统及主辅设备控制系统构成。其工艺流程如图1所示：

图1 生物质燃气熔铝炉工艺流程图

　　原料由皮带送料机送入斗式提升机，并通过斗式提升机和螺旋给料机由上部送入气化炉，气化介质空气通过鼓风机送入气化炉风室，原料在气化炉炉排上方进行部分燃烧，在炉排上方自上而下形成干燥层、热解层、还原层和氧化层，依靠氧化层燃烧所产生热量为还原层、热解层及干燥层提供能量。通过空气的合理匹配，尽量将能量转化和保留到可燃气体中，可燃气体在引风机作用下，经旋风分离器净化除尘后送入熔铝炉燃烧器燃烧。燃烧后的热烟气通过蓄热式燃烧系统将助燃冷空气预热后排出。

　　在生物质气化设备维护及紧急停炉情况下，使用燃油作为备用燃料，保证熔铝炉生产工艺过程的正常进行。

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