蓄热燃烧技术在金属镁厂的应用

2022-09-11

一、总述:

我国的金属镁生产从无到有, 至今已走过了艰难而辉煌的历程。特别是近二十年以来, 由于皮江法的兴起, 加之采用该法炼镁的原料白云石和燃料煤资源丰富, 生产工艺相对简单, 且投资少、见效快, 使我国的镁工业发展迅速, 取得了丰硕的成果, 令世人所瞩目。现在我国的金属镁产能、产量和出口量均已居世界首位, 为金属镁的广泛应用做出了突出的贡献。

在金属镁生产经济发展的同时也给我国尤其是金属镁厂周边地区环境造成了较大的污染。现在有相当一部分金属镁厂仍以直接烧煤 (手烧) 为热源。在生产中, 传统的倒焰式还原炉排烟温度高, 几乎等于炉膛内烟气温度, 热能损失最大, 吨镁能耗的65%在还原工序, 即吨镁耗煤6.5~7吨, 能源利用率低, 人力劳动强度大, 且操作温度不易控制, 影响还原时间、还原罐寿命和单罐产量, 还原炉的使用寿命也较短。由于煤的燃烧不充分, 排出烟气的格林曼黑度指标大于国家规定的标准, 对区域环境造成了污染, 受到环保的制约, 给镁的可持续发展带来很大的影响。

蓄热燃烧技术是随着科技进步发展起来的, 它解决了高产和低耗间的矛盾, 具有高效节能和低污染排放等多重优越性。经蓄热燃烧技术改造后的金属镁厂, 其吨镁耗煤量、单罐产量、还原炉的大修周期、还原罐的使用时间等指标都收到了很好的效果, 达到了节能和环保的双重要求。

二、关于发生炉煤气站的建设

在煤气中热能可利用的部分分为两方面:一是显热部分, 另一是潜热部分。潜热部分是煤气燃烧时, 起氧化放热反应产生的热量, 以煤气的发热值来表示 (煤气发热量) ;显热部分是煤气本身具有的温度造成的部分热量, 煤气的温度越高, 其显热就越大。在热脏煤气中, 供给用户的热煤气在350~450℃左右, 此时不仅可利用煤气在燃烧时产生的热量, 同时还可利用高温煤气带来的显热来作为加热的热源, 显热约占煤气全热量的8.5%左右。因此, 从投资效益、煤耗和热能利用等方面综合考虑热煤气站宜在各金属镁厂推广使用。冷煤气可以远距离输送, 用户使用较易实现自动控制, 但由于冷煤气的后续处理投资相对较大, 占地也较多, 冷却水易造成二次污染等缺点, 现在各金属镁厂较少使用。

另外焦炉煤气、天然气、神府地区的兰碳炉煤气和高炉煤气也可使用, 要根据可燃成分调整空气供应量。

三、蓄热式还原炉

1.高温空气燃烧技术 (THAC) 的工作原理

高温空气燃烧技术即蓄热式燃烧系统, 是目前国内外开始流行的一种革命性的燃烧方式, 简称为THAC。它的工作原理是:从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进入左侧的蓄热式燃烧器后, 在经过蓄热式燃烧器 (陶瓷球或蜂窝体等) 时被加热, 在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度 (一般比炉温低50—100℃) , 被加热的高温热空气进入炉膛后, 卷席炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21%的贫氧高温气流, 同时往稀薄高温空气附近注入煤气 (即左侧的煤气切断阀开启) , 煤气在贫氧 (2~20%) 状态下实现燃烧;与此同时, 炉膛内燃烧后的热烟气经过右侧的蓄热式燃烧器后排入大气 (此时右侧的煤气切断阀关闭) , 炉膛内高温烟气通过右侧的蓄热式燃烧器时, 将显热存在右侧的蓄热式燃烧器内, 然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀排出, 工作温度不高的空气和烟气换向阀及两侧煤气切断阀以一定的频率进行切换, 使两个蓄热式燃烧器处于蓄热和放热交替工作状态, 从而达到节能和降低二氧化碳等气体排放量等目的, 常用的切换周期为30~70秒。

a) 高温空气燃烧技术的优势

节能潜力巨大, 节能达10~70%, 从而提高了能源的利用率, 达到了节能降耗的目的。大幅减少了二氧化碳等有害气体的排放, 改善了生产和区域环境。由于火焰的边界几乎扩展到整个炉膛, 使得炉膛的温度分布均匀, 有利于提高产量。并且避免了传统燃烧方式形成的局部高温, 烧坏耐火材料, 从而提高了加热炉的使用寿命。