CN114990352B - 一种再生铝熔铸工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种再生铝熔铸工艺及系统，包括至少2台熔炼炉：1#熔炼炉、2#熔炼炉，所述熔炼炉的一侧通过二次燃烧通道连通，所述熔炼炉内设置有至少一个纯氧燃烧器及补氧喷枪，还包括安装在每个熔炼炉另一侧炉门上的排烟阀板。本发明通过使用双排熔炼炉并排且相通的方式解决熔炼与二次燃烧的问题，其中一个熔炼炉用于熔炼，另外一个熔炼炉用于二次燃烧解决烟气排放的问题，将熔炼与二次燃烧分离开，用以解决现有的纯氧燃烧的排烟量比空气燃烧的排烟量少70％以上，无法和现在的排烟和除尘设备相匹配，增加生产成本的问题。

Description

一种再生铝熔铸工艺及系统

技术领域

本发明涉及再生铝回收技术领域，具体涉及一种再生铝熔铸工艺及系统。

背景技术

在废金属行业中，废铝回收利用较生产相同的铝相比，可大量减少铝生产过程中所需能源(水、电、气)，减少碳排放，同时也将减少固废排放，提高金属利用率。

目前，在废铝再生行业主要燃烧熔化的方式进行熔炼，以达到回收利用的目的。但是通过以上熔化工艺实行生产有如下缺点或不足：

在将废铝破碎(压块)后放入热炉中后，由于废铝表面含有的油漆、油脂、塑料等在高温环境下开始燃烧，但是由于炉内的空间限制和氧含量较低的双重条件下，它们不能完全燃烧，将产生大量的黑色烟气从炉门溢出，通过排烟通道进入排烟管道，这将严重的安全隐患，同时大量黑烟也影响了环境空气质量和除尘设备的使用更换频率，增加维护成本；系统排烟量大，也就造成了后续的除尘设备需要更多更大，增加了企业的运行成本和占地面积；再生铝行业的熔炼车间一般将设置2个或以上的熔炼炉并排且不相连的布置方式，两两之间由于需要布置蓄热式(空气助燃)燃烧系统，造成的占地浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种再生铝熔铸工艺及系统，使用双排熔炼炉并排且相通的方式解决熔炼与二次燃烧的问题，其中一个熔炼炉用于熔炼，另外一个熔炼炉用于二次燃烧解决烟气排放的问题，将熔炼与二次燃烧分离开，用以解决现有的纯氧燃烧的排烟量比空气燃烧的排烟量少70％以上，无法和现在的排烟和除尘设备相匹配，增加生产成本的问题。

一种再生铝熔铸系统，包括至少2台熔炼炉：1#熔炼炉、2#熔炼炉，还包括设置在熔炼炉的一侧二次燃烧通道，所述熔炼炉内设置有至少一个纯氧燃烧器及补氧喷枪，还包括安装在每个熔炼炉另一侧炉门上的排烟阀板,所述1#熔炼炉用于熔炼废铝，所述2#熔炼炉用于二次燃烧黑烟，所述1#熔炼炉、2#熔炼炉通过二次燃烧通道连通。

进一步地，还包括围绕在炉门上的炉门罩，所述炉门罩通过炉门排烟控制系统与烟道连通。

进一步地，所述烟道包括主管道及主管道上的至少2个分支管道，所述分支管道用于连通至炉门罩，所述炉门排烟控制系统包括设置在分支管道的排烟阀以及分别设置排烟阀前后的压差变送器和温度测量仪。

进一步地，所述烟道用于将熔炼炉排出的烟气输送至除尘设备，所述烟道在靠近除尘设备一端上设有排烟烟道升温系统，所述烟道上还包括用于通入环境空气的分支管道，所述用于连通环境空气的分支管道上设有排烟烟道降温系统。

一种再生铝熔铸工艺，包括以下步骤：

分别开启1#熔炼炉、2#熔炼炉对应的纯氧燃烧器，将1#熔炼炉、2#熔炼炉炉膛温度提升至安全炉温；

将废铝破碎(压块)后放入1#熔炼炉中进行熔炼，并开启1#熔炼炉的补氧喷枪对1#熔炼炉炉膛进行喷射；

采集1#熔炼炉炉膛内的黑烟浓度；

若所述黑烟浓度超过预设范围，则调节2#熔炼炉的排烟阀板的开启角度以控制2#熔炼炉炉膛内部压力，使1#熔炼炉炉膛内的黑烟由于炉压的原因通过二次燃烧通道将进入2#熔炼炉；

开启2#熔炼炉的补氧喷枪对2#熔炼炉炉膛进行喷射，使黑烟将和氧气在2# 熔炼炉中燃烧并释放热量。

进一步地，所述熔炼炉的数量为3个，包括：1#熔炼炉、2#熔炼炉、3#熔炼炉，所述3#熔炼炉为蓄热炉，所述1#熔炼炉、2#熔炼炉、3#熔炼炉通过二次燃烧通道连通，所述一种再生铝熔铸工艺还包括：

采集2#熔炼炉炉膛内的黑烟浓度；

若所述黑烟浓度超过预设范围，则调节3#熔炼炉的排烟阀板的开启角度以控制3#熔炼炉炉膛内部压力，使2#熔炼炉炉膛内的黑烟由于炉压的原因通过二次燃烧通道将进入3#熔炼炉进行蓄热。

进一步地，还包括：

当炉门排烟控制系统中排烟阀门全部开启后，采集烟道内部的温度数据；

若所述温度数据超过预设范围，则开启排烟烟道降温系统，通入环境空气，对排烟温度进行降温处理。

进一步地，还包括：

采集烟道内部的温度数据；

若所述温度数据低于预设范围，则开启排烟烟道升温系统，对烟管内的空气进行加温。

进一步地，升温过程中，纯氧燃烧器处于有焰燃烧模式，通过纯氧燃烧器形成的火焰对炉膛进行快速升温，当到达预设安全炉温后，将所述纯氧燃烧器切换至纯氧无焰燃烧模式。

本发明具有的有益效果：

1、使用2台或以上的并排的熔炼炉，并将这些熔炼炉通过二次燃烧通道连接，通过炉膛压力变送器对炉膛压力的反馈，控制熔炼炉上设置的炉门排烟阀板的开度来控制炉压，从而控制在废铝熔化时由于本身带有的油漆、油脂、塑料等因不完全燃烧产生的黑烟的路通路径，进行二次焚烧，可以①减少黑烟的排放，②减少黑烟(即不完全燃烧的废气)进入排烟系统的量，提高后端排烟管道和除尘设备的使用安全性，③提高炉膛温度，减少天然气使用量，④减少后端除尘设备的使用更换频率。

2、使用纯氧燃烧系统替代原有的蓄热式(空气助燃)燃烧系统。①由于纯氧燃烧的特性时高温熔化，这样可以提高生产效率，②纯氧燃烧可降低天然气的使用量，降低排放产生的烟尘，降低后端除尘设备的使用频率，降低运营成本，③纯氧燃烧器特有的弥散燃烧方式可以大大降低火焰温度，减少对铝的烧损，减少Nox的排放，④在废铝熔化时产生的黑烟(即不完全燃烧的废气)可以通过增设的补氧喷枪进行补氧，得以将燃烧继续，持续放热，提高炉温，并减少黑烟排放量，⑤纯氧燃烧系统占地面积小，智能化程度高，使用维护简单，减少操作人员劳动量。

3、通过设置的炉门排烟控制系统和设计的炉门罩，控制从炉门阀板排除的高温烟气和环境空气进入烟道的流入量。如果炉门排烟控制系统到了极限控制也无法降低通入烟道中烟气的温度，则排烟烟道降温系统将开启，继续向注入低温环境空气对烟气温度进行控制，如果炉门排烟控制系统到了极限控制也无法升高通入烟道中烟气的温度，则排烟烟道升温系统将进行燃气补燃，升高烟气温度，并精确控制，避免烟气中含水量过高造成的低温析出，和烟尘混合后堵塞布袋。

附图说明

图1为本发明的再生铝熔铸系统侧视图示意图；

图2为本发明的再生铝熔铸系统俯视图示意图；

图3为本发明的再生铝熔铸系统剖面结构示意图；

图4为本发明的纯氧燃烧器结构示意图；

图5为本发明的再生铝熔铸工艺示意图；

附图标记：1-烟道保温层，2-温度测量仪，3-排烟阀，4-压力变送器，5-电动执行装置，6-炉门，7-排烟阀板，8-二次燃烧通道，9-熔炼炉，10-补氧喷枪， 11-纯氧燃烧器，13-烟道，14-炉门罩，15-排烟烟道降温系统，16-排烟烟道升温系统，17-排烟管道温度测量仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

另外，为了清楚和简洁起见，可能省略了对公知的结构、功能和配置的描述。本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文描述的示例进行各种改变和修改。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

实施例1

现在再生铝熔化系统单体炉膛的主要配置为：蓄热式(空气助燃)燃烧器、熔化炉本体、排烟系统、除尘系统等设备组成。其工艺流程如下：将废铝破碎(压块)后放入熔化炉中，通过炉墙同侧布置的2个(或以上)中的1个的蓄热式(空气助燃)燃烧器将天然气和空气混合后燃烧形成的火焰直接灼烧废铝，另1个负责将炉膛内的高温烟气进行蓄热后排出，到达标定的蓄热时间后，切换蓄热式(空气助燃)燃烧器的工作状态，将环境空气泵入蓄热完成后的蓄热体后，经过升温再和燃气进行混合燃烧，循环往复。在工作过程中，炉内温度一般控制在1000℃左右，这样能够一定程度上提高燃烧效率，节能天然气的使用量。

本发明中主要组成部分为：2台或以上的并排且相通的熔炼炉9，纯氧燃烧系统(含弥散纯氧燃烧器11，补氧喷枪10)，二次燃烧通道8，炉门罩14，炉门6的排烟控制系统，排烟烟道降温系统15，排烟烟道升温系统16等组成。

假设1#、2#、3#熔炼炉9并排且相通，其中的1#、2#熔炼炉9用于进行熔炼，3#熔炼炉9不开启，工艺流程叙述如下：

首先1#熔炼炉9通过纯氧燃烧系统的有焰模式，将炉膛温度升至1000℃左右，并通过多个温度传感器的信号输出给控制系统进行监控；

在将废铝破碎(压块)后放入1#热炉中后，将产生大量黑烟(即未完全燃烧的油漆、油脂、塑料或其它废铝中杂质)，在1#熔炼炉9安全炉温下，通过补氧喷枪10对炉膛进行喷射，提高炉膛含氧量，黑烟将在1#熔炼炉9中燃烧并释放热量，如果燃烧过程中，还有大量黑烟产生，将通过控制2#熔炼炉9的排烟阀板7的开启角度控制2#炉膛内部压力，同时3#及其它熔炼炉9的排烟阀板 7维持关闭状态，由于炉压原因，黑烟通过二次燃烧通道8将进入2#熔炼炉9，在2#熔炼炉9在安全炉温下，通过补氧喷枪10对炉膛进行喷射，黑烟将和氧气在2#熔炼炉9中燃烧并释放热量。此过程中，黑烟和氧气在高温下反应后继续燃烧放热，既可以消除黑烟，又可以升高或维持炉温，降低能耗。如出现多余的黑烟，将开启3#或其它需要热量的炉子，对其进行保温。

本领域技术人员可以理解的是，排烟阀板7与电动执行装置5组成电动闸阀，通过电动执行装置5电源驱动使阀板作运动，从而控制阀门的开启和关闭。

在升温过程中，通过纯氧燃烧系统形成的火焰对炉膛进行快速升温，到达温度后，在保证安全炉温情况下，通过纯氧烧嘴，切换至纯氧无焰燃烧模式，此时炉膛内将没有火焰，从而大大降低了燃烧温度，不至于对炉内的铝金属进行严重烧损。

由于纯氧燃烧在燃烧时产生的烟气只有CO2和H2O，没有空气中的N2参与，排烟量大大减少，需要根据压力变送器4对炉子内部的压力情况测量，通过熔炼炉9炉门6上的排烟阀板7进行控制，从而控制炉膛压力和排烟流量，以保证炉膛始终时微正压，避免热量散失严重。

炉门6的排烟系统中的压差变送器和温度测量仪2实时监测排烟阀3前后压差和阀后温度，避免大量环境空气不被控制(主要时流量和温度)的吸入到增加了烟道保温层1的烟道13)内部，从而减少后端的除尘设备的工作负荷，增加使用寿命，降低企业运行成本。

如果炉门6的排烟通道中排烟阀3门全部开启后，还是无法将烟道13内部的温度降低，则排烟烟道降温系统15开始启用，打开阀门，通入环境空气，对排烟温度进行降温处理。

在排烟过程中，由于纯氧燃烧在燃烧时产生的烟气只有CO2和H2O，烟道 13内部的水含量非常高，水的露点温度非常低，直接排入后端除尘设备，将严重影响布袋的使用，在进布袋前的烟道13中，设置了一套排烟烟道升温系统16，通过温度测量仪2的实时监测，决定是否开启这套升温装置，这样当前端烟气温度过低时，直接对该烟气进行加温，避免烟气中的水分析出。

具体的，排烟烟道降温系统15可以但不限于是设置在用于通入环境空气的分支管道的调节阀，排烟烟道降温系统15可以但不限于是设置在烟道13在靠近除尘设备一端上的管道式加热燃烧器。

优选的，其熔铝专用的纯氧燃烧器11结构介绍：

设置独立的火焰检测口便于安装火焰探测器；

设置独立的耐火砖(圆柱形、方形)组件燃烧室既能够承受炉膛高温，又能够承受纯氧燃烧时候的高温，还利于炉墙的布置；

设置独立的点火组件便于燃烧器直接电子或点火烧嘴点火；

设置独立的主燃烧器便于拆卸，利于保养和维护；

设置独立的2个或以上的纯氧喷枪组件，既便于独立控制，又能和主燃烧器配合，对燃气和氧气进行不同区域的比例控制。

设置独立的安装端板，便于耐火砖的固定和安装；

设置独立的2个或以上的观火孔便于调试人员和巡查人员进行观察，并可以作为火焰探测器备用接口；

设置独立的冷却气接口便于主燃烧器在不工作时候的枪头冷却。

烧嘴工作流程如下：

再生铝熔炼炉9升温阶段：

燃气(或其它人工煤气)通过燃气接口进入天燃气组件；氧气通过氧气接口进入氧气组件，燃气和氧气在主燃烧器末端通过点火组件形成的高压电或点火火焰点燃后进行燃氧比为1:2.0～2.2比例的混合燃烧，形成高温火焰，并通火焰检测口安装的火焰检测器对火焰进行实时监测，过在保证燃气充分燃烧的情况下，快速加热炉膛温度，升温至800～1050℃左右。

再生铝投料阶段：

在将废铝破碎(压块)后放入炉温为800～1050℃左右的热炉中后，将产生大量黑烟(即未完全燃烧的油漆、油脂、塑料或其它废铝中杂质)，可以通过设置在这款熔铝专用纯氧燃烧器11上的2个或以上的纯氧喷枪组件对炉膛进行喷射，提高炉膛含氧量，黑烟将和氧气充分混合后再弥散燃烧，持续为炉膛放热。

根据炉膛温度和黑烟的实际情况，可以直接切断氧气组件的氧气供应，减少或关闭天然气组件燃气的供应，增加或只通过这2个或以上的纯氧喷枪组件对炉膛的纯氧供应，使得天然气或黑烟和氧气在高温炉膛内部进行无焰燃烧，此时将无成型的高温火焰，从而减少对熔铝时候的铝烧损。

扒灰阶段：

此时炉门6将开启，炉膛内部温度急剧下降，此时使用燃气和纯氧在主燃烧器进行混合燃烧，燃氧比为1:1.2～1.8比例的不完全混合燃烧，同时控制纯氧燃烧器11上的这2个或以上的纯氧喷枪组件向火焰喷射纯氧的流量，再次进行完全燃烧。这样既可以在火焰和铝液表面形成由一氧化碳的气氛，确保铝液不和纯氧发生反应，又能保证燃气完全燃烧。从而减少对扒灰时候的铝烧损。

通过本系统中含有的：2台或以上的并排且相通的熔炼炉9，纯氧燃烧系统 (含弥散燃烧纯氧烧嘴，补氧喷枪10)，二次燃烧通道8，炉门罩14，炉门6 的排烟控制系统，排烟烟道降温系统15，排烟烟道升温系统16，烟道13系统等设备的相互配合解决在再生铝行业中使用纯氧系统熔化存在的问题，提高产量的同时，也能更加节能减排，为响应国家的双碳经济做出贡献。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种再生铝熔铸系统，包括至少2台熔炼炉：1#熔炼炉、2#熔炼炉，还包括设置在熔炼炉的一侧二次燃烧通道，所述熔炼炉内设置有至少一个纯氧燃烧器及补氧喷枪，还包括安装在每个熔炼炉另一侧炉门上的电动闸阀，所述电动闸阀包括排烟阀板和用于受电源驱动使排烟阀板运动的电动执行装置,所述1#熔炼炉用于熔炼废铝，所述2#熔炼炉用于二次燃烧黑烟，所述1#熔炼炉、2#熔炼炉通过二次燃烧通道连通，还包括围绕在炉门上的炉门罩，所述炉门罩通过炉门排烟控制系统与烟道连通，所述烟道包括主管道及主管道上的至少2个分支管道，所述分支管道用于连通至炉门罩，所述炉门排烟控制系统包括设置在分支管道的排烟阀以及分别设置排烟阀前后的压差变送器和温度测量仪。

2.根据权利要求1所述的一种再生铝熔铸系统，其特征在于，所述烟道用于将熔炼炉排出的烟气输送至除尘设备，所述烟道在靠近除尘设备一端上设有排烟烟道升温系统，所述烟道上还包括用于通入环境空气的分支管道，所述用于连通环境空气的分支管道上设有排烟烟道降温系统。

3.一种再生铝熔铸工艺，其特征在于，包括以下步骤：

分别开启1#熔炼炉、2#熔炼炉对应的纯氧燃烧器，将1#熔炼炉、2#熔炼炉炉膛温度提升至安全炉温；

将废铝先破碎后压块或直接压块后放入1#熔炼炉中进行熔炼，并开启1#熔炼炉的补氧喷枪对1#熔炼炉炉膛进行喷射；

采集1#熔炼炉炉膛内的黑烟浓度；

若所述黑烟浓度超过预设范围，则调节2#熔炼炉的排烟阀板的开启角度以控制2#熔炼炉炉膛内部压力，使1#熔炼炉炉膛内的黑烟由于炉压的原因通过二次燃烧通道将进入2#熔炼炉；

开启2#熔炼炉的补氧喷枪对2#熔炼炉炉膛进行喷射，使黑烟将和氧气在2#熔炼炉中燃烧并释放热量。

4.根据权利要求3所述的一种再生铝熔铸工艺，其特征在于，所述熔炼炉的数量为3个，包括：1#熔炼炉、2#熔炼炉、3#熔炼炉，所述3#熔炼炉为蓄热炉，所述1#熔炼炉、2#熔炼炉、3#熔炼炉通过二次燃烧通道连通，所述一种再生铝熔铸工艺还包括：

采集2#熔炼炉炉膛内的黑烟浓度；

若所述黑烟浓度超过预设范围，则调节3#熔炼炉的排烟阀板的开启角度以控制3#熔炼炉炉膛内部压力，使2#熔炼炉炉膛内的黑烟由于炉压的原因通过二次燃烧通道将进入3#熔炼炉进行蓄热。

5.根据权利要求3所述的一种再生铝熔铸工艺，其特征在于，还包括：

当炉门排烟控制系统中排烟阀门全部开启后，采集烟道内部的温度数据；

若所述温度数据超过预设范围，则开启排烟烟道降温系统，通入环境空气，对排烟温度进行降温处理。

6.根据权利要求3所述的一种再生铝熔铸工艺，其特征在于，还包括：

采集烟道内部的温度数据；

若所述温度数据低于预设范围，则开启排烟烟道升温系统，对烟管内的空气进行加温。

7.根据权利要求3所述的一种再生铝熔铸工艺，其特征在于，升温过程中，纯氧燃烧器处于有焰燃烧模式，通过纯氧燃烧器形成的火焰对炉膛进行快速升温，当到达预设安全炉温后，将所述纯氧燃烧器切换至纯氧无焰燃烧模式。