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铝合金集中熔化炉的节能改善方案

铝合金集中熔化炉是铝合金熔化和保温一体 的专用设备。公司采购的是 3.0 t/h 集中熔化炉,通 过一台 15 kW 的大风机供应 3 个熔化烧嘴及 1 个 保温烧嘴,通过欧姆龙 CP1E 系列 PLC 控制系统, 实现熔化过程的自动化控制。公司熔化生产铝合金 跟随市场形势变化,某一长段时期,铝合金产品需 求下降,达不到熔炉 3 t/h 熔化率,长时间的非连续 投料生产,造成车间熔炉燃气吨铝消耗一度达到 120 m3 /t,为此非满负荷生产时,如何降低能源浪费 与空耗,改善迫在眉睫。 


1 熔化炉改善点分析 


总结熔化炉存在能源消耗的问题,针对可能存 在能源浪费的设备构造和人为原因,分析确认得出 可以从三个方面进行改善或改造。


1.1 熔化炉排烟口敞口直排,热量损失严重 排气烟道没有挡板,不管大小火熔化燃烧,很 大一部分热量直接随管路排出车间,浪费大,熔化 效率低。


1.2 非满负荷生产,熔化烧嘴空烧,浪费严重 1)投料机正常投料时,依照原程序控制系统, 由排烟温度控制器控制熔化烧嘴进行熔化燃烧,但 存在问题是,非满负荷生产时,手动排气温度设置 过低时无法完成炉内铝料熔化,设置过高时空烧现 象明显,浪费极大。 2)每班次都需要定期清理熔化室内残渣炉料, 原操作需要手动设置很高的排气温度,保持熔化和 液路烧嘴持续燃烧,一段时间后,关闭烧嘴后清理 炉膛,操作不便且存在很多人为的不确定因素。 1.3 大功率风机供应铝水保温烧嘴和熔化烧嘴,电 能浪费严重 保持室铝水需要时刻点火保温,这样助燃风机 需要常开,以保证铝水温度。设备配备一台 15 kW 的大功率风机,设计功率和风量供应熔化和保温共 计 4 个烧嘴,而非满负荷生产时,很大部分时间只 需保持烧嘴运行,由此而造成燃气及电能的很大浪 费。 


2 熔化炉节能改善过程 


2.1 排烟烟道改造 在排烟烟道部分增加排气烟道挡板阀 + 蝶阀 马达(如图 1 所示),然后从炉体烟道旁位置连接管路,接通压力传感器(如图 2 所示),规格 0~100mbar输出连接至熔炉控制柜内压力控制器装置(如图 3所示),调试中根据实际炉腔测定压力设置上下限值驱动蝶阀马达,从而控制烟道挡板阀自动控制。根据生产车间熔炉密闭情况,将压力传感器采集数据输入压力控制器,设置烟道挡板阀开关压力值H1 为 250,H2 为 400(比例放大 100 倍,为了更加灵敏的检测炉腔压力变化),尽量保证炉腔内热损失最小。

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2.2 熔炉程序方面改善


2.2.1 配合排气烟道挡板阀炉内保温 熔炉投料生产时,设置较低且固定不变的排气 温度,当投料机停止投料 15 min 时,熔化烧嘴全部 变小火 (注意,15 min 是根据实际炉腔内铝料被完 全熔化而定),以节约燃气空耗。 


2.2.2 增加清理前熔化功能 在熔炉控制柜设置一个清理前熔化按钮并在 程序中进行改造,需要清炉时,按下按钮,PLC 开始 计时燃烧,屏蔽排气温度控制影响,15 min 大火燃 烧,时间到达后自动关闭烧嘴,操作工进行清炉操 作。


 2.3 保温室单独助燃风机设计 增加保持烧嘴助燃风机,设计功率 3 kW,与设 备配备的 15 kW 风机独立并行运行。当停止投料 15 min 时,熔化烧嘴全部变小火,再持续 15 min 内 没有投料时,关闭 15 kW 大风机,只有一台 3 kW 的 小风机工作,供应保持烧嘴(程序中需改动保持烧 嘴单独点火时,仍旧可以燃烧准备)。


3 熔化炉节能改善效果

3.1 节约燃气消耗统计分析

实施改善方案前后,统计车间现场熔化炉同等比例的铝料燃气消耗情况,如表 1(以下数据仅表示以当地燃气热值为基础的数据采集)。

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从表中可以看出,铝锭与回炉料比例越高,燃气消耗越少;铝锭:回炉料 =2.3 时,改造前,吨铝燃耗>104 m 3 ,改造后,吨铝燃耗 =93 m 3 ,吨铝燃气消耗节约>11 m 3 ,节能效果>10.6%.


3.2 节约电能消耗分析

熔化炉在非满负荷运转情况下,根据车间生产实际,实行两班制生产,其余一个班次铝水保温。实施改善前后,车间内熔炉用电使用情况如表 2 所示。结合车间生产实际,周末放假期间以及节假日期间,只保持小风机运转,按照每月平均放假 5 天计算,节约电耗96 (度)×3 (班次)×5 (天)=1440度,每月节约电: (13.5×2+96)度×25 天 +1440 度 =4 515 度。


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4 结 论

通过对熔炉硬件方面和软件方面的设计改善,在车间生产任务不饱满,熔炉非饱和熔化状态下,熔化炉节能效果显著。在实际应用中,随着车间生产吨位提升,熔化投料量及放铝水量增多,增加的排烟控制蝶阀还可降低熔化室内热损失,可提升熔化效率;熔化程序方面的改善,有效地减少了空烧热损,对于熔化效率的提升也有很大作用。


参考文献:

[1] 文杰.欧姆龙 PLC 电气设计与编程自学宝典[M].北京:中国电

力出版社,2015.

[2] 龚运新,杨进民.欧姆龙 PLC 实用技术[M].北京:清华大学出

版社 ,2015.


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