# Alum

i num P r ocess

He a te rs

A k a : A n n e a l i n g a n d P r e h e a t F u r n a c es

# A

g e nda

n 

### A l u m i n u m P r o c e ss H e a t e r D e s c r i pt i o n

, D e s i g n

, Op e r a t i on

n 

### A l u m i n u m v e r s u s Oth e r P r o c e ss H e a t er

n 

### C on s i d e r a t i o n o f S t a n d a rd

n 

### Fo r m a l de h y d e V a r i a b il i ty

n 

### R e c o mm e n d a t i on

# P r

o ce s s D e s c r i p t i on

n 

### I n d i r e ct

- f i r e d f u r n a ce s p r i m a r il y u s e d t o e i t h e r:

n P re

- h e a t ( s o f t e n ) m e t a l f o r f u r t h e r p r o c e s s i n g

, o r

n H e a t t r e a t m e t a l t o e f f ec t p h y s i c a l p r o p e r t i es

n 

### F u r n a ce s a r e e ss e n t i a l l y l a r g e o v e n s w i t h

t e m p e r a t u re

- c ont r o l l e d zo n es

n A ll n a t u r a l g as

- f i r ed

n I n d u s t r y w i d e

– a p p r o x. 3 0 0 f u r n a c es

n A lc o a

– a pp r o x

. 165 f u r n a c es

n A v e r a g e 23 p e r p l a n t ( r a n g e 2

- 5 6 p e r p l a n t)

# P r

o ce s s D e s c r i p t i on

n 

### A l u m i n u m p r o c e ss h e a t e r s a r e sm a l l s o u r c e s:

T o t a l H e a t I np u t

( MM B T U /h

r) Pe

r c e n t a g e o f

F u r n a c es T y

p i c a l N o

. o f

B u r n e rs

< 10 42% 12 t o 30

10 t o 30 47% 48 t o 64

30 t o 60 11% 35 t o 140

# P r

o ce s s D e s c r i p t i on

n 

### Pr ehe at F u r n a c e s a nd R e h e at F u r n a c e s :

H e a t s c a l p e d i n g ot s i n p r e p a r a t i on f o r H ot

R o ll i n g ( 8 90 °

– 1 1 75 ° F)

n 

### A n n e a l i n g F u r n a c e s : H e a t s h e e t p r o d u c t s ( c o i l a n d f l a t ) to i n c r e a s e d u c t i li t y ( 4 00 °

- 1 0 00 ° F)

n 

### A g i n g F u r n a c es

– A r t i f ic i a l l y a g e p r o d u c t s to

i n c r e a s e s t r e n g t h ( 2 25 °

- 4 00 ° F)

n 

### H e at T r e at F u r n a c es

– H e a t a n d w a t e r q u e n c h

p r o d u c t s t o i n c r e a s e s t r e n g th ( 8 75 °

- 1 0 50 ° F)

# F urn

a ce C o n st ru c t ion

n 

### F u r n a ce s h a v e r a d i a nt t u b e b u r n e r s.

n O b j e c t ive i s t o t r a n s f e r h e a t f r o m c o m b u s t i o n g a s e s

t o t h e r a d i a n t t u b e a n d t h e n r a d i a t e t h e e n e r g y t o t h e

l o a d.

n U s e d i n s p e c i f ic h e a t i n g p r o c e s s e s w h e r e

c o m b u s t i o n p r o d u c t s c a n n o t c o m e i n c on t a c t w i t h

t h e l o ad o r m a t e r i a l.

n R a d i a n t t u b e b u r n e r s a r e a n i n d i r ec t h e a t i n g b u r n e r

-

- h e a t i s t r a n s fe r r e d w i t ho u t a n y d i r e c t f l a m e o r

c o m b u s t i o n e x h a u s t

.

# F urn

a ce D e s i gn

n R a d i a n t T ub e B u r n e rs

n < 1 MM

BT U / h r e a ch

n B e t w e e n 16 A n d 140 B ur n er s

p er fu r n a ce

n B u r n e r s c on t r o ll e d b y z on es

n B e t w e e n 2 a n d 14 b ur n er s p er

c o n t r o l z o ne

n F u ll f i r e t o a c h i e v e

t e m p e r a t u r e a nd t h e n c y c l e

on

- o ff t o m a i n t a in

n E x h a u s t fr o m bu r n e r s v e n t e d

t o a h e a d e r a nd t h e n t o

a t m o s ph e r e b y n a t u r a l d r a ft

# F urn

a ce D e s i gn

# F urn

a ce D e s i gn

# F urn

a ce D e s i gn

# F urn

a ce D e s i gn

B u r ne rs C o m m on

E x ha u s t

D u ct

# F urn

a ce Op e r a t ion

n 

### F u r n a ce s o p e r a t e i n b a t c h m o de

n C on t r o l l e d t e m p e r a t u r e r a m p u p f r o m a m b i e nt

n H o l d a t c o n s t a n t t e m p e r a t u r e ( s o a k)

n C on t r o l l e d c o o l d o wn

n H e a t a n d c o o l p a tt e r n m a y r e p e a t d u r i n g c y c le

n W a t e r qu e n c h ( h e a t t r e a t o n l y)

n 

### C y cl e t i me v a r i e s f r o m ho u r s to s e v e r a l d a ys

# F urn

a ce Op e r a t ion

n 

### L o a d t e m p e r a t u r e c r i t i c a l to q u a l i ty

n 

### T e m p e r a t u r e c on t r o ls

n B u r n e r s m o d u l a t e b e t w e e n h i gh

- fi r e ( 10 0 % ) a n d

l ow

- f i r e ( 20 % ) a n d p u l s e b e t w e e n l ow

- f i r e a n d o ff

n B y z o ne

n 

### F u e l u s a ge

n H i g h ( n e a r c a p a c i t y ) a t s t a r t up

n L o w r e m a i n d e r o f t h e c y c le

n A nn u a l b u r n e r c a p a ci t y f a c t o r o f 25%

# P r io r A l c o a / E P A D i s

c u ss io ns

n 

### Pot e n t i a l n e e d f o r s e p a r a t e s u b c a t e g o ry

n 

### A l c o a c o mm i t t e d t o c on d u c t f u r n a c e t e s t i ng

n 

### D a t a f o r t h r e e f u r n a c e s s u b m i tt ed

# A l u m i nu m P r o ce ss H e a t e rs

n C o m p a r e d o u r u n i t s w i t h I CR

n Si g n i f i c a n t d e s i g n a nd op e r a t i on d i ff e r e n ces

n B a t c h v s

. C o n t i n u o us

n O p er a t i n g T e m p er a t ure s

n A l u mi n u m P re h e a t v s

. S t ee l v s

. Pa p er bo ar d v s

. H a f n i u m ki ln

n L ar g e N u m b er o f S m a ll B ur n er s v s

. f e w er l ar g e b ur n ers

n F reque n t B ur n er C yc li n g ( l o w t o h i g h f i re)

n T e s t i n g a pp r o a ch

n T e st Tim e D ura t i o n ( e n t i re cyc l e v s

. po r t i on o f cyc l e )?

n A lc o a b e l i e v e s i t w o u l d b e u n w o r k a b le f o r E P A t o s e t a

s i n g le s t a n d a r d f o r a l l p r o c e ss h e a t e rs

n A l u m i nu m r e qu i r e s a s e p a r a t e s ub c a t e g o r y

# C o

n s i d e r a t io n s fo r St a nd a rd

n B a s i s f o r s t a nd a rd

n A s m e a s u r e d v s

. O

2 a d j u s t m e nt

n C on ce r n s a bou t O

2 a d j u s t m e n t f a c t or

n F u r n a ce s v e r y c l o s e t o 20

. 9 % O

2

n M e a s u r e m e n t e rr o r b ec o m e s s i g n i f i c a nt

n S t a n d a r d c o rr e c t e d t o a % O

2 n o t w o r k a b le

n L i m i t e d nu m b e r o f e m i ss i on t e s ts

n D o e s d a t a r e p r e s e n t M A C T f l oo r?

n F u ll r a n g e o f op e r a t i n g c o nd i t i on s no t t e s t ed

n R e l a t i on s h i p b e t w e e n e m i ss i on s a nd op e r a t i n g c ond i t i on s no t

f u ll y und e r s t ood o r c h a r a c t e r i zed

# F o

r m al d e h y d e V a r i a b i l i ty

# F o

r m al d e h y d e V a r i a b i l i ty

n 

### L o a d s i z e

, t i m e

, t em p e r a t u r e

, s o a k cy c le

# R ec o

m m e n d a t io ns

n 

### N ot t e c h n i c a l l y f e a s i b l e to s e t a n e m i ss i on li m i t

f o r t h i s s u b c a t e g o ry

n 

### E m i ss i on C o nt r o l f o r e x i s t i n g u n i t s b a s e d on

b u r n e r t u n i n g /m a i nt e n a n ce

n 

### W o r k p r a c t i ce s t a n d a r d b a s e d on a nn u a l t u n i n g

on l y v i a b l e op t i on