蓄热式熔铝炉节能技术

1、蓄热式熔铝炉节能技术一、熔铝炉的能耗与节能国内铝加工行业熔铝炉使用传统的加热技术其能耗一般在75万大卡/吨铝左右；在国外，吨铝能耗一般低于 55万大卡。因此，国内的熔铝炉节能潜力还有 很大的空间。判断熔铝炉能耗高低以及是否节能， 从两个方面来看，第一，熔化率，第 炉子热效率。熔化率是指单位时间单位熔池体积的熔化量（生产率），炉子升温速度越快，炉子熔池越大则炉子的熔化率越高， 在一般情况下，炉子生产率越高，则熔化率 的单位热量消耗就越低。炉子热效率是铝被加热熔化时吸收的热量与供入炉内的 热量之比。为了降低能源消耗，应尽量提高炉子生产率，另一方面应充分回收利用出炉 废气的余热。同时对燃烧装置实行燃

2、料与助燃空气的自动比例调节，以防止空气量过剩或不足。减少炉体的蓄热和散热损失以及减少炉门开口等辐射热损失。早期的（现在也有一部分）熔铝炉一般离炉烟气直接排放，烟气温度在750c以上（图1）。图1废热不利用的炉子为减少烟气带走的热量损失，人们在排烟管道上安装了热量回收装置即空气换热 器，将助燃空气预热到一定的温度（200c左右）后参与燃料的燃烧，但换热器 后的排放温度还在500c以上（图2）。图2 安装空气预热器的炉子采用蓄热式燃烧技术可以将烟气排放温度降低到 150c以下，助燃空气温度预热到700c以上，这样就大大地减少了离炉烟气所带走的热量，使炉子热效率大幅度提高，燃料消耗大量减少，达到节能

3、的目的（图 3）。图3 HTACM术的工作原理图根据工业炉热工原理，助燃空气温度每升高 100C,能节省燃料约5%或者烟 气温度每降低100C,能节省燃料约5.5%。因此，采用蓄热式燃烧技术相对换 热器回收装置可以节能25%Z上。二.熔炼炉概述：传统上有火焰炉、电阻炉、中频感应炉、反射炉以及培竭炉等。为了获得质 量高又经济的铝合金溶液，各企业对熔炼设备的选择越来越重视， 近几年来，火 焰炉、电阻炉、中频感应炉、反射炉都有所改进。熔炼炉结构的发展方向是：操作自动化、应用更新化、原料节能化等。新型加热材料、新型耐火材料和新溶剂 得到新的应用。1、采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气和烟气，使之

4、流经蓄热体，能 够最大程度上回收高温烟气热量，将助燃空气预热800度-1000度以上，其余热回收率可达85犯上。2、合理组织燃烧工况，使炉内形成与传统火焰迥然不同的新型火焰型，创造出炉内均匀的温度场分布。3、通过空气与燃料气流的合理组织， 交替使用， 是燃料在低氧环境中进行燃烧，消除炉内局部高温区。三、蓄热式燃烧系统工作原理蓄热式烧嘴成对布置，相对的两个烧嘴为一组（A、B烧嘴）。从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进蓄热式烧嘴A 后， 在流过蓄热式烧嘴A 陶瓷小球蓄热体时被加热， 常温空气被加热到接近炉膛温度 （一般为炉膛温度的80 90）。被加热后的高温空气进入炉膛后， 卷吸周围炉内的烟气形成

5、一股含氧量大大低于21的稀薄贫氧高温气流， 贫氧高温空气与注入的燃料混合， 实现燃料在贫氧状态下燃烧； 与此同时， 炉膛内的热烟气经过蓄热式烧嘴B 排出， 高温热烟气通过蓄热式烧嘴B 时将显热储存在蓄热式烧嘴B 内的蓄热体内， 然后以低于150的低温烟气经过换向阀排出。 当蓄热体储存的热量达到饱和时进行换向， 蓄热式烧嘴A和B变换燃烧和蓄热工作状态，如此周而复始，从而达到节能和降低NO排放量等目的。蓄热式燃烧技术改变了传统的燃烧方式，主要表现为燃料与空气以适当速度从不同的喷嘴通道进入炉内， 并卷吸炉内的燃烧产物， 空气中的O2 含量被稀释，燃料在炉膛中高温（1 000 c以上）低氧浓度场（5%

6、-6.5%）工况下燃烧，止匕种燃烧方式带来了许多优点：（ 1）节能效果显著，比传统熔化炉平均节能25%以上由于蓄热体“极限回收”了烟气中大部分的余热，并由参与燃烧的介质带回炉内， 大大降低了炉子的热支出， 所以采用蓄热式燃烧技术的炉子比传统熔化炉节能。（ 2）消除了局部高温区，炉温分布均匀燃料在高温低氧浓度工况下燃烧， 在炉内形成没有明显火焰的弥漫燃烧， 消除了火焰产生的局部高温区， 火焰边界几乎扩大到整个炉膛， 使炉温更加均匀。 蓄热式烧嘴工作状态频繁交换， 使燃烧热点的位置及炉气流动方向频繁改变， 强化了炉气对流，减小炉内死角，也使炉温更加均匀。（ 3）提高加热质量均匀的炉温使铝锭加热更均

7、匀， 降低了局部高温以及富氧环境对铝液的挥发和氧化作用。（ 4）延长炉子耐火材料使用寿命炉温均匀和消除局部高温区使耐火材料受热均匀， 并保证耐火材料始终工作在合理的使用温度范围内。（5）减少温室效应气体CO排放量及NO生量燃料节省25%相应的CO排放量也减少25%由于局部高温区的消除，有效的 降低了 NO的生成量。四、蓄热体材料蓄热体是蓄热式燃烧技术关键部分，它要求蓄热体具有蓄热量大、换热速度 好、高温强度好、阻力损失小、抗氧化抗法性强，而且经济耐用。陶瓷球的原理就是在蓄热室内填冲直径相同的许多陶瓷实心球，堆积呈固定床，球径一般在15-25mm之间。陶瓷球蓄热体比表面积240m2/m3众多的小

8、球将气流分割成很小流股， 气流 在蓄热体中流过时，形成强烈紊流，有效地冲破了蓄热体表面的附面层， 又由于 球径很小，传热半径小，热阻小，密度高，导热性强，加之换向系统设计独特， 故可实现频繁且快速的换向，固此，蓄热体可利用30次/H,高温烟气流经蓄热体床层后便可将烟气降至150c排放。常温空气流径蓄热体在相同路径内即可预 热至反比烟气温度低50C,温度效率高达95%Z上。另外，因为蓄热体体积十分 小巧，加之小球床的流通能力强，即使积灰的阻力增加也不影响换热指标，陶瓷小球的更换，清洗非常方便，并可重复利用。蓄热体材质陶瓷材料形状球形蓄热体体积3m3换向时间120秒空气预热温度1000C高温烟气温

9、度1050C排烟温度<150C材料比表面积（m2/m3240球径25mm热回收率约 70%-80%五、应用案例下面以燃油、燃气蓄热式熔铝炉为案例，对采用某公司单蓄热（空气）技术 及专利设备（换向阀）等应用节能效果做比较和分析。1.某铝厂熔化车间一一新建项目熔化材料：铝坯及再生铝材 炉子形式：矩形固定式炉子容量： 30T 炉膛工作温度： < 1 100 铝液温度：720c830c熔体温差：<± 5c熔化期熔化率： 5.2t/h熔池面积：5.05 X 4.5=22.7m2熔池深度： 650mm熔化期吨铝消耗：< 62 m3/吨铝铝坯入炉温度：常温燃料：天然气发热值

10、： 8 500 kcal/Nm 3排烟温度： <150蓄热材料：陶瓷小球烧嘴型式：含点火及常明式蓄热式烧嘴3.5平均2某铝业有限公司改造项目改造前：为常规的烧嘴技术，即采用机械式雾化油枪技术，熔化率为吨，吨铝耗油 76 千克。经过改造后的熔化率达到 5 吨，熔铝热耗53千克，平均节油率30%。相关参数如下：熔化材料：30铝及铝合金锭、废料70电解铝液炉子形式：矩形固定式、一扇组合大炉门、机械扒渣炉子容量：25T炉膛工作温度： < 1 100 铝液温度：730 c860 c熔化期熔化率： 5t/h熔池面积：5 X 4=20 m2熔化期吨铝消耗：53公斤/吨铝熔料入炉温度：常温燃料：

11、0轻柴油发热值：10 200 kcal/kg排烟温度：<150六、总论:从热平衡角度来说， 采用蓄热式换热技术的熔化炉燃料节约率与炉子砌体的蓄热量、 炉体的表面散热损失有关。 因为烧嘴是通过烟气回收余热的， 炉体的蓄热量减小，表面散热损失越少，则排烟余热量越大，燃料节约率就越高。同时， 由于熔铝炉间歇性工作特点， 在不同工作状态时炉温、 蓄热体中空气流速、烟气出口温度有较大波动。 这样烧嘴换向时间也应随工作状态变化而变化， 优化蓄热体的利用率，使余热回收达到更好的效果。由于空气通过蓄热体后温度升高， 带进炉内大量显热， 使得燃料的理论燃烧温度显著提高。 在采用相同的炉型和燃料时， 蓄热炉比常规炉有更高的综合加热温度和更快的加热速度。采用蓄热式换热技术， 带来的直接经济效益主要是节省燃料。 由于消除局部高温区，炉温分布均匀，使耐火材料使用寿命延长，同时提高了加热质量，减少了氧化烧损。由这些因素带来