蓄熱式燃燒技術(shù)在再生鋁熔化爐上的應(yīng)用

李鵬

摘 要：該文主要闡述了根據(jù)鋁合金熔化不同時(shí)期的傳熱需求以及再生鋁重熔的工況條件，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)蓄熱式燒嘴以及在蓄熱式燒嘴在熔保爐上的應(yīng)用情況。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行表明，蓄熱式燃燒技術(shù)在再生鋁熔化爐上取得了良好的使用效果。

關(guān)鍵詞：蓄熱式 再生鋁 重熔 熔化爐

中圖分類號(hào)：TG307 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（a）-0086-01

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)際燃料領(lǐng)域誕生了一項(xiàng)全新型燃燒技術(shù)，即高溫空氣燃燒技術(shù)。被稱HPAC（Highly Preheated Air Combustion）技術(shù)[1-5]。該技術(shù)具有高效節(jié)能、低污染排放等多重優(yōu)點(diǎn)近幾年在國(guó)內(nèi)的熱加工行業(yè)得到了大量推廣，并且在國(guó)內(nèi)眾多工業(yè)爐上得到了應(yīng)用。

該公司為國(guó)內(nèi)某再生鋁重熔企業(yè)提供了多套熔化爐及保溫爐，全部采用了蓄熱式燃燒技術(shù)，為該企業(yè)節(jié)約了大量的燃料，取得了較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該文簡(jiǎn)單探討一下蓄熱式燃燒技術(shù)在此類熔保爐上的應(yīng)用情況。

1 蓄熱式燒嘴結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)優(yōu)化

1.1 蓄熱體

蓄熱體是高溫空氣燃燒技術(shù)中的關(guān)鍵部件。蓄熱體應(yīng)該具有蓄熱量大、換熱速度快、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好、耐高溫高壓、抗氧化與腐蝕和經(jīng)濟(jì)耐用等特點(diǎn)。工業(yè)應(yīng)用中常用的蓄熱體主要有陶瓷小球和蜂窩體，兩者的性能參數(shù)對(duì)比列于表1中。

比較兩種蓄熱體的性能可知，兩種蓄熱體可以說(shuō)是各有優(yōu)缺點(diǎn)。但是考慮到鋁合金熔化時(shí)各種粉塵及污染物較多及鋁蒸汽的影響?？紤]到蓄熱體的使用壽命及換向閥的使用壽命，選擇了陶瓷小球蓄熱體。而且根據(jù)再生鋁重熔的特點(diǎn)，在陶瓷小球直徑的選擇上，選用比機(jī)械行業(yè)加熱爐上使用的蓄熱式燒嘴的陶瓷小球直徑更大一些。避免由于鋁灰過(guò)多造成陶瓷小球的頻繁堵塞，增加設(shè)備的維修量。

1.2 換向方式選擇

蓄熱式燃燒的換向方式主要有兩種，一種是一對(duì)燒嘴采用一個(gè)四通換向閥，這個(gè)四通換向閥的四個(gè)出口分別連接兩只蓄熱式燒嘴、助燃風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)。在負(fù)責(zé)為一只燒嘴供風(fēng)的同時(shí)，還要負(fù)責(zé)另一只燒嘴的排煙。另一種就是每個(gè)燒嘴的供風(fēng)和排煙分別采用切斷閥進(jìn)行分散控制。根據(jù)實(shí)際的使用情況及效果來(lái)看，后一種方式的故障率低，維修量小，而且使用效果更好一些。因此換向方式選擇分散式控制方式。

1.3 燃燒方式的選擇

雖然鋁的熔點(diǎn)低，但是熔化潛熱大（394kJ/kg），比熱容大（固態(tài)1.139kJ、液態(tài)1.046kJ），并且鋁的黑度非常小，僅為銅、鐵的1/4[6]，對(duì)熱的反射強(qiáng)，接受火焰輻射傳熱的能力差。因此提高輻射傳熱對(duì)鋁合金的熔化是有限的，只能著眼于增大對(duì)流傳熱系數(shù)，必須采用強(qiáng)化的對(duì)流加熱和火焰直接接觸式加熱。根據(jù)鋁合金熔化的特點(diǎn)及該該企業(yè)的工藝特點(diǎn)，最終選擇了采用空氣分級(jí)燃燒方式的蓄熱式燒嘴。這種燃燒方式可以很容易的組織不同燃燒狀態(tài)的火焰，使其符合鋁合金熔化不同時(shí)期的傳熱需求。

1.4 燒嘴操作方式

根據(jù)鋁合金熔化特點(diǎn)，在固體金屬熔化至金屬溶液的不同時(shí)期，通過(guò)調(diào)節(jié)蓄熱式燒嘴的一次空氣量和二次空氣量的配比，調(diào)整蓄熱式燒嘴的火焰形態(tài)，使其符合在鋁合金熔化不同時(shí)期的不同火焰需求。

在固體金屬熔化期，根據(jù)前文的分析，傳熱方式以對(duì)流傳熱為主，必須采用強(qiáng)化對(duì)流加熱，因此將蓄熱式燒嘴的火焰調(diào)節(jié)為速度較高的剛性火焰，這種火焰的黑度小，但是速度快，符合強(qiáng)化對(duì)流傳熱的特點(diǎn)。到了熔化后期，固體金屬全部轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘偃芤?，?huì)在金屬溶液表面產(chǎn)生氧化層和鋁渣，這時(shí)就不再適合采用這種類型的火焰，因?yàn)檫@種火焰的速度較高，很容易吹散在熔池表面氧化層和鋁渣，從而露出下面的金屬溶液，造成更多的燒損和氧化，傳熱方式要以輻射傳熱為主。因此將蓄熱式燒嘴的火焰調(diào)節(jié)速度較低的輝焰，這種火焰雖然速度低，但是黑度大，輻射能力強(qiáng)，符合這個(gè)時(shí)期的傳熱的特點(diǎn)。

2 實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用

自從蓄熱式燒嘴投入運(yùn)行以來(lái)，完全達(dá)到了該企業(yè)的技術(shù)要求，能夠完全滿足該企業(yè)的工藝要求，并取得了良好的使用效果。以前該企業(yè)同種類型的爐子的熱效率只有20%～30%，現(xiàn)在基本可以達(dá)到45%～55%，為該企業(yè)節(jié)省了大量的燃料消耗，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。而且使用壽命也大大增加，減少了的燒嘴維修量，減少了因?yàn)闊炀S修造成的減產(chǎn)或停產(chǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)鋁合金熔化不同時(shí)期的傳熱需求和再生鋁重熔的工況條件，通過(guò)選用適合的蓄熱式燒嘴燃燒方式、優(yōu)化蓄熱式燒嘴的結(jié)構(gòu)、選用合理的運(yùn)行參數(shù)，蓄熱式燃燒技術(shù)在再生鋁熔化爐上得到了成功的應(yīng)用，并且取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 周懷春.高溫空氣燃燒技術(shù)—21世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之一[J].工業(yè)爐，1998，20（1）： 19-27.

[2] 馬憲國(guó)，鄭國(guó)耀.高溫低氧燃燒技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].動(dòng)力工程，2001，21（1）： 1065-1068.

[3] 吳道洪，歐儉平，謝善清，等.蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展[C].神霧高溫空氣燃燒技術(shù)論文集，2002.

[4] 代朝紅，溫治.高溫空氣燃燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].工業(yè)加熱，2002（3）：4-7.

[5] 新型蓄熱式燃燒器在國(guó)外的應(yīng)用[J]. http：//www.gdgt.com.cn.

[6] 王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.