探討影響熔鋁爐熱效率的因素

王杰忠

摘 要：結(jié)合實(shí)際，重點(diǎn)探討了影響熔鋁爐熱效率的因素。

關(guān)鍵詞： 熔鋁爐；熱效率；影響因素

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，工業(yè)用鋁量越來(lái)越大，建筑鋁型材供過(guò)于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，油價(jià)、電價(jià)高、環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，因而開(kāi)展“節(jié)能減排”至關(guān)重要，為此，各行各業(yè)都有必要針對(duì)本行業(yè)的特點(diǎn)大力開(kāi)展節(jié)能降耗的工作。

1 前言

近幾十年來(lái)，鋁已成為世界上最為廣泛應(yīng)用的金屬之一。在建筑業(yè)受到廣泛應(yīng)用；在航空及國(guó)防軍工部門，鋁合金材料是許多關(guān)鍵零部件的主要加工原料；汽車、運(yùn)輸、日常用品、家用電器、機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域都大量使用鋁及鋁合金。熔鋁爐成為上述企業(yè)必不可少的熔煉及加熱設(shè)備，盡管鋁的熔點(diǎn)溫度低（660℃），但是鋁的熔化潛熱和比熱容大，鋁熔化所需的能耗較高。因此，提高熔鋁爐熱效率，減少能源消耗，降低污染物是至關(guān)重要的。

熔鋁爐主要利用電、天然氣、煤氣、燃油等對(duì)熔體加熱。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，重點(diǎn)探討影響采用天然氣燃燒的熔鋁爐熱效率因素，提出熔鋁爐優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行策略。其中部分內(nèi)容電阻爐的熱效率也是有益的。

2 影響熱效率的因素分析

根據(jù)熱平衡原理，送入爐膛的熱量等于送入爐內(nèi)物料的吸熱量以及各種熱損失之和。其中，送入爐膛的熱量包括燃料的化學(xué)熱和物理熱以及空氣和物料的物理熱；各種熱損失主要包括排煙熱損失、不完全燃燒損失、爐壁散熱損失等；如果是固體燃料則還包括灰渣熱損失等。針對(duì)采用天然氣加熱的熔鋁爐，提高其熱效率主要措施是降低排煙溫度、減少爐壁散熱損失；另外，降低過(guò)量空氣系數(shù)能夠有效提高火焰溫度、減少氧化燒損；提高爐膛溫度均勻性，能夠提高加熱質(zhì)量、降低物料氧化燒損量，從而提高熔鋁爐單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，降低能耗。下面，具體分析各項(xiàng)熱損失的影響因素。

2.1 排煙溫度

熔鋁爐的加熱溫度一般在1000℃～1200℃之間，而鋁的熔點(diǎn)溫度約為660℃，熔鋁爐的爐膛出口排煙溫度一般多為500℃以上。如果這么高溫度的煙氣直接排放到外面，即浪費(fèi)能源，又給周圍環(huán)境帶來(lái)熱污染。

隨著蓄熱式燃燒技術(shù)在冶金行業(yè)的發(fā)展。蓄熱式燃燒技術(shù)一般要求至少布置一對(duì)燒嘴，每對(duì)燒嘴周期性交替工作（噴射燃料、助燃空氣和排放煙氣），其蓄熱體起到中間載體的作用，把排煙中的顯焓傳遞給助燃空氣，從而降低爐子的排煙溫度，提高助燃空氣溫度，實(shí)現(xiàn)提高加熱爐效率的目的。

2.2 爐壁散熱損失

除排煙溫度過(guò)高而降低熔鋁爐熱效率外，其次就是爐壁散熱損失。其中，入鋁及出料口、爐門等處的熱量泄露非常大。因此在設(shè)計(jì)熔鋁爐時(shí)，在滿足入鋁、扒渣等要求下，盡量減小爐門及入鋁口的大小，并進(jìn)行合理選材，尤其是耐火材料的選擇，選擇合理可靠的耐火材料減少爐壁熱損。

一般來(lái)說(shuō)，單位面積的爐頂散熱量大于單位面積側(cè)爐壁散熱量，爐底的散熱量相對(duì)最少。因此，一般要求爐頂采用性能更好的輕質(zhì)耐火、保溫材料。

2.3 過(guò)量空氣系數(shù)

過(guò)量空氣系數(shù)表征輸送入爐膛的助燃空氣量與理論燃燒需要的空氣量的比值。過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，則導(dǎo)致排煙中含有大量未參與燃燒的空氣，這些空氣將降低爐溫，隨煙氣攜帶走大量的熱量，導(dǎo)致熱效率低下，理論計(jì)算：在600℃排煙溫度條件下，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)等于1.0時(shí)，排氣損失在28%左右，而在同等排煙溫度時(shí)，如果過(guò)?？諝庀禂?shù)上升至1.5時(shí)，則排氣損失上升至40%，可見(jiàn)控制過(guò)?？諝庀禂?shù)對(duì)燃燒效率的影響非常大。但是過(guò)?？諝庀禂?shù)也不能小于1.0，否則會(huì)造成燃料不完全燃燒而降低熱效率，燃料的化學(xué)熱不能充分釋放出來(lái)，而且還導(dǎo)致煙氣中含有CO等致命的污染物。

由于熔鋁爐在工作過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)的情況，此時(shí)助燃空氣量務(wù)必要求跟隨燃料量的波動(dòng)而調(diào)整。否則，不是導(dǎo)致排煙中含有可燃?xì)怏w，就是導(dǎo)致排煙中含有大量空氣。總之，不及時(shí)調(diào)整助燃空氣量將使得加熱爐的熱效率急劇下降。使用過(guò)一段時(shí)間的熔鋁爐一定要通過(guò)檢測(cè)煙氣中的含氧量，來(lái)調(diào)整助燃空氣量。

2.4 氧化燒損

鋁是一種化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬，它能與爐氣中的CO2、H2O、殘存的O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成鋁的損失；經(jīng)常使用煙氣分析儀的檢測(cè)設(shè)備能夠及時(shí)調(diào)整燃燒狀態(tài)，不僅提高熱效率，而且可以減少氧化燒損。同時(shí)，燒嘴的布置與射流速度的優(yōu)化，能夠有效減少氧化燒損。

2.5 爐溫均勻性

在大型熔鋁爐中，燒嘴的運(yùn)行參數(shù)以及與爐膛結(jié)構(gòu)對(duì)爐溫均勻性有很大影響。爐溫分布不均勻，一方面導(dǎo)致部分鋁液燒損嚴(yán)重，煙塵中氧化鋁含量急劇增加，另一方面，爐膛高溫區(qū)有可能使?fàn)t壁溫度過(guò)高，影響耐火材料、保溫材料的使用壽命。

2.6 鋁液溫度的測(cè)定

通過(guò)我公司的長(zhǎng)期應(yīng)用實(shí)踐，鋁液測(cè)溫?zé)犭娕疾捎锰蓟璞Ｗo(hù)套管，可以長(zhǎng)期浸入鋁液中，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)鋁液溫度變化，保證熔鋁質(zhì)量。

3 結(jié)論

熔鋁爐是眾多工業(yè)爐中的一種，對(duì)其熱效率影響因素的分析，對(duì)其它種類工業(yè)爐熱效率分析具有同樣重要的指導(dǎo)意義。從加工制造熔鋁爐到使用維護(hù)熔鋁爐的每一環(huán)節(jié)，都有必要嚴(yán)格按照“優(yōu)化設(shè)計(jì)、精心制造、及時(shí)檢測(cè)、用心維護(hù)”的原則，既提高企業(yè)能源利用率，降低能源成本，又能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]肖亞慶.鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè).

[2]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，1996.