燃油時效爐的環(huán)保改造

秦 龍，張大維，高洪澤，向德宇，孫良龍，姚彥昊

(遼寧忠旺機械設備制造有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁合金時效爐是鋁合金工廠常用熱處理爐，主要為鋁合金鑄件、線材、板材和網(wǎng)格板等在高均溫狀態(tài)下進行時效熱處理。鋁合金時效爐淬火后硬度不高，但在室溫下放置一段時間后，硬度顯著上升，這種現(xiàn)象被稱為沉淀硬化[1-2]。

近年來，由于國家對污染物排放標準的提高，很多燃油時效爐排放尾氣中的氮氧化物嚴重超標，不能滿足國家或者地方新出臺的環(huán)保要求[3-4]。重新制作新爐成本較高，本文對燃油時效爐進行改造升級，以期降低尾氣中污染物的含量，滿足新的要求。

1 結構及工藝

本次改造的時效爐為單側循環(huán)不換向時效爐，爐體結構如圖1所示。燃油燃燒器有兩種結構，一種是爐體結構寬度較窄，采用單側燃燒器結構；另一種是爐體寬度較寬，采用兩側雙燃燒器結構。

圖1為單側燃燒器結構，下部分粗管為燃燒器的橫向燃燒輻射管，單側安裝一臺燃油燃燒器。上部粗管為煙氣匯聚管，兩個管路用15根細熱輻射管相連，使用時風機將輻射管上的熱量吹入爐內將待時效材料加熱。

圖1 爐體原理圖

燃燒器采用瑞典百通Bentone的B40燃燒器，如圖2所示，燃燒功率最大360 kW。燃燒介質為輕柴油，火焰長度為302 mm，最大燃燒功率為360 kW。

圖2 單側燃油燒嘴及輻射管圖

圖3為雙側燃燒器結構，下部分粗管為燃燒器的橫向燃燒輻射管，兩側分別安裝一臺燃油燃燒器。上部粗管為煙氣匯聚管，兩個管路用15根細輻射管相連，使用時風機將輻射管上的熱量吹入爐內將待時效材料加熱。

圖3 雙側燃油燒嘴及輻射管圖

2 燒嘴及燃氣管路設計

考慮到輻射管輻射熱量與管徑大小有關系，所以選擇的燃氣燒嘴火焰的粗細和長短要與現(xiàn)有的燃燒輻射管匹配，并且燒嘴功率要與現(xiàn)有的燃油燒嘴相近。經過與燒嘴廠家溝通，選擇的低氮氧化物燒嘴SFAH400N，燃氣燒嘴結構圖見圖4。

圖4 燃氣燒嘴

燒嘴采用多級燃燒，頻繁點火可靠并且煙氣氮氧化物含量低，最大燃燒功率為360 kW。自帶陶瓷燃燒室，燃燒時不需要燒嘴磚。燒嘴外殼內裝有耐高溫纖維內襯，可用于空氣預熱溫度較高的熱處理爐及加熱爐。燃氣管路的設計如圖5所示。

圖5 燃氣原理圖

助燃器管路采用DN50無縫管，總管來氣壓力小于0.1 MPa，所以壓力表選擇0.16 MPa的量程。為了節(jié)省排煙風機的成本，從助燃風機分出一支管路做了一個引射管接入排煙管路，實現(xiàn)對排放煙氣的引流作用。

表1 理論空氣量及燃燒生成氣量經驗公式

圖6為爐體管路圖。燃氣管路布置在助燃風管路上部，直接從燒嘴上方進入燒嘴燃氣接口，助燃風接口在燒嘴側邊，所以助燃風機布置在燃氣管路下方，助燃風機連接壓力表后向上的管路為排煙引射管路。

圖6 燃氣管路圖

3 溫度均勻性調試結果

由于所改造的時效爐溫度傳感器均布置在時效爐的單側側墻上，而另一側側墻溫度檢測不到。所以在使用過程中使用無紙記錄儀連接線性傳感器，布置在時效材料上對爐體兩側墻附近位置進行溫度檢測，檢測結果見表2。

由表2可知，實物3和實物6的溫度一直偏低，此兩點位置在爐體右側，說明右側的溫度普遍比左側溫度要低，達到保溫的時間滯后。分析認為燃燒器火焰不居中，距離一側的距離較遠。聯(lián)系燃燒器廠家調整燒嘴火焰長度，使輻射管發(fā)熱段居于中部位置，保證爐體兩側受熱均勻。

表2 時效溫度(℃)

經過調整后的時效爐溫度穩(wěn)定性結果見表3及圖7，保溫溫度為175 ℃。由表3可知，時效爐進入保溫階段后，材料溫度進入保溫區(qū)間稍微滯后。根據(jù)時效經驗判斷時效爐加熱功率偏大，導致循環(huán)風近端溫度比遠端溫度高，在遠端傳感器溫度還未到達保溫溫度時，近端傳感器溫度已到達保溫溫度[7-8]。所以調整時效爐燃燒器功率，使用原功率的80%進行加熱控制。并且在調試時溫度設置等溫程序，先到溫度的稍微暫停大功率加熱，使用小功率進行等待，幾個傳感器溫度差較小時再進行大功率的加熱。經過試驗，時效爐的溫度穩(wěn)定性得到了提高，減少了溫度的滯后性。

表3 調整后的時效溫度(℃)

4 排放

表4為燃燒器煙氣的檢測結果。根據(jù)燃燒器煙氣檢測到的結果，標準中氧氣含量為8%，對氮氧化物的結果進行氧氣含量換算，均滿足國家關于氮氧化物排放低于200 mg/m3的標準[9-10]。由于舊燃油燒嘴燃燒不徹底，造成輻射管和排煙管內的積碳較嚴重。初始調試時會產生一些黑煙和微小碳顆粒，導致一氧化碳含量較高。經過一段時間使用將這部分積碳燃燒清除后，這種現(xiàn)象就會消除。

5 結論

燃油時效爐通過直接更換為燃氣燃燒器的方式改造為燃氣時效爐的方案可行，且改造后時效爐的加熱時間和溫度均勻性與未改造時相同，且對時效熱處理效果無影響。

改造要注意燃燒器的火焰長度和外形要與舊輻射管匹配，注意火焰長度對爐體溫度均勻性的影響，并且調試時要重新修正溫度傳感器與燃燒器的開火大小之間的關系，使爐體循環(huán)的時候不造成循環(huán)溫度的超差。