換向與不換向蓄熱式燃燒技術(shù)的優(yōu)劣比較

文/楊志文 劉效洲

燃料換向蓄熱式燃燒技術(shù)是由英國(guó)Hotwork Development公司和British Gas公司合作開發(fā)的新式的蓄熱式燃燒技術(shù)，近十幾年以來(lái)在熔鋁爐上獲得了廣泛的應(yīng)用[1，2，3]。該技術(shù)采用耐火球做蓄熱體，單位體積蓄熱面積可達(dá)200m2；蓄熱的空氣溫度可達(dá)1000℃，僅比爐內(nèi)溫度低200℃左右；回收了85%以上的煙氣廢熱，并將這些熱量返回爐中助燃，極大減少了燃料消耗，被國(guó)際上稱之為21世紀(jì)的節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)之一。換向蓄熱式燃燒技術(shù)的工作原理如下：

如圖1所示，蓄熱室A處于鼓風(fēng)狀態(tài)時(shí)，燒嘴A點(diǎn)燃處于燃燒狀態(tài)，此時(shí)，蓄熱室B處于引風(fēng)狀態(tài)，燒嘴B停止工作。高溫?zé)煔膺M(jìn)入蓄熱室B將熱量傳遞給其中的陶瓷球；四通閥換向后，蓄熱室B處于鼓風(fēng)狀態(tài)，燒嘴B開始燃燒。冷空氣通過(guò)蓄熱室B時(shí)，吸收了陶瓷球的熱量，溫度上升到1000℃。此時(shí)燒嘴A停止工作，蓄熱室A處于引風(fēng)狀態(tài)，高溫?zé)煔膺M(jìn)入蓄熱室A將熱量傳遞給其中的陶瓷球，放熱后煙氣溫度下降到150℃左右進(jìn)入引風(fēng)機(jī)。燒嘴A蓄熱室A、燒嘴B蓄熱室B按照四通閥的換向交替工作。

對(duì)于換向式蓄熱燃燒系統(tǒng)，由于燃料換向燃燒，在企業(yè)使用油料、特別是使用粘度較高的油料作為燃料時(shí)，燒嘴經(jīng)常發(fā)生堵塞、結(jié)焦、斷火和不燃等現(xiàn)象；給安全生產(chǎn)帶來(lái)極大的隱患[4，5]。因此，近些年來(lái)，人們提出了燃料不換向蓄熱式燃燒技術(shù)。其工作原理如圖2所示：

圖1 燃料換向蓄熱式燃燒技術(shù)工作原理

圖2 燃料不換向蓄熱式燃燒技術(shù)工作原理

不換向蓄熱式燃燒技術(shù)只安裝一個(gè)燃料燒嘴，燃料自燒嘴噴入熔鋁爐，不再換向。當(dāng)常溫空氣經(jīng)過(guò)蓄熱室(蓄熱室A、B內(nèi)均裝有高鋁耐火球)A時(shí)，蓄熱室A耐火球的熱量傳給了空氣，使空氣達(dá)到1000℃以上的高溫，高速噴出后給燃料助燃；燃燒產(chǎn)物(高溫?zé)煔?進(jìn)入蓄熱室B將熱量傳給蓄熱室B中的陶瓷球，溫度下降到150℃左右進(jìn)入引風(fēng)機(jī)。換向后，蓄熱室B供熱空氣給燃料助燃，蓄熱室A排煙氣給陶瓷球蓄熱。A、B兩蓄熱室助燃、排煙反復(fù)更換，陶瓷球放熱、蓄熱也伴隨變化，助燃空氣溫度始終保持在1000℃，比爐溫低200℃左右，進(jìn)入引風(fēng)機(jī)排向大氣的煙溫在150℃左右。

不換向蓄熱式燃燒技術(shù)只有一個(gè)燃料燒嘴，燃料連續(xù)燃燒不換向，因此也就不存在燒嘴堵塞、結(jié)焦、斷火、不燃、爆鳴、爆燃等問(wèn)題，其使用安全性及壽命均得到極大提高，樂(lè)意為小型熔爐廠家所采用。

一、不換向連續(xù)式蓄熱燒嘴的適用范圍

不換向連續(xù)式蓄熱燒嘴燃料和空氣以單獨(dú)的管道供應(yīng)，在爐膛內(nèi)依靠高流速的空氣將燃料吸入后燃燒，燃燒的好壞取決于燃料和空氣的相對(duì)速度和距離。鋁爐的噸位越大，燃料噴口和空氣噴口之間的距離也越大，空氣也越難將燃料充分吸入，燃燒自然惡化。因此，不換向連續(xù)式蓄熱燒嘴只適用于爐體較窄的熔爐。具體來(lái)說(shuō)，適用于10噸以下的熔鋁爐。

此外，由于燃料和空氣在爐膛內(nèi)邊混合邊燃燒，速度慢，溫度低，熔化率一般不會(huì)超過(guò)2.5噸/小時(shí)，也不適合10噸以上的熔鋁爐采用。

但是，不換向連續(xù)式蓄熱燒嘴造價(jià)低，特別是采用重油做燃料時(shí)，不存在燒嘴堵塞、結(jié)焦、斷火、不燃、爆鳴、爆燃等問(wèn)題，其使用安全性及壽命均得到極大提高；所以，適用于10噸以下，特別是燃重油的小型熔鋁爐。

某公司于2012年采用不切換蓄熱式燃燒技術(shù)對(duì)一臺(tái)8噸燃重油熔鋁爐進(jìn)行了節(jié)能改造，驗(yàn)收結(jié)果如下，如表1所示。

表1 驗(yàn)收數(shù)據(jù)表

由表1不難看出，改造后，節(jié)能效果顯著。噸鋁重油消耗量由原來(lái)的75kg,下降到55kg，下降了30%。目前，重油價(jià)格為5元/kg，噸鋁可節(jié)省天然氣費(fèi)用100元；按8噸熔鋁爐年產(chǎn)鋁棒8千噸計(jì)算，每年可節(jié)省重油費(fèi)用80萬(wàn)元。改造費(fèi)用大約24萬(wàn)元，投資回收期不到4個(gè)月，完全可以大力推廣。

二、換向式蓄熱燒嘴的適用范圍

換向式蓄熱燒嘴燃料和空氣在燒嘴內(nèi)已完全混合，高溫燃燒后高速噴入爐膛，溫度高、速度快，熔化率可以超過(guò)6噸/小時(shí)，適用于10噸以上的大型熔鋁爐。

此外，換向式蓄熱燒嘴造價(jià)高，采用重油做燃料時(shí)，存在燒嘴堵塞、結(jié)焦、斷火、不燃、爆鳴、爆燃等問(wèn)題，所以不適用于燃重油的熔鋁爐，而適用于燃天然氣的大型熔鋁爐。

該公司于2012年采用不切換蓄熱式燃燒技術(shù)對(duì)一臺(tái)20噸熔鋁爐進(jìn)行了節(jié)能改造，驗(yàn)收結(jié)果如下，如表2所示。

表2 驗(yàn)收數(shù)據(jù)表

由表2不難看出，改造后，節(jié)能效果顯著。噸鋁天然氣消耗由原來(lái)的80m3,下降到了57m3，下降達(dá)到30%。目前，天然氣價(jià)格為4.5元/m3，噸鋁可節(jié)省天然氣費(fèi)用100元；按20噸熔鋁爐年產(chǎn)鋁棒2萬(wàn)噸計(jì)算，每年可節(jié)省天然氣費(fèi)用200萬(wàn)元。改造費(fèi)用大約50萬(wàn)元，投資回收期3個(gè)月，可以大力推廣。

三、結(jié)論

根據(jù)上面的論述，不難得出以下結(jié)論：

1.換向蓄熱式燃燒燒嘴溫度高，熔化速度快，熔化率可達(dá)8噸/小時(shí)，適用于10噸以上的熔鋁爐。

2.不換向蓄熱式燃燒燒嘴溫度低，熔化速度慢，熔化率小于2.5噸/小時(shí)，但是造價(jià)低，適用于10噸以下的熔鋁爐。

3.不換向蓄熱式燃燒燒嘴不存在燒嘴堵塞、結(jié)焦、斷火、不燃、爆鳴、爆燃等問(wèn)題，極適用于以重油為燃料的燒嘴。

4.換向蓄熱式燃燒燒嘴造價(jià)高，火焰穩(wěn)定，溫度高，但是怕堵塞，適用于以天然氣為燃料的熔鋁爐。

5.上述兩項(xiàng)技術(shù)的節(jié)能效果均十分顯著，年節(jié)約燃料費(fèi)用百萬(wàn)元以上，投資回收期不到半年，值得在同行業(yè)中大力推廣。

[1]周懷春，盛鋒等.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，1998，1:19-27

[2]崔海亭，楊鋒.蓄熱技術(shù)及其應(yīng)用(M)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004，4:232

[3]沈君權(quán)，沈弘濤.蓄熱燃燒技術(shù)及其在工業(yè)爐窯上的應(yīng)用(J)，硅酸鹽通報(bào)，2001，5:28-32

[4]曹豐平，劉江.蓄熱式燃燒技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中幾個(gè)問(wèn)題的探討(J)，工業(yè)爐，2002，24(4):18-2

[5]唐劍，王德滿，劉靜安等.鋁合金熔煉與鑄造技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社.2009.16-20.