蓄熱式燃燒技術在再生鋁熔化爐上的應用

李鵬

摘 要：該文主要闡述了根據鋁合金熔化不同時期的傳熱需求以及再生鋁重熔的工況條件，如何優化設計蓄熱式燒嘴以及在蓄熱式燒嘴在熔保爐上的應用情況。經過實際運行表明，蓄熱式燃燒技術在再生鋁熔化爐上取得了良好的使用效果。

關鍵詞：蓄熱式 再生鋁 重熔 熔化爐

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（a）-0086-01

20世紀90年代以來，國際燃料領域誕生了一項全新型燃燒技術，即高溫空氣燃燒技術。被稱HPAC（Highly Preheated Air Combustion）技術[1-5]。該技術具有高效節能、低污染排放等多重優點近幾年在國內的熱加工行業得到了大量推廣，并且在國內眾多工業爐上得到了應用。

該公司為國內某再生鋁重熔企業提供了多套熔化爐及保溫爐，全部采用了蓄熱式燃燒技術，為該企業節約了大量的燃料，取得了較為可觀的經濟效益。該文簡單探討一下蓄熱式燃燒技術在此類熔保爐上的應用情況。

1 蓄熱式燒嘴結構及操作參數優化

1.1 蓄熱體

蓄熱體是高溫空氣燃燒技術中的關鍵部件。蓄熱體應該具有蓄熱量大、換熱速度快、結構強度好、耐高溫高壓、抗氧化與腐蝕和經濟耐用等特點。工業應用中常用的蓄熱體主要有陶瓷小球和蜂窩體，兩者的性能參數對比列于表1中。

比較兩種蓄熱體的性能可知，兩種蓄熱體可以說是各有優缺點。但是考慮到鋁合金熔化時各種粉塵及污染物較多及鋁蒸汽的影響。考慮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。而且根據再生鋁重熔的特點，在陶瓷小球直徑的選擇上，選用比機械行業加熱爐上使用的蓄熱式燒嘴的陶瓷小球直徑更大一些。避免由于鋁灰過多造成陶瓷小球的頻繁堵塞，增加設備的維修量。

1.2 換向方式選擇

蓄熱式燃燒的換向方式主要有兩種，一種是一對燒嘴采用一個四通換向閥，這個四通換向閥的四個出口分別連接兩只蓄熱式燒嘴、助燃風機和排煙風機。在負責為一只燒嘴供風的同時，還要負責另一只燒嘴的排煙。另一種就是每個燒嘴的供風和排煙分別采用切斷閥進行分散控制。根據實際的使用情況及效果來看，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

雖然鋁的熔點低，但是熔化潛熱大（394kJ/kg），比熱容大（固態1.139kJ、液態1.046kJ），并且鋁的黑度非常小，僅為銅、鐵的1/4[6]，對熱的反射強，接受火焰輻射傳熱的能力差。因此提高輻射傳熱對鋁合金的熔化是有限的，只能著眼于增大對流傳熱系數，必須采用強化的對流加熱和火焰直接接觸式加熱。根據鋁合金熔化的特點及該該企業的工藝特點，最終選擇了采用空氣分級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的火焰，使其符合鋁合金熔化不同時期的傳熱需求。

1.4 燒嘴操作方式

根據鋁合金熔化特點，在固體金屬熔化至金屬溶液的不同時期，通過調節蓄熱式燒嘴的一次空氣量和二次空氣量的配比，調整蓄熱式燒嘴的火焰形態，使其符合在鋁合金熔化不同時期的不同火焰需求。

在固體金屬熔化期，根據前文的分析，傳熱方式以對流傳熱為主，必須采用強化對流加熱，因此將蓄熱式燒嘴的火焰調節為速度較高的剛性火焰，這種火焰的黑度小，但是速度快，符合強化對流傳熱的特點。到了熔化后期，固體金屬全部轉變為金屬溶液，會在金屬溶液表面產生氧化層和鋁渣，這時就不再適合采用這種類型的火焰，因為這種火焰的速度較高，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節速度較低的輝焰，這種火焰雖然速度低，但是黑度大，輻射能力強，符合這個時期的傳熱的特點。

2 實際生產應用

自從蓄熱式燒嘴投入運行以來，完全達到了該企業的技術要求，能夠完全滿足該企業的工藝要求，并取得了良好的使用效果。以前該企業同種類型的爐子的熱效率只有20%～30%，現在基本可以達到45%～55%，為該企業節省了大量的燃料消耗，取得可觀的經濟效益。而且使用壽命也大大增加，減少了的燒嘴維修量，減少了因為燒嘴維修造成的減產或停產。

3 結語

根據鋁合金熔化不同時期的傳熱需求和再生鋁重熔的工況條件，通過選用適合的蓄熱式燒嘴燃燒方式、優化蓄熱式燒嘴的結構、選用合理的運行參數，蓄熱式燃燒技術在再生鋁熔化爐上得到了成功的應用，并且取得了可觀的經濟效益。

參考文獻

[1] 周懷春.高溫空氣燃燒技術—21世紀關鍵技術之一[J].工業爐，1998，20（1）： 19-27.

[2] 馬憲國，鄭國耀.高溫低氧燃燒技術的研究與應用[J].動力工程，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在我國的應用及發展[C].神霧高溫空氣燃燒技術論文集，2002.

[4] 代朝紅，溫治.高溫空氣燃燒技術的研究現狀及發展趨勢[J].工業加熱，2002（3）：4-7.

[5] 新型蓄熱式燃燒器在國外的應用[J]. http：//www.gdgt.com.cn.

[6] 王秉銓.工業爐設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.