空气、煤气双蓄热式燃烧系统在熔铝炉上的应用

□文/卢江平沈大平徐美凤谢凤兆

1.北京神雾热能技术有限公司 2.山东富海实业股份有限公司

空气、煤气双蓄热式燃烧系统在熔铝炉上的应用

□文/卢江平1沈大平1徐美凤2谢凤兆2

1.北京神雾热能技术有限公司 2.山东富海实业股份有限公司

Dual Heat-Regenerating Combustion System of Air and Gas in Aluminum Melting Furnace Application

重点阐述了双蓄热式熔铝炉的技术性能、实施措施及其技术特点，并对双蓄热式熔铝炉的技术经济效益和环保效益进行了评述。实践表明，采用空气、发生炉煤气双蓄热式燃烧系统的熔铝炉具有高效、节能和低污染等优越性，是对传统冶金熔炼炉的改进，具有广阔的开发和推广应用前景。

空气、发生炉煤气双蓄热式燃烧系统在冶金行业已经得到广泛推广应用，其节能效果显著。空气单蓄热式燃烧系统在有色冶金行业已开始推广应用，其节能效果也得到认可。北京神雾热能技术有限公司率先将空气、发生炉煤气双蓄热式燃烧系统应用于熔铝炉，与山东富海实业股份有限公司合作，建成国内第一座双蓄热式熔铝炉；从目前的应用情况来看，节能效果显著。

一、双蓄热式熔铝炉技术方案说明

新建熔炼炉的技术要求是：投资低、技术成熟可靠、能耗低、维护简单方便。为此，本项目采用双蓄热式熔铝炉方案。

1. 16吨熔铝炉及双蓄热式燃烧器技术性能

熔化炉炉膛温度：1 100℃；

铝液温度：720℃～780℃

燃 料：发生炉煤气

低位发热值：（1250～1450）×4.18kJ/Nm3

熔池深度：650mm

熔体温差：≤±5℃

最大燃料消耗量：1 6 0 0 m3/ h(970.92×104kJ/h)

装料方式：揭盖式顶加料

熔化速率：4t/h；

能 耗：209.25×104kJ/t·Al（345m3/h)

燃料节省率：40%（与普通燃烧系统相比计算值）

2. 炉体结构

炉底由型钢组合框架和钢板全焊接组成；炉底对应搅拌区域采用不锈钢板，保温层采用纤维浇注料，总厚度小于550mm，满足搅拌要求。

炉墙由型钢立柱横挡组合框架和钢板焊接组成。炉墙(渣线以上)结构为高铝砖、轻质保温砖和硅酸铝纤维。炉墙(渣线以下)结构为高铝砖、防渗层和轻质保温砖+硅酸铝纤维。

炉顶由型钢全焊接与炉盖侧钢结构连接。炉盖内环边缘采用耐热铸铁件组成。采用高强轻质莫来石整体浇铸，隔热层为轻质纤维浇注料。

炉门采用耐热铸铁件，带有滑轨压紧装置，炉门带有密封槽，有炉门平衡锤。采用减速机电动提升炉门，链轮传动，设有上下限位控制，且能在行程范围内任何位置停顿，满足配料及清渣要求。

双蓄热式熔化炉结构见图1。

图1 双蓄热式熔化炉结构

3. 空气 、煤气双蓄热燃烧系统

炉子采用蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC），将空气、煤气温度同时预热到比炉膛温度低50℃～150℃，大约在800℃左右，排烟温度＜150℃，可最大限度地利用烟气余热，降低燃耗，提高熔化炉的热效率；同时可降低CO2和NOx的排放量。

（1）管路系统的组成

蓄热式烧嘴由蓄热式空气烧嘴、蓄热式煤气烧嘴、点火烧嘴组成；

助燃空气/烟气管路系统由鼓风机、手动蝶阀、电动流量调节阀、压力开关、流量孔板、空气/烟气三通换向阀、烟气引风机等组成；

发生炉煤气/烟气管路系统由手动煤气切断阀、电动煤气快切阀、煤气压力开关、煤气电动流量调节阀、流量孔板、煤气/烟气三通换向阀、烟气引风机等组成；

压缩空气管路系统由气源三联件、压力表、截止阀等组成；

辅助排烟系统由耐温管道、高温烟气蝶阀等组成。

（2）换向装置

换向阀型式选择北京神雾公司在国内率先开发成功并在工程中广泛应用的双阀瓣双驱动提拉式小型三通换向阀。其具有如下技术优势：专利产品，密封好，故障率低，正常使用寿命大于150万次；原装进口气缸和电磁阀；能实现开关顺序的时续控制；可实现与燃烧器最近距离安装；停炉或断电时两阀瓣同时关闭，安全可靠；可避免停炉时自然排烟造成的管路过热。

纳入标准：两组患者经临床诊断及MRI检查后确诊为急性期腰椎间盘突出，却存在急性期各类临床症状；经知晓研究内容后，自愿参与。排除标准：存在严重心脑血管疾病者。

小型三通换向阀的结构原理如图2所示。

本阀采用立式双列布置，共三通道，采用气缸驱动。上部两通道，一为空气（或燃气）入口，另一通道为烟气出口，下部通道接烧嘴蓄热室。阀瓣与阀座采用平面密封，阀座上镶有耐温耐腐蚀特种密封材料，具有一定密封补偿性能，阀瓣与驱动杆采用柔性连接，因此密封可靠。

该三通换向阀能实现先关后开，作为燃气换向阀使用时，能有效避免换向过程中燃气与烟气互串情况，使用更安全，且可使燃气换向损失为零。当断电（或故障停电）及排烟超温时，电磁阀失电，两阀瓣均处于关闭状况，使得整个系统运行更安全。

（3）空气、煤气双蓄热式燃烧器

本燃烧器采用陶瓷小球作蓄热体，空气蓄热室和煤气蓄热室采用分离结构，结构紧凑，空、煤气没有互窜的危险。形成还原性气氛，这对防止氧化烧损有利；双蓄热式燃烧器结构紧凑，火焰燃烧性能较好，每个燃烧器前设置空气调节阀门和煤气调节阀门，可以调节单个烧嘴负荷，也可以关闭单个烧嘴；使加热温度的调节和控制灵活、方便。双蓄热式燃烧器结构见图3。

图2 小型三通换向阀的结构原理

图3 双蓄热式燃烧器结构

二、应用状况和效益分析

采用空气、煤气双蓄热式燃烧器技术应用在熔炼炉上是一项革命性的新尝试。首次在熔炼炉上采用双蓄热燃烧技术，并获的了一次性点火成功，填补了在熔炼炉上使用发生炉煤气双蓄热式燃烧技术的空白。山东富海实业股份有限公司双蓄热式熔铝炉自2009年3月建成投产以来，连续运行8个月，完全达到预期的节能效果，同时具有一定环保效益。

如表1所示，熔炼炉采用空气、煤气双预热（空气预热温度900℃，煤气预热温度900℃）；运行中实测燃料吨铝消耗量210.38×104kJ/ t·Al ；烟气中氧浓度低，铝的氧化烧损率小。如果每立方米煤气的综合成本按0.283元/ m3计算。则吨铝燃料费用为98.1元。

冷煤气双蓄热式燃烧系统，由于其排烟温度＜150℃，从而使得其后续的烟尘净化系统更为简便易行。从燃料成本看，冷煤气双蓄热式燃烧系统，大大降低了铝加工产品的加工成本，使得铝加工产品的市场竞争力大为提高。

2. 环保效益分析

双预热蓄热式熔铝炉采用洁净煤气作燃料。洁净煤气成分参数见表2。

表1 不同燃料、不同形式熔铝炉经济指标对照

表2 洁净煤气主要指标

16吨双蓄热式熔铝炉因采用洁净煤气作燃料，每年减少粉尘排放70吨，减少SO2排放28吨。烧嘴采用局部烟气再循环技术，NOX排放也有所降低。

传统的熔铝炉燃烧系统均采用非蓄热式或单蓄热式。非蓄热式熔铝炉其排烟温度在500℃～1 000℃之间，不但浪费大量的能源，还增加了SO2、NOX等酸性气体的排放，同时增加了其后续的环保治理难度，一直是十分棘手的问题；单蓄热式熔铝炉由于燃料未经预热，蓄热室的进气量与排气量存在不平衡，需增加辅助排烟管道，从而使总体排烟温度升高，也相应地浪费了一部分能源，增加了其后续的环保治理难度。本熔铝炉采用了高效双蓄热式燃烧技术，车间工作环境能够大大的改观，空气排放质量也完全能够达到国家标准。

三、结论

发生炉煤气双蓄热式燃烧器技术在熔炼炉上的应用表明，发生炉煤气双预热蓄热式燃烧器技术是成熟的。北京神雾公司研制开发的组合式双预热蓄热式燃烧器、小型旋瓣式三通换向阀等组成的燃烧系统装置能够实现发生炉煤气双预热蓄热。本技术及装置节能效果显著，同时减少氧化烧损，提高产品加热质量，提高加热效率，减少CO2和NOX污染物排放。且投资回收期很短，是低投入高产出的节能环保技术改造项目。本技术项目的开发和应用具有广阔的市场前景。

略

[1]萧泽强,吉川邦夫.高温空气燃烧新技术讲座[C].中国科学技术协会工程学会联合会,北京,1999

[2]吴道洪,谢善清,杨泽耒. 蓄热式高温空气燃烧技术在中国冶金企业中的应用[C].高温空气燃烧新技术讲座.中国科学技术协会工程学会联合会,北京,1999

[3]吴道洪 欧俭平 谢善清等.《蓄热式高温空气燃烧技术在我国的应用及发展》[Z].北京神雾论文集2007.9

[4]吴道洪 阮立明 欧俭平 肖泽强 《高温空气燃烧技术在中国钢铁企业中的应用和开发》[M].冶金工业出版社 2006.10

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