蓄热式燃烧技术在再生铝熔化炉上的应用

李鹏

摘 要：该文主要阐述了根据铝合金熔化不同时期的传热需求以及再生铝重熔的工况条件，如何优化设计蓄热式烧嘴以及在蓄热式烧嘴在熔保炉上的应用情况。经过实际运行表明，蓄热式燃烧技术在再生铝熔化炉上取得了良好的使用效果。

关键词：蓄热式 再生铝 重熔 熔化炉

中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0086-01

20世纪90年代以来，国际燃料领域诞生了一项全新型燃烧技术，即高温空气燃烧技术。被称HPAC（Highly Preheated Air Combustion）技术[1-5]。该技术具有高效节能、低污染排放等多重优点近几年在国内的热加工行业得到了大量推广，并且在国内众多工业炉上得到了应用。

该公司为国内某再生铝重熔企业提供了多套熔化炉及保温炉，全部采用了蓄热式燃烧技术，为该企业节约了大量的燃料，取得了较为可观的经济效益。该文简单探讨一下蓄热式燃烧技术在此类熔保炉上的应用情况。

1 蓄热式烧嘴结构及操作参数优化

1.1 蓄热体

蓄热体是高温空气燃烧技术中的关键部件。蓄热体应该具有蓄热量大、换热速度快、结构强度好、耐高温高压、抗氧化与腐蚀和经济耐用等特点。工业应用中常用的蓄热体主要有陶瓷小球和蜂窝体，两者的性能参数对比列于表1中。

比较两种蓄热体的性能可知，两种蓄热体可以说是各有优缺点。但是考虑到铝合金熔化时各种粉尘及污染物较多及铝蒸汽的影响。考虑到蓄热体的使用寿命及换向阀的使用寿命，选择了陶瓷小球蓄热体。而且根据再生铝重熔的特点，在陶瓷小球直径的选择上，选用比机械行业加热炉上使用的蓄热式烧嘴的陶瓷小球直径更大一些。避免由于铝灰过多造成陶瓷小球的频繁堵塞，增加设备的维修量。

1.2 换向方式选择

蓄热式燃烧的换向方式主要有两种，一种是一对烧嘴采用一个四通换向阀，这个四通换向阀的四个出口分别连接两只蓄热式烧嘴、助燃风机和排烟风机。在负责为一只烧嘴供风的同时，还要负责另一只烧嘴的排烟。另一种就是每个烧嘴的供风和排烟分别采用切断阀进行分散控制。根据实际的使用情况及效果来看，后一种方式的故障率低，维修量小，而且使用效果更好一些。因此换向方式选择分散式控制方式。

1.3 燃烧方式的选择

虽然铝的熔点低，但是熔化潜热大（394kJ/kg），比热容大（固态1.139kJ、液态1.046kJ），并且铝的黑度非常小，仅为铜、铁的1/4[6]，对热的反射强，接受火焰辐射传热的能力差。因此提高辐射传热对铝合金的熔化是有限的，只能着眼于增大对流传热系数，必须采用强化的对流加热和火焰直接接触式加热。根据铝合金熔化的特点及该该企业的工艺特点，最终选择了采用空气分级燃烧方式的蓄热式烧嘴。这种燃烧方式可以很容易的组织不同燃烧状态的火焰，使其符合铝合金熔化不同时期的传热需求。

1.4 烧嘴操作方式

根据铝合金熔化特点，在固体金属熔化至金属溶液的不同时期，通过调节蓄热式烧嘴的一次空气量和二次空气量的配比，调整蓄热式烧嘴的火焰形态，使其符合在铝合金熔化不同时期的不同火焰需求。

在固体金属熔化期，根据前文的分析，传热方式以对流传热为主，必须采用强化对流加热，因此将蓄热式烧嘴的火焰调节为速度较高的刚性火焰，这种火焰的黑度小，但是速度快，符合强化对流传热的特点。到了熔化后期，固体金属全部转变为金属溶液，会在金属溶液表面产生氧化层和铝渣，这时就不再适合采用这种类型的火焰，因为这种火焰的速度较高，很容易吹散在熔池表面氧化层和铝渣，从而露出下面的金属溶液，造成更多的烧损和氧化，传热方式要以辐射传热为主。因此将蓄热式烧嘴的火焰调节速度较低的辉焰，这种火焰虽然速度低，但是黑度大，辐射能力强，符合这个时期的传热的特点。

2 实际生产应用

自从蓄热式烧嘴投入运行以来，完全达到了该企业的技术要求，能够完全满足该企业的工艺要求，并取得了良好的使用效果。以前该企业同种类型的炉子的热效率只有20%～30%，现在基本可以达到45%～55%，为该企业节省了大量的燃料消耗，取得可观的经济效益。而且使用寿命也大大增加，减少了的烧嘴维修量，减少了因为烧嘴维修造成的减产或停产。

3 结语

根据铝合金熔化不同时期的传热需求和再生铝重熔的工况条件，通过选用适合的蓄热式烧嘴燃烧方式、优化蓄热式烧嘴的结构、选用合理的运行参数，蓄热式燃烧技术在再生铝熔化炉上得到了成功的应用，并且取得了可观的经济效益。

参考文献

[1] 周怀春.高温空气燃烧技术—21世纪关键技术之一[J].工业炉，1998，20（1）： 19-27.

[2] 马宪国，郑国耀.高温低氧燃烧技术的研究与应用[J].动力工程，2001，21（1）： 1065-1068.

[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[C].神雾高温空气燃烧技术论文集，2002.

[4] 代朝红，温治.高温空气燃烧技术的研究现状及发展趋势[J].工业加热，2002（3）：4-7.

[5] 新型蓄热式燃烧器在国外的应用[J]. http：//www.gdgt.com.cn.

[6] 王秉铨.工业炉设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.