探讨影响熔铝炉热效率的因素

王杰忠

摘 要：结合实际，重点探讨了影响熔铝炉热效率的因素。

关键词： 熔铝炉；热效率；影响因素

随着国民经济的迅猛发展，工业用铝量越来越大，建筑铝型材供过于求，市场竞争异常激烈，油价、电价高、环保要求日趋严格，因而开展“节能减排”至关重要，为此，各行各业都有必要针对本行业的特点大力开展节能降耗的工作。

1 前言

近几十年来，铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一。在建筑业受到广泛应用；在航空及国防军工部门，铝合金材料是许多关键零部件的主要加工原料；汽车、运输、日常用品、家用电器、机械设备等领域都大量使用铝及铝合金。熔铝炉成为上述企业必不可少的熔炼及加热设备，尽管铝的熔点温度低（660℃），但是铝的熔化潜热和比热容大，铝熔化所需的能耗较高。因此，提高熔铝炉热效率，减少能源消耗，降低污染物是至关重要的。

熔铝炉主要利用电、天然气、煤气、燃油等对熔体加热。本文结合生产实际，重点探讨影响采用天然气燃烧的熔铝炉热效率因素，提出熔铝炉优化设计方案和运行策略。其中部分内容电阻炉的热效率也是有益的。

2 影响热效率的因素分析

根据热平衡原理，送入炉膛的热量等于送入炉内物料的吸热量以及各种热损失之和。其中，送入炉膛的热量包括燃料的化学热和物理热以及空气和物料的物理热；各种热损失主要包括排烟热损失、不完全燃烧损失、炉壁散热损失等；如果是固体燃料则还包括灰渣热损失等。针对采用天然气加热的熔铝炉，提高其热效率主要措施是降低排烟温度、减少炉壁散热损失；另外，降低过量空气系数能够有效提高火焰温度、减少氧化烧损；提高炉膛温度均匀性，能够提高加热质量、降低物料氧化烧损量，从而提高熔铝炉单位时间内的产量，降低能耗。下面，具体分析各项热损失的影响因素。

2.1 排烟温度

熔铝炉的加热温度一般在1000℃～1200℃之间，而铝的熔点温度约为660℃，熔铝炉的炉膛出口排烟温度一般多为500℃以上。如果这么高温度的烟气直接排放到外面，即浪费能源，又给周围环境带来热污染。

随着蓄热式燃烧技术在冶金行业的发展。蓄热式燃烧技术一般要求至少布置一对烧嘴，每对烧嘴周期性交替工作（喷射燃料、助燃空气和排放烟气），其蓄热体起到中间载体的作用，把排烟中的显焓传递给助燃空气，从而降低炉子的排烟温度，提高助燃空气温度，实现提高加热炉效率的目的。

2.2 炉壁散热损失

除排烟温度过高而降低熔铝炉热效率外，其次就是炉壁散热损失。其中，入铝及出料口、炉门等处的热量泄露非常大。因此在设计熔铝炉时，在满足入铝、扒渣等要求下，尽量减小炉门及入铝口的大小，并进行合理选材，尤其是耐火材料的选择，选择合理可靠的耐火材料减少炉壁热损。

一般来说，单位面积的炉顶散热量大于单位面积侧炉壁散热量，炉底的散热量相对最少。因此，一般要求炉顶采用性能更好的轻质耐火、保温材料。

2.3 过量空气系数

过量空气系数表征输送入炉膛的助燃空气量与理论燃烧需要的空气量的比值。过量空气系数过大，则导致排烟中含有大量未参与燃烧的空气，这些空气将降低炉温，随烟气携带走大量的热量，导致热效率低下，理论计算：在600℃排烟温度条件下，当过量空气系数等于1.0时，排气损失在28%左右，而在同等排烟温度时，如果过剩空气系数上升至1.5时，则排气损失上升至40%，可见控制过剩空气系数对燃烧效率的影响非常大。但是过剩空气系数也不能小于1.0，否则会造成燃料不完全燃烧而降低热效率，燃料的化学热不能充分释放出来，而且还导致烟气中含有CO等致命的污染物。

由于熔铝炉在工作过程中，经常出现负荷波动的情况，此时助燃空气量务必要求跟随燃料量的波动而调整。否则，不是导致排烟中含有可燃气体，就是导致排烟中含有大量空气。总之，不及时调整助燃空气量将使得加热炉的热效率急剧下降。使用过一段时间的熔铝炉一定要通过检测烟气中的含氧量，来调整助燃空气量。

2.4 氧化烧损

铝是一种化学性质活泼的金属，它能与炉气中的CO2、H2O、残存的O2发生化学反应，造成铝的损失；经常使用烟气分析仪的检测设备能够及时调整燃烧状态，不仅提高热效率，而且可以减少氧化烧损。同时，烧嘴的布置与射流速度的优化，能够有效减少氧化烧损。

2.5 炉温均匀性

在大型熔铝炉中，烧嘴的运行参数以及与炉膛结构对炉温均匀性有很大影响。炉温分布不均匀，一方面导致部分铝液烧损严重，烟尘中氧化铝含量急剧增加，另一方面，炉膛高温区有可能使炉壁温度过高，影响耐火材料、保温材料的使用寿命。

2.6 铝液温度的测定

通过我公司的长期应用实践，铝液测温热电偶采用碳化硅保护套管，可以长期浸入铝液中，能够实时检测铝液温度变化，保证熔铝质量。

3 结论

熔铝炉是众多工业炉中的一种，对其热效率影响因素的分析，对其它种类工业炉热效率分析具有同样重要的指导意义。从加工制造熔铝炉到使用维护熔铝炉的每一环节，都有必要严格按照“优化设计、精心制造、及时检测、用心维护”的原则，既提高企业能源利用率，降低能源成本，又能够提高产品质量。

参考文献

[1]肖亚庆.铝加工技术实用手册.

[2]王秉铨.工业炉设计手册[M].北京：机械工业出版社，1996.