燃油时效炉的环保改造

秦 龙，张大维，高洪泽，向德宇，孙良龙，姚彦昊

(辽宁忠旺机械设备制造有限公司，辽宁 辽阳 111003)

铝合金时效炉是铝合金工厂常用热处理炉，主要为铝合金铸件、线材、板材和网格板等在高均温状态下进行时效热处理。铝合金时效炉淬火后硬度不高，但在室温下放置一段时间后，硬度显著上升，这种现象被称为沉淀硬化[1-2]。

近年来，由于国家对污染物排放标准的提高，很多燃油时效炉排放尾气中的氮氧化物严重超标，不能满足国家或者地方新出台的环保要求[3-4]。重新制作新炉成本较高，本文对燃油时效炉进行改造升级，以期降低尾气中污染物的含量，满足新的要求。

1 结构及工艺

本次改造的时效炉为单侧循环不换向时效炉，炉体结构如图1所示。燃油燃烧器有两种结构，一种是炉体结构宽度较窄，采用单侧燃烧器结构；另一种是炉体宽度较宽，采用两侧双燃烧器结构。

图1为单侧燃烧器结构，下部分粗管为燃烧器的横向燃烧辐射管，单侧安装一台燃油燃烧器。上部粗管为烟气汇聚管，两个管路用15根细热辐射管相连，使用时风机将辐射管上的热量吹入炉内将待时效材料加热。

图1 炉体原理图

燃烧器采用瑞典百通Bentone的B40燃烧器，如图2所示，燃烧功率最大360 kW。燃烧介质为轻柴油，火焰长度为302 mm，最大燃烧功率为360 kW。

图2 单侧燃油烧嘴及辐射管图

图3为双侧燃烧器结构，下部分粗管为燃烧器的横向燃烧辐射管，两侧分别安装一台燃油燃烧器。上部粗管为烟气汇聚管，两个管路用15根细辐射管相连，使用时风机将辐射管上的热量吹入炉内将待时效材料加热。

图3 双侧燃油烧嘴及辐射管图

2 烧嘴及燃气管路设计

考虑到辐射管辐射热量与管径大小有关系，所以选择的燃气烧嘴火焰的粗细和长短要与现有的燃烧辐射管匹配，并且烧嘴功率要与现有的燃油烧嘴相近。经过与烧嘴厂家沟通，选择的低氮氧化物烧嘴SFAH400N，燃气烧嘴结构图见图4。

图4 燃气烧嘴

烧嘴采用多级燃烧，频繁点火可靠并且烟气氮氧化物含量低，最大燃烧功率为360 kW。自带陶瓷燃烧室，燃烧时不需要烧嘴砖。烧嘴外壳内装有耐高温纤维内衬，可用于空气预热温度较高的热处理炉及加热炉。燃气管路的设计如图5所示。

图5 燃气原理图

助燃器管路采用DN50无缝管，总管来气压力小于0.1 MPa，所以压力表选择0.16 MPa的量程。为了节省排烟风机的成本，从助燃风机分出一支管路做了一个引射管接入排烟管路，实现对排放烟气的引流作用。

表1 理论空气量及燃烧生成气量经验公式

图6为炉体管路图。燃气管路布置在助燃风管路上部，直接从烧嘴上方进入烧嘴燃气接口，助燃风接口在烧嘴侧边，所以助燃风机布置在燃气管路下方，助燃风机连接压力表后向上的管路为排烟引射管路。

图6 燃气管路图

3 温度均匀性调试结果

由于所改造的时效炉温度传感器均布置在时效炉的单侧侧墙上，而另一侧侧墙温度检测不到。所以在使用过程中使用无纸记录仪连接线性传感器，布置在时效材料上对炉体两侧墙附近位置进行温度检测，检测结果见表2。

由表2可知，实物3和实物6的温度一直偏低，此两点位置在炉体右侧，说明右侧的温度普遍比左侧温度要低，达到保温的时间滞后。分析认为燃烧器火焰不居中，距离一侧的距离较远。联系燃烧器厂家调整烧嘴火焰长度，使辐射管发热段居于中部位置，保证炉体两侧受热均匀。

表2 时效温度(℃)

经过调整后的时效炉温度稳定性结果见表3及图7，保温温度为175 ℃。由表3可知，时效炉进入保温阶段后，材料温度进入保温区间稍微滞后。根据时效经验判断时效炉加热功率偏大，导致循环风近端温度比远端温度高，在远端传感器温度还未到达保温温度时，近端传感器温度已到达保温温度[7-8]。所以调整时效炉燃烧器功率，使用原功率的80%进行加热控制。并且在调试时温度设置等温程序，先到温度的稍微暂停大功率加热，使用小功率进行等待，几个传感器温度差较小时再进行大功率的加热。经过试验，时效炉的温度稳定性得到了提高，减少了温度的滞后性。

表3 调整后的时效温度(℃)

4 排放

表4为燃烧器烟气的检测结果。根据燃烧器烟气检测到的结果，标准中氧气含量为8%，对氮氧化物的结果进行氧气含量换算，均满足国家关于氮氧化物排放低于200 mg/m3的标准[9-10]。由于旧燃油烧嘴燃烧不彻底，造成辐射管和排烟管内的积碳较严重。初始调试时会产生一些黑烟和微小碳颗粒，导致一氧化碳含量较高。经过一段时间使用将这部分积碳燃烧清除后，这种现象就会消除。

5 结论

燃油时效炉通过直接更换为燃气燃烧器的方式改造为燃气时效炉的方案可行，且改造后时效炉的加热时间和温度均匀性与未改造时相同，且对时效热处理效果无影响。

改造要注意燃烧器的火焰长度和外形要与旧辐射管匹配，注意火焰长度对炉体温度均匀性的影响，并且调试时要重新修正温度传感器与燃烧器的开火大小之间的关系，使炉体循环的时候不造成循环温度的超差。