蓄热式换热技术在熔铝炉上的应用

点击：1813 日期：[ 2014-04-26 22:43:05 ]

摘要：本文简要介绍了蓄热式换热技术的原理及特点，详细分析了蓄热换热技术在熔铝炉上的应用情况及节能效果。关键词：蓄热式换热技术、熔铝炉、蓄热式烧嘴 1．蓄热技术概述随着设备与材料的进步，蓄热式换热技术有了革命性的发展和长足的进步。目前在冶金企业的加热炉和钢包烘烤器上得到了广泛的应用。本文通过介绍蓄热技术在熔铝炉上的应用，说明了蓄热式换热技术对提高化铝质量，加快化铝速度，减少污染物排放，降低能耗等方面的优势。蓄热式换热技术在有色冶金行业上也将有广阔的应用前景。 2．蓄热式换热技术原理蓄热式烧嘴成对布置，相对两个烧嘴为一组(A组、B组烧嘴)。从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进蓄热式烧嘴1、4后，在经过蓄热式烧嘴1、4陶瓷小球时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度（一般为炉膛温度的80－90％）。被加热的高温热空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料，实现燃料在贫氧状态下燃烧；与此同时，炉膛内的热烟气经过另两个蓄热式烧嘴2、3排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式烧嘴2、3时将显热储存在蓄热式烧嘴2、3内的蓄热体内，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀排出。当蓄热体储存的热量达到饱和时换向进行切换，蓄热式烧嘴在蓄热与工作状态之间进行交换，从而达到节能和降低NOX排放量等目的。蓄热式换热技术改变了传统的燃烧方式，主要表现为燃料与空气以适当速度从不同的通道进入炉内，并与炉内燃烧产物混合，空气中21%的O2被稀释，燃料在炉膛中高温（1000℃以上）低氧浓度场（5～6.5%）工况下燃烧，此种燃烧方式带来了许多优点。（1）节能效果显著，比传统熔炼炉节能30%以上由于蓄热体“极限回收”了烟气中大部分的余热，并由参与燃烧的介质带回炉内，大大降低了炉子的热支出，所以采用蓄热式换热技术的炉子比传统熔炼炉节能。（2）消除了局部高温区，炉温分布均匀燃料在高温低氧浓度工况下燃烧，在炉内形成没有稳定火焰的扩散火焰，消除了稳定火焰产生的局部高温区；火焰几乎充满整个炉膛，使炉温更加均匀。蓄热式烧嘴工作状态频繁交换，使火焰的位置及炉气流动方向频繁改变，强化了炉气对流，减小炉内死角，也使炉温更加均匀。（3）提高加热质量均匀的炉温使铝锭加热更均匀，降低了局部高温以及富氧环境对铝液的挥发和氧化作用。（4）延长炉子耐火材料使用寿命炉温均匀和消除局部高温区使耐火材料受热均匀，并保证耐火材料始终工作在合理的使用温度范围内。空气在进入炉膛之前被预热到接近炉膛温度，使炉内耐火材料减轻了热振影响。 5）减少温室效应气体CO2排放量及NOX生量燃料节省30%，相应的CO2排放量也减少30%。由于局部高温区的消除，有效的降低了NOx的生成量。 4．应用及效果目前资源和环境问题日益突出，要求各企业必须全面推行高效、节能、清洁的生产技术，蓄热式换热技术是目前世界上先进的技术，可以很大程度地提高企业能源利用率，对低热值煤气进行合理利用，最大限度地减少污染物的排放。近几年来我国也成功地将这项技术应用在熔铝炉上了。下面就以某厂30 t/ch熔铝炉为例介绍蓄热式换热技术在熔铝炉上的应用情况。此炉采用两组蓄热式烧嘴（单个烧嘴最大燃气能力200 Nm3/h），燃料为天然气（8500 kcal/Nm3）。蓄热体采用陶瓷小球，直径18mm。换向时间180s。由于生产工艺的需要，空炉升温到800 ℃以后开始装料，装料量15 ton，装料时间大约30 min,炉温降至600 ℃左右。熔炼过程大体分为三个阶段：第一阶段，炉温和加入的铝温度都较低，炉子处于升温阶段，此时燃气量300 Nm3/h，这一阶段需要60 min。第二阶段，炉温达到上限（900 ℃~950 ℃），炉子开始保温，此时燃气量160 Nm3/h，这一阶段需要120 min。第三阶段，铝液达到设定温度以前，炉子开始降温，此时燃气量85 Nm3/h，这一阶段需要30 min。从热平衡角度来说，采用蓄热式换热技术的熔炼炉燃料节约率与炉子砌体的蓄热量、炉体的表面散热损失有关。因为烧嘴是通过烟气回收余热的，炉体的蓄热量减小，表面散热损失越少，则排烟余热量越大，燃料节约率就越高。同时，由于熔铝炉间歇性工作特点，在不同工作状态时炉温、蓄热体中空气流速、烟气出口温度有较大波动。这样烧嘴换向时间也应随工作状态变化而变化，优化蓄热体的利用率，使余热回收达到更好的效果。由于空气通过蓄热体后温度升高，带进炉内大量显热，使得燃料的理论燃烧温度显著提高。在采用相同的炉型和燃料时，蓄热炉比常规炉有更高的综合加热温度和更快的加热速度。采用蓄热式换热技术，带来的直接经济效益主要是节省燃料。天然气按2.6元/m3计算，燃料节约率55%，则每熔化一吨铝节省255.4元。按年产32500吨，则每年燃料节省的费用是，830.05万元。由于消除局部高温区，炉温分布均匀，使耐火材料使用寿命延长，同时提高了加热质量，减少了氧化烧损。由这些因素带来的经济效益也是相当可观的。从环境保护角度来说，燃料节省55%，烟气中CO2等温室气体总量也相应减少了55%。同时由于燃料在高温空气贫氧环境下，降低了NOX的产生。总之，蓄热技术应用到熔铝炉上，起到了很好的节能效果；也降低了CO2和NOX的排放，减轻环境污染。同时，蓄热技术还有待进一步研究，达到更好的节能、环保效果。 5．参考文献 1．祁海鹰等：高温空气燃烧技术的研究进展高效蓄热式工业炉应用学术会议论文集 2001 2．工业炉设计手册第2版机械工业出版社 1996.8 3．任泽霈蔡睿贤主编热工手册机械工业出版社 2002.3 作者：余强张学湛

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