蓄热式高温空气燃烧技术在熔铝炉上的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５卷第２期　有色金属加工　ＶＯ１．３５　Ｎｏ．２　２００６年４月　ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ　ＭＥＴＡＬＳ　ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ　Ａｐｒｉｌ　２００６　蓄热式高温空气燃烧技术在熔铝炉上的应用　李同杰　（苏州新长光热能科技有限公司，江苏苏州２１５０１１）　摘要：蓄热式高温空气燃烧技术（简称ＨＴＡＣ技术）是２Ｏ世纪９Ｏ年代研究开发并迅速获得广泛应用的一项　全新的高效节能环保燃烧技术，具有高效节能、降低生产成本、减少污染物排放、降低燃烧噪音等多重优越　性。本文简要介绍了ＨＴＡＣ技术的基本原理，论述了ＨＴＡＣ技术在熔铝炉上的实际应用。　关键词：蓄热式高温空气燃烧技术；熔铝炉；节能；环保　中图分类号：ＴＦ０６６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１　６７９５（２００６）０２一ＯＯ６Ｏ一０３　消耗，大幅度提高炉子的热效率。　１　前言　２．Ｉ　技术原理　由于采用自身预热方式，蓄热式烧嘴必须成对安　我国是燃料消耗大国，位居世界第二，温室气体　装。安装形式可根据具体应用而定，可安装在同一　排放量位居世界第一，因此节能与环保工作已成为直　侧，也可相对安置；可以只安装一对，也可安装多对。　接关系到国家可持续发展战略能否顺利实施的大事。　其基本原理如图Ｉ所示，烧嘴Ａ工作时，烧嘴Ｂ起排　２０世纪９０年代，被称为２１世纪工业炉燃烧系统　烟及蓄热作用；经过一段时间后进行自动切换，烧嘴Ｂ　革命的一项全新的高效节能环保燃烧技术——蓄热　工作，烧嘴Ａ起排烟及蓄热作用，如此循环切换。在　式高温空气燃烧技术（Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ａｉｒ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，　工作过程中，约Ｉ　１００　ｏＣ的高温烟气先通过蓄热室，以　简称ＨＴＡＣ）的诞生，突破了几百年来人们对燃烧技术　辐射和对流传热的方式在相当短的时间内迅速将热　的传统认识和观念。该技术采用蓄热装置，通过极限　量传给蓄热室内的蓄热体，烟气释热后温度降至２００　回收烟气余热，使空气预热到８００～１　０００　ｏＣ，将高温　℃以下甚至更低（主要取决于蓄热体的蓄热量、蓄热　空气吹入炉膛，同时将燃气输送到气流中燃烧。燃烧　速率及换向时间）排放；然后，通过切换，冷（室温）空　区维持低氧状态，可最大限度地降低ＮＯ　的排放量。　气由相反方向进入烧嘴，蓄热体以对流换热为主的方　采用ＨＴＡＣ技术，可达到高效节能、降低生产成本、减　式将热量迅速传给冷空气，蓄热体被冷却，空气被预　少污染物（特别是ＮＯ　）排放量、降低燃烧噪音等多重　热到高温。预热后的热空气通过烧嘴出口外环进入　效果。所以，该技术在我国具有广阔的应用前景和十　炉膛后，由于高速喷射形成一低压区，抽引周围低速　分重要的意义。　或静止的燃烧产物形成一股含氧体积浓度大大低于　本文简要介绍蓄热式高温空气燃烧技术的原理　２１％的贫氧高温气流。气体燃料（或雾化液体燃料）　及主要优点，并结合笔者工作经验，针对该技术在熔　经喷嘴出口中心喷入炉内后与此高温低氧气流扩散　铝炉上的应用提出一些意见和建议，希望能与从事工　混合，产生与传统燃烧完全不同的高温低氧燃烧。通　业炉设计和研究的同行们进行交流。　过这种方式可以连续地产生高温空气，实现所谓的　“极限余热回收”和助燃空气的高温预热。　２蓄热式高温空气燃烧技术的原理及　２．２主要优点　优点　①高效节能。采用高效蓄热式烟气余热回收装　置，交替切换烟气与空气，“极限”回收排烟余热，烟气热　蓄热式高温空气燃烧技术是将燃烧系统和余热　回收效率超过８０％；火焰体积成倍扩大，炉内温度分布　回收系统有机地结合在一起，使助燃空气温度预热到　更均匀，平均温度升高，换热（包括辐射换热与对流换　烟气温度的８０％～９０％，即１　０００℃左右，排烟温度降　热）进一步增强，从而热利用率得以提高。研究结果表　为１５０～２００　ｏＣ，余热回收率可达７０％，从而降低燃料　明，采用ＨＴＡＣ技术一般可实现节能３０％以上；　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期　有色金属加工　６Ｉ　图１　蓄热式燃烧技术原理示意图　②低污染，有利于环保。主要表现在３个方面：　首先，低ＮＯ　污染。采用传统的燃烧技术时，助燃空　气温度越高，烟气中的ＮＯ　含量越大，而采用蓄热式　高温空气燃烧技术时，在助燃空气温度非常高的情况　下ＮＯ　含量却大大减少；其次，低ＣＯ　排放。由于节　能（即减少燃料消耗），因而可以向大气环境少排放　ＣＯ，。该技术可节能３０％以上，这意味着可减少３０％　以上的ＣＯ　排放，有利于环保；再之，低燃烧噪音。由　于火焰不是在燃烧器中产生的，而是在炉膛空间内逐　渐燃烧，火焰体积增大，使单位体积的燃烧强度减弱，　燃烧噪音大大降低；　③燃烧稳定性好。由于助燃空气温度预热到燃　料自燃点以上，燃料一进入炉内就能着火燃烧，提高　了燃烧的稳定性；　④燃烧区扩大。通过组织炉内低氧气氛燃烧，火　焰体积成倍增大，炉内温度场分布更均匀，有利于被　加热件的均匀受热；　⑤对燃料的适应性扩大。助燃空气预热温度升　高，降低了对燃料热值的要求，有利于低热值燃料的　有效利用；　⑥高温空气与煤气在炉膛内边混合边燃烧，其燃　烧边界几乎扩展至炉膛边界，并且不存在局部过热　点，炉内温度均匀。这样，一方面降低了铝液氧化烧　损，提高了产品质量；另一方面也延长了炉体寿命；　⑦烟气通过蓄热室后温度较低，烟道和烟囱的内　衬可不采用耐火材料；　⑧高温空气燃烧器结构紧凑，安装便捷，可比较　方便地用于旧炉改造。　３　蓄热式高温空气燃烧技术在熔铝炉　上的应用　３．１　液压倾动式燃油熔铝炉　１９９４年，我公司为上海格兰吉斯铝业公司（现为　萨帕（上海）铝热传输有限公司）承建了一套ｌ５吨液　压倾动式燃油熔铝炉组，其中包括１５吨液压倾动式　熔铝炉和保温炉各一台。熔铝炉烧嘴采用ＱＲＦ全热　风烧嘴，炉子最大燃料消耗量为３３０　ｋｇ／ｈ，空气预热温　度低于２００℃，熔化期最大熔化率为３．０～３．５　ｔ／ｈ，熔　化期单位油耗大于７５　ｋｇ／吨铝，排烟温度达７５０～８００　℃，烧嘴噪音大。十多年来，用户对炉子进行了多次　大修，大修的主要内容是炉衬、炉门口及炉ｆ－１。２００４　年ｌ１月份对炉门口和炉门又进行了一次大修，更换　了炉门框及炉门四周的耐热铸钢件，对炉门上的浇注　料重新进行了施工，对炉门口四周的炉衬重新进行了　砌筑和浇注，但在炉子重新投入生产约半年后，炉门　及炉门口四周炉衬又不同程度地出现了损坏现象。　表ｌ　２６吨液压倾动式燃油熔铝炉技术参数　类别　技术参数　用途　铝及铝合金的熔炼　炉子型式　矩形燃油液压倾动式　容量／ｔ　２６　炉料　重熔用铝锭及废料　炉膛尺寸／ｍｍ　５　３２０×３　２００　炉膛最高温度／￣Ｃ　ｌ　１５０　铝液转注温度／￣Ｃ　７４０—７６０　铝液温度控制精度／￣Ｃ　≤±５（搅拌终了时）　燃料及热值／ｋＪ・ｈ　０＃轻柴油４０１２８　供热方式　蓄热燃烧方式　烧嘴形式及数量　小球蓄热体形式，２对（４个）　熔化期熔化率／ｔ・ｈ　６　熔化期每吨铝油耗／ｋｇ　４６　烧嘴燃油能力，ｋｇ・ｈ　１６０　炉子最大燃油消耗ｔ／ｋｓ・ｈ　３２０　助燃空气量，　・ｈ　３　８０ｏ　烟气量／ｍ　・ｈ一’　４　Ｏ００　助燃空气预热温度／℃　８００—９０Ｏ　排烟温度，℃　＜２００　换向时间，ｓ　５Ｏ　烧嘴噪音／ｄＢ　＜８５　倾炉控制方式　ＰＬＣ自动控制，手动　温控方式　德国西门子Ｓ７—３００　ＰＬｃ自动控制　由于原有熔铝炉单耗高，经济效益低，停炉检修　次数多，污染严重，加之产量的不断提高，萨帕（上海）　铝热传输有限公司决定于２００４年再建一条熔铸生产　线，包括一台２６吨液压倾动式燃油熔铝炉、一台２４吨　液压倾动式保温炉和一台２０吨液压铸造机。熔铝炉　和保温炉由我公司设计制造，于２００５年元月调试成功　维普资讯 http://www.cqvip.com ６２　有色金属加工　第３５卷　并交付生产。与原有ｌ５吨液压倾动式熔铝炉不同的　是，这台２６吨液压倾动燃油熔铝炉采用了蓄热式高　温空气燃烧技术，安装两对蓄热式烧嘴，每个烧嘴最　大燃料油耗量为１６０　ｋｇ／ｈ（炉子最大燃料油耗量为３２０　ｋｇ／ｈ），炉子熔化期熔化率达６　ｔ／ｈ，熔化期每吨铝耗油　高、能耗高的不利局面，节能效果显著，取得了明显的　经济效益。　３．２　ＨＴＡＣ与传统燃烧的比较　实际应用表明，与传统燃烧相比较，ＨＴＡＣ技术具　有极大的优越性。采用ＨＴＡＣ的２６吨液压倾动燃油　熔铝炉与原有采用传统燃烧技术的１５吨液压倾动式　４６　ｋ　，详细工艺参数见表１。该炉提高了二次能源利　用率和利用水平，减少了环境污染，摆脱了维护费用　熔铝炉的比较结果见表２。　表２　ＨＴＡＣ与传统燃烧的比较　压倾动式燃油熔铝炉上的成功应用证明，蓄热式高温　４　结束语　空气燃烧技术完全适用于铝加工行业的燃油或燃气　工业炉。ＨＴＡＣ技术的推广应用，不仅能使我国工业　蓄热式高温空气燃烧技术是一项跨世纪的高效　能源结构得以改善，能耗指标能较快地赶上世界先进　节能环保新技术，具有极限余热回收，超低ＣＯ　、ＮＯ　水平，而且能使我国大气污染状况严重的局面得到一　排放，降低生产成本，增加经济效益等多重优越性。　定程度的控制和改善，对我国可持续发展战略的实施　实践证明，该项技术实用性很强，所覆盖的行业也十　起到积极推动作用。　分广泛。在萨帕（上海）铝热传输有限公司的２６吨液　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ａｉｒ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｍｅｌｔｉｎｇ　Ｆｕｒｎａｃｅ　ＬＩ　Ｔｏｎｇ－ｊｉｅ　（Ｓｕｚｈｏｕ　Ｎｅｗ　Ｃｈａｎｇｇｕａｎｇ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ，２１５０１１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｉｒ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＨＴＡＣ）ｉｓ　ａｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｇｏｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　１９９０’Ｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｍａｎｙ－ｓｉｄｅｄ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ，ｌｏｗ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔ，ｌｅｓｓ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｌｏｗ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｎｏｉｓｅ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ，ｓｏ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｍａｎｙ　ａｒｅａｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＨＴＡＣ，ａｎｄ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｉｔｓ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｆｕｒｎａｃｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｉｒ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ；ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｆｕｍａｃｅ；ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ