蓄热式熔铝炉节能技术

蓄热式熔铝炉节能技术

一、熔铝炉的能耗与节能

国内铝加工行业熔铝炉使用传统的加热技术其能耗一般在75万大卡/吨铝左右；在国外，吨铝能耗一般低于55万大卡。因此，国内的熔铝炉节能潜力还有很大的空间。

判断熔铝炉能耗高低以及是否节能，从两个方面来看，第一，熔化率，第二，炉子热效率。

熔化率是指单位时间单位熔池体积的熔化量（生产率），炉子升温速度越快，炉子熔池越大则炉子的熔化率越高，在一般情况下，炉子生产率越高，则熔化率的单位热量消耗就越低。炉子热效率是铝被加热熔化时吸收的热量与供入炉内的热量之比。

为了降低能源消耗，应尽量提高炉子生产率，另一方面应充分回收利用出炉废气的余热。同时对燃烧装置实行燃料与助燃空气的自动比例调节，以防止空气量过剩或不足。减少炉体的蓄热和散热损失以及减少炉门开口等辐射热损失。

早期的（现在也有一部分）熔铝炉一般离炉烟气直接排放，烟气温度在750℃以上（图1）。

图1 废热不利用的炉子

为减少烟气带走的热量损失，人们在排烟管道上安装了热量回收装置即空气换热器，将助燃空气预热到一定的温度（200℃左右）后参与燃料的燃烧，但换热器后的排放温度还在500℃以上（图2）。

图2 安装空气预热器的炉子

采用蓄热式燃烧技术可以将烟气排放温度降低到150℃以下，助燃空气温度预热到700℃以上，这样就大大地减少了离炉烟气所带走的热量，使炉子热效率大幅度提高，燃料消耗大量减少，达到节能的目的（图3）。

图3 HTAC技术的工作原理图

根据工业炉热工原理，助燃空气温度每升高100℃，能节省燃料约5%；或者烟气温度每降低100℃，能节省燃料约5.5%。因此，采用蓄热式燃烧技术相对换热器回收装置可以节能25%以上。

二.熔炼炉概述:

传统上有火焰炉、电阻炉、中频感应炉、反射炉以及坩埚炉等。为了获得质量高又经济的铝合金溶液，各企业对熔炼设备的选择越来越重视，近几年来，火焰炉、电阻炉、中频感应炉、反射炉都有所改进。熔炼炉结构的发展方向是:操作自动化、应用更新化、原料节能化等。新型加热材料、新型耐火材料和新溶剂得到新的应用。

1、采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气和烟气，使之流经蓄热体，能

够最大程度上回收高温烟气热量，将助燃空气预热800度-1000度以上，其余热回收率可达85%以上。

2、合理组织燃烧工况，使炉内形成与传统火焰迥然不同的新型火焰型，创造出

炉内均匀的温度场分布。

3、通过空气与燃料气流的合理组织，交替使用，是燃料在低氧环境中进行燃烧，

消除炉内局部高温区。

三、蓄热式燃烧系统工作原理

蓄热式烧嘴成对布置，相对的两个烧嘴为一组(A、B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A后，在流过蓄热式烧嘴A陶瓷小球蓄热体时被加热，常温空气被加热到接近炉膛温度（一般为炉膛温度的80％~90％）。被加热后的高温空气进入炉膛后，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，贫氧高温空气与注入的燃料混合，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蓄热式烧嘴B排出，高温热烟气通过蓄热式烧嘴B时将显热储存在蓄热式烧嘴B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进行换向，蓄热式烧

排嘴A和B变换燃烧和蓄热工作状态，如此周而复始，从而达到节能和降低NO

X

放量等目的。

蓄热式燃烧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

含量被稀释，从不同的喷嘴通道进入炉内，并卷吸炉内的燃烧产物，空气中的O

2

燃料在炉膛中高温（1 000℃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，比传统熔化炉平均节能25%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，所以采用蓄热式燃烧技术的炉子比传统熔化炉节能。

（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，在炉内形成没有明显火焰的弥漫燃烧，消除了火焰产生的局部高温区，火焰边界几乎扩大到整个炉膛，使炉温更加均匀。蓄热式烧嘴工作状态频繁交换，使燃烧热点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。

（5）减少温室效应气体CO

2排放量及NO

X

生量

燃料节省25%，相应的CO

2

排放量也减少25%。由于局部高温区的消除，有效的

降低了NO

X

的生成量。

四、蓄热体材料

蓄热体是蓄热式燃烧技术关键部分，它要求蓄热体具有蓄热量大、换热速度好、高温强度好、阻力损失小、抗氧化抗渣性强，而且经济耐用。

陶瓷球的原理就是在蓄热室内填冲直径相同的许多陶瓷实心球，堆积呈固定床，球径一般在15-25mm之间。

陶瓷球蓄热体比表面积240m2/m3,众多的小球将气流分割成很小流股，气流在蓄热体中流过时，形成强烈紊流，有效地冲破了蓄热体表面的附面层，又由于球径很小，传热半径小，热阻小，密度高，导热性强，加之换向系统设计独特，故可实现频繁且快速的换向，固此，蓄热体可利用30次/H，高温烟气流经蓄热体床层后便可将烟气降至150℃排放。常温空气流径蓄热体在相同路径内即可预热至反比烟气温度低50℃，温度效率高达95%以上。另外，因为蓄热体体积十分小巧，加之小球床的流通能力强，即使积灰的阻力增加也不影响换热指标，陶瓷小球的更换，清洗非常方便，并可重复利用。

蓄热体材质陶瓷材料

形状球形

蓄热体体积 3m3

换向时间 120秒

空气预热温度 1000℃

高温烟气温度 1050℃

排烟温度≤150℃

材料比表面积（m2/m3） 240

球径 25mm

热回收率约70%-80%

五、应用案例

下面以燃油、燃气蓄热式熔铝炉为案例，对采用某公司单蓄热（空气）技术及专利设备（换向阀）等应用节能效果做比较和分析。

1．某铝厂熔化车间——新建项目

熔化材料：铝坯及再生铝材

炉子形式：矩形固定式

炉子容量：30T 炉膛工作温度：< 1 100℃

铝液温度：720℃～830℃熔体温差：≤±5℃

熔化期熔化率：5.2t/h

熔池面积：5.05×4.5=22.7m2

熔池深度：650mm

熔化期吨铝消耗：≤62 m3/吨铝

铝坯入炉温度：常温

燃料：天然气

发热值：8 500 kcal/Nm3

排烟温度：<150℃

蓄热材料：陶瓷小球

烧嘴型式：含点火及常明式蓄热式烧嘴

2．某铝业有限公司——改造项目

改造前：为常规的烧嘴技术，即采用机械式雾化油枪技术，熔化率为3.5吨，吨铝耗油76千克。经过改造后的熔化率达到5吨，熔铝热耗53千克，平均节油率30%。

相关参数如下：

熔化材料：30％铝及铝合金锭、废料＋70％电解铝液

炉子形式：矩形固定式、一扇组合大炉门、机械扒渣

炉子容量：25T

炉膛工作温度： < 1 100℃

铝液温度：730℃～860℃

熔化期熔化率：5t/h

熔池面积：5×4=20 m2

熔化期吨铝消耗：～53公斤/吨铝

熔料入炉温度：常温

燃料：0＃轻柴油

发热值：10 200 kcal/kg

排烟温度：<150℃

六、总论:

从热平衡角度来说，采用蓄热式换热技术的熔化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。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25%，烟气中CO

2

等温室气体总量也相应减少了

25%。同时由于燃料在高温空气贫氧环境下，降低了NO

X

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CO

2和NO

X

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。

蓄热式熔铝炉【节能技术】

河南鑫源铝业经销部