熔炼炉节能

熔炼炉燃烧参数控制

摘要：

铝和铝合金的熔炼是铝加工企业生产中的第一道重要工序，而铝熔炼炉是铝熔炼的关键设备，也是工厂中主要耗能设备，在生产能耗中占有很大比例，一些企业铸轧板材生产中其燃料消耗达到总能耗的50%左右。本文以铝及铝合金的熔炼炉燃烧控制参数——天然气流量、助燃风流量、天然气和助燃风比例、炉压、排烟温度等方面对能耗的影响及之间的相互影响和我厂在各参数控制方面的经验综合论述，望能够给同行参考。

关键词：熔铝炉蓄热式燃烧天然气流量助燃风流量天然气和助燃风比例炉压排烟温度ABSTRACT:

Smelting aluminum and Avional is the first important procedure in fabricating factories. Moreover ,aluminum melting furnace is the key equipment in the smelting and the main energy consumption facilities. Aluminum smelting furnace occupies high proportion of energy consumption.For example ,the fuel consumed in a furnace is about 50% of general energy consumption in some enterprises who produce cast—rolling plate.This paper expatiated on the aluminum and aluminum alloy combustion control parameter— the gas flow, the combustion air flow, air-gas delivery ration, furnace pressure, exhaust temperature on the influence and the energy consumption of the interaction between various parameters and factory in controlling the comprehensive discussion, hope can experience for reference to Reference.

KEYWORDS: Aluminum smelting furnace Regenerative burner Gas flow Combustion air flow Air-gas delivery ration Furnace pressure Exhaust temperature

我厂熔炼炉是采用苏州博能窑炉科技有限公司2008年设计安装的，主要技术性能参数如下：

1.用途：铝及铝合金的熔化

2.炉子形式：固定式矩形炉、侧侧装电解铝液

3.原料：电解铝液、铝锭、铝合金锭及废料

4.炉子容量：25吨

5.炉膛工作温度：1100-1200℃

6.铝液出炉温度：720-760℃

7.熔体温差：+5℃（精炼、搅拌终了）

8.燃料：天然气/土煤气

9.燃料最低发热值：4.18X8600/4.18X1200kJ/Nm3

10.熔化期最大熔化率：3吨/小时（纯冷料）

11.燃料最大消耗量：350Nm3天然气/小时（1800土煤气/小时）

12.熔化期吨铝消耗：：≤65天然气/吨铝

13.烧嘴形式：蓄热式燃烧器2个

14.温度控制形式：PLC自动控制

相关设备说明：

熔炼炉燃烧系统图

我厂熔炼炉采用蓄热式燃烧系统，配有2个蓄热式烧嘴，呈约15o向熔池倾斜，每个烧嘴都有自己一套点火和火焰检测装置。一个燃烧一个排烟，互相切换。排烟的时候利用烟气温度对再生床的氧化铝球进行加热，切换后，蓄热室的氧化铝球对助燃空气进行预热，以此实现通过烟气的余热对助燃空气进行预热，提高了热效率。同时蓄热室的氧化铝球对烟气进行了净化，降低了烟气排放对大气的粉尘污染和热污染。供助燃空气及排烟系统由一台助燃风机、一台排烟风机、相应管道、换向阀及伺服电机等组成。

炉压控制是由微压差压变送器，排烟风道电动蝶阀执行器等构成的闭环系统完成。取压点设在炉顶上，微压差压变送器将采集的炉气压力信号转换成4～20mA信号，送入PLC控制模块，经PID运算后控制排烟蝶阀的开度。

炉气温度控制方式是以炉气温度为控制对象，当炉气温度高于人为设定40℃时，助燃风机换向阀、排烟换向阀、各烧嘴的燃气切断电磁阀自动关闭，烧嘴随之熄火；当炉气温度

低于人为设定60℃时，烧嘴自动点火升温。

本文就蓄热式燃烧系统熔炼炉如何降低天然气消耗，理论结合实践做以下分析，仅供同行参考。

1、烧嘴天然气与助燃空气比例、天然气流量、助燃空气流量

烧嘴天然气与助燃空气比例一般为1:10-1:9。当炉膛废气温度在700-900℃的条件下，当空气系数大于1时，空气系数每减少0.1，则炉子消耗降低3%-5%【1】。由于我们设备天然气流量可由天然气管道上安装的流量计提供参考，但是助燃空气（下文将叫作助燃风）只能依靠人为观察烧嘴火焰状态即烧嘴火焰喷射有力，不发飘，视为燃烧充分。因此，在助燃风能够保证天然气充分燃烧的情况下，空气系数愈小愈好即助燃风流量愈小愈好。

2、炉压

一般要求炉压采用微正压，如果炉压为零或负压，会引入较多的炉外冷空气，消耗炉内热量，同时增加铝液的烧损。炉压过大，会使炉内高温气体大量外溢，增加炉子的热损失。在保证天然气能够充分燃烧和炉膛热负荷满足快速化料的情况下，天然气和助燃风流量不宜过大，否则会造成实际炉压过大。

我们厂熔炼炉的炉压控制程序方面在上文中已有论述，生产人员操作控制炉压，只需在熔炼炉熔炼炉控制柜的人机界面上设定即可，如果设定炉压比实际炉压较小很多，排烟蝶阀的开度便会很大，大量高温气体会由排烟风机抽出，造成较大的热损失；如果设定炉压比实际炉压较大很多，不仅会使炉内高温气体大量外溢，而且会使排烟蝶阀开度较小，从而影响排烟，进而将会降低蓄热室氧化铝球的蓄热效果。

3、蓄热室的蓄热效果

排烟温度是氧化铝球蓄热室蓄热效果的一个间接反映。排烟温度较小，有可能是蓄热室氧化铝球堵塞造成，意味着只是蓄热室上部的氧化铝球得到了充分蓄热，而下部氧化铝球不能充分蓄热，影响蓄热效果，而且会使炉压增大；排烟温度较大，不仅会增大热损失，而且是烟气没有充分加热氧化铝球的一个重要表现，也意味着蓄热效果不好。

蓄热室可以将空气温度预热到仅比炉膛温度低50～1000℃的状态，实现所谓的“极限”回收。其原因有两点：

①高温炉膛烟气直接进入蓄热体，通过切换阀的作用完成与空气的换热过程。

②传热过程的换热量可以用如下公式表示：

Q=K·△t·F

其中：Q一换热量，kJ；

K一综合传热系数，kJ／(m2·℃)：

△t一对数平均温度，℃；

F一换热面积，m2。

从公式中可以看出，蓄热室的换热面积是影响换热量大小的重要因素之一。其换热面积是由氧化铝球的大小决定的，氧化铝球直径越大，换热面积越小，造成蓄热室蓄热效果越差。但是氧化铝球直径越小，其对助燃风的阻力越大，越容易堵塞从而影响蓄热效果。

蓄热室填充球层内的传热系数主要受床层中气流速度和蓄热球大小和材质的影响。【2】因此，根据实践，我们厂选择了直径为24mm的陶瓷氧化铝球，尺寸为1200X1700X1280mm 的蓄热室。

综上所述：在减少天然气消耗方面，天然气和助燃风的比例、天然气流量、助燃风流量、炉压、排烟温度等因素相辅相成，有时又互相矛盾。因此把上述的各个因素控制到一个合理的参数极为重要。

我们厂本着以上原则，自2010年12月份开始实行熔炼炉燃烧参数控制及记录（如表1），通过实践我们取得很好的效果，并将熔炼炉燃烧参数总结如下(见表2)：