蓄热式熔铝炉节能技术

蓄热式熔铝炉节能技术 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT

蓄热式熔炉节能技术

一、熔炉的能耗与节能

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

判断熔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%。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％~9

0％）。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

排放量等目的。

X

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

含量被稀度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

释，燃料在炉膛中高温（1 000℃以上）低氧浓度场（5%～%）工况下燃烧，此种燃烧方式带来了许多优点：

（1）节能效果显着，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

均匀的炉温使锭加热更均匀，降低了局部高温以及富氧环境对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