蓄熱式換熱技術(shù)在熔鋁爐上的應(yīng)用

　　1．蓄熱技術(shù)概述

　　隨著設(shè)備與材料的進(jìn)步，蓄熱式換熱技術(shù)有了革命性的發(fā)展和長足的進(jìn)步。目前在冶金企業(yè)的加熱爐和鋼包烘烤器上得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過介紹蓄熱技術(shù)在熔鋁爐上的應(yīng)用，說明了蓄熱式換熱技術(shù)對提高化鋁質(zhì)量，加快化鋁速度，減少污染物排放，降低能耗等方面的優(yōu)勢。蓄熱式換熱技術(shù)在有色冶金行業(yè)上也將有廣闊的應(yīng)用前景。
                                    
　　2．蓄熱式換熱技術(shù)原理

　　蓄熱式燒嘴成對布置，相對兩個燒嘴為一組(A組、B組燒嘴)。從鼓風(fēng)機(jī)出來的常溫空氣由換向閥切換進(jìn)蓄熱式燒嘴1、4后，在經(jīng)過蓄熱式燒嘴1、4陶瓷小球時被加熱，在極短時間內(nèi)常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度（一般為爐膛溫度的80－90％）。被加熱的高溫?zé)峥諝膺M(jìn)入爐膛后，卷吸周圍爐內(nèi)的煙氣形成一股含氧量大大低于21％的稀薄貧氧高溫氣流，同時往稀薄高溫空氣附近注入燃料，實現(xiàn)燃料在貧氧狀態(tài)下燃燒；與此同時，爐膛內(nèi)的熱煙氣經(jīng)過另兩個蓄熱式燒嘴2、3排入大氣，爐膛內(nèi)高溫?zé)釤煔馔ㄟ^蓄熱式燒嘴2、3時將顯熱儲存在蓄熱式燒嘴2、3內(nèi)的蓄熱體內(nèi)，然后以低于150℃的低溫?zé)煔饨?jīng)過換向閥排出。當(dāng)蓄熱體儲存的熱量達(dá)到飽和時換向進(jìn)行切換，蓄熱式燒嘴在蓄熱與工作狀態(tài)之間進(jìn)行交換，從而達(dá)到節(jié)能和降低NOX排放量等目的。

　　蓄熱式換熱技術(shù)改變了傳統(tǒng)的燃燒方式，主要表現(xiàn)為燃料與空氣以適當(dāng)速度從不同的通道進(jìn)入爐內(nèi)，并與爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物混合，空氣中21%的O2被稀釋，燃料在爐膛中高溫（1000℃以上）低氧濃度場（5～6.5%）工況下燃燒，此種燃燒方式帶來了許多優(yōu)點。

　?。?）節(jié)能效果顯著，比傳統(tǒng)熔煉爐節(jié)能30%以上

　　由于蓄熱體“極限回收”了煙氣中大部分的余熱，并由參與燃燒的介質(zhì)帶回爐內(nèi)，大大降低了爐子的熱支出，所以采用蓄熱式換熱技術(shù)的爐子比傳統(tǒng)熔煉爐節(jié)能。

　?。?）消除了局部高溫區(qū)，爐溫分布均勻

　　燃料在高溫低氧濃度工況下燃燒，在爐內(nèi)形成沒有穩(wěn)定火焰的擴(kuò)散火焰，消除了穩(wěn)定火焰產(chǎn)生的局部高溫區(qū)；火焰幾乎充滿整個爐膛，使?fàn)t溫更加均勻。蓄熱式燒嘴工作狀態(tài)頻繁交換，使火焰的位置及爐氣流動方向頻繁改變，強(qiáng)化了爐氣對流，減小爐內(nèi)死角，也使?fàn)t溫更加均勻。
            
　?。?）提高加熱質(zhì)量

　　均勻的爐溫使鋁錠加熱更均勻，降低了局部高溫以及富氧環(huán)境對鋁液的揮發(fā)和氧化作用。

　?。?）延長爐子耐火材料使用壽命

　　爐溫均勻和消除局部高溫區(qū)使耐火材料受熱均勻，并保證耐火材料始終工作在合理的使用溫度范圍內(nèi)?？諝庠谶M(jìn)入爐膛之前被預(yù)熱到接近爐膛溫度，使?fàn)t內(nèi)耐火材料減輕了熱振影響。

　　5）減少溫室效應(yīng)氣體CO2排放量及NOX生量

　　燃料節(jié)省30%，相應(yīng)的CO2排放量也減少30%。由于局部高溫區(qū)的消除，有效的降低了NOx的生成量。

　　4．應(yīng)用及效果

　　目前資源和環(huán)境問題日益突出，要求各企業(yè)必須全面推行高效、節(jié)能、清潔的生產(chǎn)技術(shù)，蓄熱式換熱技術(shù)是目前世界上先進(jìn)的技術(shù)，可以很大程度地提高企業(yè)能源利用率，對低熱值煤氣進(jìn)行合理利用，最大限度地減少污染物的排放。近幾年來我國也成功地將這項技術(shù)應(yīng)用在熔鋁爐上了。

　　下面就以某廠30 t/ch熔鋁爐為例介紹蓄熱式換熱技術(shù)在熔鋁爐上的應(yīng)用情況。此爐采用兩組蓄熱式燒嘴（單個燒嘴最大燃?xì)饽芰?00 Nm3/h），燃料為天然氣（8500 kcal/Nm3）。蓄熱體采用陶瓷小球，直徑18mm。換向時間180s。

　　由于生產(chǎn)工藝的需要，空爐升溫到800 ℃以后開始裝料，裝料量15 ton，裝料時間大約30 min,爐溫降至600  ℃左右。熔煉過程大體分為三個階段：  

　　第一階段，爐溫和加入的鋁溫度都較低，爐子處于升溫階段，此時燃?xì)饬?00 Nm3/h，這一階段需要60 min。

　　第二階段，爐溫達(dá)到上限（900 ℃~950 ℃），爐子開始保溫，此時燃?xì)饬?60 Nm3/h，這一階段需要120 min。

　　第三階段，鋁液達(dá)到設(shè)定溫度以前，爐子開始降溫，此時燃?xì)饬?5 Nm3/h，這一階段需要30 min。

　　從熱平衡角度來說，采用蓄熱式換熱技術(shù)的熔煉爐燃料節(jié)約率與爐子砌體的蓄熱量、爐體的表面散熱損失有關(guān)。因為燒嘴是通過煙氣回收余熱的，爐體的蓄熱量減小，表面散熱損失越少，則排煙余熱量越大，燃料節(jié)約率就越高。

　　同時，由于熔鋁爐間歇性工作特點，在不同工作狀態(tài)時爐溫、蓄熱體中空氣流速、煙氣出口溫度有較大波動。這樣燒嘴換向時間也應(yīng)隨工作狀態(tài)變化而變化，優(yōu)化蓄熱體的利用率，使余熱回收達(dá)到更好的效果。

　　由于空氣通過蓄熱體后溫度升高，帶進(jìn)爐內(nèi)大量顯熱，使得燃料的理論燃燒溫度顯著提高。在采用相同的爐型和燃料時，蓄熱爐比常規(guī)爐有更高的綜合加熱溫度和更快的加熱速度。

　　采用蓄熱式換熱技術(shù)，帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益主要是節(jié)省燃料。天然氣按2.6元/m3計算，燃料節(jié)約率55%，則每熔化一噸鋁節(jié)省255.4元。按年產(chǎn)32500噸，則每年燃料節(jié)省的費用是，830.05萬元。由于消除局部高溫區(qū)，爐溫分布均勻，使耐火材料使用壽命延長，同時提高了加熱質(zhì)量，減少了氧化燒損。由這些因素帶來的經(jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可觀的。
            
　　從環(huán)境保護(hù)角度來說，燃料節(jié)省55%，煙氣中CO2等溫室氣體總量也相應(yīng)減少了55%。同時由于燃料在高溫空氣貧氧環(huán)境下，降低了NOX的產(chǎn)生。

　　總之，蓄熱技術(shù)應(yīng)用到熔鋁爐上，起到了很好的節(jié)能效果；也降低了CO2和NOX的排放，減輕環(huán)境污染。同時，蓄熱技術(shù)還有待進(jìn)一步研究，達(dá)到更好的節(jié)能、環(huán)保效果。