空氣、煤氣雙蓄熱式燃燒系統在熔鋁爐上的應用

□文/盧江平沈大平徐美鳳謝鳳兆

1.北京神霧熱能技術有限公司 2.山東富海實業股份有限公司

空氣、煤氣雙蓄熱式燃燒系統在熔鋁爐上的應用

□文/盧江平1沈大平1徐美鳳2謝鳳兆2

1.北京神霧熱能技術有限公司 2.山東富海實業股份有限公司

Dual Heat-Regenerating Combustion System of Air and Gas in Aluminum Melting Furnace Application

重點闡述了雙蓄熱式熔鋁爐的技術性能、實施措施及其技術特點，并對雙蓄熱式熔鋁爐的技術經濟效益和環保效益進行了評述。實踐表明，采用空氣、發生爐煤氣雙蓄熱式燃燒系統的熔鋁爐具有高效、節能和低污染等優越性，是對傳統冶金熔煉爐的改進，具有廣闊的開發和推廣應用前景。

空氣、發生爐煤氣雙蓄熱式燃燒系統在冶金行業已經得到廣泛推廣應用，其節能效果顯著。空氣單蓄熱式燃燒系統在有色冶金行業已開始推廣應用，其節能效果也得到認可。北京神霧熱能技術有限公司率先將空氣、發生爐煤氣雙蓄熱式燃燒系統應用于熔鋁爐，與山東富海實業股份有限公司合作，建成國內第一座雙蓄熱式熔鋁爐；從目前的應用情況來看，節能效果顯著。

一、雙蓄熱式熔鋁爐技術方案說明

新建熔煉爐的技術要求是：投資低、技術成熟可靠、能耗低、維護簡單方便。為此，本項目采用雙蓄熱式熔鋁爐方案。

1. 16噸熔鋁爐及雙蓄熱式燃燒器技術性能

熔化爐爐膛溫度：1 100℃；

鋁液溫度：720℃～780℃

燃 料：發生爐煤氣

低位發熱值：（1250～1450）×4.18kJ/Nm3

熔池深度：650mm

熔體溫差：≤±5℃

最大燃料消耗量：1 6 0 0 m3/ h(970.92×104kJ/h)

裝料方式：揭蓋式頂加料

熔化速率：4t/h；

能 耗：209.25×104kJ/t·Al（345m3/h)

燃料節省率：40%（與普通燃燒系統相比計算值）

2. 爐體結構

爐底由型鋼組合框架和鋼板全焊接組成；爐底對應攪拌區域采用不銹鋼板，保溫層采用纖維澆注料，總厚度小于550mm，滿足攪拌要求。

爐墻由型鋼立柱橫擋組合框架和鋼板焊接組成。爐墻(渣線以上)結構為高鋁磚、輕質保溫磚和硅酸鋁纖維。爐墻(渣線以下)結構為高鋁磚、防滲層和輕質保溫磚+硅酸鋁纖維。

爐頂由型鋼全焊接與爐蓋側鋼結構連接。爐蓋內環邊緣采用耐熱鑄鐵件組成。采用高強輕質莫來石整體澆鑄，隔熱層為輕質纖維澆注料。

爐門采用耐熱鑄鐵件，帶有滑軌壓緊裝置，爐門帶有密封槽，有爐門平衡錘。采用減速機電動提升爐門，鏈輪傳動，設有上下限位控制，且能在行程范圍內任何位置停頓，滿足配料及清渣要求。

雙蓄熱式熔化爐結構見圖1。

圖1 雙蓄熱式熔化爐結構

3. 空氣 、煤氣雙蓄熱燃燒系統

爐子采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術（HTAC），將空氣、煤氣溫度同時預熱到比爐膛溫度低50℃～150℃，大約在800℃左右，排煙溫度＜150℃，可最大限度地利用煙氣余熱，降低燃耗，提高熔化爐的熱效率；同時可降低CO2和NOx的排放量。

（1）管路系統的組成

蓄熱式燒嘴由蓄熱式空氣燒嘴、蓄熱式煤氣燒嘴、點火燒嘴組成；

助燃空氣/煙氣管路系統由鼓風機、手動蝶閥、電動流量調節閥、壓力開關、流量孔板、空氣/煙氣三通換向閥、煙氣引風機等組成；

發生爐煤氣/煙氣管路系統由手動煤氣切斷閥、電動煤氣快切閥、煤氣壓力開關、煤氣電動流量調節閥、流量孔板、煤氣/煙氣三通換向閥、煙氣引風機等組成；

壓縮空氣管路系統由氣源三聯件、壓力表、截止閥等組成；

輔助排煙系統由耐溫管道、高溫煙氣蝶閥等組成。

（2）換向裝置

換向閥型式選擇北京神霧公司在國內率先開發成功并在工程中廣泛應用的雙閥瓣雙驅動提拉式小型三通換向閥。其具有如下技術優勢：專利產品，密封好，故障率低，正常使用壽命大于150萬次；原裝進口氣缸和電磁閥；能實現開關順序的時續控制；可實現與燃燒器最近距離安裝；停爐或斷電時兩閥瓣同時關閉，安全可靠；可避免停爐時自然排煙造成的管路過熱。

納入標準：兩組患者經臨床診斷及MRI檢查后確診為急性期腰椎間盤突出，卻存在急性期各類臨床癥狀；經知曉研究內容后，自愿參與。排除標準：存在嚴重心腦血管疾病者。

小型三通換向閥的結構原理如圖2所示。

本閥采用立式雙列布置，共三通道，采用氣缸驅動。上部兩通道，一為空氣（或燃氣）入口，另一通道為煙氣出口，下部通道接燒嘴蓄熱室。閥瓣與閥座采用平面密封，閥座上鑲有耐溫耐腐蝕特種密封材料，具有一定密封補償性能，閥瓣與驅動桿采用柔性連接，因此密封可靠。

該三通換向閥能實現先關后開，作為燃氣換向閥使用時，能有效避免換向過程中燃氣與煙氣互串情況，使用更安全，且可使燃氣換向損失為零。當斷電（或故障停電）及排煙超溫時，電磁閥失電，兩閥瓣均處于關閉狀況，使得整個系統運行更安全。

（3）空氣、煤氣雙蓄熱式燃燒器

本燃燒器采用陶瓷小球作蓄熱體，空氣蓄熱室和煤氣蓄熱室采用分離結構，結構緊湊，空、煤氣沒有互竄的危險。形成還原性氣氛，這對防止氧化燒損有利；雙蓄熱式燃燒器結構緊湊，火焰燃燒性能較好，每個燃燒器前設置空氣調節閥門和煤氣調節閥門，可以調節單個燒嘴負荷，也可以關閉單個燒嘴；使加熱溫度的調節和控制靈活、方便。雙蓄熱式燃燒器結構見圖3。

圖2 小型三通換向閥的結構原理

圖3 雙蓄熱式燃燒器結構

二、應用狀況和效益分析

采用空氣、煤氣雙蓄熱式燃燒器技術應用在熔煉爐上是一項革命性的新嘗試。首次在熔煉爐上采用雙蓄熱燃燒技術，并獲的了一次性點火成功，填補了在熔煉爐上使用發生爐煤氣雙蓄熱式燃燒技術的空白。山東富海實業股份有限公司雙蓄熱式熔鋁爐自2009年3月建成投產以來，連續運行8個月，完全達到預期的節能效果，同時具有一定環保效益。

如表1所示，熔煉爐采用空氣、煤氣雙預熱（空氣預熱溫度900℃，煤氣預熱溫度900℃）；運行中實測燃料噸鋁消耗量210.38×104kJ/ t·Al ；煙氣中氧濃度低，鋁的氧化燒損率小。如果每立方米煤氣的綜合成本按0.283元/ m3計算。則噸鋁燃料費用為98.1元。

冷煤氣雙蓄熱式燃燒系統，由于其排煙溫度＜150℃，從而使得其后續的煙塵凈化系統更為簡便易行。從燃料成本看，冷煤氣雙蓄熱式燃燒系統，大大降低了鋁加工產品的加工成本，使得鋁加工產品的市場競爭力大為提高。

2. 環保效益分析

雙預熱蓄熱式熔鋁爐采用潔凈煤氣作燃料。潔凈煤氣成分參數見表2。

表1 不同燃料、不同形式熔鋁爐經濟指標對照

表2 潔凈煤氣主要指標

16噸雙蓄熱式熔鋁爐因采用潔凈煤氣作燃料，每年減少粉塵排放70噸，減少SO2排放28噸。燒嘴采用局部煙氣再循環技術，NOX排放也有所降低。

傳統的熔鋁爐燃燒系統均采用非蓄熱式或單蓄熱式。非蓄熱式熔鋁爐其排煙溫度在500℃～1 000℃之間，不但浪費大量的能源，還增加了SO2、NOX等酸性氣體的排放，同時增加了其后續的環保治理難度，一直是十分棘手的問題；單蓄熱式熔鋁爐由于燃料未經預熱，蓄熱室的進氣量與排氣量存在不平衡，需增加輔助排煙管道，從而使總體排煙溫度升高，也相應地浪費了一部分能源，增加了其后續的環保治理難度。本熔鋁爐采用了高效雙蓄熱式燃燒技術，車間工作環境能夠大大的改觀，空氣排放質量也完全能夠達到國家標準。

三、結論

發生爐煤氣雙蓄熱式燃燒器技術在熔煉爐上的應用表明，發生爐煤氣雙預熱蓄熱式燃燒器技術是成熟的。北京神霧公司研制開發的組合式雙預熱蓄熱式燃燒器、小型旋瓣式三通換向閥等組成的燃燒系統裝置能夠實現發生爐煤氣雙預熱蓄熱。本技術及裝置節能效果顯著，同時減少氧化燒損，提高產品加熱質量，提高加熱效率，減少CO2和NOX污染物排放。且投資回收期很短，是低投入高產出的節能環保技術改造項目。本技術項目的開發和應用具有廣闊的市場前景。

略

[1]蕭澤強,吉川邦夫.高溫空氣燃燒新技術講座[C].中國科學技術協會工程學會聯合會,北京,1999

[2]吳道洪,謝善清,楊澤耒. 蓄熱式高溫空氣燃燒技術在中國冶金企業中的應用[C].高溫空氣燃燒新技術講座.中國科學技術協會工程學會聯合會,北京,1999

[3]吳道洪 歐儉平 謝善清等.《蓄熱式高溫空氣燃燒技術在我國的應用及發展》[Z].北京神霧論文集2007.9

[4]吳道洪 阮立明 歐儉平 肖澤強 《高溫空氣燃燒技術在中國鋼鐵企業中的應用和開發》[M].冶金工業出版社 2006.10

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