□文/盧江平沈大平徐美鳳謝鳳兆

1.北京神霧熱能技術(shù)有限公司 2.山東富海實(shí)業(yè)股份有限公司

空氣、煤氣雙蓄熱式燃燒系統(tǒng)在熔鋁爐上的應(yīng)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(shù)有限公司 2.山東富海實(shí)業(yè)股份有限公司

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

重點(diǎn)闡述了雙蓄熱式熔鋁爐的技術(shù)性能、實(shí)施措施及其技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)雙蓄熱式熔鋁爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益進(jìn)行了評(píng)述。實(shí)踐表明，采用空氣、發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒系統(tǒng)的熔鋁爐具有高效、節(jié)能和低污染等優(yōu)越性，是對(duì)傳統(tǒng)冶金熔煉爐的改進(jìn)，具有廣闊的開發(fā)和推廣應(yīng)用前景。

空氣、發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒系統(tǒng)在冶金行業(yè)已經(jīng)得到廣泛推廣應(yīng)用，其節(jié)能效果顯著。空氣單蓄熱式燃燒系統(tǒng)在有色冶金行業(yè)已開始推廣應(yīng)用，其節(jié)能效果也得到認(rèn)可。北京神霧熱能技術(shù)有限公司率先將空氣、發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒系統(tǒng)應(yīng)用于熔鋁爐，與山東富海實(shí)業(yè)股份有限公司合作，建成國內(nèi)第一座雙蓄熱式熔鋁爐；從目前的應(yīng)用情況來看，節(jié)能效果顯著。

一、雙蓄熱式熔鋁爐技術(shù)方案說明

新建熔煉爐的技術(shù)要求是：投資低、技術(shù)成熟可靠、能耗低、維護(hù)簡(jiǎn)單方便。為此，本項(xiàng)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(shù)性能

熔化爐爐膛溫度：1 100℃；

鋁液溫度：720℃～780℃

燃 料：發(fā)生爐煤氣

低位發(fā)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(jié)省率：40%（與普通燃燒系統(tǒng)相比計(jì)算值）

2. 爐體結(jié)構(gòu)

爐底由型鋼組合框架和鋼板全焊接組成；爐底對(duì)應(yīng)攪拌區(qū)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(jié)構(gòu)為高鋁磚、輕質(zhì)保溫磚和硅酸鋁纖維。爐墻(渣線以下)結(jié)構(gòu)為高鋁磚、防滲層和輕質(zhì)保溫磚+硅酸鋁纖維。

爐頂由型鋼全焊接與爐蓋側(cè)鋼結(jié)構(gòu)連接。爐蓋內(nèi)環(huán)邊緣采用耐熱鑄鐵件組成。采用高強(qiáng)輕質(zhì)莫來石整體澆鑄，隔熱層為輕質(zhì)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(jī)電動(dòng)提升爐門，鏈輪傳動(dòng)，設(shè)有上下限位控制，且能在行程范圍內(nèi)任何位置停頓，滿足配料及清渣要求。

雙蓄熱式熔化爐結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 雙蓄熱式熔化爐結(jié)構(gòu)

3. 空氣 、煤氣雙蓄熱燃燒系統(tǒng)

爐子采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)（HTAC），將空氣、煤氣溫度同時(shí)預(yù)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(shí)可降低CO2和NOx的排放量。

（1）管路系統(tǒng)的組成

蓄熱式燒嘴由蓄熱式空氣燒嘴、蓄熱式煤氣燒嘴、點(diǎn)火燒嘴組成；

助燃空氣/煙氣管路系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、手動(dòng)蝶閥、電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥、壓力開關(guān)、流量孔板、空氣/煙氣三通換向閥、煙氣引風(fēng)機(jī)等組成；

發(fā)生爐煤氣/煙氣管路系統(tǒng)由手動(dòng)煤氣切斷閥、電動(dòng)煤氣快切閥、煤氣壓力開關(guān)、煤氣電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥、流量孔板、煤氣/煙氣三通換向閥、煙氣引風(fēng)機(jī)等組成；

壓縮空氣管路系統(tǒng)由氣源三聯(lián)件、壓力表、截止閥等組成；

輔助排煙系統(tǒng)由耐溫管道、高溫?zé)煔獾y等組成。

（2）換向裝置

換向閥型式選擇北京神霧公司在國內(nèi)率先開發(fā)成功并在工程中廣泛應(yīng)用的雙閥瓣雙驅(qū)動(dòng)提拉式小型三通換向閥。其具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：專利產(chǎn)品，密封好，故障率低，正常使用壽命大于150萬次；原裝進(jìn)口氣缸和電磁閥；能實(shí)現(xiàn)開關(guān)順序的時(shí)續(xù)控制；可實(shí)現(xiàn)與燃燒器最近距離安裝；停爐或斷電時(shí)兩閥瓣同時(shí)關(guān)閉，安全可靠；可避免停爐時(shí)自然排煙造成的管路過熱。

納入標(biāo)準(zhǔn)：兩組患者經(jīng)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(jīng)知曉研究?jī)?nèi)容后，自愿參與。排除標(biāo)準(zhǔn)：存在嚴(yán)重心腦血管疾病者。

小型三通換向閥的結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)。上部?jī)赏ǖ?，一為空氣（或燃?xì)猓┤肟冢硪煌ǖ罏闊煔獬隹?，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(bǔ)償性能，閥瓣與驅(qū)動(dòng)桿采用柔性連接，因此密封可靠。

該三通換向閥能實(shí)現(xiàn)先關(guān)后開，作為燃?xì)鈸Q向閥使用時(shí)，能有效避免換向過程中燃?xì)馀c煙氣互串情況，使用更安全，且可使燃?xì)鈸Q向損失為零。當(dāng)斷電（或故障停電）及排煙超溫時(shí)，電磁閥失電，兩閥瓣均處于關(guān)閉狀況，使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)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(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，空、煤氣沒有互竄的危險(xiǎn)。形成還原性氣氛，這對(duì)防止氧化燒損有利；雙蓄熱式燃燒器結(jié)構(gòu)緊湊，火焰燃燒性能較好，每個(gè)燃燒器前設(shè)置空氣調(diào)節(jié)閥門和煤氣調(diào)節(jié)閥門，可以調(diào)節(jié)單個(gè)燒嘴負(fù)荷，也可以關(guān)閉單個(gè)燒嘴；使加熱溫度的調(diào)節(jié)和控制靈活、方便。雙蓄熱式燃燒器結(jié)構(gòu)見圖3。

圖2 小型三通換向閥的結(jié)構(gòu)原理

圖3 雙蓄熱式燃燒器結(jié)構(gòu)

二、應(yīng)用狀況和效益分析

采用空氣、煤氣雙蓄熱式燃燒器技術(shù)應(yīng)用在熔煉爐上是一項(xiàng)革命性的新嘗試。首次在熔煉爐上采用雙蓄熱燃燒技術(shù)，并獲的了一次性點(diǎn)火成功，填補(bǔ)了在熔煉爐上使用發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒技術(shù)的空白。山東富海實(shí)業(yè)股份有限公司雙蓄熱式熔鋁爐自2009年3月建成投產(chǎn)以來，連續(xù)運(yùn)行8個(gè)月，完全達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果，同時(shí)具有一定環(huán)保效益。

如表1所示，熔煉爐采用空氣、煤氣雙預(yù)熱（空氣預(yù)熱溫度900℃，煤氣預(yù)熱溫度900℃）；運(yùn)行中實(shí)測(cè)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(jì)算。則噸鋁燃料費(fèi)用為98.1元。

冷煤氣雙蓄熱式燃燒系統(tǒng)，由于其排煙溫度＜150℃，從而使得其后續(xù)的煙塵凈化系統(tǒng)更為簡(jiǎn)便易行。從燃料成本看，冷煤氣雙蓄熱式燃燒系統(tǒng)，大大降低了鋁加工產(chǎn)品的加工成本，使得鋁加工產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大為提高。

2. 環(huán)保效益分析

雙預(yù)熱蓄熱式熔鋁爐采用潔凈煤氣作燃料。潔凈煤氣成分參數(shù)見表2。

表1 不同燃料、不同形式熔鋁爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)照

表2 潔凈煤氣主要指標(biāo)

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(huán)技術(shù)，NOX排放也有所降低。

傳統(tǒng)的熔鋁爐燃燒系統(tǒng)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(fèi)大量的能源，還增加了SO2、NOX等酸性氣體的排放，同時(shí)增加了其后續(xù)的環(huán)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(jīng)預(yù)熱，蓄熱室的進(jìn)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(yīng)地浪費(fèi)了一部分能源，增加了其后續(xù)的環(huán)保治理難度。本熔鋁爐采用了高效雙蓄熱式燃燒技術(shù)，車間工作環(huán)境能夠大大的改觀，空氣排放質(zhì)量也完全能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

三、結(jié)論

發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒器技術(shù)在熔煉爐上的應(yīng)用表明，發(fā)生爐煤氣雙預(yù)熱蓄熱式燃燒器技術(shù)是成熟的。北京神霧公司研制開發(fā)的組合式雙預(yù)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(tǒng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)生爐煤氣雙預(yù)熱蓄熱。本技術(shù)及裝置節(jié)能效果顯著，同時(shí)減少氧化燒損，提高產(chǎn)品加熱質(zhì)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(chǎn)出的節(jié)能環(huán)保技術(shù)改造項(xiàng)目。本技術(shù)項(xiàng)目的開發(fā)和應(yīng)用具有廣闊的市場(chǎng)前景。

略

[1]蕭澤強(qiáng),吉川邦夫.高溫空氣燃燒新技術(shù)講座[C].中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì),北京,1999

[2]吳道洪,謝善清,楊澤耒. 蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)在中國冶金企業(yè)中的應(yīng)用[C].高溫空氣燃燒新技術(shù)講座.中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì),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(shù)在我國的應(yīng)用及發(fā)展》[Z].北京神霧論文集2007.9

[4]吳道洪 阮立明 歐儉平 肖澤強(qiáng) 《高溫空氣燃燒技術(shù)在中國鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用和開發(fā)》[M].冶金工業(yè)出版社 2006.10

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