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蓄熱式燃燒技術(shù)在再生鋁熔化爐上的應(yīng)用

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-09-21
核心提示:  20世紀(jì)90年代以來,國際燃料領(lǐng)域誕生了一項(xiàng)全新型燃燒技術(shù),即高溫空氣燃燒技術(shù)。被稱HPAC(HighlyPreheatedAirCombustion)技術(shù)[1-5
   20世紀(jì)90年代以來,國際燃料領(lǐng)域誕生了一項(xiàng)全新型燃燒技術(shù),即高溫空氣燃燒技術(shù)。被稱HPAC(HighlyPreheatedAirCombustion)技術(shù)[1-5]。該技術(shù)具有高效節(jié)能、低污染排放等多重優(yōu)點(diǎn)近幾年在國內(nèi)的熱加工行業(yè)得到了大量推廣,并且在國內(nèi)眾多工業(yè)爐上得到了應(yīng)用。
  該公司為國內(nèi)某再生鋁重熔企業(yè)提供了多套熔化爐及保溫爐,全部采用了蓄熱式燃燒技術(shù),為該企業(yè)節(jié)約了大量的燃料,取得了較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該文簡單探討一下蓄熱式燃燒技術(shù)在此類熔保爐上的應(yīng)用情況。
  1蓄熱式燒嘴結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)優(yōu)化
  1.1蓄熱體
  蓄熱體是高溫空氣燃燒技術(shù)中的關(guān)鍵部件。蓄熱體應(yīng)該具有蓄熱量大、換熱速度快、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好、耐高溫高壓、抗氧化與腐蝕和經(jīng)濟(jì)耐用等特點(diǎn)。工業(yè)應(yīng)用中常用的蓄熱體主要有陶瓷小球和蜂窩體,兩者的性能參數(shù)對比列于表1中。
  比較兩種蓄熱體的性能可知,兩種蓄熱體可以說是各有優(yōu)缺點(diǎn)。但是考慮到鋁合金熔化時(shí)各種粉塵及污染物較多及鋁蒸汽的影響??紤]到蓄熱體的使用壽命及換向閥的使用壽命,選擇了陶瓷小球蓄熱體。而且根據(jù)再生鋁重熔的特點(diǎn),在陶瓷小球直徑的選擇上,選用比機(jī)械行業(yè)加熱爐上使用的蓄熱式燒嘴的陶瓷小球直徑更大一些。避免由于鋁灰過多造成陶瓷小球的頻繁堵塞,增加設(shè)備的維修量。
  1.2換向方式選擇
  蓄熱式燃燒的換向方式主要有兩種,一種是一對燒嘴采用一個(gè)四通換向閥,這個(gè)四通換向閥的四個(gè)出口分別連接兩只蓄熱式燒嘴、助燃風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)。在負(fù)責(zé)為一只燒嘴供風(fēng)的同時(shí),還要負(fù)責(zé)另一只燒嘴的排煙。另一種就是每個(gè)燒嘴的供風(fēng)和排煙分別采用切斷閥進(jìn)行分散控制。根據(jù)實(shí)際的使用情況及效果來看,后一種方式的故障率低,維修量小,而且使用效果更好一些。因此換向方式選擇分散式控制方式。
  1.3燃燒方式的選擇
  雖然鋁的熔點(diǎn)低,但是熔化潛熱大(394kJ/kg),比熱容大(固態(tài)1.139kJ、液態(tài)1.046kJ),并且鋁的黑度非常小,僅為銅、鐵的1/4[6],對熱的反射強(qiáng),接受火焰輻射傳熱的能力差。因此提高輻射傳熱對鋁合金的熔化是有限的,只能著眼于增大對流傳熱系數(shù),必須采用強(qiáng)化的對流加熱和火焰直接接觸式加熱。根據(jù)鋁合金熔化的特點(diǎn)及該該企業(yè)的工藝特點(diǎn),較終選擇了采用空氣分級燃燒方式的蓄熱式燒嘴。這種燃燒方式可以很容易的組織不同燃燒狀態(tài)的火焰,使其符合鋁合金熔化不同時(shí)期的傳熱需求。
  1.4燒嘴操作方式
  根據(jù)鋁合金熔化特點(diǎn),在固體金屬熔化至金屬溶液的不同時(shí)期,通過調(diào)節(jié)蓄熱式燒嘴的一次空氣量和二次空氣量的配比,調(diào)整蓄熱式燒嘴的火焰形態(tài),使其符合在鋁合金熔化不同時(shí)期的不同火焰需求。
  在固體金屬熔化期,根據(jù)前文的分析,傳熱方式以對流傳熱為主,必須采用強(qiáng)化對流加熱,因此將蓄熱式燒嘴的火焰調(diào)節(jié)為速度較高的剛性火焰,這種火焰的黑度小,但是速度快,符合強(qiáng)化對流傳熱的特點(diǎn)。到了熔化后期,固體金屬全部轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘偃芤?,會在金屬溶液表面產(chǎn)生氧化層和鋁渣,這時(shí)就不再適合采用這種類型的火焰,因?yàn)檫@種火焰的速度較高,很容易吹散在熔池表面氧化層和鋁渣,從而露出下面的金屬溶液,造成更多的燒損和氧化,傳熱方式要以輻射傳熱為主。因此將蓄熱式燒嘴的火焰調(diào)節(jié)速度較低的輝焰,這種火焰雖然速度低,但是黑度大,輻射能力強(qiáng),符合這個(gè)時(shí)期的傳熱的特點(diǎn)。
  2實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用
  自從蓄熱式燒嘴投入運(yùn)行以來,完全達(dá)到了該企業(yè)的技術(shù)要求,能夠完全滿足該企業(yè)的工藝要求,并取得了良好的使用效果。以前該企業(yè)同種類型的爐子的熱效率只有20%~30%,現(xiàn)在基本可以達(dá)到45%~55%,為該企業(yè)節(jié)省了大量的燃料消耗,取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。而且使用壽命也大大增加,減少了的燒嘴維修量,減少了因?yàn)闊炀S修造成的減產(chǎn)或停產(chǎn)。
  3結(jié)語
  根據(jù)鋁合金熔化不同時(shí)期的傳熱需求和再生鋁重熔的工況條件,通過選用適合的蓄熱式燒嘴燃燒方式、優(yōu)化蓄熱式燒嘴的結(jié)構(gòu)、選用合理的運(yùn)行參數(shù),蓄熱式燃燒技術(shù)在再生鋁熔化爐上得到了成功的應(yīng)用,并且取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
  參考文獻(xiàn)
  [1]周懷春.高溫空氣燃燒技術(shù)―21世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之一[J].工業(yè)爐,1998,20(1):19-27.
  [2]馬憲國,鄭國耀.高溫低氧燃燒技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].動力工程,2001,21(1):1065-1068.
  [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[C].神霧高溫空氣燃燒技術(shù)論文集,2002.
  [4]代朝紅,溫治.高溫空氣燃燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].工業(yè)加熱,2002(3):4-7.
  [5]新型蓄熱式燃燒器在國外的應(yīng)用[J].http://.cn.
  [6]王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.
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