铝合金熔炼炉节能分析及余热利用

业炉窑是我国工业耗能大户，对炉窑的节能控制是国家关注的重点，也是企业降低成本的重要内容。铝合金熔炼炉是主要工业炉窑之一，为了达到节能和减排的效果，近几年来蓄热式烧嘴系统成为铝合金熔炼炉常用配置，使熔炼炉节能技术向前迈进一步。但我国铝合金熔炼炉熔炼过程中能耗与国外相比仍然有较大差距，本文以23吨燃气铝合金熔炼炉为对象，通过对铝合金熔炼炉节能减排综合分析，初步探讨铝合金熔炼炉的节能减排措施;为使燃料燃烧热量充分利用，提出了一种中低温余热利用的装置和方法。

1、熔炼炉节能分析

据统计，国内铝合金熔铸的综合能耗高于国外约8%～10%，产品的综合成品率却低约10%[1]。因此，提高铝合金熔炼过程的热效率，提高铸件质量和成品率，节约能源资源，已显得十分迫切和重要，这也是企业降本增效，增强企业竞争力的重要手段。因此，有必要对铝合金熔炼炉的节能情况和节能途径进行分析，以寻找节能方法和措施，提高熔炼炉的热效率。下面，以XX公司23吨铝合金熔炼炉为例，分析影响铝合金熔炼炉节能效果的因素。

1.1 烟气带走热量节能分析及措施

熔铝炉的熔炼过程大致可分为4个阶段，即炉料装入到软化下榻;软化下榻至炉料化平;炉料化平到全部熔化;铝液温度持续上升。对铝料的加热是通过烧嘴火焰的对流传热、火焰和炉墻的辐射传热以及铝料间的传导热来完成的。整个过程中，三者之间比率不断变化，固态时铝的黑度小，导热能力强。随着熔炼的进行，炉料进入半固态，导热能力下降，热力学性质发生了根本的变化。液态铝的导热能力仅为固态铝的40%，熔池上部向底部的传导传热过程十分缓慢。

对于火焰反射炉来讲，在铝的熔化期，炉内温度一般控制在1100℃-1200℃，此时的出炉烟气温度即为炉内气氛温度，经计算，烟气带走的热量约占炉子热负荷的60%左右，如果不充分利用这部分余热，将造成巨大的热能损失，同时带来周围环境的热污染和烟气污染。因此，应充分利用热传导和烟气余热，减少排放烟气带走热量，实现熔铝炉的节能，具体措施可采取：

1)采用高速均匀化烧嘴，对炉料进行喷射加热，改善炉内空气循环，强化炉内传热;高速喷嘴使燃气获得充分燃烧，提高了燃烧值，减少了燃料的损失，提高了热效率。

2)采用蓄热式高温烟气燃烧技术和余热梯级利用技术，充分利用烟气余热，提高风温，减少热量损失。目前，蓄热式熔铝炉已经得到一定规模应用，研究表明，采用蓄热式熔铝炉可节能60%，极大提高熔铝炉的热效率。余热梯级技术利用可使烟气排放温度达到150℃左右，减少了热损失[2]。

1.2 过量空气系数控制节能分析

过量空气系数指输送入炉膛的助燃空气量与理论燃烧需要的空气量的比值。在燃料流量一定的情况下，过量空气系数过大，将导致大量空气未参与燃烧进入炉膛，这些空气将降低炉温，随烟气携带走大量的热量，导致熔铝炉能耗较高。

经计算，在650℃排烟温度条件下，当过量空气系数等于1时，即没有大量未参与燃烧空气情况下，排气热损失在30%左右，而在同等排烟温度时，如果过量空气系数为1.5时，则排气热损失达到41%。由此可见，控制过量空气系数对提高热效率具有重大意义。

当然，过量空气系数也不能小于1，否则会造成燃料不完全燃烧，燃料的化学热不能充分释放出来，而损失大量能量。同时，由于燃料的不完全燃烧，还会产生有毒有害气体，污染环境。

在实际生产中，烧嘴燃料量不是一成不变的，这就要求助燃空气量要随着燃料量的波动而调整，否则，不是导致排烟中含有可燃气体，就是导致排烟中含有大量空气，影响熔铝炉的节能效果，甚至带来安全隐患。为实现过量空气系数可控，可采取以下措施：

1)精确测定燃料流量流速，实现流量流速的快速精确控制，保持燃料流速的稳定。

2)安装烟气分析仪和反馈装置，测量烟气成分，并将信息即时反馈给主机，进行助燃空气流量控制，使过量空气系数为1-1.05，确保熔铝炉处于最佳燃烧工作状态。

3)改善烧嘴处燃料喷出状态，使燃料成雾化分散喷出，从而助燃空气量理论值和实际值更接近。

1.3 炉壁炉门节能分析及措施

在熔铝炉的热损失途径中，炉壁炉门散热损失是仅次于排烟烟气的热损失，约着熔炼过程热损失的15%-25%[3]，特别是出料口、炉门等处的漏热非常大。尽管高温铝液本身的发射率较低，但是铝液上面漂浮的一层氧化物发射率较高，况且辐射换热与热力学温度的四次方成正比，因此，炉壁炉门热损失特别大。另外，个别耐火材料和保温介质破损地方往往引起局部漏热，导致炉内热量散失。