天然气熔铝炉燃烧器的技术改进

李洪刚

（中国铝业山东有限公司， 淄博 255052）

天然气熔铝炉燃烧器的技术改进

李洪刚

（中国铝业山东有限公司， 淄博 255052）

对现有熔铝炉的设计缺陷和使用状况进行分析，找出能耗高的主要因素。将天然气燃烧器合理布局，并采用高效换向燃烧器，对熔铝炉进行优化设计并实现改造。经验证，铝炉燃烧器经改造后，能耗降低明显，有良好的经济价值和社会价值。

熔铝炉；燃烧器；天然气；改进

0 前言

天然气熔铝炉在铝行业生产中是必不可少的设备，其能耗大、运行成本高成为影响铝行业发展的制约因素之一。随着科学技术的进步，在市场竞争力的驱动下，一些天然气熔铝炉的节能技术正被普遍推广使用。鉴于此，本文从生产效益和节能角度出发，对燃烧器的布局进行改进，同时对燃烧器工艺进行优化，实现经济价值和社会价值最大化。

1 现状剖析

我单位有产能分别为30t和40t熔铝炉2条生产线，由于投用时间长，受现场条件限制，燃烧系统设计布置不合理，炉体结构设计存在缺陷，燃烧器布局不合理，不换向燃烧器使用不节能，排烟系统运行不良等原因，导致产品综合能耗偏高。

经过对熔铝炉的产品数据和天然气能耗分析，烧损率在3%以上，每吨成品铝综合天然气能耗在120m3左右，使得产品的生产成本高于同行业的普遍水平，导致市场竞争力低下。从现状看，炉体的机械工艺结构差和燃烧器的燃料与空气的气流组织结构不合理是两大影响设备生产效能的主要因素。下面逐步深入分析问题，并提出最佳的解决方案。

2 解决方案

2.1 燃烧器的布局

受现场已有条件和早期设计限制，现有熔炼炉体为矩形炉，燃烧器布置在同一侧，这是热工设计的最大缺陷，且熔铝炉的烧嘴正对炉门，导致火焰对炉门冲击性很大，易使炉门结构变形和高温氧化受损。熔铝炉改造前的工作原理如图1所示。

图1 燃料不换向蓄热式燃烧器工作原理

燃烧器的布局为整个炉体工艺结构的最重要部位，由于客观条件决定无法对角布置燃烧器，则应尽力弱化同侧燃烧器工作的缺陷。同侧炉墙平均间距安装燃烧器，同时考虑靠近两侧墙的燃烧器的火焰中心线平面角应向炉内侧偏5°，点火燃烧时火焰不会撞击炉墙。在剖面上，燃烧器的中心线应倾斜过设计铝液面中心线200mm，这样形成的火焰在铝液面上并反射至另一半，使火焰长度和热气流组织行程在炉膛内最长。具体燃烧器设计布置如图2、图3、图4所示。

图2 燃烧器布置正面图

图3 燃烧器墙内布置俯视图

图4 燃烧器与炉体侧面剖面图

2.2 燃烧器的工艺优化

2.2.1 原工艺存在的问题

原来熔炼炉使用的是不换向蓄热式燃烧器，该类燃烧器只有一个燃料烧嘴，在高温助燃空气换向时，燃料供应是连续、不换向燃烧，其存在的问题有：（1）对于不换向蓄热式，由于热风供应系统与燃料供应系统分离，燃料与助燃空气分别从各自喷嘴喷出，在熔铝炉内混合燃烧，混合角度容易出现偏差，混合不充分、燃烧不彻底、易冒黑烟，造成能源浪费；（2）对于不换向蓄热式，由于熔铝的生产工艺特征，存在着装料期、熔化初期、熔化中期、熔化后期、升温期、精炼及保温期等几个阶段，炉内的温度变化极大。刚刚装完冷料的炉子炉温在400～500℃之间，甚至更低。此时的炉温低于燃料的着火温度，同时由于炉内物料的遮挡，助燃空气与燃料无法保证充分混合燃烧，会出现不燃、爆燃、爆炉等问题。

2.2.2 现工艺的优点

为了克服不换向燃烧器的缺点，采用了换向式燃烧器，换向式燃烧器的工作原理如图5所示。设计的燃料与高温助燃风同时换向混合燃烧，比燃料不换向、助燃风换向的结构具有更好的提前换热、混合和反应燃烧，设计时主要考虑天然气与助燃风的混合气流组织问题。助燃风经过蓄热室余热回收变成高温热空气，进入烧嘴腔并由均匀布置在同一圆周上的6个孔均衡分配空气流量，同时使助燃风形成紊流，目的是有利于扰动天然气，使其在混合室均匀分配。

图5 燃料换向蓄热式燃烧技术工作原理

该工艺流程的优点：燃料与助燃风同时换向，并在烧嘴内充分混合后，进入炉膛形成充分燃烧，减少污染物产生；形成对角燃烧和排烟，炉膛铝锭吸热性好，熔化时间短，节约天然能耗，降低生产成本；容易实现自动化控制，操作维护简单，使用蓄热室余热利用降低排烟温度和减少颗粒灰尘排放大气。

2.2.3 燃烧器的燃料流量和助燃风流量设计计算

铝的熔点660℃，比热容904J(kg.K)，导热系数203W/（m.K），熔化潜热393kJ/g。以30t熔铝炉为例，其熔化理论热量为：

30000×650×0.904+30000×393=29418000kJ= 836.5m3天然气，天然气的高位热值只占天然气热值的40%～50%，实际需要至少673m3天然气，那么平均每吨铝能耗55.7m3的理论值，而目标值要求在80m3以下，利用设计冗余系数1.1，燃烧器功率约为370×104千卡，每小时的最大天然气流量为440m3/h。40t熔铝炉燃烧器为2对4个，即每台燃烧器的功率约为250×104千卡，每小时的总最大天然气流量为580m3/h，每台燃烧器的最大天然气流量为295m3/h。

依据天然气燃烧方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O；空气的成分系数：N2：78.9%；O2：20.9%；密度：1.205kg/m3。则计算一立方的天然气需要10立方的空气才能完全燃烧。依据天然气最大流量设计，30t熔铝炉的助燃风量至少4400m3/h，排烟量至少5000m3/h；40t熔铝炉的助燃风量至少6400m3/h，排烟量至少7000m3/h。

3 运行情况

30t熔炼炉改造完成后，吨铝天然气单耗由原来的120m3/t降低到当前的80m3/t以下，截止当年年底累计生产产品6779.002t，与改造前对比，节约天然气271160m3。天然气价格按3元/m3计算，节约能源成本81.3万元。

40t熔炼炉改造后吨铝天然气单耗由原来的120m3/t，降低到当前的73.6m3/t以下，截止当年年底累计生产产品 5081.65t，节约天然气236804m3，天然气价格按3元/m3计算，节约能源生产成本71万元。

2台天然气蓄热式熔铝炉的节能改造，从投资经济效益角度计算，投资回收期没有超过1年；从节能环保角度来看，每年预计节约标煤864t，降低CO2排放量2160t，均有助于提高企业的清洁生产水平和市场竞争力，并体现国企在节能减排和环境保护的社会责任意识，具有很好的经济和社会价值。

[1] 周伟.最新工业炉窑设计改造及节能环保治理新工艺新技术实用手册[M].安徽文化音像出版社，2005

[2]肖亚庆，谢水生，等.铝加工技术实用手册[M].冶金工业出版社发行部，2005

[3]余志华.浅谈熔铝炉优化设计技术[C].LW2004铝型材技术(国际)论坛论文汇编，2004年11月6日

西南铝成功试制出6XXX某规格合金圆棒

近日，西南铝业（集团）有限责任公司熔铸厂成功试制出6XXX某规格合金圆棒，这是西南铝推进工厂产能转移的工作方针，结合国产工具的特点，选择性地调整自动化铸造生产程度较高的设备功能成功产出的新合金、新规格的典范。而且这也是该厂首次试制该类型和规格的合金，工艺参数调整难度也较大。

铝合金抱杆：降本增效明显

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美国首次对华“双反”剑指铝箔

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新型4接头牛角式铝电解电容器299 PHL－4TSI

Vishay推出新系列400V和450V的4接头牛角式铝电解电容器—299PHL-4TSI。该电容器在105℃环境温度下具有更高的纹波电流，有15种大外形尺寸。VishayBCcomponents299PHL-4TSI系列电容器是针对电源、工业和家用电器逆变器设计的，可减少元器件数量，降低成本，同时提高机械稳定性和最终产品的使用寿命。299PHL-4TSI系列器件是使用非固态电解质的极化铝电解电容器，非常适合脉冲电源中的平滑、滤波和储能。器件符合RoHS，4接头配置可实现高机械稳定性和键控极性。299PHL-4TSI可在105℃高温下工作，使用寿命长达5000h，同时还能承受高纹波电流，这样设计者就可以用更少的元器件满足应用产品接到三相主电源的要求。

Technical Improvement for Natural Gas Furnace Burner

LI Hong-gang
(Shandong Branch of CHALCO，Zibo 255052,China)

The existing design defects and use of aluminum smelting furnace were analyzed,and the main factors of high energy consumption was found out.Reasonable layout of natural gas burner and high efficiency directional burner are used to optimize the design of melting aluminum furnace.It is proved that the energy consumption is reduced obviously,and it has good economic value and social value.

aluminum melting furnace;burner;natural gas;improvement

TG292，TG232

B

1005-4898(2017)02-0059-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.02.12

李洪刚（1976-），男，山东淄博人，高级工程师。

2016-08-15