• 发布日期：2022-08-01
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近几十年来，铝已成为世界上使用最广泛的金属之一。广泛应用于建筑行业；在航空和国防工业中，铝合金是许多关键零件的主要加工原料。铝及铝合金广泛应用于汽车、交通运输、日用品、家用电器、机械设备等领域。熔铝炉已经成为上述企业必备的熔化加热设备。虽然铝的熔化温度低(660℃)，但铝的熔化潜热和比热容大，熔化铝所需的能耗高。因此，提高熔铝炉热效率，降低能耗，减少污染物至关重要。

熔铝炉主要用电、天然气、煤气、燃油加热熔体。本文结合生产实践，重点研究了影响天然气燃烧熔铝炉热效率的因素，提出了熔铝炉优化设计方案和运行策略。其中，电阻炉的热效率也是有益的。

影响热效率的因素分析：

根据热平衡原理，送入炉内的热量等于送入炉内物料的吸热和各种热损失之和。其中，送入炉膛的热量包括燃料的化学热和物理热以及空气和物料的物理热；各种热损失主要包括排烟热损失、不完全燃烧损失、炉壁散热损失等。如果是固体燃料，还包括灰热损失等。对于用天然气加热的熔铝炉，提高其热效率的主要措施是降低排烟温度和减少炉壁热损失。另外，降低过量空气系数可以有效提高火焰温度，减少氧化损失；提高炉温均匀性可以提高加热质量，减少物料氧化损失，从而提高熔铝炉单位时间产量，降低能耗。下面，详细分析各种热损失的影响因素。

1.排气温度
熔铝炉的加热温度一般在1000℃-1200℃之间，而铝的熔点在660℃左右，熔铝炉炉出口排气温度一般在500℃以上。这样的高温烟气如果直接排到外面，既浪费能源，又给周围环境带来热污染。
随着冶金工业中蓄热式燃烧技术的发展。蓄热式燃烧技术一般要求至少布置一对燃烧器，每对燃烧器周期性交替工作(喷入燃料、助燃空气、排出烟气)。其蓄热体作为中间载体，将烟气显焓传递给助燃空气，从而降低炉膛烟气温度，提高助燃空气温度，达到提高加热炉效率的目的。

2.炉墙散热损失
除了排烟温度高导致的熔铝炉热效率降低，其次就是炉墙的热损失。其中进铝口、出料口、炉门的漏热量很大。因此，在熔铝炉的设计中，应尽可能减小炉门和进铝口的尺寸，选择合理的材料，尤其是耐火材料，选择合理可靠的耐火材料，减少炉墙的热损失。
一般来说，单位面积顶部散热大于单位面积侧壁散热，炉底散热最少。因此，一般要求炉顶采用性能较好的轻质耐火隔热材料。

3.过量空气系数
过量空气系数表示送入炉膛的助燃空气量与理论燃烧所需空气量的比率。过量空气系数过大，排烟中会有大量未燃空气，降低炉膛温度，并随烟气带走大量热量，导致热效率低。理论计算表明，600℃时过量空气系数等于1.0时，排气损失约为28%，而在相同排气温度下，过量空气系数上升到1.5时，排气损失上升到40%，说明过量空气是可以控制的。但过量空气系数不能小于1.0，否则燃料燃烧不完全，会降低热效率，燃料的化学热得不到充分释放，烟气中还含有CO等致命污染物。
由于熔铝炉工作过程中负荷波动频繁，此时必须根据燃料量的波动来调整助燃空气量。否则，排烟中会含有可燃气体或大量空气。总之，如果不及时调整助燃空气量，加热炉热效率会急剧下降。使用熔铝炉一段时间后，必须通过检测烟气中的氧含量来调整助燃空气的量。

4.氧化烧损
铝是一种化学性质活泼的金属，能与炉气中的CO2、H2O和残余O2反应，造成铝的损失。经常使用烟气分析仪的检测设备可以及时调整燃烧状态，既提高了热效率，又减少了氧化损失。同时，燃烧器的布置和射流速度的优化可以有效降低氧化损失。

5、炉温均匀性
在大范围熔铝炉中，燃烧器的运行参数和炉子的结构对炉温均匀性影响很大。炉温分布不均匀，一方面导致部分铝液严重烧损，烟尘中氧化铝含量急剧增加；另一方面，炉子的高温区可能会造成炉壁温度过高，影响耐火材料和隔热材料的使用寿命。

6.熔融铝温度的测量
通过我公司长期的应用实践，测量铝液温度的热电偶采用碳化硅保护套，可长时间浸入铝液中，实时检测铝液温度变化，保证铝液质量。

熔铝炉是众多工业炉中的一种，对其热效率影响因素的分析对其他种类工业炉的热效率分析同样具有重要的指导意义。从加工制造熔铝炉到运维熔铝炉的每一个环节都要严格遵循“优化设计、精心制造、及时检测、精心维护”的原则，既能提高企业的能源利用率，又能降低能源成本，提高产品质量。