铝扁锭推进式加热炉迎风混合燃烧技术.doc

铝扁锭推进式加热炉迎风混合燃烧技术铝加工行业扁锭热轧前的立推式铝锭加热炉，按供热方式可分为两种：一种是电加热的热风循环加热炉，通过电加热器使电能转化成热能来加热铝锭；另外一种是燃气加热的加热炉，天然气通过燃气烧嘴燃烧生成热能来加热铝锭。天然气为一次能源，与电加热相比，运行成本更低，更节能，越来越多的铝加工企业选用天然气作为铝锭加热炉的燃料。由于铝锭黑度较小，加热主要以对流换热为主。目前，加热炉均采用强制热风循环的方式加热铝锭，而改善炉温和铝锭温度均匀性的一般方法有：提高与铝锭进行热交换的高温气体的物理特性，如温度均匀性、气流速度和炉膛内风速的均匀性；优化烧嘴的控制方式，提高炉膛温度的控制精度。在生产实际中，通常，烧嘴采用一对一的控制手段，使烧嘴的温控精度达到工艺要求。改进炉子结构设计，提高循环风机风量，在炉底沿铝锭长度方向均匀布置喷口，使得喷口处高温气体速度更加均匀，强制高温气体沿喷口方向垂直向上实现与铸锭之间双面平板式加热。随着科技进步和铝加工技术的发展，对于铝合金性能要求越来越高。铝锭加热炉作为铝加工的重要设备之一，其炉温和料温均匀性对铝合金性能影响很大，因此进一步提高加热炉的炉温和料温均匀性变得越来越迫切。在生产实际中，烧嘴通常采用一对一的控制方式，保证烧嘴的温控精度达到要求。提高循环风机循环风量和在炉底沿铸锭长度方向均匀布置喷口，可以得到喷口各点速度均匀的高速气体，从而保证铸锭的加热均匀性。而对于直燃加热的加热炉，尽管烧嘴控温精度和喷口风速得到保证，但是烧嘴燃烧后的高温燃烧产物与循环炉气（与铸锭换热后的低温烟气）之间的混合位置和角度，直接影响到烟气温度均匀性，导致铸锭加热温度不均，是生产中急需解决的重要问题。根据传热学理论，逆流热交换效果要好于顺流热交换方式。笔者从燃烧产物与循环炉气之间的混合角度出发，提出一种新颖的技术方案迎风混合燃烧技术，通过改变烧嘴的安装方式及位置，改变燃烧产物与循环炉气之间的混合角度，旨在使燃烧产物与循环炉气混合更为均匀，改善铝锭温度均匀性，降低铝锭加热后的温差，进一步提高加热质量。迎风混合燃烧装置结构及特点铝锭加热炉迎风混合燃烧装置，包括循环风机和烧嘴，其安装具有如下特点：循环风机安装在加热炉的炉顶，烧嘴安装在加热炉的左右侧墙上，烧嘴倾斜向上安装（甚至水平安装）与风机的送风通道相对，烧嘴的安装角度与安装区间内风道的气流风向一致。该铝锭加热炉迎风混合燃烧装置中烧嘴为高速烧嘴，其可以保证烧嘴在循环风机出口处的高压环境下正常燃烧，烧嘴前燃料和助燃空气的压力P实=P标+P炉，循环风机为高温高压大风量的离心式风机，配合风机分配器的使用，风量分配得更加均匀。P实-烧嘴正常工作时嘴前实际需要标定的压力；P标-无背压时烧嘴前标定压力，为烧嘴所需压力；P炉-烧嘴安装处炉压，可通过高温离心风机参数和循环热风的路径计算出。下面结合附图对本燃烧装置进一步说明：图1：迎风混合燃烧装置的结构剖视图；图中各序号标记的含义为：1循环风机；2烧嘴；3加热炉的侧墙。铝扁锭推进式加热炉迎风混合燃烧技术src=/UploadFiles/2015001/20154/Tech/201504252230224446.png/图1如图1所示，铝锭加热炉迎风混合燃烧装置，包括循环风机1和烧嘴2，循环风机1安装在加热炉的炉顶，烧嘴安装在加热炉的侧墙3上，左侧墙和右侧墙均安装有烧嘴；烧嘴的安装方向呈倾斜向上与风机的送风通道相对，烧嘴的安装角度与安装区间内风道的气流风向保持一致。炉子生产时，经循环风机产生的高压气体将烧嘴燃烧后形成的规则的火焰形状打散，高温燃烧产物与高压低温气体迎面逆流充分混合后进入炉膛两侧的风道，混合后的气体温度均匀，进入炉底，并从炉底喷口高速喷出与铝锭进行充分的热交换。该混合装置使得烧嘴具有自身预热功能。燃烧装置在结构上将循环气体分为两路，一路沿主要通道进行炉内热风循环，与烧嘴燃烧后的高温烟气进行热交换，另一路则在炉压的作用下进入排放通道，这部分气体沿上层排风通道进入烧嘴的排气装置内，燃烧产物通过排气装置内烧嘴与烧嘴套筒中间的缝隙夹层，沿烧嘴火焰相反方向排放到炉外。这样，烧嘴套筒作为热交换的媒体，在烟气逆向沿烧嘴套筒排放过程中，预热进入烧嘴的处于烧嘴套筒内侧冷的助燃空气，在炉子不配备换热器的情况下，通过迎风混合燃烧装置在结构上的独特设计，也可以使烧嘴达到自身预热的效果，从而降低烟气排放温度、提高炉子热效率的目的，达到节能减排的效果。见图2铝扁锭推进式加热炉迎风混合燃烧技术src=/UploadFiles/2015001/20154/Tech/201504252230226123.png/图2铝锭的温度均匀性是加热炉的一项重要考核指标，是铝锭在加热炉内加热时影响加热质量的关键因素。迎风混合燃烧混合有助于改善炉温的均匀性，提高铝锭的温度均匀性，该指标由过去的5提高到4，为热轧主机提供温度适宜、能满足要求的加热铝锭，改善铝锭的温度均匀性，提高产品合格率。在具体设计时，风机参数和烧嘴类型的选择按以下步骤进行：1)据炉子循环气流路径，计算沿途阻力损失，确定循环风机的最低气压。2)根据炉膛尺寸和喷口速度要求，确定循环风机的流量。3)定循环风机参数并选型。4)算烧嘴燃烧空间内的风速和风压。5)选择合适的烧嘴类型。6)根据燃烧种类和功率大小选择合适的烧嘴。迎风混合燃烧技术实际使用效果苏州新长光热能科技有限公司为国内3家公司提供了6台大吨位立推式铝锭加热炉，均应用了该迎风混合燃烧技术，全部投产并交付使用。实践表明，使用该迎风混合燃烧技术后效果显著，有效解决了高温状态下铝锭在炉内加热时的局部过热问题，降低了铝锭加热后的温差，改善了温度均匀性，提高了加热质量，并且节约了生产成本，经济效益明显。采用迎风混合燃烧装置相对于以往的其他换热方式相比具有以下优点：优点：1)提高铝锭的温度均匀性，降低铝锭加热或均热后的温差。2)解决了高温状态下铝锭在炉内加热时的局部过热问题。3)结构简单、不需要单独的换热器，炉顶管路布置整齐，方便操作维修。4)热效率高，减少了燃料消耗，节能减排，节约生产成本。但需要注意地方：1)要求炉子内壳全部采用分块焊接的箱式结构，制作工作量相对较大。2)该烧嘴的布置形式，对烧嘴本身要求较高：1要求火焰不能太长，大火控制在800mm以内为宜。2火焰要有足够的强度和刚性，不易被高温热气流吹灭。铸锭的温度均匀性是加热炉的关键考核指标，是铸锭在加热炉内加热时影响加热质量的关键因素。实际使用情况表明，迎风混合燃烧混合有助于改善炉温的均匀性，解决了高温下物料在炉内加热时的局部过热问题，提高铸锭的温度均匀性。该指标由过去的5提高到4，为热轧主机提供温度适宜、能满足要求的加热产品，改善加热产品的温度均匀性，提高产品合格率，节约了生产成本，经济效益明显，应用前景美好。第 5 页 共 5 页