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影响熔铝炉热效率的因素探讨 　 /上海埃鲁秘工业炉制造有限公司/刘荣章 能源是制约国民经济发展的命脉，世界各国都在积极制定适合本国国情的能源发展战略。尤其是在目前国际油价持续攀升以及地球气候不断变暖的大背景下，开展“节能减排”工作至关重要。我国政府在“十一五”规划中，明确要求能源发展要“坚持开发节约并重、节约优先” 的政策，制定了“十一五”期间每百万元GDP产值的能耗降低20%的战略目标。为此，各行各业都有必要针对本行业的特点大力开展节能降耗的工作。 一、引言 能源是制约国民经济发展的命脉，世界各国都在积极制定适合本国国情的能源发展战略。尤其是在目前国际油价持续攀升以及地球气候不断变暖的大背景下，开展“节能减排”工作至关重要。我国政府在“十一五”规划中，明确要求能源发展要“坚持开发节约并重、节约优先” 的政策，制定了“十一五”期间每百万元GDP产值的能耗降低20%的战略目标。为此，各行各业都有必要针对本行业的特点大力开展节能降耗的工作。 近五十年来，铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一。在建筑业上，由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到广泛应用；在航空及国防军工部门，铝合金材料是许多关键零部件的主要加工原料；汽车、集装箱运输、日常用品、家用电器、机械设备等领域都大量使用铝及铝合金。与之相关的熔铝炉成为上述企业必不可少的加热设备，粗略估计全国各种容量的熔铝炉数量在上万台。尽管铝的熔点温度低（660C），但是铝的熔化潜热和比热容大，熔铝所需的能耗较高。因此，提高熔铝炉热效率，减少能源消耗，降低污染物和温室气体的排放是实现国家能源战略目标的具体举措之一。 熔铝炉主要有反射炉、感应炉、电阻炉等形式。反射炉使用的燃料主要有天然气、煤气、重油等。本文结合生产实际，重点探讨影响燃用天然气的熔铝炉热效率因素，提出熔铝炉优化设计方案和运行策略。其中部分内容对提高感应炉、电阻炉的热效率也是有益的。 二、影响热效率的因素分析 理论上熔化1t铝耗电能320kWh或天然气约32.3Nm3。若将炉体升温、热量泄漏、燃烧不完全等计入，目前实际能耗为理论值的2-3倍，甚至更多。可见，提高熔铝炉热效率的潜力很大。 众所周知，送入炉膛的热量等于送入炉内物料的吸热量以及各种热损失之和。其中，送入炉膛的热量包括燃料的化学热（发热量）和物理热（显热焓）以及空气和物料的物理热（显热焓）；各种热损失主要包括排烟热损失（排烟显热焓）、不完全燃烧损失、炉壁散热损失等；如果是固体燃料则还包括灰渣热损失等。针对燃烧天然气的熔铝炉，提高其热效率主要措施是降低排烟温度、减少炉壁散热损失；另外，降低过量空气系数能够有效提高火焰温度、减少氧化烧损；提高炉膛温度均匀性，能够提高加热质量、降低物料氧化烧损量，从而提高熔铝炉单位时间内的产量，降低能耗。下面，具体分析各项热损失的影响因素。 1、排烟温度 由于铝的熔点温度约为660℃，则由热力学第二定律可知，熔铝炉的炉膛出口排烟温度不可能低于450℃，一般多为500℃以上。如果这样高温度的烟气直接排放到外界环境，不仅浪费能源，更给周围环境带来热污染，恶化工作环境。目前，竖炉形式的熔铝炉多数采用高温排烟预热入炉物料。但由于物料形状多变，一般体积较大，堆积在加料通道内，而且由于熔铝炉在车间内的安放位置有限，不可能有很大的空间布置加料通道。因此，烟气对物料的传热面积有限，导致熔铝炉的排烟温度多数在450℃以上，尤其是小容量熔铝炉由于其炉膛小，炉膛出口烟气温度高而使得熔铝炉排烟温度更高。故传统熔铝炉的热效率多为45%左右，甚至更低。 近年来，逐步发展起来的蓄热式燃烧技术在冶金行业得到了广泛的推广应用。蓄热式燃烧技术一般要求至少布置一对烧嘴，每对烧嘴周期性交替喷射燃料、助燃空气和排放烟气，其蓄热体起到中间载体的作用，把排烟中的显焓传递给助燃空气，从而降低加热炉的排烟温度，提高助燃空气温度，实现提高加热炉效率的目的。蓄热式燃烧技术属于非稳定燃烧技术，一般它要求改变传统稳态加热炉的炉膛布置形式，必须优化烧嘴的运行参数和结构参数，使用抗热振、耐金属氧化物腐蚀的蓄热体，而且对燃烧自动控制系统要求较高。目前，国内已有一些企业使用蓄热式熔铝炉，取得了较好的节能效果。 埃鲁秘公司与同济大学合作研发了适合熔铝工艺要求的蓄热式熔铝炉及保温炉系列产品，在重庆仁寿公司应用中取得了比该公司原有炉子节能50%的效果，实际测试每吨铝锭耗气量低于70Nm3，这里已经包括了铝熔化、硅、铜、精炼除气等的熔化和合金化过程。 2、炉壁散热损失 炉壁散热损失是仅次于排烟温度过高而降低熔铝炉热效率的主要因素。其中，取料口、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，故在取料口和炉门处需要采用优化