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在熔铝炉设计中,燃烧器的选型及合理的布置是最重要的环节之一,也是熔铝炉优化设计技术的关键所在。由于铝金属黑度较小,接受辐射传热力较弱,因此,在熔铝炉设计中,应尽可能强化对流传热能力、提高火焰对铝金属对流的效果。
多年以来,高速烧嘴及换热器一直是熔铝炉的标准配置,但在实际生产中,由于熔铝炉粉尘附着及恶劣的烟气侵蚀的缘故,熔铝炉换热器总是难以解决的一个难题,使用效果也不是很理想。
近年来,蓄热式燃烧器的应用改变了这个局面,通过采用这种燃烧器,熔铝炉烟气的排放温度可降低250℃以下,其吨铝能耗大幅度更低。
以下是蓄热式燃烧系统系统的大致原理:
它通过两个蓄热室交替切换工作状态来回收烟气中的余热<工作状态是左侧蓄热体放热,加热流经左侧蓄热体的气体(空气或煤气);右侧蓄热体吸热,回收流经右侧蓄热体的烟气中的显热。通过不断地切换工作状态,左右两侧的蓄热体可以把烟气中的显热传递给空气或煤气。适当设计蓄热体的蓄热量和换向时间,可以将烟气温度降低到露点附近,最大限度地提高燃料的热利用率。
采用蓄热燃烧技术,不能用传统的方式组织燃烧,燃烧的组织与传统预混和扩散燃烧完全不同。在传统燃烧中,燃料和空气是通过一个烧嘴喷人炉膛的,燃料和空气有较好的掺混,混合可燃气体在炉膛内形成火焰。这种火焰燃烧在距喷口一定距离处有温度和热流量的高点。
在蓄热式燃烧中,空气(和燃料)预热温度很高,采用燃料和空气的掺混燃烧将造成火焰高温点温度太高,会造成铝液的氧化烧损,还将造成NOx污染物产量的急剧升髙。因此,蓄热式燃烧需要采用完全不同的燃烧组织方式。具体的做法是让空气和煤气通过相隔一定距离的喷口分别喷人炉膛,扩大其燃烧区域,避免火焰出现高温点,同时因为气体预热到很高的温度,使燃烧反应区的氧含量可以一直保持在低水平,抑制NOx污染物的产^生。这种特殊的燃烧方式将炉膛整体作为一个反应器,燃料和空气的氧化反应遍及整个炉膛,没有传统燃烧方式所具有的可见火焰和其特有的火焰高温区,整个炉内温度十分均匀。这种燃烧方式彻底解决了髙||热温度下燃烧所造成的高污染物问题。同时,炉温均匀和消除局部髙温改善了加热工艺,提高产品的质量,延长了炉子的寿命。
此外,由于蓄热式烧嘴特有的交替燃烧特点,高温烟气在炉内始终强制快速循环作用,有助于提高烟气与铝金属的对流换热效果,这一点对矩形炉型结构无疑是非常有益的。