摘要：本文简要介绍了蓄热式换热技术的原理及特点，详细分析了蓄热换热技术在熔铝炉上的应用情况及节能效果。
关键词：蓄热式换热技术、熔铝炉、蓄热式烧嘴
1．蓄热技术概述
随着设备与材料的进步，蓄热式换热技术有了革命性的发展和长足的进步。目前在冶金企业的加热炉和钢包烘烤器上得到了广泛的应用。本文通过介绍蓄热技术在熔铝炉上的应用，说明了蓄热式换热技术对提高化铝质量，加快化铝速度，减少污染物排放，降低能耗等方面的优势。蓄热式换热技术在有色冶金行业上也将有广阔的应用前景。
2．蓄热式换热技术原理
蓄热式烧嘴成对布置，相对两个烧嘴为一组(A组、B组烧嘴)。从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进蓄热式烧嘴1、4后，在经过蓄热式烧嘴1、4陶瓷小球时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度（一般为炉膛温度的80－90％）。被加热的高温热空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料，实现燃料在贫氧状态下燃烧；与此同时，炉膛内的热烟气经过另两个蓄热式烧嘴2、3排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式烧嘴2、3时将显热储存在蓄热式烧嘴2、3内的蓄热体内，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀排出。当蓄热体储存的热量达到饱和时换向进行切换，蓄热式烧嘴在蓄热与工作状态之间进行交换，从而达到节能和降低NOX排放量等目的。
蓄热式换热技术改变了传统的燃烧方式，主要表现为燃料与空气以适当速度从不同的通道进入炉内，并与炉内燃烧产物混合，空气中21%的O2被稀释，燃料在炉膛中高温（1000℃以上）低氧浓度场（5～6.5%）工况下燃烧，此种燃烧方式带来了许多优点。
（1）节能效果显著，比传统熔炼炉节能30%以上
由于蓄热体“极限回收”了烟气中大部分的余热，并由参与燃烧的介质带回炉内，大大降低了炉子的热支出，所以采用蓄热式换热技术的炉子比传统熔炼炉节能。
（2）消除了局部高温区，炉温分布均匀
燃料在高温低氧浓度工况下燃烧，在炉内形成没有稳定火焰的扩散火焰，消除了稳定火焰产生的局部高温区；火焰几乎充满整个炉膛，使炉温更加均匀。蓄热式烧嘴工作状态频繁交换，使火焰的位置及炉气流动方向频繁改变，强化了炉气对流，减小炉内死角，也使炉温更加均匀。
（3）提高加热质量
均匀的炉温使铝锭加热更均匀，降低了局部高温以及富氧环境对铝液的挥发和氧化作用。
（4）延长炉子耐火材料使用寿命
炉温均匀和消除局部高温区使耐火材料受热均匀，并保证耐火材料始终工作在合理的使用温度范围内。空气在进入炉膛之前被预热到接近炉膛温度，使炉内耐火材料减轻了热振影响。
5）减少温室效应气体CO2排放量及NOX生量
燃料节省30%，相应的CO2排放量也减少30%。由于局部高温区的消除，有效的降低了NOx的生成量。
4．应用及效果
目前资源和环境问题日益突出，要求各企业必须全面推行高效、节能、清洁的生产技术，蓄热式换热技术是目前世界上先进的技术，可以很大程度地提高企业能源利用率，对低热值煤气进行合理利用，最大限度地减少污染物的排放。近几年来我国也成功地将这项技术应用在熔铝炉上了。
下面就以某厂30 t/ch熔铝炉为例介绍蓄热式换热技术在熔铝炉上的应用情况。此炉采用两组蓄热式烧嘴（单个烧嘴最大燃气能力200 Nm3/h），燃料为天然气（8500 kcal/Nm3）。蓄热体采用陶瓷小球，直径18mm。换向时间180s。
由于生产工艺的需要，空炉升温到800 ℃以后开始装料，装料量15 ton，装料时间大约30 min,炉温降至600 ℃左右。熔炼过程大体分为三个阶段：
第一阶段，炉温和加入的铝温度都较低，炉子处于升温阶段，此时燃气量300 Nm3/h，这一阶段需要60 min。
第二阶段，炉温达到上限（900 ℃~950 ℃），炉子开始保温，此时燃气量160 Nm3/h，这一阶段需要120 min。
第三阶段，铝液达到设定温度以前，炉子开始降温，此时燃气量85 Nm3/h，这一阶段需要30 min。
从热平衡角度来说，采用蓄热式换热技术的熔炼炉燃料节约率与炉子砌体的蓄热量、炉体的表面散热损失有关。因为烧嘴是通过烟气回收余热的，炉体的蓄热量减小，表面散热损失越少，则排烟余热量越大，燃料节约率就越高。
同时，由于熔铝炉间歇性工作特点，在不同工作状态时炉温、蓄热体中空气流速、烟气出口温度有较大波动。这样烧嘴换向时间也应随工作状态变化而变化，优化蓄热体的利用率，使余热回收达到更好的效果。
由于空气通过蓄热体后温度升高，带进炉内大量显热，使得燃料的理论燃烧温度显著提高。在采用相同的炉型和燃料时，蓄热炉比常规炉有更高的综合加热温度和更快的加热速度。
采用蓄热式换热技术，带来的直接经济效益主要是节省燃料。天然气按2.6元/m3计算，燃料节约率55%，则每熔化一吨铝节省255.4元。按年产32500吨，则每年燃料节省的费用是，830.05万元。由于消除局部高温区，炉温分布均匀，使耐火材料使用寿命延长，同时提高了加热质量，减少了氧化烧损。由这些因素带来的经济效益也是相当可观的。
从环境保护角度来说，燃料节省55%，烟气中CO2等温室气体总量也相应减少了55%。同时由于燃料在高温空气贫氧环境下，降低了NOX的产生。
总之，蓄热技术应用到熔铝炉上，起到了很好的节能效果；也降低了CO2和NOX的排放，减轻环境污染。同时，蓄热技术还有待进一步研究，达到更好的节能、环保效果。
