秦 龍，張大維，高洪澤，向德宇，孫良龍，姚彥昊

(遼寧忠旺機(jī)械設(shè)備制造有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

鋁合金時(shí)效爐是鋁合金工廠常用熱處理爐，主要為鋁合金鑄件、線材、板材和網(wǎng)格板等在高均溫狀態(tài)下進(jìn)行時(shí)效熱處理。鋁合金時(shí)效爐淬火后硬度不高，但在室溫下放置一段時(shí)間后，硬度顯著上升，這種現(xiàn)象被稱為沉淀硬化[1-2]。

近年來，由于國(guó)家對(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，很多燃油時(shí)效爐排放尾氣中的氮氧化物嚴(yán)重超標(biāo)，不能滿足國(guó)家或者地方新出臺(tái)的環(huán)保要求[3-4]。重新制作新爐成本較高，本文對(duì)燃油時(shí)效爐進(jìn)行改造升級(jí)，以期降低尾氣中污染物的含量，滿足新的要求。

1 結(jié)構(gòu)及工藝

本次改造的時(shí)效爐為單側(cè)循環(huán)不換向時(shí)效爐，爐體結(jié)構(gòu)如圖1所示。燃油燃燒器有兩種結(jié)構(gòu)，一種是爐體結(jié)構(gòu)寬度較窄，采用單側(cè)燃燒器結(jié)構(gòu)；另一種是爐體寬度較寬，采用兩側(cè)雙燃燒器結(jié)構(gòu)。

圖1為單側(cè)燃燒器結(jié)構(gòu)，下部分粗管為燃燒器的橫向燃燒輻射管，單側(cè)安裝一臺(tái)燃油燃燒器。上部粗管為煙氣匯聚管，兩個(gè)管路用15根細(xì)熱輻射管相連，使用時(shí)風(fēng)機(jī)將輻射管上的熱量吹入爐內(nèi)將待時(shí)效材料加熱。

圖1 爐體原理圖

燃燒器采用瑞典百通Bentone的B40燃燒器，如圖2所示，燃燒功率最大360 kW。燃燒介質(zhì)為輕柴油，火焰長(zhǎng)度為302 mm，最大燃燒功率為360 kW。

圖2 單側(cè)燃油燒嘴及輻射管圖

圖3為雙側(cè)燃燒器結(jié)構(gòu)，下部分粗管為燃燒器的橫向燃燒輻射管，兩側(cè)分別安裝一臺(tái)燃油燃燒器。上部粗管為煙氣匯聚管，兩個(gè)管路用15根細(xì)輻射管相連，使用時(shí)風(fēng)機(jī)將輻射管上的熱量吹入爐內(nèi)將待時(shí)效材料加熱。

圖3 雙側(cè)燃油燒嘴及輻射管圖

2 燒嘴及燃?xì)夤苈吩O(shè)計(jì)

考慮到輻射管輻射熱量與管徑大小有關(guān)系，所以選擇的燃?xì)鉄旎鹧娴拇旨?xì)和長(zhǎng)短要與現(xiàn)有的燃燒輻射管匹配，并且燒嘴功率要與現(xiàn)有的燃油燒嘴相近。經(jīng)過與燒嘴廠家溝通，選擇的低氮氧化物燒嘴SFAH400N，燃?xì)鉄旖Y(jié)構(gòu)圖見圖4。

圖4 燃?xì)鉄?/p>

燒嘴采用多級(jí)燃燒，頻繁點(diǎn)火可靠并且煙氣氮氧化物含量低，最大燃燒功率為360 kW。自帶陶瓷燃燒室，燃燒時(shí)不需要燒嘴磚。燒嘴外殼內(nèi)裝有耐高溫纖維內(nèi)襯，可用于空氣預(yù)熱溫度較高的熱處理爐及加熱爐。燃?xì)夤苈返脑O(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 燃?xì)庠韴D

助燃器管路采用DN50無縫管，總管來氣壓力小于0.1 MPa，所以壓力表選擇0.16 MPa的量程。為了節(jié)省排煙風(fēng)機(jī)的成本，從助燃風(fēng)機(jī)分出一支管路做了一個(gè)引射管接入排煙管路，實(shí)現(xiàn)對(duì)排放煙氣的引流作用。

表1 理論空氣量及燃燒生成氣量經(jīng)驗(yàn)公式

圖6為爐體管路圖。燃?xì)夤苈凡贾迷谥硷L(fēng)管路上部，直接從燒嘴上方進(jìn)入燒嘴燃?xì)饨涌?，助燃風(fēng)接口在燒嘴側(cè)邊，所以助燃風(fēng)機(jī)布置在燃?xì)夤苈废路?，助燃風(fēng)機(jī)連接壓力表后向上的管路為排煙引射管路。

圖6 燃?xì)夤苈穲D

3 溫度均勻性調(diào)試結(jié)果

由于所改造的時(shí)效爐溫度傳感器均布置在時(shí)效爐的單側(cè)側(cè)墻上，而另一側(cè)側(cè)墻溫度檢測(cè)不到。所以在使用過程中使用無紙記錄儀連接線性傳感器，布置在時(shí)效材料上對(duì)爐體兩側(cè)墻附近位置進(jìn)行溫度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。

由表2可知，實(shí)物3和實(shí)物6的溫度一直偏低，此兩點(diǎn)位置在爐體右側(cè)，說明右側(cè)的溫度普遍比左側(cè)溫度要低，達(dá)到保溫的時(shí)間滯后。分析認(rèn)為燃燒器火焰不居中，距離一側(cè)的距離較遠(yuǎn)。聯(lián)系燃燒器廠家調(diào)整燒嘴火焰長(zhǎng)度，使輻射管發(fā)熱段居于中部位置，保證爐體兩側(cè)受熱均勻。

表2 時(shí)效溫度(℃)

經(jīng)過調(diào)整后的時(shí)效爐溫度穩(wěn)定性結(jié)果見表3及圖7，保溫溫度為175 ℃。由表3可知，時(shí)效爐進(jìn)入保溫階段后，材料溫度進(jìn)入保溫區(qū)間稍微滯后。根據(jù)時(shí)效經(jīng)驗(yàn)判斷時(shí)效爐加熱功率偏大，導(dǎo)致循環(huán)風(fēng)近端溫度比遠(yuǎn)端溫度高，在遠(yuǎn)端傳感器溫度還未到達(dá)保溫溫度時(shí)，近端傳感器溫度已到達(dá)保溫溫度[7-8]。所以調(diào)整時(shí)效爐燃燒器功率，使用原功率的80%進(jìn)行加熱控制。并且在調(diào)試時(shí)溫度設(shè)置等溫程序，先到溫度的稍微暫停大功率加熱，使用小功率進(jìn)行等待，幾個(gè)傳感器溫度差較小時(shí)再進(jìn)行大功率的加熱。經(jīng)過試驗(yàn)，時(shí)效爐的溫度穩(wěn)定性得到了提高，減少了溫度的滯后性。

表3 調(diào)整后的時(shí)效溫度(℃)

4 排放

表4為燃燒器煙氣的檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)燃燒器煙氣檢測(cè)到的結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)中氧氣含量為8%，對(duì)氮氧化物的結(jié)果進(jìn)行氧氣含量換算，均滿足國(guó)家關(guān)于氮氧化物排放低于200 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。由于舊燃油燒嘴燃燒不徹底，造成輻射管和排煙管內(nèi)的積碳較嚴(yán)重。初始調(diào)試時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些黑煙和微小碳顆粒，導(dǎo)致一氧化碳含量較高。經(jīng)過一段時(shí)間使用將這部分積碳燃燒清除后，這種現(xiàn)象就會(huì)消除。

5 結(jié)論

燃油時(shí)效爐通過直接更換為燃?xì)馊紵鞯姆绞礁脑鞛槿細(xì)鈺r(shí)效爐的方案可行，且改造后時(shí)效爐的加熱時(shí)間和溫度均勻性與未改造時(shí)相同，且對(duì)時(shí)效熱處理效果無影響。

改造要注意燃燒器的火焰長(zhǎng)度和外形要與舊輻射管匹配，注意火焰長(zhǎng)度對(duì)爐體溫度均勻性的影響，并且調(diào)試時(shí)要重新修正溫度傳感器與燃燒器的開火大小之間的關(guān)系，使?fàn)t體循環(huán)的時(shí)候不造成循環(huán)溫度的超差。