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[摘 要]天然气铝熔炼炉燃烧系统能否稳定运行是保证铝合金铸造能否正常进行的前提，也是设备维修保养的重点。本文根据我公司长期以来针对影响天然气铝熔炼炉燃烧系统稳定运行的因素所做的研究作相关阐述，为天然气铝熔炼炉用户改善运行效果提供参考借鉴。
[关键词]铝熔炼炉 燃烧系统 点火枪 助燃风 环境影响
中图分类号：TF 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-319-01
0.引言
国内现有的铝熔炼炉大多采用煤气或天然气加热，相对于采用电加热或各种油料加热的铝熔炼炉，它具有高效节能，低碳环保的优点。但作为新兴节能铝熔炼炉，它在运行过程中存在很多的不稳定因素，尤其是燃烧系统的不稳定性，制约了熔炼效率。我公司于2008年安装了6台天然气铝熔炼炉，在三年多的运行过程中暴露了一些缺陷，尤其是燃烧系统的不稳定，严重限制了铝合金铸造的产能发挥。我公司针对影响天然气铝熔炼炉燃烧系统稳定运行的因素做了深入的研究分析，通过改善这些因素后大大提高了燃烧系统的稳定运行，成果显著。
1.天然气铝熔炼炉的运行概况
天然气铝熔炼炉主要为铝、铝合金及废料的熔化、合金元素的添加搅拌、铸造前的精炼保温等熔炼工艺提供一个操作简单、优质高效的工作场所，是保证企业能够铸造出优质铝合金产品的关键工艺设备之一，而能够稳定运行的铝熔炼炉设备对于提高熔炼效率将显得格外重要。
天然气铝熔炼炉主要由燃烧系统、排烟系统、液压系统、温度控制系统、炉压控制系统等几部分组成，其中燃烧系统是整个熔炼炉设备最先进、工艺最复杂、故障率最高的部分，本文也将主要围绕影响熔炼炉燃烧系统稳定运行的因素展开论述。
2.燃烧系统的工作原理
由于近年来熔炼炉工业的发展以及电力电子技术的高速发展，现代化的熔炼炉燃烧系统已经完全实现了全自动化控制，包括燃气检测、燃气与空气流量比例、点火、火焰切换以及炉温、炉压的调节均由PLC完成。高自动化程度大大降低了铝铸造工业对于劳动力的需求。
我公司的天然气铝熔炼炉的燃烧系统采用的是蓄热式燃烧技术，包含有两套蓄热式烧嘴，每套蓄热式烧嘴配置一套点火枪，用于引燃大火；一套火焰检测系统，用于连续检测火焰燃烧，一旦未检测到火焰，系统便会自动关闭燃气管道上的电磁阀，然后重新点火；一个蓄热室，内部存放有蓄热球（氧化铝球），用于吸收烟气的热量并预热助燃风，减少能量损失。
蓄热式燃烧技术要求蓄热室必须成对设计，因为结合熔炼炉的燃烧系统来讲，必须同时具备送风和排烟功能，送风是为了完成燃烧，而排烟才能够保证炉膛压力稳定。蓄热式燃烧技术的基本工作原理如下：在同一时刻，当其中一个烧嘴处于排烟状态时，从炉膛内排出的高温烟气（650℃-950℃）经过蓄热球吸收热量后温度降至200℃以下，然后经排烟风机排出；而另外一个烧嘴则处于燃烧状态，从助燃风机送来的常温空气经过蓄热球时被加热成高温空气，然后与煤气混合后在炉膛内燃烧。这个燃烧过程通过PLC控制安装在助燃、排烟、燃气管道上的换向阀、比例调节阀等来实现，可以使两套蓄热式烧嘴按照一定的周期循环切换进行燃烧，两个蓄热室处于蓄热与热交换两种交替的工作状态，可有效节能35%以上。
天然气铝熔炼炉的燃烧系统包含有点火控制系统，它是整个燃烧系统点火执行机构，也是故障率最高、影响燃烧系统稳定最严重的部分，它主要由点火枪、点火变压器、点火控制器等部分组成。基本工作原理如下：点火前，由PLC控制对炉温、炉压、燃气压力、助燃风压力、排烟系统等安全条件进行检测，以判断整个系统是否符合点火安全要求。若符合，则PLC发出点火指令，启动点火控制器，点火变压器发出高压电流，送至点火枪上与枪头接触产生电火花，从而点燃点火枪内部的由天然气和空气组成的混合气体，完成点火过程，同时安装在点火枪枪头的离子探头检测火焰是否燃烧，并将信号送回PLC，实现闭环控制。
经过对天然气铝熔炼炉的长期运行总结发现，燃烧系统出现的故障数占整个熔炼炉故障总数的70%以上，而点火控制系统出现的故障数占燃烧系统故障总數的95%，可见点火控制系统将是影响天然气铝熔炼炉燃烧系统稳定运行的最大原因。
3.影响燃烧系统稳定运行的因素分析
经过长期观察总结得出影响天然气铝熔炼炉燃烧系统稳定运行的主要因素，在于外部环境及助燃风质量等。我公司针对这些因素组织技术力量经过长期治理后，燃烧系统的故障率由原来70%降至10%左右，效果显著。
3.1外部环境对燃烧系统稳定运行的影响
在铝铸造行业中，熔炼炉一般都会集中安装，而恰恰是这种设计，给整个厂房带来非常恶劣的环境，尤其是熔炼炉附近最为严重，包括粉尘、高温、腐蚀性气体、潮气等。
由于熔炼炉在加热原料的过程中散发大量热量，整个熔炼炉附近环境温度要高于外部环境5-20℃，冬季最为突出。在北方，白昼温度相差较大，夜间熔炼炉周围将会产生大量潮气，尤其在燃气管道、助燃风管道、蓄热室表面以及电子设备表面的潮气，将大大增加热损失，降低蓄热球热交换能力，并且降低点火成功率。因此，夜间出现大小火熄灭的故障也最为频繁。
3.2助燃风质量对燃烧系统稳定运行的影响
助燃风相当于空气，是燃烧必不可少的两要素之一。助燃风通过助燃风机将熔炼炉周围的空气吸入管道送至烧嘴及点火枪内，然后与燃气混合燃烧形成火焰，伴随着空气进入烧嘴及点火枪内的还有熔炼炉周围漂浮的大量粉尘以及腐蚀性气体。这些粉尘在管道内流动时会沉积在管道内部拐角处以及点火枪枪头处，长期沉淀后板结在助燃风管道内，降低助燃风流量，导致空、燃比例不合适造成大小火频繁熄火；大量粉尘通过助燃风管道进入蓄热室后会沉积在蓄热球间隙，长期沉积将堵塞蓄热球间隙造成蓄热球板结，助燃风无法顺利通过蓄热室将造成火焰无力、频繁熄火、燃气燃烧不充分冒黑烟等；部分粉尘及腐蚀性气体进入点火枪枪头处，长期沉积将侵蚀点火枪电极及离子探头，造成点火枪损坏或小火频繁熄灭。由此可见，优质的助燃风将大大提高燃烧系统的稳定运行。
4.结束语
根据我公司几年来的跟踪研究表明，提高燃烧系统稳定运行的办法就在于改善熔炼炉外部环境以及提高助燃风质量，我公司通过改善这些因素后大大提高了燃烧系统的稳定性运行，既提高了熔炼速率和产能，又能使熔炼炉保持较高的有效运行率及较低的消耗。
[关键词]铝熔炼炉 燃烧系统 点火枪 助燃风 环境影响
中图分类号：TF 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-319-01
0.引言
国内现有的铝熔炼炉大多采用煤气或天然气加热，相对于采用电加热或各种油料加热的铝熔炼炉，它具有高效节能，低碳环保的优点。但作为新兴节能铝熔炼炉，它在运行过程中存在很多的不稳定因素，尤其是燃烧系统的不稳定性，制约了熔炼效率。我公司于2008年安装了6台天然气铝熔炼炉，在三年多的运行过程中暴露了一些缺陷，尤其是燃烧系统的不稳定，严重限制了铝合金铸造的产能发挥。我公司针对影响天然气铝熔炼炉燃烧系统稳定运行的因素做了深入的研究分析，通过改善这些因素后大大提高了燃烧系统的稳定运行，成果显著。
1.天然气铝熔炼炉的运行概况
天然气铝熔炼炉主要为铝、铝合金及废料的熔化、合金元素的添加搅拌、铸造前的精炼保温等熔炼工艺提供一个操作简单、优质高效的工作场所，是保证企业能够铸造出优质铝合金产品的关键工艺设备之一，而能够稳定运行的铝熔炼炉设备对于提高熔炼效率将显得格外重要。
天然气铝熔炼炉主要由燃烧系统、排烟系统、液压系统、温度控制系统、炉压控制系统等几部分组成，其中燃烧系统是整个熔炼炉设备最先进、工艺最复杂、故障率最高的部分，本文也将主要围绕影响熔炼炉燃烧系统稳定运行的因素展开论述。
2.燃烧系统的工作原理
由于近年来熔炼炉工业的发展以及电力电子技术的高速发展，现代化的熔炼炉燃烧系统已经完全实现了全自动化控制，包括燃气检测、燃气与空气流量比例、点火、火焰切换以及炉温、炉压的调节均由PLC完成。高自动化程度大大降低了铝铸造工业对于劳动力的需求。
我公司的天然气铝熔炼炉的燃烧系统采用的是蓄热式燃烧技术，包含有两套蓄热式烧嘴，每套蓄热式烧嘴配置一套点火枪，用于引燃大火；一套火焰检测系统，用于连续检测火焰燃烧，一旦未检测到火焰，系统便会自动关闭燃气管道上的电磁阀，然后重新点火；一个蓄热室，内部存放有蓄热球（氧化铝球），用于吸收烟气的热量并预热助燃风，减少能量损失。
蓄热式燃烧技术要求蓄热室必须成对设计，因为结合熔炼炉的燃烧系统来讲，必须同时具备送风和排烟功能，送风是为了完成燃烧，而排烟才能够保证炉膛压力稳定。蓄热式燃烧技术的基本工作原理如下：在同一时刻，当其中一个烧嘴处于排烟状态时，从炉膛内排出的高温烟气（650℃-950℃）经过蓄热球吸收热量后温度降至200℃以下，然后经排烟风机排出；而另外一个烧嘴则处于燃烧状态，从助燃风机送来的常温空气经过蓄热球时被加热成高温空气，然后与煤气混合后在炉膛内燃烧。这个燃烧过程通过PLC控制安装在助燃、排烟、燃气管道上的换向阀、比例调节阀等来实现，可以使两套蓄热式烧嘴按照一定的周期循环切换进行燃烧，两个蓄热室处于蓄热与热交换两种交替的工作状态，可有效节能35%以上。
天然气铝熔炼炉的燃烧系统包含有点火控制系统，它是整个燃烧系统点火执行机构，也是故障率最高、影响燃烧系统稳定最严重的部分，它主要由点火枪、点火变压器、点火控制器等部分组成。基本工作原理如下：点火前，由PLC控制对炉温、炉压、燃气压力、助燃风压力、排烟系统等安全条件进行检测，以判断整个系统是否符合点火安全要求。若符合，则PLC发出点火指令，启动点火控制器，点火变压器发出高压电流，送至点火枪上与枪头接触产生电火花，从而点燃点火枪内部的由天然气和空气组成的混合气体，完成点火过程，同时安装在点火枪枪头的离子探头检测火焰是否燃烧，并将信号送回PLC，实现闭环控制。
经过对天然气铝熔炼炉的长期运行总结发现，燃烧系统出现的故障数占整个熔炼炉故障总数的70%以上，而点火控制系统出现的故障数占燃烧系统故障总數的95%，可见点火控制系统将是影响天然气铝熔炼炉燃烧系统稳定运行的最大原因。
3.影响燃烧系统稳定运行的因素分析
经过长期观察总结得出影响天然气铝熔炼炉燃烧系统稳定运行的主要因素，在于外部环境及助燃风质量等。我公司针对这些因素组织技术力量经过长期治理后，燃烧系统的故障率由原来70%降至10%左右，效果显著。
3.1外部环境对燃烧系统稳定运行的影响
在铝铸造行业中，熔炼炉一般都会集中安装，而恰恰是这种设计，给整个厂房带来非常恶劣的环境，尤其是熔炼炉附近最为严重，包括粉尘、高温、腐蚀性气体、潮气等。
由于熔炼炉在加热原料的过程中散发大量热量，整个熔炼炉附近环境温度要高于外部环境5-20℃，冬季最为突出。在北方，白昼温度相差较大，夜间熔炼炉周围将会产生大量潮气，尤其在燃气管道、助燃风管道、蓄热室表面以及电子设备表面的潮气，将大大增加热损失，降低蓄热球热交换能力，并且降低点火成功率。因此，夜间出现大小火熄灭的故障也最为频繁。
3.2助燃风质量对燃烧系统稳定运行的影响
助燃风相当于空气，是燃烧必不可少的两要素之一。助燃风通过助燃风机将熔炼炉周围的空气吸入管道送至烧嘴及点火枪内，然后与燃气混合燃烧形成火焰，伴随着空气进入烧嘴及点火枪内的还有熔炼炉周围漂浮的大量粉尘以及腐蚀性气体。这些粉尘在管道内流动时会沉积在管道内部拐角处以及点火枪枪头处，长期沉淀后板结在助燃风管道内，降低助燃风流量，导致空、燃比例不合适造成大小火频繁熄火；大量粉尘通过助燃风管道进入蓄热室后会沉积在蓄热球间隙，长期沉积将堵塞蓄热球间隙造成蓄热球板结，助燃风无法顺利通过蓄热室将造成火焰无力、频繁熄火、燃气燃烧不充分冒黑烟等；部分粉尘及腐蚀性气体进入点火枪枪头处，长期沉积将侵蚀点火枪电极及离子探头，造成点火枪损坏或小火频繁熄灭。由此可见，优质的助燃风将大大提高燃烧系统的稳定运行。
4.结束语
根据我公司几年来的跟踪研究表明，提高燃烧系统稳定运行的办法就在于改善熔炼炉外部环境以及提高助燃风质量，我公司通过改善这些因素后大大提高了燃烧系统的稳定性运行，既提高了熔炼速率和产能，又能使熔炼炉保持较高的有效运行率及较低的消耗。