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技術園區(qū)
合理選擇蓄熱式加熱爐的蓄熱體
蓄熱式加熱爐常用的蓄熱體有陶瓷小球和蜂窩體。蜂窩體與陶瓷小球相比有如下優(yōu)點:
一是單位體積的傳熱面積大,例如100n/m2蜂窩體的比表面積是15mm球的5.5倍、20mm球的7倍。在相同條件下,將等質量氣體換熱到同一溫度時的蜂窩體體積僅為小球蓄熱體的1/4~1/3,質量僅為球的1/10左右,這就意味著蜂窩體蓄熱燃燒器的結構更為緊湊。
二是蜂窩體壁薄,僅為0.5mm~1mm,透熱深度小,因而蓄熱、放熱速度快,溫度效率高,換向時間僅為30s~60s,與小球蓄熱體相比換向時間大大縮短,保證了工件均勻加熱。
三是蜂窩體內格子間氣流通道形狀規(guī)則,氣體流動順暢,其阻力損失較小,僅為小球蓄熱體的1/4~1/3。小球蓄熱體氣流阻力損失隨流速增大而增大,其變化規(guī)律為冪函數(shù)關系,球徑大其阻力變小,但蓄熱室結構也要相應增大。蜂窩體由于存在較高壓力的氣體頻繁換向,起到了吹刷通道作用,故不易產生灰塵沉積堵塞現(xiàn)象。
四是因陶瓷小球具有流動性,蓄熱室水平放置時上部小球穩(wěn)定性差,容易發(fā)生漏球現(xiàn)象,而蜂窩體不會出現(xiàn)這種情況。
蓄熱式加熱爐對蓄熱體材質的要求是密度大,熱導率、比熱容和耐壓強度高,耐高溫性能、高溫體積穩(wěn)定性、抗高溫蠕變性和耐熱沖擊性能良好。蓄熱體一般使用高鋁質材料,根據使用條件不同,也有使用莫來石質、堇青石質、剛玉質材料的。
蓄熱體在使用過程中經常出現(xiàn)的問題有熔化、軟化、破裂、堵塞和腐蝕等,其中蓄熱體材料的抗熱震穩(wěn)定性差具有普遍性,造成以上問題的原因主要有以下四點:
一是煤氣質量問題。煤氣中粉塵和水含量高,這些含水的煤氣在通過蜂窩體前同灰塵一起被粘在表面,時間一長就形成堵塞,蜂眼尺寸越小堵塞越嚴重。因此,不能單純從增大蓄熱體的比表面積這一點來看待蜂眼尺寸問題,要綜合考慮本廠煤氣質量因素。
二是材料問題。蜂窩體長期工作在急冷急熱或帶有腐蝕性氣體的惡劣環(huán)境中,這對蓄熱體的材料提出了苛刻的要求。為了增加蓄熱量,減小蓄熱室的體積,須增加蓄熱體的密度。但抗熱震穩(wěn)定性與密度在一定程度上是互相排斥的,即密度越高,抗熱震穩(wěn)定性一般都比較差。在使用過程中,蓄熱體與氣流進行熱交換,一些帶有腐蝕性的氣體和顆粒會對蜂窩體產生不良影響。如氧化鐵顆粒會降低鋁硅材質的軟熔溫度,使蜂窩體熔化而堵死氣孔;酸性氣體會對蜂窩體產生腐蝕作用;微小顆粒會附著在蜂窩體表面而堵塞氣體通道等。
三是偏流問題。蓄熱室內的熱交換過程是在排煙階段,煙氣流經蜂窩體時將顯熱儲存在蜂窩體中,加熱蜂窩體;在燃燒階段,空氣(或煤氣)流經蜂窩體時被加熱,余熱被重新帶回爐內。在以上階段,如果氣體在蓄熱室內出現(xiàn)偏流,經過若干次換向后容易導致蜂窩體局部高溫而產生熱應力。當產生的溫度應力超出其承受極限時,蜂窩體就會破裂。
四是二次燃燒問題。蓄熱式燃燒系統(tǒng)的空氣噴口和煤氣噴口一般都是相互獨立的,這樣有利于形成爐內低氧氣氛、拓展火焰邊界、形成均勻的溫度場、提高加熱質量并減少NOx的排放。然而,對空氣和煤氣兩股射流的速度、交角和距離的最佳值一旦處理不當則容易造成爐內局部煤氣燃燒不充分而其他地方氧氣還有剩余。這些煙氣被吸入蓄熱室時,空氣和煤氣會重新接觸產生二次燃燒,由此產生的局部高溫很容易使蜂窩體熔化失效。
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一是單位體積的傳熱面積大,例如100n/m2蜂窩體的比表面積是15mm球的5.5倍、20mm球的7倍。在相同條件下,將等質量氣體換熱到同一溫度時的蜂窩體體積僅為小球蓄熱體的1/4~1/3,質量僅為球的1/10左右,這就意味著蜂窩體蓄熱燃燒器的結構更為緊湊。
二是蜂窩體壁薄,僅為0.5mm~1mm,透熱深度小,因而蓄熱、放熱速度快,溫度效率高,換向時間僅為30s~60s,與小球蓄熱體相比換向時間大大縮短,保證了工件均勻加熱。
三是蜂窩體內格子間氣流通道形狀規(guī)則,氣體流動順暢,其阻力損失較小,僅為小球蓄熱體的1/4~1/3。小球蓄熱體氣流阻力損失隨流速增大而增大,其變化規(guī)律為冪函數(shù)關系,球徑大其阻力變小,但蓄熱室結構也要相應增大。蜂窩體由于存在較高壓力的氣體頻繁換向,起到了吹刷通道作用,故不易產生灰塵沉積堵塞現(xiàn)象。
四是因陶瓷小球具有流動性,蓄熱室水平放置時上部小球穩(wěn)定性差,容易發(fā)生漏球現(xiàn)象,而蜂窩體不會出現(xiàn)這種情況。
蓄熱式加熱爐對蓄熱體材質的要求是密度大,熱導率、比熱容和耐壓強度高,耐高溫性能、高溫體積穩(wěn)定性、抗高溫蠕變性和耐熱沖擊性能良好。蓄熱體一般使用高鋁質材料,根據使用條件不同,也有使用莫來石質、堇青石質、剛玉質材料的。
蓄熱體在使用過程中經常出現(xiàn)的問題有熔化、軟化、破裂、堵塞和腐蝕等,其中蓄熱體材料的抗熱震穩(wěn)定性差具有普遍性,造成以上問題的原因主要有以下四點:
一是煤氣質量問題。煤氣中粉塵和水含量高,這些含水的煤氣在通過蜂窩體前同灰塵一起被粘在表面,時間一長就形成堵塞,蜂眼尺寸越小堵塞越嚴重。因此,不能單純從增大蓄熱體的比表面積這一點來看待蜂眼尺寸問題,要綜合考慮本廠煤氣質量因素。
二是材料問題。蜂窩體長期工作在急冷急熱或帶有腐蝕性氣體的惡劣環(huán)境中,這對蓄熱體的材料提出了苛刻的要求。為了增加蓄熱量,減小蓄熱室的體積,須增加蓄熱體的密度。但抗熱震穩(wěn)定性與密度在一定程度上是互相排斥的,即密度越高,抗熱震穩(wěn)定性一般都比較差。在使用過程中,蓄熱體與氣流進行熱交換,一些帶有腐蝕性的氣體和顆粒會對蜂窩體產生不良影響。如氧化鐵顆粒會降低鋁硅材質的軟熔溫度,使蜂窩體熔化而堵死氣孔;酸性氣體會對蜂窩體產生腐蝕作用;微小顆粒會附著在蜂窩體表面而堵塞氣體通道等。
三是偏流問題。蓄熱室內的熱交換過程是在排煙階段,煙氣流經蜂窩體時將顯熱儲存在蜂窩體中,加熱蜂窩體;在燃燒階段,空氣(或煤氣)流經蜂窩體時被加熱,余熱被重新帶回爐內。在以上階段,如果氣體在蓄熱室內出現(xiàn)偏流,經過若干次換向后容易導致蜂窩體局部高溫而產生熱應力。當產生的溫度應力超出其承受極限時,蜂窩體就會破裂。
四是二次燃燒問題。蓄熱式燃燒系統(tǒng)的空氣噴口和煤氣噴口一般都是相互獨立的,這樣有利于形成爐內低氧氣氛、拓展火焰邊界、形成均勻的溫度場、提高加熱質量并減少NOx的排放。然而,對空氣和煤氣兩股射流的速度、交角和距離的最佳值一旦處理不當則容易造成爐內局部煤氣燃燒不充分而其他地方氧氣還有剩余。這些煙氣被吸入蓄熱室時,空氣和煤氣會重新接觸產生二次燃燒,由此產生的局部高溫很容易使蜂窩體熔化失效。
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