加熱爐換熱器的改造與應(yīng)用

王巨川 劉陽 董光 杜勝民

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.043

摘 要：在過去，國(guó)家一直利用加熱爐換熱器去生產(chǎn)產(chǎn)品，在生產(chǎn)的過程中注重產(chǎn)品的數(shù)量，而忽視了由于加熱爐換熱器的結(jié)構(gòu)不合理所產(chǎn)生的質(zhì)量問題、資源浪費(fèi)以及對(duì)周圍環(huán)境的破壞。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，針對(duì)這些問題，開始著重于從問題的根源去解決，首先就要對(duì)爐內(nèi)的燃燒情況進(jìn)行改善，這樣才能使?fàn)t內(nèi)的溫度和壓力得到不同程度的提高，既解決了燃料浪費(fèi)問題又提高了加熱爐換熱器的效率。

關(guān)鍵詞：受熱器 預(yù)熱空氣 風(fēng)溫 風(fēng)壓 煙氣余熱 改造

中圖分類號(hào)：T122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）06（c）-0043-02

在冶金企業(yè)生產(chǎn)過程中，需要加熱爐換熱器產(chǎn)生大量的熱能去冶煉礦產(chǎn)資源，從而生產(chǎn)出我們需要的產(chǎn)品，而所釋放出來的熱能只有很少的一部分能被充分利用，絕大部分的熱能都被排放到空氣中去，這樣不僅污染了環(huán)境，又讓不少資源被浪費(fèi)掉，面對(duì)這些問題，如何做到充分利用或者進(jìn)行二次回收利用就成了近幾年國(guó)家重要研究的工作。

在加熱爐換熱器未進(jìn)行加工改造之前，其加熱燃料主要以重油和渣油為主，而在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的煙氣將會(huì)帶走高達(dá)總負(fù)荷的43%的物理熱量，盡管在當(dāng)時(shí)在機(jī)器安裝過程中會(huì)安裝換熱器，盡最大的能力去將資源所產(chǎn)生的熱氣進(jìn)行二次利用，但由于當(dāng)時(shí)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、科技條件有限，所以該加熱機(jī)器就會(huì)存在年久失修、地處高溫以及安裝的結(jié)構(gòu)和形式不合理等現(xiàn)象。因此，重新對(duì)換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，對(duì)其制造和安裝進(jìn)行修改和完善，使其在熱風(fēng)溫度和壓力方面上都得到了很大的提高，在熱量損失和環(huán)境污染方面上也都得到了很大的改善。

1 換熱器的改造及對(duì)煙氣余熱的有效利用

其實(shí)大多數(shù)的冶金廠運(yùn)用的都是片狀的鑄鐵管式換熱器。這樣的機(jī)器不但被積滿灰塵而且還大大損失內(nèi)部熱風(fēng)的阻力，這樣也降低了風(fēng)壓，讓其不能達(dá)到噴嘴的要求。針對(duì)于這類明顯的問題，我們做出了幾套方案，最后在這幾套方案中選擇出認(rèn)為最好的一套，即采用耐熱無縫鋼管，將此鋼管交叉制作成換熱器，該換熱器的換熱面積需要達(dá)到200m2。之后我們對(duì)加熱爐正常運(yùn)行后的實(shí)際狀況進(jìn)行了跟蹤測(cè)試，將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理推算，可以得出以下?lián)Q熱器的實(shí)際運(yùn)行計(jì)算驗(yàn)證。

（1）對(duì)Q1進(jìn)行計(jì)算。

Q1=V1C1（t12-t11） kJ/h （1）

其中，Q1為助燃空氣在單位時(shí)間內(nèi)所吸收的熱量；

t12為實(shí)際熱風(fēng)溫度，單位：℃（對(duì)加熱爐進(jìn)行改造后，其實(shí)際熱風(fēng)溫度為450 ℃）；

t11為實(shí)際冷風(fēng)的溫度，單位：℃（對(duì)加熱爐進(jìn)行改造后，其實(shí)際冷風(fēng)溫度為18 ℃）。

對(duì)以上的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行帶入，通過公式所得：

Q1=1.119×6×107 kJ/h

如果熱風(fēng)溫度轉(zhuǎn)為200 ℃時(shí)，所得結(jié)果：

Q1′=V1C1（t12-t11）=20000×0.31×（200-18）=6×4.7167×106 kJ/h

（2）對(duì)Q2進(jìn)行計(jì)算。

Q2=V2C2（t21-t22） kJ/h （2）

在式（2）中：Q2為煙氣所排出的余熱在單位時(shí)間內(nèi)所釋放的熱量；

V2為在實(shí)際中所排出煙氣的流量，單位：m3/h（根據(jù)實(shí)際所得，知煙氣的流量為24 500 m3/h）；

C2為在實(shí)際中所排出煙氣的熱容量，單位：kJ/m3℃（由實(shí)際所得，選取C2為0.34 kJ/m3℃）。

t21為還未運(yùn)用換熱器前的實(shí)際溫度，單位：℃（對(duì)加熱爐中在未使用到換熱器時(shí)的煙氣進(jìn)行測(cè)量，得其溫度為750 ℃）；

t22為加熱爐所處的外界環(huán)境溫度，單位：℃（對(duì)其外界的溫度進(jìn)行測(cè)量，可知其溫度為18 ℃）。

對(duì)以上所得的所有數(shù)據(jù)帶入式中，可得實(shí)際運(yùn)算結(jié)果：

Q2=2.5488×107 kJ/h

（3）對(duì)η進(jìn)行計(jì)算。

眾所周知，在換熱器的實(shí)際運(yùn)行過程中，任何的熱量不可能通過加熱器而全部被系統(tǒng)所吸收利用，因此加熱爐中煙道中所釋放的煙氣，其所排出的實(shí)際熱量，不可能被換熱器給全部吸收，所以在使用換熱器時(shí)，不可避免地要考慮熱效率這一問題。

通過使用改造的換熱器，可求得實(shí)際熱效率的具體結(jié)果：

式中符號(hào)的具體含義：

η為使用換熱器后的煙氣使用的熱效率；

Q2為煙氣所排出的余熱在單位時(shí)間內(nèi)所釋放的熱量；

Q1為助燃空氣在單位時(shí)間內(nèi)所吸收的熱量。

改造換熱器之前，所得實(shí)際熱效率的具體結(jié)果：

在以上的實(shí)際運(yùn)算結(jié)果中可以看出，當(dāng)在通過熱換器前所排出煙氣的溫度能達(dá)到750 ℃左右時(shí)，其最終的熱風(fēng)溫度可以達(dá)到450 ℃之上，這樣是可以很好地滿足風(fēng)壓和風(fēng)溫的實(shí)際要求的。而且還進(jìn)一步改善了加熱爐內(nèi)火焰的燃燒現(xiàn)狀，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的價(jià)值。

2 對(duì)其所得結(jié)果進(jìn)行分析

雖然當(dāng)前對(duì)余熱資源的使用有很多的設(shè)備，其方式方法也有很多，但不可否認(rèn)，使用換熱器對(duì)助燃空氣的預(yù)熱是一種十分有效而且方便的方法之一。

2.1 使用該方法提高了理論的燃燒溫度

運(yùn)用這種方法，可以將加熱爐中煙道所排出的煙氣進(jìn)行再利用，使其預(yù)熱助燃空氣，進(jìn)一步地提高其理論的燃燒溫度。正是因?yàn)橹伎諝忸A(yù)熱溫度的增高，不僅可以使噴嘴的實(shí)際著火條件得到很大的改善，而且可以增高加熱爐爐膛中的溫度，使得火焰變得更加明亮。對(duì)于這一點(diǎn)的驗(yàn)證，可以從噴嘴的實(shí)際燃燒過程中得到答案。

2.2 可以進(jìn)一步節(jié)約使用燃料

由于系統(tǒng)得到進(jìn)一步的優(yōu)化，那么節(jié)約使用燃料就必然是正常的一件事。如果考慮到優(yōu)化前后所使用的燃料種類不發(fā)生變化，而且加熱爐中的有效熱以及爐膛中的各項(xiàng)熱損失不變，那么因?yàn)橹鸁峥諝獾念A(yù)熱量有所提高。

通過計(jì)算我們可以看出，當(dāng)煙氣的溫度能夠達(dá)到750 ℃時(shí)，改造后的預(yù)熱可以達(dá)到450 ℃，這樣其節(jié)約燃料可達(dá)到13%左右，如此可以進(jìn)一步驗(yàn)證燃油節(jié)約這一事實(shí)。

2.3 可以優(yōu)化加熱爐的燃燒過程

通過系統(tǒng)優(yōu)化，可以將風(fēng)溫和風(fēng)壓兩者進(jìn)行提高，如此不僅可以使得燃油的霧化效果增強(qiáng)，而且可以改善燃油著火條件，加快燃油的燃燒速度，減少不完全燃燒條件的發(fā)生，使得燃燒過程進(jìn)一步優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 段飛，李克強(qiáng)，楊彥富，等.用通用微機(jī)改造現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架[C]//四川省汽車工程學(xué)會(huì)第一屆二次年會(huì)論文集.1991.

[2] 何衛(wèi)東，王盛.秦皇島港煤二期五號(hào)翻車機(jī)系統(tǒng)液壓改造[C]//中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)摩擦學(xué)分會(huì)潤(rùn)滑技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2000.

[3] 朱太紅.電解槽槽控機(jī)改造[C]//中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)——第二屆青年論壇學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2004.

[4] 張厚升，李建斌，任麗.丹江口水電廠150MW發(fā)電機(jī)增容改造的設(shè)計(jì)[C]//全國(guó)水電廠技術(shù)改造學(xué)習(xí)交流研討會(huì)論文集.2005.

[5] 曹舒春，戴鵬.礦井提升機(jī)行程控制的研究與實(shí)現(xiàn)[C]//第十五屆全國(guó)煤礦自動(dòng)化學(xué)術(shù)年會(huì)和中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2005.

[6] 鄒道志，王瑞寧，廖崗平，等.焦?fàn)t改為單集氣管工藝的實(shí)踐[C]//蘇魯皖贛四省金屬學(xué)會(huì)第十三屆焦化聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2005.