加熱爐換熱器的改造與應用

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、資源浪費以及對周圍環(huán)境的破壞。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，針對這些問題，開始著重于從問題的根源去解決，首先就要對爐內(nèi)的燃燒情況進行改善，這樣才能使爐內(nèi)的溫度和壓力得到不同程度的提高，既解決了燃料浪費問題又提高了加熱爐換熱器的效率。

關(guān)鍵詞：受熱器 預熱空氣 風溫 風壓 煙氣余熱 改造

中圖分類號：T122 文獻標識碼：A 文章編號：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掉，面對這些問題，如何做到充分利用或者進行二次回收利用就成了近幾年國家重要研究的工作。

在加熱爐換熱器未進行加工改造之前，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)生的煙氣將會帶走高達總負荷的43%的物理熱量，盡管在當時在機器安裝過程中會安裝換熱器，盡最大的能力去將資源所產(chǎn)生的熱氣進行二次利用，但由于當時國家的經(jīng)濟、科技條件有限，所以該加熱機器就會存在年久失修、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，重新對換熱器進行設計改造，對其制造和安裝進行修改和完善，使其在熱風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 換熱器的改造及對煙氣余熱的有效利用

其實大多數(shù)的冶金廠運用的都是片狀的鑄鐵管式換熱器。這樣的機器不但被積滿灰塵而且還大大損失內(nèi)部熱風的阻力，這樣也降低了風壓，讓其不能達到噴嘴的要求。針對于這類明顯的問題，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到200m2。之后我們對加熱爐正常運行后的實際狀況進行了跟蹤測試，將數(shù)據(jù)進行整理推算，可以得出以下?lián)Q熱器的實際運行計算驗證。

（1）對Q1進行計算。

Q1=V1C1（t12-t11） kJ/h （1）

其中，Q1為助燃空氣在單位時間內(nèi)所吸收的熱量；

t12為實際熱風溫度，單位：℃（對加熱爐進行改造后，其實際熱風溫度為450 ℃）；

t11為實際冷風的溫度，單位：℃（對加熱爐進行改造后，其實際冷風溫度為18 ℃）。

對以上的實際數(shù)據(jù)進行帶入，通過公式所得：

Q1=1.119×6×107 kJ/h

如果熱風溫度轉(zhuǎn)為200 ℃時，所得結(jié)果：

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

（2）對Q2進行計算。

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間內(nèi)所釋放的熱量；

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

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

t21為還未運用換熱器前的實際溫度，單位：℃（對加熱爐中在未使用到換熱器時的煙氣進行測量，得其溫度為750 ℃）；

t22為加熱爐所處的外界環(huán)境溫度，單位：℃（對其外界的溫度進行測量，可知其溫度為18 ℃）。

對以上所得的所有數(shù)據(jù)帶入式中，可得實際運算結(jié)果：

Q2=2.5488×107 kJ/h

（3）對η進行計算。

眾所周知，在換熱器的實際運行過程中，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，其所排出的實際熱量，不可能被換熱器給全部吸收，所以在使用換熱器時，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，可求得實際熱效率的具體結(jié)果：

式中符號的具體含義：

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間內(nèi)所釋放的熱量；

Q1為助燃空氣在單位時間內(nèi)所吸收的熱量。

改造換熱器之前，所得實際熱效率的具體結(jié)果：

在以上的實際運算結(jié)果中可以看出，當在通過熱換器前所排出煙氣的溫度能達到750 ℃左右時，其最終的熱風溫度可以達到450 ℃之上，這樣是可以很好地滿足風壓和風溫的實際要求的。而且還進一步改善了加熱爐內(nèi)火焰的燃燒現(xiàn)狀，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的價值。

2 對其所得結(jié)果進行分析

雖然當前對余熱資源的使用有很多的設備，其方式方法也有很多，但不可否認，使用換熱器對助燃空氣的預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

運用這種方法，可以將加熱爐中煙道所排出的煙氣進行再利用，使其預熱助燃空氣，進一步地提高其理論的燃燒溫度。正是因為助燃空氣預熱溫度的增高，不僅可以使噴嘴的實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。對于這一點的驗證，可以從噴嘴的實際燃燒過程中得到答案。

2.2 可以進一步節(jié)約使用燃料

由于系統(tǒng)得到進一步的優(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熱損失不變，那么因為助熱空氣的預熱量有所提高。

通過計算我們可以看出，當煙氣的溫度能夠達到750 ℃時，改造后的預熱可以達到450 ℃，這樣其節(jié)約燃料可達到13%左右，如此可以進一步驗證燃油節(jié)約這一事實。

2.3 可以優(yōu)化加熱爐的燃燒過程

通過系統(tǒng)優(yōu)化，可以將風溫和風壓兩者進行提高，如此不僅可以使得燃油的霧化效果增強，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，使得燃燒過程進一步優(yōu)化。

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