臺(tái)車熱處理爐變壓器調(diào)壓裝置檢修的技術(shù)要求

臺(tái)車熱處理爐空氣換熱器預(yù)熱溫度保護(hù)設(shè)計(jì)

金立國(guó)1，曾娜1，石秀榮2，趙延峰

（1.遼寧向?qū)Э萍及l(fā)展有限公司，遼寧鞍山114014；2.葫蘆島市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，遼寧葫蘆島125000）

摘要：為滿足臺(tái)車熱處理爐升溫和保溫工況，合理的計(jì)算空氣換熱器并且配合相應(yīng)的保護(hù)措施是非常必要的。主要介紹了在熱工計(jì)算中空氣換熱器空氣預(yù)熱溫度的保護(hù)設(shè)計(jì)。
    關(guān)鍵詞：換熱器；熱處理爐；臺(tái)車式爐
    中圖分類號(hào)：TG307文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-6988（2011）06-0033-03
    臺(tái)車爐由于熱工工況按爐窯的加熱周期進(jìn)行變換，其換熱器的計(jì)算如果單純按照額定的空、煤煙氣量計(jì)算是不合理的，因?yàn)樵诓煌墓r其換熱器的換熱效率和所需要的換熱面積是變化的。為了滿足實(shí)際熱工的需要，往往會(huì)為換熱器添加輔助設(shè)施來(lái)彌補(bǔ)上述問(wèn)題，包括常用的兌冷風(fēng)和熱風(fēng)放散設(shè)施。筆者根據(jù)多年實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件對(duì)臺(tái)車爐換熱器進(jìn)行分析，從而找到最合理的換熱器配置方案。
    1·概述
    某特鋼廠新建一座臺(tái)車式熱處理爐，有效尺寸為8 m×3 m×3 m（長(zhǎng)×寬×高），最高爐溫1 150℃，采用清洗發(fā)生爐煤氣作為燃料，煤氣熱值為5 643 kJ/m3。經(jīng)過(guò)計(jì)算需要3 013 m3/h煤氣?？諝忸A(yù)熱溫度為300℃。采用輻射式換熱器布置到煙道中。換熱器放置在地上煙道，內(nèi)徑為900 mm。由于是熱處理爐，其熱工過(guò)程比較復(fù)雜，典型加熱曲線有780℃保溫、1 050℃保溫和1 150℃保溫等，最大升溫速度為100℃/h。
    根據(jù)上述條件把換熱器的初始條件定義為：
    燃料類型：清洗發(fā)生爐煤氣
    燃料熱值/kJ·m-3：5 643
    煤氣量/m·3h-1：3 013
    空氣量/m·3h-1：4 007
    煙氣量/m·3h-1：6 417
    煙氣入口溫度/℃：1 050
    2·換熱器計(jì)算
    2.1根據(jù)最大供熱量計(jì)算換熱器
    煙氣出口溫度/℃：879
    空氣預(yù)熱溫度/℃：300
    換熱器最大傳熱強(qiáng)度/W·m-2：33 318
    換熱面積為/m2：12.33
    換熱器長(zhǎng)度/m：4.36
    圖1及圖2分別為換熱器模型及其斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

             
    這是換熱器一個(gè)工況，如果臺(tái)車爐處于保溫狀態(tài)，把供熱量降低為最大值的30%，則數(shù)值為：
    煙氣出口溫度/℃：879
    空氣預(yù)熱溫度/℃：300
    換熱器最大傳熱強(qiáng)度/W·m-2：29 974
    換熱面積為/m2：4.11
    換熱器長(zhǎng)度/m：1.45
    根據(jù)上面的數(shù)值發(fā)現(xiàn)當(dāng)供熱量下降而爐溫較高時(shí)，換熱器的傳熱強(qiáng)度略有降低，其主要是因?yàn)榭諝饬魉俸蜔煔饬魉俚慕档陀绊懥藗鳠釓?qiáng)度，但是由于溫度較高，輻射傳熱所占比重較大，所以傳熱強(qiáng)度略有降低。在這種情況下所需的換熱面積很小，約為原來(lái)的1/3。反過(guò)來(lái)也是，換熱面積不變的情況下，空氣預(yù)熱溫度將會(huì)大幅度提高，會(huì)使換熱器及其后面的熱空氣管路燒壞。為了避免上述問(wèn)題的發(fā)生，可以采用兌冷風(fēng)、熱風(fēng)放散及兌熱風(fēng)的方式解決這一問(wèn)題，保證節(jié)能率同時(shí)也保證設(shè)備使用壽命。
    2.2添加保護(hù)后的換熱器計(jì)算
    三種換熱器保護(hù)的方式，見(jiàn)圖3。 

             
    （1）兌冷風(fēng)式
    保護(hù)換熱器前提是保證換熱器在最大供熱量的狀態(tài)下達(dá)到預(yù)熱溫度，即保證換熱器的最大能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，按30%供熱量在煙氣內(nèi)兌相應(yīng)的常溫空氣，降低煙氣溫度來(lái)降低空氣預(yù)熱溫度。也就是說(shuō)在保證最大換熱面積的情況下，在最小供熱量時(shí)保證空氣預(yù)熱溫度穩(wěn)定。
    首先計(jì)算一下兌冷風(fēng)后煙氣的流量和溫度到達(dá)一個(gè)什么狀態(tài)，在保溫狀態(tài)下預(yù)熱空氣溫度不會(huì)超過(guò)預(yù)計(jì)的溫度。
    兌冷風(fēng)后煙氣溫度及煙氣量公式為：   

           
    經(jīng)反復(fù)核算，計(jì)算出兌冷風(fēng)量約為1 000 m3/h時(shí)，常溫空氣才能保證在按最大燃料工況下計(jì)算換熱面積；在保溫工況下，保證空氣預(yù)熱溫度不會(huì)超溫。值得注意的是，這種方式降低了煙氣溫度并且提高了煙氣量，對(duì)于自然排煙的爐子有不利的影響。
    （2）熱風(fēng)放散式
    這種方式比較簡(jiǎn)單，就是在換熱器預(yù)熱溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，提高空氣流量，并將熱空氣進(jìn)行放散，也就是煙氣量不變，增加空氣量，來(lái)保證空氣預(yù)熱溫度。經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)煙氣量降低為原來(lái)的30%時(shí)，即煙氣量為1 925 m3/h時(shí)，需要將空氣流量提高為2 925m3/h，才能保證換熱器預(yù)熱溫度平衡，相對(duì)于30%的空氣量提高了43%?？梢愿鶕?jù)這個(gè)極限的數(shù)值來(lái)選擇熱風(fēng)放散的管道參數(shù)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中有著重要的參考意義。
    （3）兌熱風(fēng)式
    這種措施應(yīng)用于不適合將熱空氣排放到廠房?jī)?nèi)的條件。
    將熱風(fēng)放散管道接到換熱器入口前，用放散出來(lái)的熱風(fēng)降低排煙溫度，用這種雙重的效果來(lái)保護(hù)換熱器。同樣在保溫狀態(tài)下，按30%的煙氣量和空氣量計(jì)算換熱器，換熱面積取最大供熱量4.36 m2，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算可知，換熱器熱風(fēng)放散量達(dá)到460 m3/h時(shí)就已經(jīng)達(dá)到了預(yù)計(jì)效果。也就是效果最明顯，因?yàn)檎{(diào)節(jié)幅度很小，就可以得到理想的控制效果。
    3·結(jié)論
    （1）換熱器的計(jì)算可以按照最大供熱量進(jìn)行，也可以根據(jù)實(shí)際工況條件計(jì)算，綜合考慮爐子的經(jīng)濟(jì)能耗、成本和使用壽命；
    （2）臺(tái)車爐的換熱器要有保護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)不同工況，調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)來(lái)保證換熱器及爐子的使用壽命；
    （3）采用兌冷風(fēng)保護(hù)換熱器時(shí)，會(huì)影響爐子的正常排煙，需要同時(shí)考慮排煙能力是否滿足要求；   
    （4）采用熱風(fēng)放散保護(hù)換熱器時(shí)，要考慮熱風(fēng)的排放及放散的熱風(fēng)量，合理地選擇調(diào)節(jié)閥，才能更好地為自動(dòng)控制系統(tǒng)服務(wù)；
    （5）采用兌熱風(fēng)方式，相對(duì)以上兩種措施對(duì)系統(tǒng)影響最小。管路通徑可選擇更細(xì)，因而成本也最低。