寶鋼2025熱軋加熱爐水冷管鍋爐傳熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1熱平衡測(cè)試鋼絲繩1850熱水加熱爐是一種漸進(jìn)加熱爐。用冷水冷方式冷卻行走梁、柱、固定梁和柱。當(dāng)爐子產(chǎn)量為320t/h時(shí),熱平衡測(cè)試表明水冷梁柱中的冷卻水帶走的熱量約占總熱損失的14.4%,為加熱爐所有熱損失中最大部分。因此,提高所有梁、柱包扎用耐材的隔熱性,改進(jìn)其結(jié)構(gòu)性能對(duì)減少冷卻水造成的熱損失至關(guān)重要。2加熱爐的入口是梁，冷水管的包裹技術(shù)2.1內(nèi)壓爐熱震穩(wěn)定性差傳統(tǒng)水冷管包扎結(jié)構(gòu)有兩種。第一種是單一耐火澆注料結(jié)構(gòu);第二種是二重復(fù)合結(jié)構(gòu),即內(nèi)層為20mm厚耐火纖維毯,外層為50mm厚耐火澆注料。這兩種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)熱震穩(wěn)定性較差,在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)耐火澆注體開裂、脫落現(xiàn)象,造成能源浪費(fèi)。在隔熱性能方面,雖然第二種結(jié)構(gòu)在耐火澆注料和水冷管外壁之間鋪設(shè)了導(dǎo)熱系數(shù)很低的耐火纖維毯,大幅度降低了冷卻水帶走熱損失,但兩種結(jié)構(gòu)均采用了導(dǎo)熱系數(shù)較高的澆注料包扎,隔熱效果都不太理想。2.2確定復(fù)合澆注料單一陶瓷纖維模塊結(jié)構(gòu)就是利用數(shù)層耐火纖維毯經(jīng)特殊加工而成的專用模塊取代傳統(tǒng)的單一澆注料結(jié)構(gòu)或二重復(fù)合結(jié)構(gòu),取消澆注料。該結(jié)構(gòu)熱震穩(wěn)定性好,安裝方便。在隔熱性能方面,由于耐火纖維毯導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于澆注料導(dǎo)熱系數(shù),其熱損失比傳統(tǒng)的水冷管包扎結(jié)構(gòu)低得多。2.3這兩種結(jié)構(gòu)的比較2.3.1種預(yù)熱熱損失計(jì)算根據(jù)使用材料種類、組合方式不同,上述兩種結(jié)構(gòu)共有三種絕熱方式。為正確評(píng)價(jià)三種絕熱方式的熱損失大小,按下列計(jì)算公式進(jìn)行理論計(jì)算。熱能從爐內(nèi)向步進(jìn)梁、柱水冷管道輻射傳熱(見圖1),其輻射傳熱量為Q1。熱量移動(dòng)可表示如下:Q1=2πri+1×4.88×ε[(273+ta100)4?(273+ti+1100)4]Q1=2πri+1×4.88×ε[(273+ta100)4-(273+ti+1100)4]又,管道內(nèi)通過(guò)冷卻水,熱量移動(dòng)有Q2=2π(ti+1?tw)∑i=1n1λilnri+1ri+1α?r1Q2=2π(ti+1-tw)∑i=1n1λilnri+1ri+1α?r1以上兩式中,tw為水溫,℃;ti為第i層內(nèi)側(cè)溫度,℃;ta為爐氣溫度,℃;λi為第i層的導(dǎo)熱系數(shù),kJ/(m·h·℃);α為管內(nèi)水流與管道內(nèi)表面間的換熱系數(shù),kJ/(m2·h·℃);ri為第i層內(nèi)半徑,m;i為1～n。在管內(nèi)熱量傳遞的公式中,換熱系數(shù)α由于管內(nèi)水流的狀態(tài)不同,向水傳熱可看作是在紊流中進(jìn)行,這時(shí),α=(0.0075+0.000093×tw)×W0.8R0.2α=(0.0075+0.000093×tw)×W0.8R0.2式中,W為水的重力速度,kg/(m2·h)(水的密度×流速)。在初始條件為爐溫:1300℃,冷卻水流速:0.1m/s,黑度:0.95時(shí),根據(jù)上述計(jì)算公式,求出三種絕熱方式(厚度均為70mm)的理論熱損失,計(jì)算結(jié)果詳見圖2所示。從圖2中可以看出,步進(jìn)梁、柱水冷管不同的包扎材料和結(jié)構(gòu)型式對(duì)水冷熱損失的影響是極大的。2.3.2模、烘爐等工序傳統(tǒng)水冷管包扎結(jié)構(gòu)中澆注料需支模、澆注、養(yǎng)生、脫模、烘爐等工序,施工所需時(shí)間長(zhǎng),需用模具多。而單一陶瓷纖維模塊結(jié)構(gòu)安裝工序簡(jiǎn)單(只有三通部分需澆注施工),大大減少施工所需時(shí)間和特殊鋼模具用量。2.4陶瓷纖維模塊根據(jù)加熱爐各部位工況條件的不同,分別采用了兩種不同材質(zhì)的陶瓷纖維:均熱段、加熱段、預(yù)熱段采用含鋯陶瓷纖維模塊,熱回收段采用高鋁陶瓷纖維模塊。3氧化鐵涂料用于復(fù)合涂料的性能2000年5月,利用熱軋2#加熱爐停爐檢修期間,首次對(duì)所研制的耐火纖維模塊和抗氧化鐵涂料進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)部位為均熱段、預(yù)熱段、熱回收段固定梁、柱和加熱段固定立柱。經(jīng)試驗(yàn)考核:使用情況良好,測(cè)試數(shù)據(jù)表明單一陶瓷纖維一重絕熱方式有明顯節(jié)能效果。工業(yè)性試驗(yàn)取得成功后,在1#加熱爐部分水冷管上安裝了一重耐火纖維隔熱結(jié)構(gòu)。4影響的測(cè)量和評(píng)估4.1冷卻水流量和冷卻水溫度2002年1月9日至1月24日,在1#加熱爐兩根采用不同絕熱結(jié)構(gòu)的水冷管安裝流量計(jì),進(jìn)行冷卻水流量和冷卻水溫度的測(cè)定。根據(jù)測(cè)定,在冷卻水進(jìn)水溫度均為24.70℃的情況下,單一陶瓷纖維一重絕熱(A)和由澆注料、陶瓷纖維毯組成的二重絕熱(B)水冷管冷卻水平均流量、出水溫度以及其累計(jì)流量見表1。4.2節(jié)能效率評(píng)估4.2.1累計(jì)流量計(jì)算按平均流量計(jì)算:(34.44-21.47)/34.44=37.7%;按累計(jì)流量計(jì)算:(12385-7620)/12385=38.5%;因此,單一陶瓷纖維模塊結(jié)構(gòu)方式比傳統(tǒng)的二重結(jié)構(gòu)方式冷卻水流量平均下降38%。4.2.2熱采用水冷管冷卻水實(shí)用法式中,Q水為冷卻水帶走熱量,kJ/h;C為冷卻水比熱,kJ/(m3·℃);t進(jìn)為冷卻水進(jìn)入加熱爐水冷管前溫度,℃;t出為冷卻水離開加熱爐水冷管前溫度,℃;M為冷卻水流量,m3/h。采用單一陶瓷纖維一重絕熱的水冷管冷卻水帶走的熱量(均按平均流量計(jì)算):Q水1=CM(t出-t進(jìn))=1000×4.185×21.47×(28.83-24.70)=371088.6kJ/h采用二重絕熱結(jié)構(gòu)的水冷管冷卻水帶走的熱量:Q水2=CM(t出-t進(jìn))=1000×4.185×34.44×(28.81-24.70)=592380.1kJ/h節(jié)能率:(Q水2-Q水1)/Q水2=(592380.1-371088.6)/592380.1=37.4%因此,采用單一陶瓷纖維一重絕熱結(jié)構(gòu)取代由澆注料、陶瓷纖維毯組成的二重絕熱結(jié)構(gòu)后,按平均流量計(jì)算,冷卻水帶走的熱量減少37.4%(按累計(jì)流量計(jì)算,冷卻水帶走的熱量減少38%)。5水冷管爐襯維修與傳統(tǒng)水冷管包扎結(jié)構(gòu)相比較,采用單一陶瓷纖維模塊結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)節(jié)能效果顯著。冷卻水帶走的熱量明顯減少。(2)新建加熱爐或現(xiàn)有加熱爐水冷管爐襯維修均可采用單一陶瓷纖維模塊結(jié)構(gòu),特別對(duì)新建加熱爐而言,可減少模具