蓄热体讲义.doc

蓄热体讲义-强大的热工知识数值模拟假设条件高温空气或煤气燃烧的蜂窝型蓄热体采用方孔蜂窝体砌筑而成。蓄热体的操作周期由加热期和冷却期组成，如图一所示，在加热期，流过格孔的高温烟气将热量传递给蜂窝体；在冷却期，低温的空气或煤气以相反的方向流过孔格并获得热量。在高温气体燃烧过程中，蓄热体及流体的温度周期性随时间而变化。假设条件：各孔格内传热相同，忽略蓄热室内的辐射换热和热损失；流体的热物理性参数恒定不变；蓄热体具有各向同性热特型，其比热是一个关于温度的多项式；蓄热介质的表面积及质量分布均匀；烟气与空气或煤气的入口速度及温度在横截面上的分布均匀，且不随时间变化；不考虑空气与烟气物性的差异对蓄热体特性的影响。蓄热体条件，壁厚0.5mm，蜂窝体单元间距3mm,蓄热体室长度为600mm，每相邻四个格孔的中心线围成一个正方形区域。以该区域和延蓄热室长度方向的三维空间的蓄热体作为计算。采用非均匀网格划分计算区域。进口采用Dirichlet条件，直接设定进口速度，在一个工作周期中加热和冷却两个阶段具有相同的质量流量，但由于冷热气体的温度差异，使得它们的进口速度差别很大。结合现场实际加热期烟气入口温度为1500K,冷却期入口温度为305K，还有相应流速和压力。1、蜂窝体内的流体流动与换热特征计算表明，蜂窝体横截面上的气体的温度与速度具有相似分布，工况2种加热期，温度与速度在蜂窝体中心处横截面上的等值线分布图见3，它们的最大值都位于通道中心处，而靠近壁面处等温线和等速线的分布较密，通道中心处和靠近壁面处的温度相差很大，靠近壁面的流体流速很小，说明蓄热体壁面和气体间的换热强烈，狭长的格孔通道对流动和换热有较大的影响。流体经过阻力损失最小的地方，流速越大，但换热越不强烈，反之2、换向时间对蓄热效果的影响通常用蓄热体的温度效率E和余热回收率来评价蓄热体的换热性能：E=（ta1ta0）（tf0ta0 ） =Ga(Cp,ata1Cp,ata0)Gftf0Cp,f式中，ta0，ta1分别为空气进口及出口温度，tf0为高温烟气的进口温度，Ga，Gf分别为空气及烟气的质量流量，Cp，a为空气的比热，Cp，f为烟气的比热。以上定义表明，对于确定的供气条件，蓄热气体的出口温度ta1越高，则温度效率和余热回收率越大，说明蓄热体的换热性能越好。由于蓄热体的蓄热能力是一定的，随着过程的不断进行，蓄热体热量将不断发生变化，使得气体的出口温度不断。如图4所示，一个周期内加热蓄热体出口处烟气温度和冷却期空气出口温度随时间的变化情况。随着时间的增加，在加热期，烟气排放温度逐渐上升，冷却期空气出口温度逐渐降低，蓄热体的温度效率下降，热回收率降低。因此为获得较高的热回收率，确定合适的换向时间是非常重要的，蓄热体在具体的条件下，存在一个最佳换向时间，若实际换向时间过长，烟气余热得不到充分回收，表现为排烟温度升高；若换向时间过短，蓄热体得不到充分加热，难以获得较好的余热效果，表现为气体预热温度降低。3气体流速对换热效果的影响对于不同流速的气体，其温度曲线有较大差别。流速越高，烟气出口温度越高。这是因为，高的流速增加了气体的质量流量，单位时间内带入体系的热量相应增加，而蓄热体的蓄热能力是一定的，烟气的热量来不及被充分吸收即随高速气流排出体系外，使余热回收率降低。因此，在实际应用过程中，要充分考虑气体流速对换热效果的影响，组织合理的燃烧制度和换向制度，避免出现烟气温度出口温度过高和气体蓄热程度不够的现象。4总结：（1）蜂窝体横截面上的气体的温度与速度具有相似的分布，它们的最大值位于通道中心处，靠近壁面处等温线和等速线的分布都较密，蓄热体壁面和气体间的换热强烈，狭长的格孔通道对流动和换热有较大影响。（2）换向时间对蓄热体的热工特性有较大影响。换向时间越长，烟气出口温度越高，蓄热室的温度效率和热回收效率越低。（3）气体流速对蓄热体的热工特性有一定影响。气体的流速越高，烟气出口温度越高，余热回收率越低。引风机的能力根据烟气量和烟气流路的系统阻力确定，所以正确确定烟气流经换向阀和蓄热室时的阻力也是很重要。5、蓄热体格孔壁面应力特性蓄热体在使用中，由于格孔孔壁双面受热或冷却，除受温度作用外，还受各种应力作用，很容易遭受破坏，造成蓄热体损坏的因素很多，如高温空气和燃烧产物的化学作用、温度急变和热膨胀等物理作用以及气流冲刷和高温荷重等机械作用等。上述各种因素往往同时存在，但是对于某一特定的工作环境，必有一个主要原因。经过对生产现场被替换的蓄热体进行研究，发现大部分蜂窝体单元出现不同程度的裂纹和剥落。显然，脆性应力破裂时造成这一问题的主要原因。通过计算研究，无论是加热期还是冷却期，蜂窝体格孔壁面主要受到法线方向的应力作用，其切向和轴向所受应力分别不到法向应力的1/200和万分之一。加热期应力指向壁面，对蓄热体孔壁产生积压，表现为挤压应力；冷却期壁面受力方向指向流体，对壁面产生拉拽，表现为拉应力，显然，如果蓄热体的壁面所受应力大于其所能承受的最大应力，将导致应力脆裂，频繁的蓄热和释热过程变换，使得蓄热体格孔壁面交替地受到拉应力和挤压应力的作用。流体的流速越大，应力变化越大；换向时间越短，蓄热体受到拉应力和挤压应力交替作用的影响越大。蓄热体损坏人为问题：主要是安装过程中，在蓄热体最上一层有空隙，导致大部分流体通过空隙，根据上面的原理可以知道此处通过的是流体的最大流速（因为流体将沿着流体阻力损失最小的地方流过）。解决办法：1、安装时，尽量将蓄热体填满且缝隙要小；2、如果有缝隙，将契形砖塞致此处，或将高铝砖切成空隙尺寸将之塞实。 蓄热体损坏设计问题：主要是蓄热箱与管道接口处偏置造成的，即理论上的偏流现象解决办法：在接口处放置分流板。期待需要解决的问题：1、陶瓷蜂窝体的堵塞问题拆开蓄热室后盲板，发现蓄热体除了损坏外，格孔经常被黑色物质或红色物质堵塞，经过分析认为：红色是高炉煤气带来的粉尘，黑色为氧化铁皮颗粒物主要是引风机抽烟气时带入的，要解决这种问题，目前国内还没有专门的解决办法，但是粉尘只能通过高炉去解决，黑色物质要考虑蓄热体的抗渣性能。2、蓄热体的更换方便问题，主要是考虑在线更换，安全和速度问题水冷钢结构加热炉点火操作项目 操作步骤 说明一、点火前的准备工作 1.1炉内应具备的条件1.1.1炉底水梁、立柱及耐热垫块、包扎层、炉顶、炉墙、炉底均施工完毕，经检查合格。1.1.2炉膛内杂物清扫干净，并把烧嘴砖孔及各测温孔内的异物清除，保证畅通。1.1.3浇注用的所有模具全部拆除。1.2炉子外围设备应具备的条件1.2.1空、煤气及废气管路安装完毕，并符合国家管道施工质量验收标准。核对各阀门的型号、安装方向及开关位置是否正确。1.2.2鼓、引风机通过调试运转，且进、出口风门已调整完毕,处于随时即可工作的状态。1.2.3废气管路保证严密畅通，烟气调节阀门升降灵活。1.2.4燃烧自动调节装置、燃烧安全装置、冷却水等有关的热工仪表及设备等电气、仪表系统都已调整完毕，进入工作状态，各控制回路置于“手动”状态。1.2.5炉内水梁系统试压合格，并具备投入运行条件。1.2.6炉头、炉尾及水梁，炉内水梁、立柱、水封槽，仪表设备的水冷系统已通水；水量调整完毕1.2.7炉体钢结构焊接、安装完毕，且达到国家安装施工规范验收标准。1.2.8煤气泄露报警装置完备。1.2.9液压系统冲洗、循环，并达到设计要求。1.2.10步进梁系统跑偏试验完成，且步进系统正常。1.2.11装、出钢机调试完毕，并达到要求。1.2.12出料辊道、入炉辊道、返回辊道、称重装置、测长、测宽装置安装，并调试完毕，且达到设计要求。1.2.13炉子的装料炉门,出料炉门都已调整完毕,处于待工作状态。1.2.14烘炉设备安装完毕。1.2.15管理人员、操作人员培训到岗，并且职责明确。 大小炉门确认全部关闭二、燃烧空气系统的点火准备 2.1鼓风机起动前的检查:2.1.1、手动全开出料炉门。2.1.2、手动全开装料炉门。2.1.3、与燃烧有关的计器装置控制回路通电,并确认各报警设定值正常。2.1.4、鼓风机的进口、出口风门全关。2.1.5、炉子每段的气动调节阀全关。2.1.6、炉子放散阀全关 现场手动 2.2 鼓风机的起动:2.2.1、与电气联系,电源送电,电压正常。2.2.2、在HMI画面上选择，确认进出口风门全关，风门操作方式为“就地” 2.2.3、按起动按钮。风机起动后（在关闭鼓风机入口调节阀的情况下启动，工作正常后打开），要注意电流，当转速达恒定时，电流要稳定到一定值。将风机现场操作箱选择为“远程”2.2.4、在操作室内，先全开出口风门，再慢慢打开进口风门，调节时注意风机电流波动不应太大。2.2.5、 启动空气引风机（在关闭引风机入口调节阀的情况下启动，随后把它的开度打到10），打开四个空气废气支管后的废气调节阀，开度为20。2.2.6、 将空气换向阀置于“定时换向”状态，换向时间为3分钟左右。2.2.7、注意风机轴承温度。1小时后，轴承温度应该稳定下来。否则要检查原因。2.3助燃风机的停止及注意事项：2.3.1、在HMI画面上将风机入口风门执行机构全关，然后关闭出口风门调节阀。2.3.2、将风机操作方式选择为“就地”操作。2.3.3、在现场操作盘上按“停止”按钮。确认“停止”的红灯亮。 确认风机轴承润滑的情况。检查风机声音及振动。三、煤气系统的点火准备 3.1点火前转炉煤气管路的吹扫和放散煤气管道上的任何作业必须遵循GB6222-86工业企业煤气安全规程。在煤气管道的检漏与打压试验完成后进行煤气管道的吹扫和放散工作。3.1.1吹扫和放散工作开始前，首先需确认以下事项是否已准备好： a. 确认炉区煤气管路系统中的所有盲板已拆除。 b. 确认煤气已送到车间煤气总管的第一道开闭阀前。 c. 确认氮气已送到车间转炉煤气总管氮气接管的阀前。 d. 确认煤气点火烧嘴前煤气支管上的密封蝶阀关闭。e. 除放散总管上的放散阀开启外，其余放散阀全部关闭。 f.关闭各取样管及排水管的阀门。3.1.2 转炉煤气管路的吹扫和放散 按下述步骤进行：a. 关闭点火管路煤气总管上2个阀门。b. 打开点火管路煤气管道末端的6个放散阀，总放散阀开启。c. 打开DN40氮气阀，通入氮气对点火煤气管线进行吹扫。e. 约过15分钟后关闭氮气阀，接着关闭6个放散阀，吹扫放散完毕。f. 从煤气总管最低点及炉子两侧集管最低点放出管道内残存水。每根放水管上设上、下两个截止阀,先开上面的阀,让水流下来,然后关闭此阀,再开下面的阀,将水放完后关闭。3.2各点火烧嘴前转炉煤气的输送吹扫、放散完成后，即可开始往炉子各点火烧嘴前送煤气。a. 确认点火烧嘴前的煤气密封蝶阀关闭，取样管阀门关闭，6个放散阀打开，总放散阀打开。b. 开启点火管路的煤气总管2个阀门后开始送气，约过15分钟，在末端取样管取样进行燃烧试验。共取样三次，做爆发试验，试验合格后，即可关闭放散阀，此时转炉煤气已通到各烧嘴的煤气密封蝶阀前，送气工作完成，转炉煤气系统处于待用状态。 四、点火升温操作 全炉共8个点火烧嘴，具体操作如下：a.打开所有点火烧嘴前的空气蝶阀（共8个）， b. 启动点火系统，开鼓风机（在关闭鼓风机入口调节阀的情况下启动，工作正常后打开）。c. 启动空气引风机（在关闭引风机入口调节阀的情况下启动，随后把它的开度打到10），打开四个空气废气支管后的废气调节阀，开度为20。d. 将空气换向阀置于“定时换向”状态，换向时间为3分钟左右。e. 将火把伸到一个点火烧嘴附近，先缓慢打开煤气蝶阀，再慢慢打开空气蝶阀，确认点燃并能传火，则逐渐开大阀门。 f. 如煤气未着火，应立即关断煤气密封蝶阀，打开空气蝶阀吹风，查出未着火原因，并采取相应措施后重复以上 e动作。g. 确认煤气点着后，依次点燃其余的点火烧嘴。h. 如需要加大点火煤气烧嘴的热负荷，可调整煤气密封蝶阀，加大煤气流量，同时按比例加大点火空气管路蝶阀的开度，使煤气火焰呈淡兰色。i.及时调整转炉煤气烧嘴的供热负荷，使炉子按烘炉曲线升温。j.烘炉过程中，通过调节空气引风机前的入口风门的开度，控制炉压为+10Pa左右。调节各段空气废气调节阀，使各段废气温度基本一致。 如爆发试验不合格要继续进行煤气放散,直到合格为止。五、蓄热式燃烧系统的预热及投入准备工作 当炉温升至400后，蓄热式燃烧系统随着烘炉的继续进入预热阶段，在该系统运转前，要做好以下准备工作：a. 确认高炉煤气总管密封蝶阀和蓄热式煤气烧嘴前的密封蝶阀关闭。b.当空气废气阀后测量的废气温度有一个达到150时，打开各段空气流量电动调节阀向空气分配管送风，开度为15。c.炉温接近700时，开始进行煤气管路的吹扫放散，但煤气点火烧嘴不停，空气换向阀一直工作。 六、高炉煤气管路的吹扫、放散和送气 6.1高炉煤气管路的吹扫和放散须按下述步骤进行：a. 高炉煤气总管上的快切阀和各段煤气分配管上的电动流量调节阀处于全开位置。各段蓄热式烧嘴前的金属硬密封蝶阀全关，煤气三通换向阀置于废气侧，所有的煤气侧废气调节阀关闭。b.打开炉子各段煤气分配管末端的放散阀。c.打开DN40氮气阀，通入氮气对高炉煤气管线进行吹扫。d.约过三十分钟后关闭放散总管上的阀门。再打开煤气侧废气管路上的所有阀门，全开引风机入口调节阀，煤气三通换向阀置于煤气侧，继续吹扫十分钟后将它们全部关闭。6.2送高炉煤气a. 确认高炉煤气总管上的快切阀、密封蝶阀和炉子各段煤气分配管路上的调节阀全开，废气调节阀关闭，煤气换向阀置于废气侧。所有蓄热式烧嘴前的煤气密封蝶阀关闭，取样管阀门关闭，高炉煤气管路的各放散阀打开。b.开始往炉前送高炉煤气：开启总管上的密封碟阀，约过20分钟，在分配管末端的取样管取样进行燃烧试验。共取样三次，试验合格后，关闭所有放散阀，高炉煤气已通到各蓄热式烧嘴的煤气密封蝶阀前，送高炉煤气完成，煤气系统处于待用状态。 七、蓄热式燃烧系统的投入 炉温达到800后，蓄热式燃烧系统准备投入，投入的顺序是均热段、第三加热段、第二加热段、第一加热段。71 此时要保证仪表系统已进入工作状态，各控制回路置于“手动”。煤气换向系统已处于待机状态。72 启动煤气引风机（在关闭引风机入口调节阀的情况下启动，工作正常后把它的开度打到10）。7.3 均热段高炉煤气的点燃步骤是：a. 均热段煤气换向阀开始运转,并将该段的空气、煤气换向阀置于”单动”状态。b. 将均热段烧嘴煤气支管前的密封蝶阀缓慢打开，再缓慢打开空气蝶阀，直至点燃并燃烧正常。c. 将均热段废气调节阀门打开50，接着打开均热段煤气流量调节阀，开度为20。随即再打开煤气引风机前的风门，开度为20。通过均热段的空气、煤气流量调节阀调节煤气、空气比例为1：0.6，并根据火焰燃烧情况及时给与调整。在正常燃烧3分钟后，在“单动”方式下人工换向，换向周期为1分钟。在人工换向35次后，确认换向燃烧正常，即改为自动换向，空气、煤气换向阀的换向周期为1分钟7.4 均热段燃烧正常后，用与其同样的步骤依次起动第三加热段、第二加热段和第一加热段的燃烧。7.5 在全炉启动完毕后，通过调节空气、煤气流量调节阀，确保正常的炉温和空燃比；通过调节各段的废气阀的开度，保证各段的排烟温度大致相等且小于160，炉压保持在1525Pa之间。7.6 蓄热式烧嘴燃烧状况完全正常，并在炉温达到850以上后，关闭点火烧嘴前的空、煤气阀门。7.6 炉膛降温后的处理：因各种原因使炉温降至800时，应重新通入点火煤气，点燃点火烧嘴，详细操作与2.4相同 八、自动控制系统的投入 a 将空气压力调节和煤气压力调节置为“自动”方式。b 将炉压控制置为“自动”方式。通过两个引风机前废气管路上的调节阀门联动对炉压进行调节。如果炉压在1525Pa时，废气温度超过上限值185，则缩短换向时间。如果低于下限值80，则延长换向时间。c 投入其他自动控制回路，全炉进入正常工作状态 九、加热操作 a 当炉子升温至工艺要求时，炉子即可进入正常生产运行，根据设定的炉温，由自动控制系统控制煤气、空气流量及炉膛压力，必要时也可采取手动操作。b 正常生产时的炉温设定值范围如下（暂定值）：第一加热段 第二加热段 均热段 10001100 11001200 10501250 第三加热段根据钢质及产量调整可以 根据料坯与产量要求在 上述范围内调整设定值。c 炉压的控制值为+20Pa。炉压受引风机前入口风门开度的影响。在自动方式操作时，通过调节引风机前的入口风门的开度自动控制各段炉压。在手动操作时，远程手控入口风门开度。d正常生产时，换向阀的控制方式为“定时换向”。换向周期在4580s的范围内可调。换向阀出口废气测量温度的正常值为80185。e煤气量和空气量调节时，应根据煤气热值的变化调整空气过剩系数在1.051.2之间。 十、安全报警处置措施 10.1煤气总管压力低下压力低下报警值： 2500Pa （暂定值）压力超低下报警值： 2000Pa （暂定值）a.压力低下报警时，操作员应首先检查报警装置是否正常，并作好其它处置作业的准备。b.压力超低报警时，控制系统自动切断煤气，操作员应立即关停蓄热式燃烧系统煤气引风机，随后即关停空气引风机，接着关闭废气总管上的风门。c. 控制系统置于“手动”方式，各段的空气流量调节阀关到20%开度。d.炉温降至600以下时，关闭所有煤气蓄热器前的密封蝶阀。e.煤气压力恢复后，打开煤气总管的紧急切断阀，视炉温情况，按上述升温操作投入燃烧系统。10.2空气总管压力低下压力低下报警值： 4000Pa （暂定值）压力超低下报警值： 3000Pa （暂定值）压力低下报警时，操作员应首先检查报警装置是否正常，并作好其它处置作业的准备。压力超低下报警时，控制系统自动切断煤气，操作员应按煤气总管压力低下中所述进行处置。若是风机断电并在短时不能恢复，则实施停炉作业。10.3引风机断电：引风机断电时，将自动切断煤气。操作员应按照上述所述进行处置。引风机供电恢复后，视炉温情况，按前面所述步骤恢复向炉子供热。10.4换向阀不到位：换向阀上装有上下位接近开关，接近开关发出的信号接指示灯和报警系统。当电磁阀在一次得电6秒而接近开关不发出信号，就发出报警。当换向阀不到位报警时，操作员应首先关闭该阀前的金属硬密封蝶阀，然后检查接近开关发讯器、换向阀动作机构等。经查明原因，排除故障后，视炉温情况，如果低于800，按上述炉子升温操作程序，使炉子继续升温。 如果在短期内不能排除故障，则实施停炉作业。换向阀后废气温度超过上限设定值185时即发出报警，这时应适当关小该段烟气调节阀，直至该段的废气温度低于185。 十一、停炉操作 当炉子需要短期停炉时，进行以下操作：a、关闭各段的煤气调节阀，各段空气调节阀关小到20开度。b、关闭煤气总管密封蝶阀。c、关停煤、空气引风机和废气总阀。d、关闭各煤气蓄热器前的密封蝶阀。e、开氮气对煤气管路进行吹扫。f、当炉温降至400时，关停鼓风机。g、关闭换向控制系统电源。h、关闭仪表控制系统电源。 烧嘴熄火时，空气阀要留有一定的输出量，保护烧嘴一般全炉熄火后24小时后可开装出料炉门十二、炉内铁皮清理及检查时的注意事项 121 准备工作12.1.1 确认项目：a、炉子全部熄火。b、装料门，出料门全开。c、炉压挡板全开。d、煤气放散完毕，眼睛阀全关。e、有关设备的电源切断，挂“有人工作不许操作”的安全牌。f、确认出炉门及入孔已打开。g、有关工具准备。12.1.2 炉内外照明安装12.1.3在炉底开口部装好盖子，减少铁皮及杂物掉入水封槽内。12.1.4 将出料门及装料门固定在全开位置12.2 清理铁皮的注意事项：12.2.1 清理铁皮过程中，注意不要碰撞各下部段电偶，以免热电偶保护管破裂。12.2.2 注意尽量不使铁皮掉入开口部。12.2.3特别要避免炉内大块耐火材料，铁桶等杂物掉入开口部。12.3 清理铁皮后的检查确认：12.3.1 每个开口部检查，是否有大块的杂物，如有要想办法清除干净。12.3.2 炉子使用前，要进行步进梁试运转，判断水封槽内是否有大块杂物。如有，要再次检查，取出。12.3.3 步进梁试运转后，要对水封槽的密封性 进行检查，发现漏风处要进行处理。 最好在3天以上如前后辊道、步进梁、抽钢机、炉门、长行程装钢机等。铁桶、铁锹、风镐、钢纤、渣斗等。技术要求： 1.图上标高以出炉辊道上表面标高+800为基准。 2.本图与SW107DL-01-0312炉体总图共阅。 3.炉子砌筑按国标GBJ211-87有关规定进行. 4.炉墙,炉底胀缝的留设:垂直膨胀缝从炉墙拐角处1米远开始,