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合理选择蓄热式加热炉的蓄热体

2012年04月01日

蓄热式加热炉常用的蓄热体有陶瓷小球和蜂窝体。蜂窝体与陶瓷小球相比有如下优点:
        一是单位体积的传热面积大,例如100n/m2蜂窝体的比表面积是15mm球的5.5倍、20mm球的7倍。在相同条件下,将等质量气体换热到同一温度时的蜂窝体体积仅为小球蓄热体的1/4~1/3,质量仅为球的1/10左右,这就意味着蜂窝体蓄热燃烧器的结构更为紧凑。
        二是蜂窝体壁薄,仅为0.5mm~1mm,透热深度小,因而蓄热、放热速度快,温度效率高,换向时间仅为30s~60s,与小球蓄热体相比换向时间大大缩短,保证了工件均匀加热。
         三是蜂窝体内格子间气流通道形状规则,气体流动顺畅,其阻力损失较小,仅为小球蓄热体的1/4~1/3。小球蓄热体气流阻力损失随流速增大而增大,其变化规律为幂函数关系,球径大其阻力变小,但蓄热室结构也要相应增大。蜂窝体由于存在较高压力的气体频繁换向,起到了吹刷通道作用,故不易产生灰尘沉积堵塞现象。
        四是因陶瓷小球具有流动性,蓄热室水平放置时上部小球稳定性差,容易发生漏球现象,而蜂窝体不会出现这种情况。
        蓄热式加热炉对蓄热体材质的要求是密度大,热导率、比热容和耐压强度高,耐高温性能、高温体积稳定性、抗高温蠕变性和耐热冲击性能良好。蓄热体一般使用高铝质材料,根据使用条件不同,也有使用莫来石质、堇青石质、刚玉质材料的。
        蓄热体在使用过程中经常出现的问题有熔化、软化、破裂、堵塞和腐蚀等,其中蓄热体材料的抗热震稳定性差具有普遍性,造成以上问题的原因主要有以下四点:
        一是煤气质量问题。煤气中粉尘和水含量高,这些含水的煤气在通过蜂窝体前同灰尘一起被粘在表面,时间一长就形成堵塞,蜂眼尺寸越小堵塞越严重。因此,不能单纯从增大蓄热体的比表面积这一点来看待蜂眼尺寸问题,要综合考虑本厂煤气质量因素。
        二是材料问题。蜂窝体长期工作在急冷急热或带有腐蚀性气体的恶劣环境中,这对蓄热体的材料提出了苛刻的要求。为了增加蓄热量,减小蓄热室的体积,须增加蓄热体的密度。但抗热震稳定性与密度在一定程度上是互相排斥的,即密度越高,抗热震稳定性一般都比较差。在使用过程中,蓄热体与气流进行热交换,一些带有腐蚀性的气体和颗粒会对蜂窝体产生不良影响。如氧化铁颗粒会降低铝硅材质的软熔温度,使蜂窝体熔化而堵死气孔;酸性气体会对蜂窝体产生腐蚀作用;微小颗粒会附着在蜂窝体表面而堵塞气体通道等。
        三是偏流问题。蓄热室内的热交换过程是在排烟阶段,烟气流经蜂窝体时将显热储存在蜂窝体中,加热蜂窝体;在燃烧阶段,空气(或煤气)流经蜂窝体时被加热,余热被重新带回炉内。在以上阶段,如果气体在蓄热室内出现偏流,经过若干次换向后容易导致蜂窝体局部高温而产生热应力。当产生的温度应力超出其承受极限时,蜂窝体就会破裂。
        四是二次燃烧问题。蓄热式燃烧系统的空气喷口和煤气喷口一般都是相互独立的,这样有利于形成炉内低氧气氛、拓展火焰边界、形成均匀的温度场、提高加热质量并减少NOx的排放。然而,对空气和煤气两股射流的速度、交角和距离的最佳值一旦处理不当则容易造成炉内局部煤气燃烧不充分而其他地方氧气还有剩余。这些烟气被吸入蓄热室时,空气和煤气会重新接触产生二次燃烧,由此产生的局部高温很容易使蜂窝体熔化失效。
 

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