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在傳統(tǒng)的工業(yè)爐設計中,燃燒器的火焰速度大約為每秒幾米,當燃燒產(chǎn)物溫度在600 °C~800 °C時,爐內(nèi)對流換熱與輻射換熱各占50%;在燃燒產(chǎn)物溫度為800 ℃以上時,以輻射換熱為主;在燃燒產(chǎn)物溫度達到1 400 ℃時,輻射換熱是對流換熱的10倍,所以大部分爐窯設計中,是以輻射換熱為基礎。但是在采用高速氣體燃燒器后,即使在高溫區(qū),爐內(nèi)被強化的對流換熱在綜合換熱中所占的比重大大提高,具體說明如下:
采用普通燃燒器時,火焰速度低,燃燒產(chǎn)物在被加熱物表面的流動為層流,層流的對流換熱系數(shù)為h1-Nu*λ/d。
式中 努謝爾特數(shù)Nu=0.332Pr1/3*Re1/2;Pr為普朗特數(shù);Re為雷諾數(shù);λ為氣體的導熱系數(shù);d為流道當量直徑。
采用高速氣體燃燒器, 火焰噴射速度高(100 m/s~300 m/s),被加熱體表面流動以紊流為主,紊流附面層局部放熱系數(shù)為h2=Nu*λ/d。式中Nu=Pr1/3(0.036Re0.8-836)
設加熱爐內(nèi)腔尺寸為6.45m×2.3m×2.9m,燃燒產(chǎn)物溫度為1 790 ℃,被加熱體溫度為900 ℃。
采用普通燃燒器,燃燒產(chǎn)物流速為5 m/s時,燃燒產(chǎn)物與被加熱體表面之間的對流換熱比熱流為q1=h1(tg-tw)=2671X4.18kJ/h*m2。
采用高速氣體燃燒器,燃燒產(chǎn)物流速為150 m/s時,燃燒產(chǎn)物與被加熱體表面之間的對流換熱比熱流為q2=h2(tg-tw)=10685X4.18kJ/h*m2。q2是q1的4倍。
國外曾就輻射加熱爐和高速對流加熱爐進行過比較試驗,在0 ℃~1 200 ℃的加熱過程中,輻射加熱爐所需加熱時間是高速對流加熱爐的6倍,在750 ℃~1 200 ℃的加熱過程中,輻射加熱爐所需加熱時間是高速對流加熱爐的10倍。
1980年,國內(nèi)引進高速氣體燃燒器在井式加熱爐上進行技術改造,原有的輻射加熱爐從0 ℃~650 ℃升溫需要24 h,而采用了高速氣體燃燒器的加熱爐從0 ℃~650 ℃升溫只需4 h,并且燃料消耗量也由于采用了高速氣體燃燒器可以節(jié)省25%~30%。在油田,用高速氣體燃燒器改造成三合一加熱爐,加熱效率提高了1倍,而燃料消耗量節(jié)約了20%。
高速氣體燃燒器的燃燒產(chǎn)物高速沖進加熱爐內(nèi),攪動多倍的爐內(nèi)氣體隨之摻混,可以大大提高爐內(nèi)溫度均勻度。國外一家工廠用高速氣體燃燒器改造加熱爐后,爐內(nèi)溫度均勻度可由±15 ℃提高到±2 ℃。國內(nèi)井式加熱爐采用高速氣體燃燒器后,爐溫均勻度達到±7 ℃。
此時,可以使各個回路水溫偏差控制在10攝氏度以內(nèi)。改裝后熱水鍋爐受熱管內(nèi)必須保持一定水流速度,以保證受熱管冷卻,防止氧腐蝕和水中雜質(zhì)沉積。對于下行受熱管更該保持足夠水速。改裝后,盡量減少水在鍋筒內(nèi)停滯區(qū),特別是在鍋筒端部,否則容易造成氧腐蝕,為了能夠及時排除水中析氣體,當在鍋爐各個回路高點設置排氣閥。余熱鍋爐停爐以及啟動過程一直都是具有不穩(wěn)定性過程,由于燒結余熱鍋爐自身工況變化就很復雜,其工況變化存在著各樣矛盾,比如說:燒結余熱鍋爐在運行過程中各個部位溫度以及壓力都在產(chǎn)生著時刻性變化。我們可以將燒結余熱鍋爐調(diào)節(jié)都歸結成為燒結余熱鍋爐煙氣流速調(diào)節(jié)以及燒結余熱鍋爐煙氣量調(diào)節(jié)這兩種,這二者都是通過將燒結余熱鍋爐入煙氣閥門開度改變,將煙氣放散閥門開度、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速進行改變來將其實現(xiàn)。要求我們對燒結余熱鍋爐煙氣流速進行一定調(diào)節(jié),煙氣流速不能太小,因就在于燒結余熱鍋爐煙道里面換熱主要是將煙氣和受熱面之間對流換熱作為主要,燒結余熱鍋爐煙氣流速如果太小,其對流換熱效果也。
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