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全氢罩式炉系统热平衡系统诊断与改进点击：1753 日期：[ 2014-04-26 21:35:42 ] |
| 全氢罩式炉系统热平衡系统诊断与改进 寇汉萍 (武钢科学技术协会,湖北武汉430080) 摘 要:针对在全氢罩式炉改造试生产过程中,出现废气排放不畅引发安全隐患的问题,在对全氢炉热平衡系统进行重新理论计算、诊断评估基础上,提出并实施了技术改进方案,达到了提高加热效率、消除安全隐患的预期效果。在其后的全氢炉国产化自主研发项目中沿用了该技改方案,进一步验证了该方案的实用性和拓展性。 关键词:全氢罩式炉;排烟系统;诊断与改进 中图分类号:TG155.1 文献标识码:B 文章编号:1008-4371(2010)04-0034-04 在冷轧全氢罩式炉改造试生产过程中,排废系统因燃烧废气排放不畅出现加热效率降低影响产能,因排放温度过高引发液压软管漏油燃烧的安全隐患,为此,通过对全氢炉退火燃烧、排放和系统传热传质过程进行研究与诊断,制定改进排放、适当增加环室空气摄入量、平衡废气道流量压力、增加废气风机能力等综合措施,排除了安全隐患,保证了热能的正常发挥。 1·全氢罩式炉排烟系统简析 罩式炉炉区60座炉台分为4组,由大小炉区独立分开,每6个相邻炉台设置1组废气排放支管,大小炉区各支管分别集中到各排废主管,见图1。 2·影响废气排出因素简析与计算 2.1 废气估算量与风机标定量 通过查阅现场生产记录数据,得到吨钢煤气均耗(以标准单位计)80 m3/t;平均加热时间27.03 h;年平均装炉量133 t;空气消耗系数1.1,表1为煤气取样分析结果。根据煤气成分计算,理论空气量(以标准单位计)为1.76 m3/m3,燃烧烟气量(以标准单位计)为2.88 m3/m3,钢卷装载量为133 t/炉,平均处理时间为27.03 h,则每台罩式炉单位时间的平均烟气量(以标准单位计)Q1为1 133.67 m3/h。取换热器出口管道内烟气温度的平均值为450℃,根据气体状态方程PQ=nRT,可得换热器出口管道内的烟气流量Q2,根据不同温度、不同加热罩工作数量以及考虑1.2倍风量富裕系数情况下,可计算出大小炉区的废气排出量,见表2。 但实际表现却是风机能力不足,原因在于以上计算是基于风机铭牌表述的假定,而近20年风机的运行,会使叶片疲劳应变,使风机特性曲线偏移,性能大幅下滑,使之达不到设计能力;另外,系统风量调节不当、排放管线过长、折弯过多以及后叙的各大因素都是造成车间环境超温所不能忽略的因素。 2.2 系统风量平衡调节的要素分析 风量的合理分配与平衡是风力有效利用的关键,平衡调节不当,同样可使局部风量不足,热气流外溢,造成局部超温。蝶阀开度、环隙高度、管道布局、风机安装位置也是影响系统风量平衡的重要因数。 2.2.1 蝶阀开度对风量的影响 利用相关公式,在蝶阀开度分别为90°、75°和60°时,对速度场和温度场进行了数值模拟。模拟区域由3部分组成:换热器出口的一段管道、环隙、整个排烟管,在排烟管中装有一蝶阀。在被模拟区域的进口、出口条件相同时,从图2的速度矢量图上可以看出,随着蝶阀开度的减小,气体流动阻力增加,风量减少;而由图3的等温线分布可以看出,随着蝶阀开度的减小,等温线偏移,气外溢可能性增加,环境可能升温。 2.2.2 环隙高度对风量的影响 蝶阀开度为90°,在模拟区域的进口、出口条件相同的条件下,分别对环隙高度为100 mm、50mm和10 mm时的温度场进行数值模拟,结果如图4所示,可以看出,在蝶阀开度不变的情况下,在一定范围内,环隙高度越高,空气渗入量起到的降温效果越好,废气排出温度越低,所以,在排除能力足够的前提下,应尽量抬高环隙高度。 2.2.3 系统管道布置对抽风量的影响 对于图1废气排烟系统中的并联管路,当各分支管路的管段几何尺寸、局部构件确定后,按照节点间各分支管路的阻力损失相等来分配各支管上的流量,阻力大的支管流量小,阻力小的支管流量大,可用如下公式表示。 利用式(1)和式(2)得到各炉台在排烟管内的风量。图5为各支管的风量占系统总抽风量的百分数,从中可以看出,各支管风量分布不平衡,最大风量为最小风量的1.7倍。图6为同一支管上3个罩式炉台抽风量分别占支管总风量的百分数,从中可以看出,距离主风管越远的罩式炉,其抽风量越小,最大抽风量为最小抽风量的3.6倍。 3·改进方案 通过对冷轧全氢罩式炉大、小炉区的测量、计算、模拟和分析,得到如下结论。 3.1 风机整改 1)计算测量显示,大、小炉区废气风机设定总量基本满足系统抽排要求;2)大炉区55 kW废气风机出口管道断面偏小、压头大、风机负荷过大,大炉区30 kW废气风机出口管道断面较大,压头小,风机负荷尚有富裕。 因此,制定2套风机改进方案:第1套是调换55 kW和30 kW引风机的安装位置;第2套方案是对55 kW风机的出口管道进行改造,增加其断面面积,同时,将30 kW废气风机换成功率较大风机。由于受现场空间与生产条件限制,选用第2套方案。 3.2 翻板改进 现场检查发现许多炉台加热罩废气翻板卡滞,变形;部分加热罩上的插杆因弯曲变形致使翻板不能压到正确位置;为了保证各排烟通道风量均匀,必须保证排烟管道翻板阀门的开闭正确。因此,对国外原设计翻板结构进行了改造,取消插杆,增加一个杠杆机构,将插杆式翻板开闭改为杠杆式翻板开闭机构,改进前后的机构示意图如图7所示。 3.3 环隙改进与调整 流速场和温度场模拟表明,环隙越小,烟气外溢越小,排烟温度越高,调整环隙可以调整环隙区域温度。原排烟管上的环隙为设计固定高度,现在烟管外加装一个可调节的套环,根据换热器、烧嘴、风机状况不同,可调整不同的环隙高度,以控制掺风量来保证加热罩附近的环境温度。 3.4 增加流量调节隔珊 阻力平衡计算与测量结果表明,各排烟管内各段气体温度不同,不同支管,离风机越近,抽量越大;同一支管,离主风管越近抽量越大。依据计算及现场测试,在排烟管道上安装插板,通过增加流量调节隔珊来调整距离与风压及流量的平衡。 4·结 语 通过对以上改进方案的实施,很好地解决了排烟管内烟气温度过高的问题,使得排烟管周围地板温度平均降低10℃以上;排烟管环隙处烟气外溢现象得到有效控制,保护了罩式炉区域液压系统的正常工作,同时,将该方案运用到2007年自主研发的“武钢氮氢罩式炉全氢化改造”中,同样取得了良好的效果。 [参考文献] [1]林 林,张欣欣,左 燚,等.全氢罩式退火炉退火热过程的研究(Ⅱ)———对流换热系数和钢卷径向等效换热系数的分析[J].北京科技大学学报,2003,25(3):254-257. |
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