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大型空气循环换热预热炉的系统改造点击：1722 日期：[ 2014-04-26 22:01:07 ] |
| 大型空气循环换热预热炉的系统改造 张建鹰 常瑞强 董建萍 李洪滨 (石家庄市热处理工艺研究所,河北石家庄 050000) 摘要：对铸管模具空气预热炉的燃烧换热系统、空气循环加热系统等进行了改造,优化设计了高效肋式换热器、热气流循环等装置, 大幅度提高了炉温的均匀性和加热效率,能耗降低30%,设备使用寿命延长。 关键词：高效换热器;气流循环装置;设备改造 中图分类号：TG155·1 文献标识码:B 文章编号:0254-6051(2009)03-0101-02 某合资公司引进德国大型离心铸管机组,其铸管 专用模具规格为:Φ(0·5~1·0)m×(6~7)m。离心浇 注前不同尺寸的管模需经240~280℃均温预热,以保 证铸造均匀性和产品质量。管模预热炉为国内厂家配 套制造,经短期试生产效果不好,铸造质量波动很大, 废品率高达50%,并且在半年后预热炉内就发生了燃 油燃气泄露,直接污染管模,导致设备无法使用。 根据委托,对预热炉设备整体性能进行了系统检 查、测试,发现喷油燃烧机组工作正常,炉温控制仪表 显示正常,管模预热工艺、时间、输送机构运行均正常。 而管模出炉后即刻实测模体温度,沿长度方向其温度 差竟高达150℃左右,严重影响离心铸造质量。经破 解设备探查,发现其燃烧换热系统、热气流循环装置、 温度检测控制装置等设计不合理,甚至存在重大缺陷, 造成了炉温极大的不均匀,影响产品质量,最终使换热 器高温变形、筒体开裂、烟气泄露,导致设备瘫痪。所以有必要对其进行重新设计和整体改造。 1 管模预热炉结构简介 该设备属于喷油燃烧空气循环换热式炉,体积较大, 外形尺寸12m×9·5m×5·5m。其工作流程见图1。 燃料油经喷油机雾化喷入燃烧室即换热器内筒燃烧,其火焰产生的1300℃左右的高温热量以辐射和 对流的方式传到内筒壁,内筒外表面以及专门设计制 造的导热筋片(又称肋片)共同以对流方式将热量传 递到换热器,内外筒之间由引风机驱动循环的高速流 动的空气流,吸收热量后的高温高速气流经由风口、风 栅、导风板进入炉膛工作室对工件进行均温加热,而后 经集风口、循环通道、回风装置返回至引风机吸风口进行强制性循环流动。炉温由热电偶检测,PID数显温 度调节仪输出控制信号,调节燃烧机的喷油量及燃烧 温度来保持设定炉温的稳定。炉体主要部分还有炉门装置、密封装置、工件输送行走装置等。系统整体设计制造良好的典型炉型可实现加热速度快、炉温均匀、工件洁净度较好的效果,适用温度300℃以下。 2 燃烧换热系统的改造 原设备采用光筒燃烧换热器,尺寸较小(Φ800mm×2000mm),无散热筋片,更致命的缺陷是没有外筒, 仅以其所处燃烧筒与炉体外壳之间的空间(4·8m× 2·4m×2m)为空气流换热通道。根据流体力学原 理:在管道内高速流动的气体,其流速随管道截面面积 的增大而减小。因而此处空气流速极低,筒体高温热 量无法被气流有效带走,换热效率低下,工作时燃烧筒壁蓄积温度长时间高达800℃以上,导致换热筒高温变形开裂,早期失效报废。原燃烧烟气排出装置为矩形管道,直线设计、途经较短,火焰燃烧后高温烟气中所含的热量未被充分利用就很快被排出,其出烟口温 度可达600~700℃,导致油耗过大,热效率降低。因 此从以下3方面进行了改造。 1)重新设计燃烧换热器 采用高效肋片式圆筒 换热器,外形尺寸Φ1000mm×3000mm,在燃烧内筒 外表面、端面、出烟口侧等基本散热面上加装足量的导 热肋片,尺寸100mm×35mm×6mm。为加强循环气 流扰动,减少通道内层流底层的热阻,采取错落间隔较 密集地布置肋片方式,最大限度地提高内筒的换热效 率。 2)加装换热器外筒 用钢板将燃烧内筒整体、排 烟管道及部分烟气出口实行仿型包覆,综合考虑循环 气流流量、流速、进出口位置,采用50~130mm为热 交换循环气流通道间隙,并在外筒体表面加设保温层。 3)将原直形烟气管道改为多排圆筒双层折返形 式 在烟气适宜的流速下,延长烟气在换热器外筒内 的经过时间,使烟气余热尽量传递给循环气流,提高炉 子热效率。同时在排烟管道,排烟柜体上布置散热肋 片,数量达千余片,并使排烟管道整体埋置于炉顶保温 层与回风管道之间。 3 热气流循环系统的改造 该设备工作室尺寸为8·7m×7m×1·4m,总容 积约85m3。热气流循环为双通道,双风机工作。炉 膛内通风口截面积原为4·1m×0·9m,双风机送风量 为30000m3/h。在传热学原理中可知,对于中低温空 气加热炉,对流给热占相当大的比例,此时强化外部给 热,提高生产效率主要通过增大对流给热量来实现。 根据空气循环加热炉的设计理论,气流速度与对 流给热系数有着密切的关系。气流速度越大,对提高 炉温均匀性越有利。由于不同炉型结构的差别,气流 途经的长短、室内或室外循环、保温层的设置和气流沿 途温度逐步下降因素以及需要加热工件的形状、大小、 薄厚等具体情况各异。采用气流循环次数能更确切地 反映炉内气流速度与炉温均匀性的关系。 循环次数越大,炉温均匀度越好。对于一般空气 循环炉炉温均匀度要求为±(3~5)℃时,循环次数应 为0·5~1·0。经过对原设计参数的验证,其炉膛工作 室的热气流循环次数≤0·1。炉温均匀性较差,由于管 模模体很长(沿气流运动方向),热气流流经工件后热 量被吸收,温降很大,导致在规定的预热时间出炉后管 模沿长度方向整体达上百度的温度误差。并且由于气 流速度慢、循环次数低,再延长保温时间或提高加热温度,对改变炉膛、工件温度的不均匀性也无济于事。 为此,对热气流循环系统采取如下的改造措施:① 在满足最大规格直径约1m的管模预热需要工况下, 将工作室有效高度压缩为1·1m,减小气流容积,以提 高循环气流速度。②重新设计了工作室进风口、导风 隔栅、导流片、集风口的最佳尺寸、形状和位置。③在 尽量满足炉温均匀性的前提下,本着高效、节能、经济 的原则,采用了Y4-73/10D风机2台,风机总风量达 到131000m3/h。此时计算得出气流循环次数为0·48 左右。可使炉温均匀性大幅度提高。④对包括引风机 在内的全套气流循环装置、管道形状、截面进行优化、低阻、高效设计。对于外界空气接触侧的管道,风机罩 壳全部加以保温层隔绝,最大限度地降低热能损耗。 ⑤对容易泄露的部位如炉门处进行了双道密封条夹紧、配合砂封槽彻底杜绝漏气的改造,对与外界相通的管模输送机构链轮、链条、沟槽处进行了最大程度地隔绝、密封和保温层处理。 4 综合改造后的效果实测 经在工作室进风口与出风口分别安装控制、监测热电偶检测:工作室内整体热气流循环温降≤5℃。炉膛温度均匀性较好。 试运行后投入正常生产,在加热温度、预热时间、机构输送速度等工艺参数不变的情况下,对预热出炉 后的管模模体使用数码点温计多点测温,沿管模6m长度方向上,最高与最低温度误差≤10℃,为保证离心铸造质量,大幅度提高成品率提供了可靠的保障,达到了设备改造的预期目标。由于燃烧换热效率的提高,单机平均燃油消耗由每小时60kg下降为40kg; 换热器筒体的工作温度降至约400℃,烟气排出温度 降为200℃左右,设备寿命显著增加,经济效益可观。 参考文献: [1]第一机械工业部第一设计院·工业炉设计手册[M]·北京:机械工 业出版社,1981· [2]电机工程手册编辑委员会·机械工程手册(第二卷)[M].北京:机 械工业出版社,1982· |
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