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    碳化硅質陶瓷換熱器在高溫煙氣余熱利用節能改造的探討


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    臺車式鍛造加熱窯爐是鍛壓工序的重點耗能設備,使用的主要燃料為焦爐煤氣,其耗量占公司煤氣消耗總量的70%。為降低加熱爐的能耗,近兩年來,進行了多次節能改造:首先,結合爐窯的大修,進行全纖維內襯及蓄熱式改造;其次,采用計算機控制技術,提高控制精度;再次,針對高溫煙氣余熱的回收利用,探索適用于高溫煙氣的空氣預熱器。經以上幾個方面的改造,取得了顯著的節能效果。因全纖維內襯或蓄熱式改造所需費用較高,且對爐型的改造量大,只能結合大中修進行;對于一些不到大修期的爐窯,對其進行空氣預熱器的節能改造,經濟效益十分顯著。

      1、存在的問題

      鍛造加熱爐爐溫高達1300℃,排煙溫度在900℃以上,過去使用的空氣預熱器材質為不銹鋼。不銹鋼材質在高溫環境中,長期處于氧化氣氛會氧化,在煙氣的沖刷下剝落,使得金屬管變薄,出現燒毀、彎曲變形的情況,使用壽命短。所以在實際使用時不得不在換熱器前增加冷風裝置,將高溫煙氣降溫后再經過空氣預熱器,造成了高溫煙氣熱量的大量損失,空氣只能預熱到300℃以下,不能充分回收利用鍛造加熱爐余熱,造成鍛造加熱爐熱效率偏低。

      2、改造方案分析

      2.1余熱回收方式對比

      煙氣余熱回收通常采用三種方法:一是預熱工件;二是預熱助燃空氣;三是預熱煤氣。煙氣預熱工件需占用較大空間進行熱交換,往往受到作業場地的限制(間歇生產的臺車式爐窯還無法采用此種方法)。而預熱煤氣不需要使用如此高溫的煙氣,且出于安全性考慮,暫不實施。預熱助燃空氣是一種較好的方法,加熱爐上一般都有安裝,可提高燃料的理論燃燒溫度、改善燃燒條件及提高燃燒氣體的速度,從而達到節能的目的。

      2.2空氣預熱器選擇

      在空氣預熱器的選擇方面,經大量的市場調研,與多家預熱器制造廠家進行技術交流,**終選擇了碳化硅質陶瓷換熱器。與金屬換熱器相比,碳化硅質陶瓷換熱器具有耐腐蝕、耐高溫等特點,在金屬換熱器使用受限的情況下得到了很好的發展,成為回收高溫余熱的新型換熱器。改造兩年多來,碳化硅質陶瓷換熱器使用效果良好,主要優點是:導熱性、抗氧化性、抗熱震性能好,高溫狀態下強度高,壽命長,維修量小,性能穩定,操作簡便等。尤其解決了各種高溫工業窯爐排煙溫度過高、余熱無法有效利用的難題。碳化硅質陶瓷換熱器與金屬換熱器性能對比:

      (1)耐高溫。碳化硅質陶瓷換熱器使用溫度為1350℃~1450℃;金屬換熱器使用溫度為700℃。

      (2)使用環境。碳化硅質陶瓷換熱器在1350℃條件下可長期使用,不需要高溫保護;在煙氣溫度高于700℃時,金屬換熱器就必須摻入或鼓入冷風進行高溫保護。

      (3)使用壽命。由于碳化硅質陶瓷換熱器具備耐高溫、耐腐蝕、抗氧化性能等特點,在同等使用條件下,其使用壽命是金屬換熱器的數倍。

      (4)缺點。抗震性差,因碳化硅材質脆性大,故預熱器不能經受較大的震動;可維護性也較差,如有損壞需整體更換,無法進行局部修補。

      2.3改造方案

      (1)為**大限度地提高熱回收效率,將碳化硅質陶瓷換熱器放置在鍛造爐煙道出口附近、溫度較高的地方,同時將原雙行程改為四行程,增大換熱面積。當窯爐溫度為1250~1450℃時,煙道入口的煙氣溫度為1000~1300℃,空氣預熱溫度可達到450~750℃,把熱空氣作為助燃風送入窯爐與燃氣進行混合燃燒,大大減少了助燃空氣所吸收的熱量。考慮到管道及閥門的安全使用,以及供風系統與原燒嘴的設計能力,在僅更換空氣預熱器而不對鍛造加熱爐進行大面積改造的情況下,將空氣預熱溫度控制在500℃以下。

      (2)對原煙道進行局部修整,使碳化硅質陶瓷換熱器與煙道內壁緊密貼合,有效防止了漏風現象,提高了熱回收率。

      (3)由于換熱面積的增加,碳化硅質陶瓷換熱器長度比原不銹鋼換熱器長度加長700mm,并對換熱器的空氣管道進出口進行相應改造。

      (4)考慮到換熱器長度增加后,煙道排煙阻力將會有所增加,造成爐膛壓力升高,因而在改造后的煙道基礎側增加了一個寬250mm的備用輔助煙道,用于調節爐膛壓力;另外在空氣預熱器損壞時,可作為備用煙道,而不影響加熱爐的正常生產。

      3、節能效果

      3.1計算數據

      根據工業爐設計手冊中空氣預熱溫度與燃料節約量的關系圖可查得,空氣預熱溫度由300℃提高到500℃后,節約燃料率可由16%提高至25%,節約率增加56.25%。

      3.2實測數據

      經過半年的使用,預熱空氣溫度在460~490℃之間,改造前后的煤氣消耗對比數據如下:

      (1)800℃保溫段,煤氣耗量平均下降約60m3/h,下降15.7%;

      (2)1230℃升溫段(以4h升至需要溫度為例),煤氣耗量平均下降約75m3/h,下降9.16%;

      (3)1230℃保溫段,煤氣耗量平均下降約130m3/h,下降35.12%。

      3.3效益分析

      通過對改造后的使用統計,一臺加熱爐共生產57爐次,比改造前共計節約煤氣42.87萬m3,按正常生產量推算,全年可節約煤氣費用76.48萬元,一臺空氣預熱器的改造的投資在15萬元左右,半年可收回投資。

      4、結論

      (1)采用碳化硅質陶瓷換熱器進行高溫煙氣的余熱利用節能改造,是一種在設備不必進行大改造時的投資小、見效快的節能改造好方法。

      (2)碳化硅質陶瓷換熱器具有耐高溫、耐腐蝕、長壽命等優點,但也有抗震性差、不易維修等缺點,不適合用于震動大的場合。

      (3)碳化硅質陶瓷換熱器因其材質的特殊性,需要現場施工,設備停修時間長。


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