加热炉换热器的改造与应用

王巨川 刘阳 董光 杜胜民

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.043

摘 要：在过去，国家一直利用加热炉换热器去生产产品，在生产的过程中注重产品的数量，而忽视了由于加热炉换热器的结构不合理所产生的质量问题、资源浪费以及对周围环境的破坏。随着科学技术的不断发展，针对这些问题，开始着重于从问题的根源去解决，首先就要对炉内的燃烧情况进行改善，这样才能使炉内的温度和压力得到不同程度的提高，既解决了燃料浪费问题又提高了加热炉换热器的效率。

关键词：受热器 预热空气 风温 风压 烟气余热 改造

中图分类号：T122 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（c）-0043-02

在冶金企业生产过程中，需要加热炉换热器产生大量的热能去冶炼矿产资源，从而生产出我们需要的产品，而所释放出来的热能只有很少的一部分能被充分利用，绝大部分的热能都被排放到空气中去，这样不仅污染了环境，又让不少资源被浪费掉，面对这些问题，如何做到充分利用或者进行二次回收利用就成了近几年国家重要研究的工作。

在加热炉换热器未进行加工改造之前，其加热燃料主要以重油和渣油为主，而在生产过程中所产生的烟气将会带走高达总负荷的43%的物理热量，尽管在当时在机器安装过程中会安装换热器，尽最大的能力去将资源所产生的热气进行二次利用，但由于当时国家的经济、科技条件有限，所以该加热机器就会存在年久失修、地处高温以及安装的结构和形式不合理等现象。因此，重新对换热器进行设计改造，对其制造和安装进行修改和完善，使其在热风温度和压力方面上都得到了很大的提高，在热量损失和环境污染方面上也都得到了很大的改善。

1 换热器的改造及对烟气余热的有效利用

其实大多数的冶金厂运用的都是片状的铸铁管式换热器。这样的机器不但被积满灰尘而且还大大损失内部热风的阻力，这样也降低了风压，让其不能达到喷嘴的要求。针对于这类明显的问题，我们做出了几套方案，最后在这几套方案中选择出认为最好的一套，即采用耐热无缝钢管，将此钢管交叉制作成换热器，该换热器的换热面积需要达到200m2。之后我们对加热炉正常运行后的实际状况进行了跟踪测试，将数据进行整理推算，可以得出以下换热器的实际运行计算验证。

（1）对Q1进行计算。

Q1=V1C1（t12-t11） kJ/h （1）

其中，Q1为助燃空气在单位时间内所吸收的热量；

t12为实际热风温度，单位：℃（对加热炉进行改造后，其实际热风温度为450 ℃）；

t11为实际冷风的温度，单位：℃（对加热炉进行改造后，其实际冷风温度为18 ℃）。

对以上的实际数据进行带入，通过公式所得：

Q1=1.119×6×107 kJ/h

如果热风温度转为200 ℃时，所得结果：

Q1′=V1C1（t12-t11）=20000×0.31×（200-18）=6×4.7167×106 kJ/h

（2）对Q2进行计算。

Q2=V2C2（t21-t22） kJ/h （2）

在式（2）中：Q2为烟气所排出的余热在单位时间内所释放的热量；

V2为在实际中所排出烟气的流量，单位：m3/h（根据实际所得，知烟气的流量为24 500 m3/h）；

C2为在实际中所排出烟气的热容量，单位：kJ/m3℃（由实际所得，选取C2为0.34 kJ/m3℃）。

t21为还未运用换热器前的实际温度，单位：℃（对加热炉中在未使用到换热器时的烟气进行测量，得其温度为750 ℃）；

t22为加热炉所处的外界环境温度，单位：℃（对其外界的温度进行测量，可知其温度为18 ℃）。

对以上所得的所有数据带入式中，可得实际运算结果：

Q2=2.5488×107 kJ/h

（3）对η进行计算。

众所周知，在换热器的实际运行过程中，任何的热量不可能通过加热器而全部被系统所吸收利用，因此加热炉中烟道中所释放的烟气，其所排出的实际热量，不可能被换热器给全部吸收，所以在使用换热器时，不可避免地要考虑热效率这一问题。

通过使用改造的换热器，可求得实际热效率的具体结果：

式中符号的具体含义：

η为使用换热器后的烟气使用的热效率；

Q2为烟气所排出的余热在单位时间内所释放的热量；

Q1为助燃空气在单位时间内所吸收的热量。

改造换热器之前，所得实际热效率的具体结果：

在以上的实际运算结果中可以看出，当在通过热换器前所排出烟气的温度能达到750 ℃左右时，其最终的热风温度可以达到450 ℃之上，这样是可以很好地满足风压和风温的实际要求的。而且还进一步改善了加热炉内火焰的燃烧现状，为企业创造了良好的价值。

2 对其所得结果进行分析

虽然当前对余热资源的使用有很多的设备，其方式方法也有很多，但不可否认，使用换热器对助燃空气的预热是一种十分有效而且方便的方法之一。

2.1 使用该方法提高了理论的燃烧温度

运用这种方法，可以将加热炉中烟道所排出的烟气进行再利用，使其预热助燃空气，进一步地提高其理论的燃烧温度。正是因为助燃空气预热温度的增高，不仅可以使喷嘴的实际着火条件得到很大的改善，而且可以增高加热炉炉膛中的温度，使得火焰变得更加明亮。对于这一点的验证，可以从喷嘴的实际燃烧过程中得到答案。

2.2 可以进一步节约使用燃料

由于系统得到进一步的优化，那么节约使用燃料就必然是正常的一件事。如果考虑到优化前后所使用的燃料种类不发生变化，而且加热炉中的有效热以及炉膛中的各项热损失不变，那么因为助热空气的预热量有所提高。

通过计算我们可以看出，当烟气的温度能够达到750 ℃时，改造后的预热可以达到450 ℃，这样其节约燃料可达到13%左右，如此可以进一步验证燃油节约这一事实。

2.3 可以优化加热炉的燃烧过程

通过系统优化，可以将风温和风压两者进行提高，如此不仅可以使得燃油的雾化效果增强，而且可以改善燃油着火条件，加快燃油的燃烧速度，减少不完全燃烧条件的发生，使得燃烧过程进一步优化。

参考文献

[1] 段飞，李克强，杨彦富，等.用通用微机改造现有发动机台架[C]//四川省汽车工程学会第一届二次年会论文集.1991.

[2] 何卫东，王盛.秦皇岛港煤二期五号翻车机系统液压改造[C]//中国机械工程学会摩擦学分会润滑技术专业委员会第七届学术年会论文集.2000.

[3] 朱太红.电解槽槽控机改造[C]//中国有色金属学会——第二届青年论坛学术会议论文集.2004.

[4] 张厚升，李建斌，任丽.丹江口水电厂150MW发电机增容改造的设计[C]//全国水电厂技术改造学习交流研讨会论文集.2005.

[5] 曹舒春，戴鹏.矿井提升机行程控制的研究与实现[C]//第十五届全国煤矿自动化学术年会和中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会学术会议论文集.2005.

[6] 邹道志，王瑞宁，廖岗平，等.焦炉改为单集气管工艺的实践[C]//苏鲁皖赣四省金属学会第十三届焦化联合学术年会论文集.2005.