1、 論文 冶金煙氣粉塵對(duì)換熱管的傳熱影響第 10 頁(yè) 共 13 頁(yè) 冶金煙氣粉塵對(duì)換熱器的傳熱影響周志東無(wú)錫東方環(huán)境設(shè)計(jì)研究所有限公司摘要：換熱設(shè)備的積灰嚴(yán)重阻礙換熱面的換熱，熱力計(jì)算時(shí)都要選取合適的灰污系數(shù)或熱有效系數(shù)。冶金行業(yè)的熱力計(jì)算一直參考燃煤鍋爐的計(jì)算，但燃煤鍋爐的煙氣與冶金爐的煙氣成分有很大不同。本文主要探討冶金煙氣粉塵在換熱面積灰對(duì)傳熱過(guò)程的影響。關(guān)鍵詞：積灰、粉塵、電爐、熱有效系數(shù)、傳熱系數(shù)引言：在煉鋼、煉鐵過(guò)程中，需要消耗大量的能源，而生產(chǎn)過(guò)程排出的高溫?zé)煔庥酂峒s占總能耗的40%。隨著節(jié)能降耗的要求，冶金行業(yè)逐步開(kāi)始注重對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行余熱回收，尤其是耗能最多的電爐、轉(zhuǎn)爐、高爐及

2、燒結(jié)機(jī)的高溫?zé)煔庥酂峄厥找延胁簧俟こ虒?shí)例。煙氣余熱回收其實(shí)是一個(gè)換熱過(guò)程，主要是通過(guò)換熱器將煙氣里的熱量置換成蒸汽，蒸汽用來(lái)供工藝使用或發(fā)電。煙氣里面含有大量粉塵，且粉塵帶粘性，換熱設(shè)備的積灰對(duì)傳熱過(guò)程的影響是非常重要的。本文作者帶領(lǐng)一個(gè)科研小組于2010年10月至11月在江蘇沙鋼集團(tuán)利淮特鋼進(jìn)行了專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)，對(duì)電爐煙氣粉塵在傳熱過(guò)程中的影響進(jìn)行了專(zhuān)題研究。一 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由雙套管余熱鍋爐、清灰裝置、儀器儀表、風(fēng)機(jī)、閥門(mén)附件以及冷卻水系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。1.2 雙套管余熱鍋爐余熱鍋爐由7根雙套管組成的小型余熱鍋爐，套管單根長(zhǎng)度6m。雙套管參數(shù)：內(nèi)管51×4m

3、m，外套管76×4mm，外形見(jiàn)圖片一。余熱鍋爐水平布置，在兩端和中間設(shè)有支撐；為消除重力對(duì)套管引起形變的影響，在每根套管的中間部位設(shè)有同心固定限位裝置。圖片一 套管余熱鍋爐1.3 清灰裝置清灰裝置采用空氣炮，安裝在余熱鍋爐的進(jìn)口煙道上。空氣炮的參數(shù)：介質(zhì)：壓縮氮?dú)饨橘|(zhì)壓力：0.4-0.8MPa沖擊力：1176-3720 N用氣量：180L/min1.4 風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)選型：Y6-24NO.5D風(fēng)量：1200m3/h（200工況下）風(fēng)機(jī)壓頭：2300pa（200工況下）長(zhǎng)期使用溫度：200電機(jī)：2.2KW（變頻）1.5 儀器儀表1.5.1 溫度測(cè)量采用熱電偶、熱電阻測(cè)量溫度。測(cè)量煙氣的進(jìn)、出

4、口溫度t1、t2，熱電偶安裝在雙套管余熱鍋爐的進(jìn)出口。測(cè)量冷卻水進(jìn)、出口溫度t3、t4，熱電阻安裝在冷卻水的進(jìn)出口水管上。1.5.2 煙氣動(dòng)壓值采用畢托管測(cè)量管道內(nèi)的煙氣動(dòng)壓值Pd。根據(jù)煙氣動(dòng)壓值Pd，煙氣出口溫度t2值，可以計(jì)算出煙氣流速vs2。計(jì)算公式：式中：vs2 余熱鍋爐出口段煙氣通道工況流速，m/s；Kp 畢托管系數(shù)，0.82；t2 煙氣出口溫度。1.6 測(cè)點(diǎn)匯總及安裝測(cè)點(diǎn)安裝示意圖如下：1.6.1 溫度測(cè)點(diǎn)：共4個(gè)點(diǎn)煙氣進(jìn)口溫度T1，熱電偶（耐1000高溫）煙氣出口溫度T2，熱電偶冷卻水進(jìn)口溫度T3，熱電阻冷卻水出口溫度T4，熱電阻1.6.2 壓力測(cè)點(diǎn)：共3個(gè)點(diǎn)煙氣進(jìn)口靜壓P1，壓

5、力變送器（耐1000高溫）煙氣出口靜壓P2，壓力變送器1.6.3 煙氣流速、流量測(cè)點(diǎn)：共1個(gè)點(diǎn)余熱鍋爐煙氣出口管道內(nèi)煙氣流速v2，管道式煙氣流速、流量計(jì)1.6.4 冷卻水流量測(cè)點(diǎn)：共1個(gè)點(diǎn)水流量Q，電磁流量計(jì)。二 目測(cè)效果運(yùn)行一段時(shí)間后，入口端面積了一層約3-5mm松灰，入口管積灰成喇叭口形，積灰最高處達(dá)約8mm。灰質(zhì)酥松，可以輕易刮下來(lái)，刮下的時(shí)候，很多灰粘結(jié)在一起，成塊狀整體掉落。換熱管管內(nèi)（見(jiàn)圖2-2）積灰嚴(yán)重的地方集中在入口,由于煙氣產(chǎn)生漩渦,局部地方煙氣流速很小,使灰塵容易沉淀下來(lái)粘附在管壁上。8小時(shí)運(yùn)行后,管口積灰厚的地方變硬且結(jié)塊。管內(nèi)積灰表面凹凸不平，呈長(zhǎng)條型的丘狀，走向與風(fēng)向

6、平行。管內(nèi)表面灰質(zhì)仍然比較軟，可以輕易用硬物刮下。圖2-1 運(yùn)行后積灰情況圖2-2 運(yùn)行后單管積灰情況經(jīng)過(guò)空氣炮清灰后，管內(nèi)表面的松灰基本被震落，有些部位結(jié)塊的積灰呈整體剝落（見(jiàn)圖2-4）；余下部分灰質(zhì)致密；但仍然可以用硬物刮下來(lái)；其厚度減少至1mm左右，局部地方接近2mm。圖2-3 清灰后積灰情況圖2-4 清灰后單管積灰情況三 積灰測(cè)試及吹灰效果分析表3-1 流量計(jì)算參數(shù)單位符號(hào)初始參數(shù)運(yùn)行8小時(shí)后吹灰后煙氣溫度t9510391煙氣動(dòng)壓PaPd290235300畢托管系數(shù)Kp0.810.810.81煙道煙氣流速m/su20.1118.2920.34煙道煙氣校核流速m/su19.9218.12

7、20.15煙道直徑mD0.1540.1540.154煙道流通面積m2A0.0180.0180.018煙氣流量m3/hV1347.831226.421363.40煙氣比重kg/m30.960.940.97煙氣標(biāo)況流量Nm3/hVo999.88890.461022.55煙氣校核標(biāo)況流量Nm3/hVo998.64889.491021.19管內(nèi)煙氣流速m/s36.5033.2136.93上述數(shù)據(jù)可以得知，運(yùn)行后，管內(nèi)開(kāi)始積灰，煙氣流量減小；8小時(shí)運(yùn)行后，堵塞不是很?chē)?yán)重；吹灰后，煙氣流量恢復(fù)實(shí)驗(yàn)前的狀態(tài)，吹灰效果理想。四 熱工分析4.1 分析目的隨著換熱設(shè)備運(yùn)行時(shí)間增加，積灰嚴(yán)重，分析實(shí)際值變化，并總結(jié)

8、出熱有效系數(shù)。4.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算名稱(chēng)符號(hào)單位計(jì)算公式/數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值受熱管內(nèi)徑dnm設(shè)計(jì)給定0.043管長(zhǎng)lm設(shè)計(jì)給定6管根數(shù)n設(shè)計(jì)給定7受熱面積H2.84煙氣流通面積S0.014.3 數(shù)值分析測(cè)出不同工況下煙氣流速，鍋爐進(jìn)出口煙氣溫度，從而計(jì)算出理論對(duì)流換熱系數(shù)。計(jì)算公式為：式中 -煙氣導(dǎo)熱系數(shù)； d-受熱管內(nèi)徑； -煙氣流速； -煙氣運(yùn)動(dòng)粘度； -煙氣普朗特常數(shù)。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)：煙氣進(jìn)口溫度t1、煙氣出口溫度t2、煙氣出口流速、冷卻水流量Q水、冷卻水進(jìn)口溫度tl1、冷卻水出口溫度tl2單位時(shí)間傳熱量可以由以下公式表示;實(shí)際換熱系數(shù)k 根據(jù)公式換熱公式，計(jì)算實(shí)際換熱系數(shù)k；，kW/

9、(m2)；t為對(duì)數(shù)平均溫差，；有效系數(shù)10東方環(huán)境設(shè)計(jì)部 表4-1 數(shù)值計(jì)算名稱(chēng)符號(hào)單位數(shù)值12345678吹灰后入口煙氣溫度t1200200.00200.00200.00200.00200.00200.00200.00200.00出口煙氣溫度t297.8098.70100.70110.80112.30111.80116.80116.7098.20平均煙氣溫度t148.90149.35150.35155.40156.15155.90158.40158.35149.10煙氣導(dǎo)熱系數(shù)W/0.0360.0360.0360.0360.0360.0360.0360.0360.036煙氣粘度2.68E-0

10、52.68E-052.69E-052.75E-052.76E-052.75E-052.78E-052.78E-052.68E-05普朗特常數(shù)0.680.680.680.680.680.680.680.680.68管內(nèi)徑dnm0.0430.0430.0430.0430.0430.0430.0430.0430.043平均煙氣流速m/s353535353535353535對(duì)流傳熱系數(shù)klW/105.74105.70105.63105.24105.18105.20105.02105.02105.72入口水溫tl121.821.820.921.321.521.821.221.221.4出口水溫tl231

11、.831.830.530.429.729.828.629.331.4水流量Q水T/H2.082.082.082.082.082.082.082.082.08水比熱容CsKJ/4.24.24.24.24.24.24.24.24.2傳熱量qKJ24.2724.2723.3022.0819.9019.4117.9619.6624.27最大溫差168.20168.20169.50169.60170.30170.20171.40170.70168.60最小溫差76.0076.9079.8089.5090.8090.0095.6095.5076.80平均溫差116.06116.66119.07125.31

12、126.41125.87129.83129.48116.75受熱面積H2.842.842.842.842.842.842.842.842.84實(shí)際傳熱系數(shù)kW/73.6273.2568.8962.0555.4354.3148.7053.4573.19有效系數(shù)0.700.690.650.590.530.520.460.510.69圖4-1 傳熱系數(shù)k變化曲線(xiàn)隨著積灰厚度的增加，傳熱系數(shù)減少，8小時(shí)運(yùn)行后，傳熱系數(shù)從開(kāi)始的73.62降低至53.45，降幅達(dá)28%；吹灰后，這一數(shù)值回到73.19，基本恢復(fù)到初始狀態(tài)。在煙氣流速約35m的情況下,傳熱系數(shù)數(shù)值擬合曲線(xiàn)公式為:k=78.049-3.7415t式中:t-運(yùn)行時(shí)間，單位小時(shí)。圖4-2 有效系數(shù)變化曲線(xiàn)同傳熱系一樣，有效系數(shù)隨運(yùn)行時(shí)間急劇減小，8小時(shí)運(yùn)行后，從0.7降低至0.52，降幅同樣達(dá)28%，吹灰后，這一數(shù)值恢復(fù)接近初始狀態(tài)0.69。傳熱有效