宝钢2025热轧加热炉水冷管锅炉传热结构优化设计

宝钢2025热轧加热炉水冷管锅炉传热结构优化设计

1热平衡测试钢丝绳1850热水加热炉是一种渐进加热炉。用冷水冷方式冷却行走梁、柱、固定梁和柱。当炉子产量为320t/h时,热平衡测试表明水冷梁柱中的冷却水带走的热量约占总热损失的14.4%,为加热炉所有热损失中最大部分。因此,提高所有梁、柱包扎用耐材的隔热性,改进其结构性能对减少冷却水造成的热损失至关重要。2加热炉的入口是梁，冷水管的包裹技术2.1内压炉热震稳定性差传统水冷管包扎结构有两种。第一种是单一耐火浇注料结构;第二种是二重复合结构,即内层为20mm厚耐火纤维毯,外层为50mm厚耐火浇注料。这两种传统结构热震稳定性较差,在使用过程中会出现耐火浇注体开裂、脱落现象,造成能源浪费。在隔热性能方面,虽然第二种结构在耐火浇注料和水冷管外壁之间铺设了导热系数很低的耐火纤维毯,大幅度降低了冷却水带走热损失,但两种结构均采用了导热系数较高的浇注料包扎,隔热效果都不太理想。2.2确定复合浇注料单一陶瓷纤维模块结构就是利用数层耐火纤维毯经特殊加工而成的专用模块取代传统的单一浇注料结构或二重复合结构,取消浇注料。该结构热震稳定性好,安装方便。在隔热性能方面,由于耐火纤维毯导热系数远低于浇注料导热系数,其热损失比传统的水冷管包扎结构低得多。2.3这两种结构的比较2.3.1种预热热损失计算根据使用材料种类、组合方式不同,上述两种结构共有三种绝热方式。为正确评价三种绝热方式的热损失大小,按下列计算公式进行理论计算。热能从炉内向步进梁、柱水冷管道辐射传热(见图1),其辐射传热量为Q1。热量移动可表示如下:Q1=2πri+1×4.88×ε[(273+ta100)4−(273+ti+1100)4]Q1=2πri+1×4.88×ε[(273+ta100)4-(273+ti+1100)4]又,管道内通过冷却水,热量移动有Q2=2π(ti+1−tw)∑i=1n1λilnri+1ri+1α⋅r1Q2=2π(ti+1-tw)∑i=1n1λilnri+1ri+1α⋅r1以上两式中,tw为水温,℃;ti为第i层内侧温度,℃;ta为炉气温度,℃;λi为第i层的导热系数,kJ/(m·h·℃);α为管内水流与管道内表面间的换热系数,kJ/(m2·h·℃);ri为第i层内半径,m;i为1～n。在管内热量传递的公式中,换热系数α由于管内水流的状态不同,向水传热可看作是在紊流中进行,这时,α=(0.0075+0.000093×tw)×W0.8R0.2α=(0.0075+0.000093×tw)×W0.8R0.2式中,W为水的重力速度,kg/(m2·h)(水的密度×流速)。在初始条件为炉温:1300℃,冷却水流速:0.1m/s,黑度:0.95时,根据上述计算公式,求出三种绝热方式(厚度均为70mm)的理论热损失,计算结果详见图2所示。从图2中可以看出,步进梁、柱水冷管不同的包扎材料和结构型式对水冷热损失的影响是极大的。2.3.2模、烘炉等工序传统水冷管包扎结构中浇注料需支模、浇注、养生、脱模、烘炉等工序,施工所需时间长,需用模具多。而单一陶瓷纤维模块结构安装工序简单(只有三通部分需浇注施工),大大减少施工所需时间和特殊钢模具用量。2.4陶瓷纤维模块根据加热炉各部位工况条件的不同,分别采用了两种不同材质的陶瓷纤维:均热段、加热段、预热段采用含锆陶瓷纤维模块,热回收段采用高铝陶瓷纤维模块。3氧化铁涂料用于复合涂料的性能2000年5月,利用热轧2#加热炉停炉检修期间,首次对所研制的耐火纤维模块和抗氧化铁涂料进行试验,试验部位为均热段、预热段、热回收段固定梁、柱和加热段固定立柱。经试验考核:使用情况良好,测试数据表明单一陶瓷纤维一重绝热方式有明显节能效果。工业性试验取得成功后,在1#加热炉部分水冷管上安装了一重耐火纤维隔热结构。4影响的测量和评估4.1冷却水流量和冷却水温度2002年1月9日至1月24日,在1#加热炉两根采用不同绝热结构的水冷管安装流量计,进行冷却水流量和冷却水温度的测定。根据测定,在冷却水进水温度均为24.70℃的情况下,单一陶瓷纤维一重绝热(A)和由浇注料、陶瓷纤维毯组成的二重绝热(B)水冷管冷却水平均流量、出水温度以及其累计流量见表1。4.2节能效率评估4.2.1累计流量计算按平均流量计算:(34.44-21.47)/34.44=37.7%;按累计流量计算:(12385-7620)/12385=38.5%;因此,单一陶瓷纤维模块结构方式比传统的二重结构方式冷却水流量平均下降38%。4.2.2热采用水冷管冷却水实用法式中,Q水为冷却水带走热量,kJ/h;C为冷却水比热,kJ/(m3·℃);t进为冷却水进入加热炉水冷管前温度,℃;t出为冷却水离开加热炉水冷管前温度,℃;M为冷却水流量,m3/h。采用单一陶瓷纤维一重绝热的水冷管冷却水带走的热量(均按平均流量计算):Q水1=CM(t出-t进)=1000×4.185×21.47×(28.83-24.70)=371088.6kJ/h采用二重绝热结构的水冷管冷却水带走的热量:Q水2=CM(t出-t进)=1000×4.185×34.44×(28.81-24.70)=592380.1kJ/h节能率:(Q水2-Q水1)/Q水2=(592380.1-371088.6)/592380.1=37.4%因此,采用单一陶瓷纤维一重绝热结构取代由浇注料、陶瓷纤维毯组成的二重绝热结构后,按平均流量计算,冷却水带走的热量减少37.4%(按累计流量计算,冷却水带走的热量减少38%)。5水冷管炉衬维修与传统水冷管包扎结构相比较,采用单一陶瓷纤维模块结构具有以下优点。(1)节能效果显著。冷却水带走的热量明显减少。(2)新建加热炉或现有加热炉水冷管炉衬维修均可采用单一陶瓷纤维模块结构,特别对新建加热炉而言,可减少模具