台车热处理炉变压器调压装置检修的技术要求

台车热处理炉空气换热器预热温度保护设计

金立国1，曾娜1，石秀荣2，赵延峰

（1.辽宁向导科技发展有限公司，辽宁鞍山114014；2.葫芦岛市特种设备监督检验所，辽宁葫芦岛125000）

摘要：为满足台车热处理炉升温和保温工况，合理的计算空气换热器并且配合相应的保护措施是非常必要的。主要介绍了在热工计算中空气换热器空气预热温度的保护设计。
    关键词：换热器；热处理炉；台车式炉
    中图分类号：TG307文献标识码：A文章编号：1001-6988（2011）06-0033-03
    台车炉由于热工工况按炉窑的加热周期进行变换，其换热器的计算如果单纯按照额定的空、煤烟气量计算是不合理的，因为在不同的工况其换热器的换热效率和所需要的换热面积是变化的。为了满足实际热工的需要，往往会为换热器添加辅助设施来弥补上述问题，包括常用的兑冷风和热风放散设施。笔者根据多年实际经验和现场实际条件对台车炉换热器进行分析，从而找到最合理的换热器配置方案。
    1·概述
    某特钢厂新建一座台车式热处理炉，有效尺寸为8 m×3 m×3 m（长×宽×高），最高炉温1 150℃，采用清洗发生炉煤气作为燃料，煤气热值为5 643 kJ/m3。经过计算需要3 013 m3/h煤气。空气预热温度为300℃。采用辐射式换热器布置到烟道中。换热器放置在地上烟道，内径为900 mm。由于是热处理炉，其热工过程比较复杂，典型加热曲线有780℃保温、1 050℃保温和1 150℃保温等，最大升温速度为100℃/h。
    根据上述条件把换热器的初始条件定义为：
    燃料类型：清洗发生炉煤气
    燃料热值/kJ·m-3：5 643
    煤气量/m·3h-1：3 013
    空气量/m·3h-1：4 007
    烟气量/m·3h-1：6 417
    烟气入口温度/℃：1 050
    2·换热器计算
    2.1根据最大供热量计算换热器
    烟气出口温度/℃：879
    空气预热温度/℃：300
    换热器最大传热强度/W·m-2：33 318
    换热面积为/m2：12.33
    换热器长度/m：4.36
    图1及图2分别为换热器模型及其断面结构示意图。

             
    这是换热器一个工况，如果台车炉处于保温状态，把供热量降低为最大值的30%，则数值为：
    烟气出口温度/℃：879
    空气预热温度/℃：300
    换热器最大传热强度/W·m-2：29 974
    换热面积为/m2：4.11
    换热器长度/m：1.45
    根据上面的数值发现当供热量下降而炉温较高时，换热器的传热强度略有降低，其主要是因为空气流速和烟气流速的降低影响了传热强度，但是由于温度较高，辐射传热所占比重较大，所以传热强度略有降低。在这种情况下所需的换热面积很小，约为原来的1/3。反过来也是，换热面积不变的情况下，空气预热温度将会大幅度提高，会使换热器及其后面的热空气管路烧坏。为了避免上述问题的发生，可以采用兑冷风、热风放散及兑热风的方式解决这一问题，保证节能率同时也保证设备使用寿命。
    2.2添加保护后的换热器计算
    三种换热器保护的方式，见图3。 

             
    （1）兑冷风式
    保护换热器前提是保证换热器在最大供热量的状态下达到预热温度，即保证换热器的最大能力进行设计，按30%供热量在烟气内兑相应的常温空气，降低烟气温度来降低空气预热温度。也就是说在保证最大换热面积的情况下，在最小供热量时保证空气预热温度稳定。
    首先计算一下兑冷风后烟气的流量和温度到达一个什么状态，在保温状态下预热空气温度不会超过预计的温度。
    兑冷风后烟气温度及烟气量公式为：   

           
    经反复核算，计算出兑冷风量约为1 000 m3/h时，常温空气才能保证在按最大燃料工况下计算换热面积；在保温工况下，保证空气预热温度不会超温。值得注意的是，这种方式降低了烟气温度并且提高了烟气量，对于自然排烟的炉子有不利的影响。
    （2）热风放散式
    这种方式比较简单，就是在换热器预热温度超过设定值时，提高空气流量，并将热空气进行放散，也就是烟气量不变，增加空气量，来保证空气预热温度。经过计算，当烟气量降低为原来的30%时，即烟气量为1 925 m3/h时，需要将空气流量提高为2 925m3/h，才能保证换热器预热温度平衡，相对于30%的空气量提高了43%。可以根据这个极限的数值来选择热风放散的管道参数。在实际的设计中有着重要的参考意义。
    （3）兑热风式
    这种措施应用于不适合将热空气排放到厂房内的条件。
    将热风放散管道接到换热器入口前，用放散出来的热风降低排烟温度，用这种双重的效果来保护换热器。同样在保温状态下，按30%的烟气量和空气量计算换热器，换热面积取最大供热量4.36 m2，经过简单计算可知，换热器热风放散量达到460 m3/h时就已经达到了预计效果。也就是效果最明显，因为调节幅度很小，就可以得到理想的控制效果。
    3·结论
    （1）换热器的计算可以按照最大供热量进行，也可以根据实际工况条件计算，综合考虑炉子的经济能耗、成本和使用寿命；
    （2）台车炉的换热器要有保护系统，根据不同工况，调节保护系统来保证换热器及炉子的使用寿命；
    （3）采用兑冷风保护换热器时，会影响炉子的正常排烟，需要同时考虑排烟能力是否满足要求；   
    （4）采用热风放散保护换热器时，要考虑热风的排放及放散的热风量，合理地选择调节阀，才能更好地为自动控制系统服务；
    （5）采用兑热风方式，相对以上两种措施对系统影响最小。管路通径可选择更细，因而成本也最低。