:蓄熱燃燒技術(shù)是一種節(jié)能的新型燃燒技術(shù),目前已經(jīng)在許多國家推廣應(yīng)用。該技術(shù)之所以具有較高的溫度效率和熱效率,蓄熱體是一個關(guān)鍵部件。但從實際應(yīng)用來看,陶瓷蜂窩體壽命往往不盡人意,原因是多方面的,主要是蜂窩體材質(zhì)不合理、使用環(huán)境惡劣或設(shè)計不合理等。
文章對現(xiàn)場提取的損壞陶瓷蜂窩體進行了分析,總結(jié)出其損壞的原因和解決措施,以期為蜂窩體的選用、生產(chǎn)及現(xiàn)場的應(yīng)用、維護提供有益的建議。
1、損壞原因分析
目前廣泛使用的陶瓷蜂窩蓄熱體多采用莫來石質(zhì),就理論上講,其耐火度和荷重軟化點都大于1400℃,完全能夠滿足加熱爐煙氣溫度小于1300℃的使用條件,但在實際應(yīng)用中卻出現(xiàn)破裂或堵塞的現(xiàn)象。綜合多個鋼廠加熱爐陶瓷蜂窩體的使用情況,將其損壞原因歸納如下:
(1)蜂窩體材質(zhì)
陶瓷蜂窩體材質(zhì)的選用非常關(guān)鍵,應(yīng)優(yōu)先考慮耐急冷急熱性能好、比熱大、密度大的材料。蜂窩體的破裂,很大程度上是由于其材質(zhì)的選取不合理。煙氣與空氣對陶瓷蜂窩體反復(fù)沖刷,導(dǎo)致陶瓷蜂窩體的溫度出現(xiàn)頻繁變化,這對其材質(zhì)提出了更高的要求。工程中使用的蜂窩體材質(zhì)耐急冷急熱性能往往不好,容易出現(xiàn)破損現(xiàn)象。目前蜂窩體有十多種材質(zhì),其中以莫來石質(zhì),鋁質(zhì)瓷,致密堇青石質(zhì),疏散堇青石質(zhì),炻瓷應(yīng)用最為廣泛,其化學(xué)成分組成及性能如表1。
(2)使用環(huán)境
爐內(nèi)的氧化鐵皮和材料本身的氧化鐵含量降低了蜂窩體的耐火度。蜂窩體的主要成分是Al2O3和SiO2。在還原性氣氛中,一些低鋁蓄熱體材料,只要吸收少量的氧化亞鐵,就會在低于1210℃的溫度下形成液相。而莫來石和剛玉的高鋁材料卻要到1380℃并吸收大量的氧化亞鐵之后,才會形成液相。
(3)設(shè)計因素
蓄熱式加熱爐中,雙蓄熱占絕大多數(shù)。由于空氣和煤氣的噴嘴都很大,空氣、煤氣流股混合效果不理想,會導(dǎo)致不完全燃燒。當(dāng)殘存的空氣和煤氣進入蜂窩體狹小的空間內(nèi)混合,導(dǎo)致二次燃燒損壞蜂窩體。
空氣(或煤氣)和煙氣在蓄熱室內(nèi)的流動不均勻時,容易導(dǎo)致局部的溫度偏高或偏低,產(chǎn)生熱應(yīng)力從而影響蜂窩體的使用壽命。
(4)蜂窩體結(jié)構(gòu)
陶瓷蜂窩體的孔距及壁厚的選擇也很關(guān)鍵,能影響蜂窩體在吸熱和換熱過程中溫度場的變化和分布,進而影響其使用壽命??拙嗵?,在安裝蜂窩體時容易錯位,氣體有效流通面積變小,阻力損失増大;孔距太大,氣體和蜂窩體的換熱不理想。因此,在一定的環(huán)境下,蜂窩體應(yīng)有一個合適的結(jié)構(gòu)與之相適應(yīng)。
2、解決措施
通過對影響蓄熱體損壞的四大主要因素的分析,綜合實際使用情況,有針對性地提出解決措施。
(1)在陶瓷蜂窩體材料的選用上,不應(yīng)一味追求含鋁量。含鋁量越高,耐火度越高,但抗熱震性卻越差。在同一蓄熱室內(nèi)最好采用二種材料,由爐內(nèi)方向至爐外方向依次采用剛玉、莫來石、堇青石質(zhì)(或相近材質(zhì)),達到抗熱震性和耐火度的最佳優(yōu)化。
(2)在實際生產(chǎn)中,應(yīng)嚴(yán)格控制空燃比,減小鋼坯的氧化燒損,控制氧化亞鐵的生成量,進而阻止氧化亞鐵被吸入蓄熱燒嘴內(nèi),造成蜂窩體的損壞。
(3)煤氣不完全燃燒,將在蓄熱體內(nèi)進行二次燃燒,造成蜂窩體損壞。設(shè)計燒嘴時,應(yīng)充分考慮兩噴口的角度、距離及兩股射流的動量比。同時控制空燃比,保證煤氣完全燃燒。這樣在蜂窩體內(nèi),就不存在二次燃燒的問題。
(4)陶瓷蜂窩體孔距及壁厚的選擇要合適。孔眼采用兩種形式,靠近爐膛部位第一層采用大孔厚壁結(jié)構(gòu),其余采用小孔薄壁結(jié)構(gòu)。不能為了追求比表面極大,選用過于細小的孔眼結(jié)構(gòu),影響強度并且容易堵塞。每層蜂窩體之間留有部分間隙(弧面連接),使氣流通暢,避免灰塵堵塞。根據(jù)孔距與壁厚的大小選擇合適的換向時間。通過理論計算,參考多家鋼廠加熱爐的實際使用情況,小孔薄壁蓄熱體多采用空格為2.8?3mm,壁厚0.8?1mm,換向時間30?60s。較長的換向時間對換向閥等關(guān)鍵設(shè)備的使用壽命有利。
3、結(jié)語
根據(jù)蓄熱式加熱爐陶瓷蜂窩體使用過程中損壞的主要原因,提出了解決措施,希望為蜂窩體的生產(chǎn)、選用和廣泛應(yīng)用提供幫助。只有不斷的對蓄熱式加熱爐進行深入地研究,才能更好地發(fā)揮這項技術(shù)的優(yōu)越性。