加热炉陶瓷蜂窝体出现断裂、堵塞的原因分析以及有效措施



北极星大气网讯:蓄热燃烧技术是一种节能的新型燃烧技术,目前已经在许多国家推广应用。该技术之所以具有较高的温度效率和热效率,蓄热体是一个关键部件。但从实际应用来看,陶瓷蜂窝体寿命往往不尽人意,原因是多方面的,主要是蜂窝体材质不合理、使用环境恶劣或设计不合理等。

文章对现场提取的损坏陶瓷蜂窝体进行了分析,总结出其损坏的原因和解决措施,以期为蜂窝体的选用、生产及现场的应用、维护提供有益的建议。

1、损坏原因分析

目前广泛使用的陶瓷蜂窝蓄热体多采用莫来石质,就理论上讲,其耐火度和荷重软化点都大于1400℃,完全能够满足加热炉烟气温度小于1300℃的使用条件,但在实际应用中却出现破裂或堵塞的现象。综合多个钢厂加热炉陶瓷蜂窝体的使用情况,将其损坏原因归纳如下:

(1)蜂窝体材质

陶瓷蜂窝体材质的选用非常关键,应优先考虑耐急冷急热性能好、比热大、密度大的材料。蜂窝体的破裂,很大程度上是由于其材质的选取不合理。烟气与空气对陶瓷蜂窝体反复冲刷,导致陶瓷蜂窝体的温度出现频繁变化,这对其材质提出了更高的要求。工程中使用的蜂窝体材质耐急冷急热性能往往不好,容易出现破损现象。目前蜂窝体有十多种材质,其中以莫来石质,铝质瓷,致密堇青石质,疏散堇青石质,炻瓷应用最为广泛,其化学成分组成及性能如表1。

(2)使用环境

炉内的氧化铁皮和材料本身的氧化铁含量降低了蜂窝体的耐火度。蜂窝体的主要成分是Al2O3和SiO2。在还原性气氛中,一些低铝蓄热体材料,只要吸收少量的氧化亚铁,就会在低于1210℃的温度下形成液相。而莫来石和刚玉的高铝材料却要到1380℃并吸收大量的氧化亚铁之后,才会形成液相。

(3)设计因素

蓄热式加热炉中,双蓄热占绝大多数。由于空气和煤气的喷嘴都很大,空气、煤气流股混合效果不理想,会导致不完全燃烧。当残存的空气和煤气进入蜂窝体狭小的空间内混合,导致二次燃烧损坏蜂窝体。

空气(或煤气)和烟气在蓄热室内的流动不均匀时,容易导致局部的温度偏高或偏低,产生热应力从而影响蜂窝体的使用寿命。

(4)蜂窝体结构

陶瓷蜂窝体的孔距及壁厚的选择也很关键,能影响蜂窝体在吸热和换热过程中温度场的变化和分布,进而影响其使用寿命。孔距太小,在安装蜂窝体时容易错位,气体有效流通面积变小,阻力损失増大;孔距太大,气体和蜂窝体的换热不理想。因此,在一定的环境下,蜂窝体应有一个合适的结构与之相适应。

2、解决措施

通过对影响蓄热体损坏的四大主要因素的分析,综合实际使用情况,有针对性地提出解决措施。

(1)在陶瓷蜂窝体材料的选用上,不应一味追求含铝量。含铝量越高,耐火度越高,但抗热震性却越差。在同一蓄热室内最好采用二种材料,由炉内方向至炉外方向依次采用刚玉、莫来石、堇青石质(或相近材质),达到抗热震性和耐火度的最佳优化。

(2)在实际生产中,应严格控制空燃比,减小钢坯的氧化烧损,控制氧化亚铁的生成量,进而阻止氧化亚铁被吸入蓄热烧嘴内,造成蜂窝体的损坏。

(3)煤气不完全燃烧,将在蓄热体内进行二次燃烧,造成蜂窝体损坏。设计烧嘴时,应充分考虑两喷口的角度、距离及两股射流的动量比。同时控制空燃比,保证煤气完全燃烧。这样在蜂窝体内,就不存在二次燃烧的问题。

(4)陶瓷蜂窝体孔距及壁厚的选择要合适。孔眼采用两种形式,靠近炉膛部位第一层采用大孔厚壁结构,其余采用小孔薄壁结构。不能为了追求比表面极大,选用过于细小的孔眼结构,影响强度并且容易堵塞。每层蜂窝体之间留有部分间隙(弧面连接),使气流通畅,避免灰尘堵塞。根据孔距与壁厚的大小选择合适的换向时间。通过理论计算,参考多家钢厂加热炉的实际使用情况,小孔薄壁蓄热体多采用空格为2.8〜3mm,壁厚0.8〜1mm,换向时间30〜60s。较长的换向时间对换向阀等关键设备的使用寿命有利。

3、结语

根据蓄热式加热炉陶瓷蜂窝体使用过程中损坏的主要原因,提出了解决措施,希望为蜂窝体的生产、选用和广泛应用提供帮助。只有不断的对蓄热式加热炉进行深入地研究,才能更好地发挥这项技术的优越性。




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