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高性能蜂窩式蓄熱體,是針對我國加熱爐實際燃燒狀況研制的,能適應(yīng)我國加熱爐大多控制水平低、燃燒狀況惡劣的實際條件。高性能蜂窩式蓄熱體的蓄熱式換熱過程中,蓄熱體的質(zhì)量密度與比熱容乘積越大,蓄熱體的蓄、放熱量就越大,再加上換向周期和使用壽命,單位體積換熱面積,綜合這些參數(shù)才能完成蓄熱換熱技術(shù)的選擇。較頻繁的換向,也影響蜂窩式蓄熱體的換向設(shè)備的使用壽命。蓄熱體具有壓力損失小、比表面積大、傳熱速度快等優(yōu)點。從理論上講,采用高性能蜂窩狀蓄熱體的蓄熱式燃燒系統(tǒng)更易對現(xiàn)有爐子進行改造,熱回收率也更高。如果蜂窩狀蓄熱體能夠有較強的適應(yīng)性和較長的使用壽命,必將推動蓄熱式熱交換技術(shù)在工業(yè)爐上的廣泛應(yīng)用。
1. 耐火度高
對于蓄熱式燃燒系統(tǒng),助燃空氣或(和)煤氣的預(yù)熱溫度效率較高,一般可達(dá)僅比煙氣溫度低100-200℃的水平,因而蓄熱體長期工作在高溫狀態(tài)下,故對其耐火度有要求。對于一般小鋼坯加熱爐,其煙氣溫度為1250-1300℃,對于高溫大型鋼坯加熱爐,煙氣溫度可達(dá)1400℃,甚至更高,由此可見,不同的應(yīng)用條件對蓄熱體材料耐火度有不同的要求。
2. 熱震穩(wěn)定性
根據(jù)蓄熱室的換熱過程,蓄熱體是在反復(fù)加熱和冷 卻的工況下長期運行,其表面與內(nèi)部的溫度始終隨時間作周期的變,若蓄熱體的熱震穩(wěn)定性達(dá)不到一定的要求,剛會在頻繁交替的熱脹冷縮作用下,導(dǎo)致蓄熱體破碎而堵塞氣流通道,使壓力損失增加,影響蓄熱室的換熱效果,嚴(yán)重時將引起蓄熱室不能正常工作,被迫進行蓄熱體更換。根據(jù)耐火材料的性質(zhì),材料的致密度超市,熱膨脹系數(shù)越大,其熱震穩(wěn)定性越差,同時,致密度高的材料,其密度一般也較大,蓄熱能力也大,因此,在選擇蓄熱材料的配方時,應(yīng)在保證材料熱震穩(wěn)定性的前提下,盡可能提高其致密度。
3. 結(jié)構(gòu)強度
蓄熱室是由單個蓄熱體分層和分排組裝而成,在實際的高溫工作條件下,底層蓄熱體需承受上層及自身的重量,因此,要求蓄熱體必須具有足夠的高溫抗壓強度和蠕變性能,否則,將導(dǎo)致蓄熱體變形和破碎,使氣體的流通阻力增大,換熱效率下降,甚至影響到蓄熱式燃燒系統(tǒng)的安全運行。同時,在高溫含塵氣體高速沖刷作用下,易導(dǎo)致蓄熱體孔壁磨損和缺陷剝離破損,因而,要求蓄熱體具有較高的高溫結(jié)構(gòu)強度和荷重軟化溫度。根據(jù)經(jīng)驗,耐火材料長期工作溫度一般比其荷重軟化溫度低100℃左右。
4. 抗渣性
因為在加熱爐的爐氣中含有氧化鐵粉塵,通過與耐火材料的接觸與高溫固相反應(yīng),形成低熔點物質(zhì),降低了材料的軟熔溫度。因此,在正常使用過程中,造成低熔點物質(zhì)粘附孔壁,增大了氣體的流動阻力,降低了蓄熱體的換熱效率,同時,孔壁低熔點物質(zhì)的粘附,增強了孔壁對粉塵的捕捉能力,推進了孔壁粉塵粘附進程,進一步惡化了熱體的使用性能,甚至造成大面積堵塞蓄熱體通孔,導(dǎo)致蓄熱室無法正常工作。因此,蓄熱材料同樣必須具有良好抗氧化鐵侵蝕的能力。
5. 比熱容
比熱容C 反映了材料內(nèi)部積聚一定熱量而產(chǎn)生的溫度變化。質(zhì)量相同而C 不同的材料,當(dāng)從外界吸收相同的熱量時其表征值-溫度則不同,C值大的材料,在換熱過程中,與截?zé)峤橘|(zhì)之間的溫度差較大,熱交換量增加,與同溫度下C值小的材料相比,所蓄積的熱量更多。
6. 材料熱導(dǎo)率
在蓄熱體吸熱與放熱過程中,熱能在物質(zhì)內(nèi)部傳遞時所遇阻力大小直接影響蓄熱室的換熱效率。材料的熱導(dǎo)率是物質(zhì)進行能量傳遞難易程度的一種物理性質(zhì)。熱導(dǎo)率大的材料,熱量從表面到中心,或從內(nèi)部到表面的傳遞速度快。根據(jù)復(fù)合換熱牛頓公式,蓄熱體與氣體進行換熱過程的界面綜合換熱系數(shù)a:a=(1/a+-Sλ)-1式中,α為氣體(空氣或煙氣)與蓄熱體對流換熱系數(shù),W/(m2·K);-S為蓄熱體固體內(nèi)部熱量流量流動平均距離m; λ為蓄熱體材料的熱導(dǎo)率,W/(m·K)。由式可見,材料λ值高,綜合換熱系數(shù)a上升;熱量傳遞速度快,交換的熱量增加;熱蓄室的溫度效率E值上升,有利于設(shè)備的微型化與設(shè)備的布置安裝。
7. 密度
對于顯熱式蓄熱材料來說,密度越大,單位體積的材料重量也越大。在比熱容相同的條件下,吸收同等熱量的蓄熱材料重量相等,因而材料密度大的材料可以減小蓄熱室的體積,在蓄熱室額定蓄熱量的條件下,采用體積密度大的蓄熱材料,蓄熱室占用體積小,便于蓄熱式燃燒系統(tǒng)的安裝與布置,為此,在蓄熱體選材時應(yīng)盡量選擇高密度的材料。
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