國內外節能熱風閥比較

2013-07-20 孟翠娥秦冶重工有限公司

一、前言

　　秦冶重工有限公司從2004年開始節能型熱風閥的研制，并于2006年形成標準系列，編入YB/T4072—2007中。產品應用于首鋼京唐5500m3高爐，首鋼遷鋼4000m3高爐，張家港華盛5800m3高爐和太鋼4350m3高爐等幾十家。

　　在全國開展的“對比標桿找差距，持續改進促提高”活動中，秦冶重工有限公司積極努力找出自己的對標目標，閥門方面，在國內處于領先地位。國際上，公司的目標是與德國德恩杰公司產品相媲美。

　　跟蹤德恩杰產品和秦冶重工有限公司產品的使用現狀及進行現場測試調研，將國內節能熱風閥產品與德恩杰節能熱風閥在結構、選材、節能方面做一比較。通過努力，秦冶產品取得了長足的進步。

二、熱風能量損失比較

　　秦冶節能熱風閥和德國節能熱風閥在某公司同一座高爐上使用，對其進行在線監測，如圖1所示。

圖1 閥門在線監視系統

　　不難看出，按照同規格閥門相比，由于閥板結構不同，國內節能熱風閥的冷卻水量大于國外節能閥。由于水量大，使得冷卻水的溫升相當小，閥板進出水溫升1～2℃，而國外節能型熱風閥，由于冷卻水量小，閥板冷卻水的溫升較高，達到8～9℃;另外國內節能閥表面溫度高于國外節能閥。實測數據見表1。

表1 國內節能閥門與國外節能閥門水溫、表面溫度

　　注：熱風溫度1250℃，冷卻水壓力0。63MPa，環境溫度32℃。

　　熱風通過閥門的能力損失共有兩部分，第一部分為冷卻水帶走的熱量Q1，第二部分為閥門表面向大氣散發的熱量Q2。

　　1、冷卻水帶走的熱量Q1

　　由熱能公式：

　　式中

　　Q1——冷卻水帶走的熱量，單位為J;c1——水的比熱容，單位為kJ/(kg•K)，30～50℃時水的比熱容為4.174kJ/(kg•K);m1——冷卻水的質量流量，單位為kg;Δt1——冷卻水的溫升，單位為K。

　　將各參數帶入式(1)，得出兩種閥門閥板、閥體冷卻水在1h帶走的熱量，見表2、表3。冷卻水帶走的總熱量Q1為閥板、閥體冷卻水帶走的熱量之和，即Q1=Q板+Q體，見表4。

表2 閥板冷卻水帶走的熱量Q板

表3 閥體冷卻水帶走的熱量Q體

表4 閥體冷卻水帶走的熱量Q1(單位：J)

　　由上述計算得知，國外節能閥門冷卻水溫升高，帶走的熱量比國內節能閥多。

　　2、閥門向大氣散發的熱量Q2

　　閥門安裝在熱風管道上，在開啟狀態，源源不斷的熱空氣流過閥門。熱風通過多層平壁的綜合傳熱，如圖2所示。傳熱過程如下。

　　1)閥門內熱風通過輻射、對流方式將熱量傳遞給閥門內表面。

　　2)再由傳導傳熱的方式將熱量傳遞到外表面。

　　3)熱量以對流和輻射方式傳向周圍空間。

圖2 閥門傳熱示意圖

　　各過程的熱流量分別為Φ1、Φ2、Φ3、Φ4、Φ5，因為是穩定傳熱，故通過各層的熱流量相等，記作Φ1=Φ2=Φ3=Φ4=Φ5=Φ。根據傳熱公式計算得

　　式中

　　Φ——熱流量，單位為W;tg——熱風溫度，單位為K;ta——環境溫度，單位為K;F——導熱壁面積，單位為m2;δ1、δ2、δ3——分別為耐火澆注料、特種隔熱材料和鋼板的厚度，單位為m;λ1、λ2、λ3——分別為耐火澆注料、特種隔熱材料和鋼板熱導率，單位為W/(m•K);αt1——熱風到閥門內壁的總傳熱系數，單位為W/(m2•K);αt2——閥門外表面到空氣的總傳熱系數，單位為W/(m2•K)。

　　一般情況下，α t2從資料上找不到，可以通過計算其他傳熱過程得出的熱流量來反算得出Φ：

　　已知熱風溫度tg、空氣溫度ta、閥門表面溫度t4、熱風到閥門內壁的總傳熱系數αt1、δ1、λ1、δ2、λ2、δ3、λ3，將各參數代入式(3)，得出αt2，再將αt2值代入式(2)，得出Φ。同樣的方法可計算出個層間溫度。則閥門表面在1h的散熱量Q2見表5。

表5 閥門表面散熱量Q2

　　由于國外閥門表面溫度低，德國閥門向周圍空間的散熱量遠低于國內閥門。

　　3、熱風通過閥門時總的能量損失

　　熱風通過閥門的兩部分能量損失之和Q總見表6。

表6 熱風通過閥門時總的能量損失Q(總單位：J)

　　通過上述計算，得出，目前國內的節能閥雖然冷卻水帶走的熱量低于國外閥門，但總體熱量損失高于國外閥門。

三、結果分析

　　國內節能閥之所以熱量損失大，是因為閥門表面溫度高。由于閥門受幾何尺寸限制，由式(2)不難看出，當αt1、αt2、δ1、δ2、δ3、tg一定時，λ1、λ2、λ3的大小決定了Φ的大小，同樣λ1、λ2、λ3的大小決定了各層間溫度及表面溫度的大小。圖3～圖5列出了改變λ1、λ2時其他參數的變化。從圖中不難看出：λ1的變化對閥門表面溫度的影響不是很明顯;對比國內外閥門的各參數，λ2的大小對表面溫度起了決定性作用。

　　在國內，耐火澆注料的性能已經達到或超過德國水平，但隔熱材料的隔熱性能還遠遠趕不上國外產品，