1 概述
熱風閥安裝在高爐系統(tǒng)熱風爐的熱風支管上，用于送風系統(tǒng)的啟閉。熱風爐送風時閥門開啟，燃燒期間閥門關(guān)閉。熱風閥的工作溫度為1200~1300°C，工作壓力為0.4~0.5MPa。在高爐系統(tǒng)的正常工況條件下熱風閥將產(chǎn)生一定的能量損耗，其中包括冷卻水帶走的熱量、閥門外表面向大氣散發(fā)的熱量及供水用的電能等。正確認識和使用高爐系統(tǒng)熱風閥是實現(xiàn)節(jié)能降耗和文明環(huán)保生產(chǎn)的重要措施，對于系統(tǒng)的正常運行，設(shè)備熱效率的提高及能源的合理利用等具有重要的作用。
2 熱風能量損失計算方法
2.1 冷卻水帶走的熱量
在冷卻水供水并冷卻熱風閥密封面及閥門本體的過程中，冷卻水帶走的熱量Q1為
Q1=CmΔt1 （1）
式中 Q1——熱量（單位時間內(nèi)冷卻水帶走的熱量），J
C——比熱容，kJ/（kg•K）
m——質(zhì)量（單位時間內(nèi)冷卻水的質(zhì)量流量），kg
Δt1——冷卻水溫升，K
2.2 閥門外表面向大氣散發(fā)的熱量
閥門與環(huán)境之間的換熱為對流換熱和輻射換熱，可視為將鋼板置于無限大的空氣中。由于閥門表面溫度不超過100°C，輻射換熱可忽略不計，則閥門表面向大氣散發(fā)的熱量Q2'為
Q2'=αFΔt2 （2）
式中 Q2'——熱量（單位時間內(nèi)閥門外表面向大氣散發(fā)的熱量），J/s
α——對流換熱系數(shù)，W/（m2•K）
 （3）
 （4）
 （5）
F——散熱面積，m2
Nμm——努謝爾特準則
λ——流體的導熱系數(shù)，W/（m•K）
L——散熱壁面的定型尺寸，m
k——表示定性溫度為tm=（tw+tf）/2
tw——壁面溫度，K
tf——遠離壁面的流體溫度，K
Δt2——流體與壁面的溫度差，K
Δt2=tw-tf
ζn——由實驗確定的常數(shù)[1]
Gr——格拉曉夫準則
Pr——普朗特準則
g——重力加速度，m/s2
β——流體的容積膨脹系數(shù)
β=1/（tmk-1）
ν——流體的運動粘度，m2/s
由定性溫度查得流體的參數(shù)Pr、λ和ν代入式（2）求得Q2'。
根據(jù)實際工況，閥門表面溫度不超過100°C，與外界為自然對流換熱，對流換熱系數(shù)α可簡化為
α=1.13（Δt2）1/3 （6）
閥門外表面向大氣散發(fā)的熱量Q2為
Q2=Q2't （7）
式中 Q2——計算時間內(nèi)閥門表面向大氣散發(fā)的熱量，J
t——時間，s
2.3 熱風通過閥門時總的能量損失
熱風通過閥門時的能量損失為冷卻水帶走的熱量和閥門表面向大氣散發(fā)的熱量等能量損失的和Q總。
Q總=Q1+Q2 （8）
3 熱風能量損失計算實例
以通徑1800mm的傳統(tǒng)型和節(jié)能型熱風閥為例，計算1h熱風通過閥門時的能量損失。表1為某一高爐系統(tǒng)中閥門的實測數(shù)據(jù)。
表1 傳統(tǒng)閥門與節(jié)能閥門水溫及其表面溫度
（1）將各參數(shù)帶入式（1），得出閥門閥板及閥體冷卻水在1h帶走的熱量冷卻水帶走的熱量（表2和表3）。
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
冷卻水帶走的總熱量Q1為閥板和閥體冷卻水帶走的熱量，即Q1=Q板+Q體（表4）。
表4 閥門冷卻水帶走的總熱量Q1
計算結(jié)果證明，節(jié)能閥門冷卻水溫升高，帶走的熱量并不比傳統(tǒng)閥門少。
（2）將各數(shù)值帶入式（7），得閥門表面在1h的散熱量Q2（表5）。
表5 閥門表面散熱量Q2
（3）熱風通過閥門的能量損失為冷卻水帶走的熱量和閥門表面向大氣散發(fā)的熱量，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
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