一、前言

　　秦冶重工有限公司從2004年開始節(jié)能型熱風(fēng)閥的研制，并于2006年形成標(biāo)準(zhǔn)系列，編入YB/T4072—2007中。產(chǎn)品應(yīng)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(biāo)桿找差距，持續(xù)改進(jìn)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(biāo)目標(biāo)，閥門方面，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。國際上，公司的目標(biāo)是與德國德恩杰公司產(chǎn)品相媲美。

　　跟蹤德恩杰產(chǎn)品和秦冶重工有限公司產(chǎn)品的使用現(xiàn)狀及進(jìn)行現(xiàn)場測試調(diào)研，將國內(nèi)節(jié)能熱風(fēng)閥產(chǎn)品與德恩杰節(jié)能熱風(fēng)閥在結(jié)構(gòu)、選材、節(jié)能方面做一比較。通過努力，秦冶產(chǎn)品取得了長足的進(jìn)步。

二、熱風(fēng)能量損失比較

　　秦冶節(jié)能熱風(fēng)閥和德國節(jié)能熱風(fēng)閥在某公司同一座高爐上使用，對其進(jìn)行在線監(jiān)測，如圖1所示。

圖1 閥門在線監(jiān)視系統(tǒng)

　　不難看出，按照同規(guī)格閥門相比，由于閥板結(jié)構(gòu)不同，國內(nèi)節(jié)能熱風(fēng)閥的冷卻水量大于國外節(jié)能閥。由于水量大，使得冷卻水的溫升相當(dāng)小，閥板進(jìn)出水溫升1～2℃，而國外節(jié)能型熱風(fēng)閥，由于冷卻水量小，閥板冷卻水的溫升較高，達(dá)到8～9℃;另外國內(nèi)節(jié)能閥表面溫度高于國外節(jié)能閥。實測數(shù)據(jù)見表1。

表1 國內(nèi)節(jié)能閥門與國外節(jié)能閥門水溫、表面溫度

　　注：熱風(fēng)溫度1250℃，冷卻水壓力0。63MPa，環(huán)境溫度32℃。

　　熱風(fēng)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(fā)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(zhì)量流量，單位為kg;Δt1——冷卻水的溫升，單位為K。

　　將各參數(shù)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(jié)能閥門冷卻水溫升高，帶走的熱量比國內(nèi)節(jié)能閥多。

　　2、閥門向大氣散發(fā)的熱量Q2

　　閥門安裝在熱風(fēng)管道上，在開啟狀態(tài)，源源不斷的熱空氣流過閥門。熱風(fēng)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(nèi)熱風(fēng)通過輻射、對流方式將熱量傳遞給閥門內(nèi)表面。

　　2)再由傳導(dǎo)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(wěn)定傳熱，故通過各層的熱流量相等，記作Φ1=Φ2=Φ3=Φ4=Φ5=Φ。根據(jù)傳熱公式計算得

　　式中

　　Φ——熱流量，單位為W;tg——熱風(fēng)溫度，單位為K;ta——環(huán)境溫度，單位為K;F——導(dǎo)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(dǎo)率，單位為W/(m•K);αt1——熱風(fēng)到閥門內(nèi)壁的總傳熱系數(shù)，單位為W/(m2•K);αt2——閥門外表面到空氣的總傳熱系數(shù)，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(fēng)溫度tg、空氣溫度ta、閥門表面溫度t4、熱風(fēng)到閥門內(nèi)壁的總傳熱系數(shù)αt1、δ1、λ1、δ2、λ2、δ3、λ3，將各參數(shù)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(yuǎn)低于國內(nèi)閥門。

　　3、熱風(fēng)通過閥門時總的能量損失

　　熱風(fēng)通過閥門的兩部分能量損失之和Q總見表6。

表6 熱風(fēng)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(nèi)的節(jié)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(jié)果分析

　　國內(nèi)節(jié)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(dāng)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(shù)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(nèi)外閥門的各參數(shù)，λ2的大小對表面溫度起了決定性作用。

　　在國內(nèi)，耐火澆注料的性能已經(jīng)達(dá)到或超過德國水平，但隔熱材料的隔熱性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上國外產(chǎn)品，

圖3 λ2=0.17時t4隨λ1的變化

圖4 λ2=0.23時t4隨λ1的變化

圖5 t4隨λ2的變化

　　有待于國內(nèi)廠家研究，性能對比見表7。

表7 國內(nèi)外阻熱材料性能比較

四、結(jié)論

　　要想熱風(fēng)閥做到節(jié)能，一方面，在降低冷卻水量的同時，必須控制冷卻水的溫升，減少冷卻水帶走的熱量;另一方面，抑制熱量向閥門鋼體的傳導(dǎo)，同時阻止熱量散發(fā)到大氣中去。要做到這兩點，必須采用高隔熱性能的材料。