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        導熱油帶焦運行階段(一)

        文章來源:  作者:  發布時間:2022/9/26 13:11:07  瀏覽次數:

           導熱油在高溫條件下運行若干年,爐內導熱油經歷復雜變化,導熱油都是有機化合物組成的混合物。以礦物油為例,其組分的分子量在250~750范圍內,熱載體爐爐膛內燃料燃燒的火焰及煙氣溫度高達1200℃以上,熱載體在爐管內經受長時間高溫烘烤,各種組分會發生復雜化學反應,有的分子聚合成更大分子,有的分子分解為較小分子,形成分子量大于750的膠質與小于250的低沸點物。低沸點物在爐管內形成氣泡需要在系統中排除到系統外,而膠質則進入爐管管壁附面層或液膜層形成焦質,這就是熱載體爐爐管結焦的根本原因。

        首先我們先來分析爐管內熱載體流動,管內熱載體以2米/秒的速度流動成為爐管內軸向主流。爐管在爐膛內受熱,面向火焰一面管壁溫度要比另一面高,爐管環向管壁存在溫度差,熱載體受熱不均勻產生周向環流,熱載體粘度使爐管內壁形成邊界層,邊界層內平均速度遠小于流體主流,邊界層底部稱為層流底層,邊界層與爐管內壁之間存在液膜層,液膜層流體速度為零。熱載體通過爐管壁傳熱,爐管內存在熱邊界層。流體邊界層和熱邊界層厚度之比決定于普朗特數Pr,熱邊界層內的溫度梯度80%集中在層流底層。降低邊界層厚度就是降低邊界層層流底層和液膜層溫度,提高熱載體主流速度就是為了降低邊界層厚度,說到底為了降低液膜層溫度。熱載體爐運行初期,邊界層層流底層厚度約為100μm,液膜層厚度約為20μm,液膜和熱載體主流溫差在20℃左右,系統工作情況良好。隨著時間推延,熱載體中膠質和瀝青質不斷生成,在運行中不斷進入邊界層和液膜層,使兩者厚度稍稍增加。我們再考察爐膛,燃料燃燒的火焰和煙氣在爐管表面是不均勻的,極端輻射溫度在1200℃左右,此處爐管金屬溫度會超過600℃,爐管內壁液膜溫度也要比其他位置的液膜溫度高,較高溫度液膜層更容易吸附膠質使液膜層厚度迅速增加,同時此處邊界層厚度也在增加。如此循環作用,液膜溫度很快上升到360℃甚至400℃,膠質逐漸烘烤成焦質,爐管壁面局部結焦并向其他部位蔓延。熱載體爐結焦過程是一個長期緩慢但又是一個不斷增速的過程。

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