데이비드 A. 쇼트, Zeeco, UK 는 공정 버너에 사용 된 전통적인 복사 벽 버너 타일의 디자인으로의 업그레이드가 어떻게 달성되었는지 설명합니다.
복사-벽 버너(Radiant wall Burners) 타일은 용광로 온도와 작동 안정성 및 효율성을 유지하는 데 필수적인 역할을합니다. 역사적으로, 복사-벽 버너 타일은 가마를 태우고 손으로 성형 한 벽조 점토를 사용하여 네 조각으로 제조되었으며 외부 측면 고정 클리트가지지되었습니다. 1970 년대 동안, 대부분의 복사 벽 버너 타일은 기존의 알루미나 실리카 주조 가능한 재료를 사용하여 두 조각으로 생산되었습니다. 측면 및 하단 클리트 고정의 고정 시스템을 전면 버너 장착 플레이트에 용접했습니다(그림 1). 이 디자인은 주요 공정 버너 제조업체에서 채택했으며 대부분의 경우 오늘날에도 여전히 적용됩니다.
측면 및 하단 클리트 고정.
그러나이 설계에는 어려움이 없습니다. 주요 문제는 타일의 무게와 보존 시스템의 오류입니다. 두 개의 섹션으로 주조되는 경우에도 고밀도 내화물은 무겁고 설치가 번거로우며 그림 1과 같이 광범위한 앵커 및 지원 시스템이 필요합니다. 전통적인 고정 시스템은 종종 고온 가스가 버너 타일 확장 갭 주위로 침투 할 수있게하며 인접한 내화 수축 또는 내화 운동으로 인해 재순환 / 탈출 가스는 용광로 효율과 안정성을 감소시킬뿐만 아니라 버너 장착 플레이트 또는 용광로 케이싱의 잠재적 인 과열을 통해 클리트의 조기 고장 가능성을 증가시킵니다.
타일이 예상대로 작동하는지 확인하려면 최종 사용자는 내화물에 대한 중요한 선택 기준을 고려해야 합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
- 용광로 작동 온도
- 용광로 냉면 온도
- 가스 또는 오일 소성
- 산화 또는 환원 분위기 및 가스 조성
- 지붕, 벽 또는 바닥 장착 버너
- 가스 침식 및/또는 화학적 공격의 가능성
- 직접적인 화염 충돌의 가능성
- 열 사이클링 조건.
새로운 모듈형 타일 디자인
엔지니어 Zeeco 더 큰 무결성과 신뢰성을 가진 타일을 만들기 시작했습니다. Zeecolite라는 이름의 결과 디자인은 원피스 복합 방사 벽 버너 타일입니다 (그림 2 및 3). 이 설계의 주요 구성 요소에는 내식성 핫페이스와 안전한 Inconel 스테인레스 스틸 임베디드 앵커리지가 있는 열 효율적이고 가벼운 소재 백업 절연이 포함됩니다.
그림 2. Zeecolite 원피스 복합 방사 벽 버너 타일 – 뜨거운 얼굴.
그림 3. Zeecolite 원피스 복합 복사 벽 버너 타일 - 차가운 얼굴.
일체형 모듈식 설계는 세라믹 섬유 절연 보드로 백업된 핫페이스로 특수 공식화된 62% 알루미나 저 산화철 1700°C 낮은 시멘트 주조를 사용합니다(그림 4). 이 설계는 열 효율과 내식성을 모두 제공하며, 이는 버너 성능과 화실 신뢰성의 기본 기준입니다.
그림 4. 세라믹 섬유 절연 보드 및 임베디드 앵커 시스템을 보여주는 모듈식 타일 설계의 측면도.
타일 어셈블리는 네 포인트 인코넬 스테인레스 스틸 임베디드 앵커 시스템으로 자체 지원됩니다. 내장형 완전 밀폐형 시스템은 타일 모듈을 퍼니스 케이싱 또는 버너 장착 플레이트에 부착하는 데 사용됩니다. 앵커 시스템은 주변 용광로 내화물 및 버너 시스템의 연소 구성 요소와 완전히 독립적입니다. 캐스트 섹션에 앵커를 내장하면 금속 피로 및 산화와 관련된 문제가 방지됩니다(그림 5).
그림 5. 모듈식 타일 디자인의 측면도는 타일을 제자리에 고정하기 위해 부착된 아이 볼트를 보여줍니다.
뜨거운 얼굴 뒤에서 세라믹 섬유 절연 보드는 열 효율을 제공하고 무게를 줄입니다. 앵커 시스템을 갖춘 결과 타일 모듈은 오늘날의 현대적인 용광로에서 향상된 열 효율과 낮은 무게, 근본적인 요구 사항을 제공합니다.
수명 및 창업 문제 해결
Zeecolite 타일은 360 ° C로 사전 건조되어 자유 및 화학 물을 모두 제거합니다. 이 프로세스는 시동 절차 중 열 균열 또는 타일 고장의 일반적인 문제를 무효화합니다. 완전히 보호되는 앵커 시스템은 지원 시스템의 장기적인 무결성을 보장하고 버너 가스 팁과 관련하여 타일의 전방 이동을 방지하며, 이는 기존 타일 설계에 공통적인 수명 및 신뢰성 문제 모두입니다. 저질량 세라믹 섬유 단열재를 추가하면 열 효율이 향상되어 용광로가 설계 사양 및 효율 목표 내에서 계속 작동하도록 에너지 관련 비용이 절감됩니다.
응용 분야
일체형 모듈식 타일은 일차 개질 용광로의 평면 화염 측면 연소 버너 응용 분야에 사용하도록 설계되었습니다. 열면 주조 섹션과 세라믹 섬유 절연 보드의 두께는 모두 용광로 또는 응용 분야의 특정 매개 변수에 따라 달라질 수 있습니다. 이 디자인은 벽 두께 또는 주변 내화물의 조성에 관계없이 기존 또는 새로운 건축물에 적합합니다.
설치
버너 타일 모듈은 신규 및 개조 응용 프로그램 모두에 쉽게 설치할 수 있도록 설계되었습니다. 내장된 스테인리스강 앵커는 후면 세라믹 섬유 절연 보드를 통해 돌출되어 외부 장착 플레이트에 볼트로 고정됩니다. 먼저 모듈을 용광로 벽의 장착 위치까지 올리려면 앵커 볼트에 나사산이 달린 아이 볼트가 일반적으로 타일 어셈블리와 함께 제공됩니다. 일단 제자리에 도착하면 장착 시스템은 앵커가 중력 토크로 인한 움직임없이 버너 타일 모듈을 일시 중단 할 수 있도록합니다 - 타일 모듈이 주변 라이닝 시스템에 상당한 하중이나 응력을 부여하지 않음을 의미합니다. 이는 내화 세라믹 파이버(RCF) 모듈과 같은 라이닝 시스템에 섬세한 재료가 사용되는 특별한 이점입니다. 타일 모듈을 제자리에 맞추는 것은 모듈이 버너 마운트 플레이트에 고정되는지 또는 용광로 케이싱에 직접 고정되어 있는지에 따라 내부 또는 외부에서 수행 할 수 있습니다.
앵커 볼트 패턴이 퍼니스 장착 플레이트 상의 기존 배치와 일치하지 않는 경우, 템플릿 보드를 사용하여 장착 플레이트에 추가 구멍을 뚫어 구멍을 찾거나, 대안으로 모듈을 새로운 버너 마운트 플레이트에 미리 조립할 수 있습니다. 이 유형의 타일 모듈은 많은 증기 개질로에서 사용되고 있으며 열 효율과 수명 이점을 제공합니다.
사례 연구: 독일
측면 발사 천연 드래프트 버너가있는 용광로는 버너 타일을 통해 325mm의 내화 벽 두께를 가졌습니다.
원래 타일은 250mm 두께의 핫 페이스를 가지고 있었고 1650 ° C 알루미나 실리케이트 주물을 사용했으며, 세라믹 섬유와 칼슘 실리케이트 보드의 두 층은 두께가 75mm를 추가했습니다. 뜨거운 얼굴 온도는 1200 ° C에 도달 할 수 있었지만 타일 디자인 비교를 위해 사용 된 화실 중간 범위의 온도는 1100 ° C였습니다. 21°C의 주변 조건과 바람이 없는 차가운 얼굴 온도는 96°C였으며 열 손실은 936W/m2 였습니다.
새로운 타일의 핫 페이스 소재는 62% 알루미나 1700°C 낮은 시멘트 주조물로 구성되었으며 앵커 웨브 사이에 60mm 두께, 앵커 웹을 통해 160mm 두께로 165mm의 세라믹 섬유 절연 기판이 뒷받침되었습니다. 전체 모듈 두께는 325mm였다.
동일한 주변 조건을 가진 주조 가능 섹션의 냉면 온도 평균은 60 ° C였으며 열 손실 평균은 410W /m2 입니다.
새로운 타일을 적용한 결과, 79kg/타일의 모듈 중량 감소와 함께 열 효율이 56% 향상되었습니다.
사례 연구: 오스트리아
측면 발사 천연 드래프트 버너가있는 용광로는 버너 타일을 통해 293mm의 내화 벽 두께를 가졌습니다. 뜨거운 얼굴 온도는 최대 1200 ° C에 도달 할 수 있지만 타일 디자인 비교를 위해 사용 된 화실 중간 범위의 온도는 1100 ° C였습니다.
원래 타일은 158mm 핫 페이스를 가지고 있었고 세라믹 섬유와 칼슘 실리케이트 보드의 세 층으로 뒷받침되는 1650 ° C 알루미나 실리케이트 주물을 사용하여 총 135mm에 달했습니다. 주변 조건이 21°C이고 바람이 없는 차가운 얼굴 온도는 77°C였으며 열 손실은 645W/m2 였습니다.
새로운 타일의 핫 페이스 소재는 62% 알루미나 1700°C 낮은 시멘트 주조물로 구성되었으며 앵커 웨브 사이에 두께가 58mm이고 앵커 웹을 통해 두께가 158mm이며 135mm의 세라믹 섬유 절연 기판이 뒷받침되었습니다. 동일한 주변 조건에서 두 주조 가능한 섹션의 냉면 온도 평균은 65°C였으며 열 손실 평균은 468W/m2 였습니다.
결과적으로 38kg/tile의 모듈 중량 감소로 열 효율이 28% 향상되었습니다.
결론
새로운 타일 디자인은 용광로 가동 중지 시간을 줄이고 제품 수명을 개선했습니다. 또한, 향상된 열 효율과 결합되면, 그 응용 프로그램은 운영 및 유지보수 예산에 대한 눈에 띄는 절감을 가져왔다.
그림 6. Zeecolite 타일을 사용하여 용광로에서 복사 벽 버너를 작동시킵니다.
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