4 火焰炉生产率及影响因素分析

14火焰炉生产率及影响因素分析本章内容：„4.1概述„4.2工艺因素对生产率的影响„4.3热工因素对生产率的影响„4.4炉子附属设备对生产率的影响„4.5炉子生产率、热效率及单位燃耗之间的关系24.1概述„生产率：„单位生产率：(为了便于同类、大小不同炉子的比较)(炉底强度)„有效炉底强度/钢压炉底强度：τNG=----炉子装入量，kg或t----完成工艺时间，h----kg/h或t/hfGP=′----炉子生产率，kg/h或t/h----炉底面积，m2----kg/(m2.h)或t/(m2.h)xifGP=----炉子生产率，kg/h或t/h----有效/钢压炉底面积，m2----kg/(m2.h)或t/(m2.h)常用----炉内热过程的强化程度3例1某连续加热炉生产率为35t/h，炉子的有效长度为30m，双排装料，钢坯长度为1.5m，求这个炉子的有效炉底强度。G=35000kg/hfxi=30×1.5×2=90m2则解：h)kg/(m38990350002⋅==例2连续加热炉生产率为35t/h，双排装料，钢坯长度1.5m，有效炉底强度取500kg/(m2.h)，求炉子的有效长度。G=35000kg/hP=500kg/(m2.h)则解：PGfxi=m3.235.1270=×=xiL评价设计xifGP=2m7050035000==4关于生产率的几点说明：„单位生产率的表示方法随炉型变化有不同。…有效炉底强度(钢加热炉)kg/(m2.h)…床能率(铜反射炉)t/(m2.天)„炉子产量统计方法：…按出炉产品的重量----炉子真实产量…按车间合格产品的重量----生产线消耗及效益分摊时用„可比性需考虑的因素：…加热炉：钢种、规格等…熔炼炉：钢种、原料情况等„炉子的生产率要与前后工序匹配(炉子的缓冲作用)…后序工序的“拉力”…前序工序的“推力”τNG=xifGP=差别？5举例：轧钢加热炉的生产率产品计划及任务指标生产率指标钢种/规格等构造参数工艺要求炉子热工操作参数热过程参数实际技术指标燃料流量空气流量雾化剂压力炉膛压力推钢速度……炉温热流密度炉膛压力炉气流速气体成分……产量燃耗氧化烧损……设计设计操作6举例：轧钢加热炉的生产率„影响生产率的因素：构造、工艺、操作等„关键环节：…设计----决定构造和工艺(基本)…操作----能力的实现和实际问题应对„实际生产的复杂性：…生产计划编排…非正常情况(“三待”)产品计划及任务指标生产率指标钢种/规格等构造参数工艺要求炉子热工操作参数热过程参数实际技术指标设计设计待轧：后序轧线故障，如何应对？待热：后序轧线空闲，如何应对？待料：前序供料故障，如何应对？操作74.2工艺因素对生产率的影响„对冶炼炉：…提高装入量：可减少单位产量热损失/缩短单位产量辅助作业时间…缩短冶炼周期：由冶炼工艺方法、原料情况、产品参数要求等决定(如：转炉吹氧技术/冷料比/炉外精炼工艺等的影响)„对轧钢加热炉：…提高装入量：钢坯间距影响传热强度，存在最佳间距问题…缩短加热时间：装炉温度出炉温度断面温差加热速度保温时间τNG=----提高装入量----缩短工艺时间提高生产率？（-）（+）（+）（+）（-）84.2工艺因素对生产率的影响„对热处理炉：…室状炉：钢种/规格/装炉量等Î炉温曲线(升温/降温速度和保温时间等)最终决定因素：装炉量和在炉时间…连续炉：钢种/规格等Î炉温分布、物料间距和送料速度最终决定因素：物料间距和送料速度…工艺制度的制定依据：„传统方法：经验+试验„科学方法：数学模型寻优(“炉温-钢温-晶体转变和生长”全过程数学模型)…提高生产率要慎重：由试验检验决定τNG=----提高装入量----缩短工艺时间提高生产率？工艺要求高，工艺因素影响很大！而工序关系不明显。94.2工艺因素对生产率的影响„几点说明：…不同炉子的工艺过程不同，影响因素也不同。…工艺因素影响生产率的同时，也影响热效率和能耗。…炉子是生产线上影响生产率的关键环节，确定精准的工艺要求很重要！…工艺确定后，热工因素起决定作用。(操作/构造/规格等)τNG=----提高装入量提高生产率？----缩短工艺时间10∑++=+shyxiyudwQQQQBQ4.3热工因素对生产率的影响„炉膛热平衡：(外部传热)„物料热平衡：(外部-内部)„物料内部导热：(内部传热)iQQQBQGshyyudwΔ−−+=∑外部传热因素：炉膛热交换内部传热因素：物料物性、尺寸规格等∑++Δ⋅=+shyyudwQQiGQBQViFqmρτΔ=mmqKSiFqVi1ρρτΔ=Δ=⇒⇒)(1048mgglmmTThTCq−+Δ×=−S----透热深度，mK1----形状系数(平板-1，圆柱-2，球-3)()()4144244mymLeTTTTT−−=Δ4.3.1影响因素的确定11000022=∂∂=∂∂=∂∂=∂∂===xmSxxTqxTTTxTaTλττ4.3热工因素对生产率的影响„炉膛热平衡：(外部传热)„物料热平衡：(外部-内部)„物料内部导热：(内部传热)iQQQBQGshyyudwΔ−−+=∑外部传热因素：炉膛热交换内部传热因素：物料物性、尺寸规格等∑++Δ⋅=+shyyudwQQiGQBQViFqmρτΔ=mmqKSiFqVi1ρρτΔ=Δ=⇒⇒4.3.1影响因素的确定124.3热工因素对生产率的影响影响因素分类总结：„先决因素：(燃料及物料属性、炉子构造尺寸等)Qdw,S(R,δ),λ,a,炉子尺寸等„操作因素：(影响热过程参数的可变因素)B,n,Tyu,Tf及B的分布或变化,闸板位置，装炉量及放置方式等„热过程因素：(由操作因素和先决因素决定的热过程参数)Tg,Ty,Tm,Qsh,εg,气体成分等iQQQBQGshyyudwΔ−−+=∑外部传热因素：炉膛热交换内部传热因素：物料物性、尺寸规格等mmqKSiFqVi1ρρτΔ=Δ=22xTaT∂∂=∂∂τ4.3.1影响因素的确定134.3热工因素对生产率的影响(1)炉子供热负荷„增大热负荷受多方面因素的限制…烧嘴能力的限制（要保证完全燃烧）…炉膛压力的限制（要避免炉压过高）…排烟温度的限制（要保护换热器/加强余热回收）…炉温的限制（要考虑炉体寿命、氧化烧损、过热过烧等事故等）4.3.2热工因素作用的分析dwBQ↑⇒gT↑⇒mq↓⇒τ↑G⇒↑dwBQ144.3热工因素对生产率的影响(1)炉子供热负荷„供热负荷的限度：…最大热负荷：考虑烧嘴能力、炉压、排烟温度、炉温等限制。…最小热负荷：维持炉体散热和必要的冷却热的热负荷。(空炉热负荷)(保温热负荷)4.3.2热工因素作用的分析↑⇒gT↑⇒mq↓⇒τ↑G⇒↑dwBQ()dwKLdwQBBQ=minliLshQ,η∑′=%100,×′+=∑dwshxiliLBQQQη154.3热工因素对生产率的影响(1)炉子供热负荷„炉膛容积热负荷：单位时间单位体积炉膛空间所供给的热量。4.3.2热工因素作用的分析↑⇒gT↑⇒mq↓⇒τ↑G⇒↑dwBQ)W/m(3vQ（如表4-1）表4-1烧煤气或烧油允许的炉膛容积热负荷允许的炉膛容积热负荷Qv/(W.m-3)燃料燃烧设备空气消耗系数n化学不完全燃烧率/%热处理炉加热炉长焰烧嘴1.15~1.302~350~100150~200气体燃料短焰烧嘴1.05~1.151~2100~150500~1000重油喷嘴1.15~1.352~3~150~250164.3热工因素对生产率的影响(2)温度制度和供热制度4.3.2热工因素作用的分析炉温的大小和分布，是炉膛传热计算的依据供热负荷的大小和分布，决定着温度制度gT⇒mq⇒dwBQmT⇒G⇒174.3热工因素对生产率的影响(2)温度制度和供热制度举例：连续加热炉的供热制度„炉长方向各段的燃料分配…“炉头供热”－－节能型…“炉尾供热”－－高产型4.3.2热工因素作用的分析184.3热工因素对生产率的影响(2)温度制度和供热制度举例：连续加热炉的供热制度„炉长方向各段的燃料分配„端部和侧墙供热分配…端部↑----节能…侧墙↑----高产„最佳炉温制度：满足加热质量和产量要求的前提下，燃耗最低满足加热质量和产量要求的前提下，燃耗最低（常用）4.3.2热工因素作用的分析194.3热工因素对生产率的影响(2)温度制度和供热制度„炉温制度分类：…一段(一期)制度„平均温压大，生产率高„排烟温度高，能耗高„适用于工艺要求简单的情况…多段(多期)制度„排烟温度低，能耗低„平均温压小，生产率低„可以实现复杂的工艺制度4.3.2热工因素作用的分析τ或LTTfTmτ或LTTfTm20多段制度举例：管坯环形加热炉炉温、钢温变化曲线钢管淬火炉炉温变化曲线τ或LTTfTm21多期制度举例：τTf或BTfB预热加热均热钢锭均热炉炉温曲线22多期制度举例：时间（hr）温度（℃）扣冷却罩冷却装出炉密封检查预吹扫RT冷却加热AT启动快冷23一段制度举例：LTTfTm244.3热工因素对生产率的影响(3)废气出炉温度„提高废气出炉温度的方法…提高热负荷…炉尾供热…提高燃烧温度„废气出炉温度与热效率解决矛盾的措施：…烟气余热预热空煤气（双效）…延长炉尾段（双效）4.3.2热工因素作用的分析提高空煤气预热温度降低空气消耗系数（完全燃烧下）富氧燃烧等（废气出炉膛时的温度）↓↑TyTη,↑↑GTy,↑↑LGη;↑↑TGη;矛盾254.3热工因素对生产率的影响(4)物料温度()12mmmTTCi−=Δ4.3.2热工因素作用的分析mqKSi1ρτΔ=↑⇒↓↓⇒ΔGiτ⇒↑1mT↓2mT热送热装或料坯预热满足工艺要求的情况下，尽可能降低出炉温度264.3热工因素对生产率的影响(5)料坯厚度4.3.2热工因素作用的分析τNG=τδρxif=G↑⇒δ？？↑↑⇒Nδτδ↑⇒？？cfxiρ6.0=加热速度，min/cm（工程常用）δτ~？？不稳态导热原理xifGP=τδρ=274.3热工因素对生产率的影响(5)料坯厚度不稳态导热原理„第1类边界条件„第2类边界条件„第3类边界条件4.3.2热工因素作用的分析δτ~？？)2(S=δ⎟⎠⎞⎜⎝⎛==2)(SaConsttbτφθ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=00ttttbθKqSiConstqρτΔ==)(⎟⎠⎞⎜⎝⎛==ΣλτφθShSaConsttf,)(2)21(n2S∝⇒τS∝⇒τnS∝⇒τnS∝τ)21(≤≤n284.3热工因素对生产率的影响(5)料坯厚度4.3.2热工因素作用的分析τδρ==xifGP11−∝nδ↓↑P,δ(如图4-3)nS∝τ)21(≤≤n294.3热工因素对生产率的影响(6)布料情况及装入量„单面/双面/多面加热„推钢式/步进式/环形炉/室状炉„装入量与加热时间的矛盾关系„决定性因素：…透热深度…受热面积…炉膛传热强度4.3.2热工因素作用的分析304.3热工因素对生产率的影响(6)布料情况及装入量„单面/双面/多面加热…单面Æ双面…多面加热„受热面积增加„其他也会变2δ=S4.3.2热工因素作用的分析决定性因素：•透热深度•受热面积•炉膛传热强度δ=Sτδρ==xifGP)(11δδ=′′=−SKn)2(1211δδ=′′=−−SKnnnSK′=δρ314.3热工因素对生产率的影响(6)布料情况及装入量„料坯间距…方坯单面加热(如图)Cm----表面辐射系数，W/m2.K4Cs----黑体辐射系数，W/m2.K44.3.2热工因素作用的分析决定性因素：•透热深度•受热面积•炉膛传热强度↓↑τ,a↑↓↑Ga,5.0)(=optBa324.3热工因素对生产率的影响(6)布料情况及装入量„料坯间距…板坯？？4.3.2热工因素作用的分析δByxqq0=optaxy334.3热工因素对生产率的影响(6)布料情况及装入量„室状炉的装入量物料充满炉膛系数K=0.3~0.45„均热炉…四面加热…最佳装入量（遮蔽作用）炉底覆盖率40%左右4.3.2热工因素作用的分析决定性因素：•透热深度•受热面积•炉膛传热强度344.4炉子附属设备对生产率的影响„装出料方式：…连续炉：（不受影响）高…