燃气燃烧与应用-chap12解析

第十二章燃气工业炉Chap12Gas-firedIndustrialFurnace•概述•燃气工业炉的炉型与构造•燃气工业炉的热工特性•钢铁工业用炉•有色金属用炉•窑业用炉•化工与环保用炉•干燥用炉第一节概述Section1Introductiontoindustrialfurnace一、燃气工业炉窑的分类(一)按用途，分为五类：1．熔炼炉:熔化金属物料，加入其他合金元素进行精炼冲天炉、平炉、熔铜炉、熔铝炉、玻璃熔池窑……2．锻轧加热炉:增大金属在轧制、锻造、冲压和拔拉前的塑性，轧钢加热炉、锻造加热炉等。3．热处理炉:改变金属的晶相结构，使其满足不同的热处理工艺要求，如淬火、退火、回火、渗碳及氮化等。4．焙烧炉又称焙烧窑:使物料发生物理或化学变化，以获得新的产品。白云石、石灰石、耐火材料的焙烧……5．干燥炉:排除物料中的水分。如铸型的干燥及粘土、砂子和型煤的干燥等。(二)按炉温分类1．高温炉——炉温在1000℃以上，其炉内传热一般以辐射为主。2.中温炉——炉温为650－1000℃，炉内传热包括辐射传热和对流传热。3．低温炉炉温在650℃以下，以对流传热为主。与传热方式有关(三)按炉子工作的连续性分类1．连续性操作的炉子。2．周期性(间歇式)操作的炉子。能耗的计量基准不同；热工考虑不同；(四)按加热方式分类1．直接加热炉又称火焰炉，指炉气直接与物料接触。2．间接加热炉炉气不直接与物料接触。(五)按行业分类1．炼铁：高炉、热风炉、烧结炉、球团炉、焦炉、焙烧炉。2．炼钢、压力加工：转炉、电弧炉、平炉、均热炉、轧钢加热炉、锻造加热炉。3．钢材热处理：退火炉、正火炉、调质炉、回火炉、热压合炉、渗碳炉、软氮化炉、镀覆炉、气氛发生炉、烧结炉。4．铸铁、铸钢：冲天炉、电弧炉、感应熔化炉、热处理炉、干燥炉。5．有色金属：精炼炉、熔化炉、均热炉、加热炉、焙烧炉、转炉、热处理炉(退大、调质、回火、烧结等)。6．陶瓷、水泥、耐火材料：熔化炉(玻璃、耐火材料等)、烧成炉(水泥、耐火材料、陶瓷器、砖瓦、陶管、窑业原料等的烧成)、煅烧炉(窑业原料焙烧与锻烧)、热处理炉(平板玻璃、电视显像管等热处理)。7．化学工业：煤化工中的炼焦炉、煤气发生炉；石油化工中的加热炉、分解炉、转化炉。8．环境保护：工业废弃物焚烧炉、废气燃烧炉、城市垃圾与下水污泥焚烧炉。(六)按炉型结构分类室式炉开隙式炉台车式炉井式炉步进式炉振底式炉二、燃气工业炉窑的特点l．环保：SOX、NOx含量均比煤和油少得多，甚至不必考虑。2．易于自动控制：燃气燃烧器的调节比范围宽过剩空气量少微调灵敏性快易实现炉温和炉压、甚至炉气成分的自动控制。3．清洁、卫生、操作方便：无结焦、结渣的问题，易实现自动点火及火焰监测等。4．易于实现特种加热工艺：使少氧化加热以及快速加热等特种工艺的实现比较容易。工业炉窑能源：电、煤、油、气四种。与其他两种火焰炉比较，具有以下优点：危险与隐患•燃气工业炉的管理及操作要比其他燃料严格。•燃气与空气形成的混合物之可燃成分均在爆炸范围内。若操作不按规程，管理检查不严格，就容易发生爆炸等事故。三、燃气工业炉窑的技术性能1．炉型与工艺。2．生产率(对连续式炉)，或装炉量(对周期式炉)。3．最高炉温及常用炉温。4．炉膛有效容积或炉底有效面积。5．升温速度(冷炉工况)，或达到最高炉温所需时间。6．炉膛有效空间内的温差。7．燃料规格名称及其最大和平均消耗量。8．排烟量及排烟方式。9．各项附属设备：燃烧器、风机等的型号、规格、功率等。10．其他动力要求，如用水、压缩空气等的压力、消耗量等。11．其他特殊性能。两项说明文件一、操作说明，包括操作程序、维修规程以及安全注意事项等；二、施工说明，包括各个特殊部位的施工程序及验收标准。同时还应附有烘炉曲线。第二节燃气工业炉的炉型与构造Section2Typesandstructuresofindustrialfurnace一、燃气工业炉的主要形式•周期式炉：品种少、产量大•连续式炉：批量小选用时的考虑：•产量；•操作条件；周期式炉的形式与特征•物料不运动；•装料口即出料口；•有严格的升温、保温、降温冷却工艺要求；•操作按照周期进行。井式炉箱式炉台车式炉坩埚炉井式炉箱式炉台车式炉坩埚炉连续式炉及物料输送方式(1)——推料式井式炉箱式炉台车式炉坩埚炉推料机料盘推料机悬吊装置推料机推料机料盘悬吊装置推料机料盘台车炉底滑轨式悬挂式辊底式台车式连续式炉及物料输送方式(2)——输送机式炉料炉辊链条传动辊底式螺旋式炉料炉料辊链传动步进梁式输送带式转底式滚筒式加热冷却连续式炉及物料输送方式(2)——牵引式二、燃气工业炉的基本组成燃气空气12345678•炉膛•燃气燃烧装置•余热利用装置•烟气排出装置•炉门提升装置•金属框架•各种测量仪表•机械传动装置•自动检测与自动控制系统炉膛1．炉墙——炉膛的侧面砌砖部分。由于高温的要求，耐火墙要有足够的耐火度，保温墙要有良好的隔热性能，使炉子既耐高温又只有较小的热损失。外壁温度应在60-80℃以下，最高不超过100℃。在设计时，既要考虑内壁的温度条件，以确定耐火材料的质量，又要考虑材料的传热性质，以确定炉墙的结构与厚度。炉膛2．炉顶——炉膛顶部的砌砖部分。炉顶的结构形式可分为拱顶和吊顶两种。炉子跨度小于3－4m时可采用拱顶，跨度较大的炉子一般采用吊顶。水平力H加固用钢材Abf1α水平力HGG2α2拱顶力水平力HG213421342炉膛3．炉底——炉膛底部的砌砖部分。承受很大的机械负荷、金属和氧化铁皮的作用。砌筑材料要求更高，既要坚固，又应有一定的厚度，以防止基础混凝土受热后发生损坏。长时间加热时，混凝土基础部分的温度不高于300℃。对普通的加热炉，助熔剂的侵蚀和装炉物料的磨损是决定炉床寿命的重要因素。炉床砖的厚度炉内温度(℃)﹤500500～10001000～1200﹥1200炉床砖块数245﹥6炉床砖厚度（mm）130260325390耐火砖耐火绝热砖绝热板槽钢空气流通路混凝土空气冷却炉床•防止基础混凝土过热引起损坏，同时又可降低炉床温度，延长服务年限。•增加一定的热损失，但由于它能延长炉床寿命，因此在大型炉中普遍采用。炉膛4．炉子基础——承受全部炉体载荷的重要部位混凝土基础任何部分的温度不能超过300℃，否则混凝土本身会失去机械强度。应避免将炉子部件和其他设备放在同一个整块的基础上，以防由于负荷不同而引起不均衡下沉，使基础开裂或设备倾斜。基础底部的深度在寒冷地区应深于冰冻线以下，以免由于气温变化使基础破坏。炉子基础应尽量建于地下水面以上，否则必须采取防水措施炉门以及提升装置1．炉门作用：保持炉温，减少炉内辐射和炉气逸漏所造成的热损失，避免因空气的吸入而恶化炉内气氛。要求：严密、轻便、耐用及隔热。结构：•侧墙上的炉门常用铸铁制成，内衬绝热耐火砖，其形式按尺寸大小而定。•对一些高温炉，炉门常设有水冷装置。•炉门装在炉门框上，炉门框再固定在炉子的金属构架上。炉门在安装时应使其向门框倾斜10°角，以便炉门靠自重压紧在炉门框上，以保证炉门的关闭严密性。炉门以及提升装置2．炉门提升装置炉门的开闭常采用垂直升降，提升都借助于滑轮和滚子的作用，可用人工、电动或气动等方式实现。当炉门的重量不大时，可采用人工操作的扇形机构提升。若炉门很重且启闭次数频繁时，可采用气动、电功或液压提升机构。炉门及其提升机构应固定在钢架上，并使炉门和炉墙不发生碰撞。金属构架作用——使炉墙坚固并在工作情况下保持砌体形状(1)加固炉子砌体、承受炉子拱顶的侧压力或吊顶的全部重量，并把其作用力传给基础。(2)构架是炉子的骨架，在其上面安装炉子的附属设备。如炉门框、燃烧器及冷水管。(3)抵抗砌体的高温膨胀，使炉子不发生变形。组成——竖钢架、水平梁及连接杆等组成竖钢架是金属构架的主体，它用地脚螺栓固定在混凝土基础内。为使其金属构架成为一个牢固的整体，竖钢架彼此间必须用连接梁或拉杆连接起来，并将其固定。材料：竖钢架多采用槽钢，且成对地设置。有些炉子也可采用废钢轨作为钢架。连接梁多采用角钢和槽钢。连接杆用圆钢。炉底空冷层的钢梁则常用工字钢和槽钢。烟道、闸门和烟囱1．排烟方式：上、下排烟两种，与炉子的结构形式、周围环境条件有关。上排烟下排烟炉体结构简单，造价低，施工方便；能充分利用较高的烟气温度，在得到同样的负压条件下，烟囱高度可降低。结构比较庞大，要占据较大的地下深度；布置烟道时可能受车间设备基础及厂房柱基的限制；烟气被引入地下，不恶化车间卫生条件及操作环境，不妨碍车间地上管线的布置并便于吊车的运行。当厂房通风条件好、炉子规模小，车间内炉子数量不多、对吊车运行妨碍不大时；当地下水位较高采用防水结构有困难时，均可用上排烟方式。多台炉子组成一个排烟系统。布置紧凑，经济合理，但烟道系统不易严密，可能影响烟囱正常抽力。当地下水位较高时，还需设计烟道防水措施。烟道、闸门和烟囱2．烟道烟道是连接炉子与烟囱的烟气通道。设计烟道时，应正确选择其截面尺寸和结构形式，并使其具有良好的气密性。下排烟炉子的烟道，大都布置在距地面300mm以下。烟道通常用砖砌筑，其底部采用混凝土基础。为了不使混凝土温度过高，上面可用硅藻土砖做绝热层，最上面再砌半砖厚的粘土砖，外部用红砖。烟道拱顶通常采用双层的半圆拱顶。3．闸门为了调节炉膛内的压力，在烟道上必须设置烟气闸门。按炉子大小、用途差异，可采用不同形式的闸门或插板。一般烟气温度低于400－600℃时，可用灰铸铁或铸钢件制成；当温度高于600－700℃时，则必须用水冷闸门、衬砖闸门或耐热合金钢制的闸板。4．烟囱烟囱是火焰炉常用的排烟装置，其作用是在烟囱根部产生抽力(即形成负压)，这是由于烟囱内烟气密度比外部空气密度小，从而产生升力(即重力压头)，使烟气能够排出。燃气燃烧装置燃烧装置是燃气工业炉上重要的装置之一。根据炉子的结构形式、工作特点及燃烧器的特性，正确设计、选择及合理安装使用燃烧装置及其系统是非常重要的工作。炉用设备及其他附件1．测量仪器测量燃气流量、压力、温度及空气流量、压力、温度、燃气成分、烟气成分、炉内温度、压力、烟气温度、压力、空气与燃气预热温度及被加热物料温度等所需的仪器。2．燃烧调节装置•调节进入炉内的热量，可通过调节燃气及空气量来实现。•燃烧调节主要是控制炉内温度、炉膛压力及炉内气氛等。3．安全装置安全装置对保证安全生产及避免意外损失都是非常必要的。4．余热利用设备：为了提高炉子热效率而采取的热工措施。•为了回收烟气中的热量、可设燃气预热及空气预热装置、废热锅炉以及物料预热装置。•加强炉子及管道绝热保温等也能收到良好的热工效果。但对不同炉子应作经济技术分析，不能随意选用。