退火炉热工知识

传热与传质、燃料及燃烧、 （气体动力学） 、热工设备、热工仪表及控制 1. 燃料的发热量（热值） 定义：单位质量/ 体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量（一般室温 25）。 依据燃烧产物中水蒸气（包括燃料中所含水生成的水蒸气和燃料中的氢燃烧时生成的水蒸气）的不同形态，分为两种发热量：高温发热量、低位发热量 高位发热量（高位热值） ： 燃料完全燃烧，燃烧产物中的水蒸汽全部凝结为液态水时所放出的热量 低位发热量（低位热值） ： 燃料完全燃烧，燃烧产物中的水蒸汽仍以气态存在时所放出的热量。 即它们的区别仅是：水的状态不同，25水的汽化热 24402500KJ/kg 实际燃烧时，因温度很高，燃烧产物中的水蒸气均以气态形式存在，不可能凝结为水，故一般所测定的为低位发热量（低位热值） 。 天然气的发热量（低位热值）一般为 8000 85004.18KJ/Nm3提问： 燃料的热值如何定义？通常所说的某种燃料的热值是什么意义？ 2. 基本传热方式 传热是由温度差引起的。只要有温度差存在，热量就会自发地从高温物体向低温物体转移。 传热有三种方式：对流、导热、辐射 在预热段低温区，以对流传热为主；在高温区，以辐射传热为主。 提问： 基本的传热方式有哪几种？ 在加热炉的不同温度区间，产品与热气流的传热方式各有什么特点？ 3. 气体燃料燃烧的基本条件 （1 ）有燃料（如天然气） （2 ）有空气（助燃风） （3 ）达到着火温度燃烧所需的最低温度 提问： 气体燃料燃烧的基本条件是什么？ 4. 气体燃料燃烧的过程 （1 ） 混合燃料与空气的混合 （2 ） 着火 （3 ） 燃烧 提问： 说一说气体燃料燃烧的过程 5. 依据燃气与空气的混合情况，分为三种燃烧方法 （1 ） 长焰燃烧燃气和空气在燃烧器内不混合，喷出后靠扩散作用进行边混合边燃烧，火焰长。 （2 ） 短焰燃烧燃气在燃烧器内与部分空气（一次空气）混合，喷出后燃烧并进一步与二次空气混合燃烧，火焰较短 （3 ） 无焰燃烧燃气与空气在燃烧器内（或进燃烧器前）完全混合，在燃烧器内（或喷出后）燃烧，火焰短而透明，几乎无火焰。 依据燃气与空气的混合情况，气体燃料的燃烧分为哪三种方法，各有什么特点？ 6. 燃烧的几个概念 （1 ） 完全燃烧：燃料中的全部可燃成分在空气充足的情况下达到完全氧化，燃烧产物中没有游离的 C 及 CO、H2 、CH4 等可燃成分。 （2 ） 不完全燃烧：燃料中的可燃成分没有完全氧化，燃烧产物中尚存在一些可燃成分，如游离的 C 及 CO、H2 、CH4 等。 （3 ） 空气过剩系数：燃料完全燃烧需要供应一定量的空气。根据燃烧化学反应方程式计算出来的单位燃料完全燃烧时所需的空气量为理论空气量。实际供应的空气量一般大于理论空气量，称为实际空气量。实际空气量与理论空气量的比值称为空气过剩系数（）。一般气体燃料的空气过剩系数为 1.051.15 （4 ） 火焰的气氛：根据燃烧产物的气氛性质，燃料燃烧的火焰有氧化焰、还原焰、中性焰之分。 氧化焰空气过剩系数1 。燃烧产物中不含可燃成分如 CO 等，有过剩的氧； 还原焰空气过剩系数1 。燃烧产物中含可燃成分如 CO 等 中性焰空气过剩系数1. 燃烧产物中没有过剩的氧，也没有可燃成分。理论上中性焰的温度最高。 提问： 什么是空气过剩系数？ 燃烧气氛分哪几种？如何划分？空气过剩系数与燃烧气氛有什么关系？ 空气过剩系数与燃烧温度有什么关系？ 7. 影响实际燃烧温度的因素 （1 ） 燃料种类：与燃料热值及燃烧的产物量有关，热值越高、燃烧产物量越低，燃烧温度越高。 （2 ） 燃料和助燃空气的温度：它们的温度越高，直接带入的显热越多，可提高燃烧温度。 （3 ） 空气过剩系数：适当的空气过剩系数，可以保证有较高的燃烧温度。一般略大于 1（过小，不完全燃烧；过大生成的烟气量多，会使燃烧温度降低） （4 ） 助燃风中氧气的浓度：提高氧气浓度，将使燃烧产物减少，可以提高燃烧温度。 （5 ） 炉体散热状况及炉内产品传热速度。 提问： 空气过剩系数与燃烧温度有什么关系？ 影响加热炉实际燃烧温度有哪些因素？ 使用气体燃料时，能否提高助燃空气或燃气的温度？对燃烧有什么影响？可以采用哪些方式提高燃气 /助燃空气的温度？ 8. 关于 NOx 烟气中的氧化氮通称 NOx，以 N2O、 NO、 NO2、 N2O4多种氮的氧化物存在，主要为 NO2和 NO。一般环保排放基准中涉及的 NOx 均指 NO 和 NO2 来源： （1 ） 热力 NOx高温时空气中的氮与氧化合形成 NO，进一步氧化形成 NO2其生成速度与下列因素有关 A 与燃烧温度有关。当燃烧温度低于 1400时热力 NOx 生成速度较慢，当温度高于 1400反应明显加快（炉温不均匀时，局部高温会产生大量的 NOx）。 B 与空气过剩系数有关。氧浓度增加，NOx 生成量也增加。当出现 15的过量空气时，NOx 生成量达到最大：当过量空气超过 15时。由于 NOx 被稀释，燃烧温度下降，反而会导致 NOx 生成减少。 C 与烟气在高温区的停留时间有关。停留时间越长， NOx越多。这是因为在窑炉 燃烧温度下， NOx的生成反应还未达到平衡，因而NOx 的生成量将随烟气在高温区的停留时间增长而增加。 （2 ） 燃料 NOx燃料中的氮，在燃烧时与空气中的氧化合，生成 NO 和 NO2。 燃料氮转化为 NOx 量主要取决于空气过剩系数，空气过剩系数降低，NOx 的生成量也降低，这是因为在缺氧状态下，燃料中挥发出来的氮与碳、氢竞争不足的氧，由于氮缺乏竞争能力，而减少了 NOx 的形成。 减少 NOx 的措施（举例） （1 ） 降低火焰峰值温度，在保证燃烧完全的情况下减少空燃比，缩短燃烧气体在高温区域中滞留的时间。 （2 ） 尽量使燃气完全燃烧，使之生成 CO2和 H2O，减少烟气中碳氢化合物的含量。 （3 ） 优化燃烧器结构，使燃烧温度均匀，避免火焰局部高温；采用较低的空气过剩系数即可实现完全燃烧。 （4 ） 采用新型的燃烧技术，如脉冲燃烧技术、高温空气燃烧技术、富氧燃烧技术等。脉冲燃烧技术是近年来开发的一项行之有效的降低NOx 的技术，烧嘴采用间断燃烧的方式，一旦工作，就处于满负荷状态。当需要升温时，烧嘴燃烧时间加长，间断时间减少；需要降温时，烧嘴燃烧时间减少，间断时间加长。通过调节燃烧时间的占空比实现 窑炉 的温度控制，燃料流量可通过压力调整预先设定，无需在线调整，即可实现空气过剩系数的精确控制。故脉冲燃烧技术传热效率高、能耗低、炉内温度场均匀性好，这些均有利于减少NOx 的生成。 提问： NOx 是国家限排的废气，工业窑炉废气中的 NOx，一般来源于哪些哪里？ 请说出几种工业窑炉 NOx 的有效减排措施，并说明理由 9. 炉子热效率 工件或物料加热时吸收的有效热量与供入炉内的热量之比，称为炉子的热效率 10. 炉用风机类型 一般采用离心式通风机，包括引风机和鼓风机等。 锅炉引风机如排烟风机等，抽排窑炉烟气 离心鼓风机吸入环境空气，加压后作为助燃风、冷却风等。 11. 绝对压强和相对压强 按基准点不同，气体的压强有两种表示方法：绝对压强和相对压强 绝对压强：以绝对真空为起点。用 P 表示 相对压强：以周围环境大气压强为起点。各种测压仪表测得的气体压强为相对压强，所以相对压强又称表压。用 Ps 表示，环境压强用 Pa 表示 它们的关系：Ps P Pa 12. 炉压 测量的炉压为相对压强。用 Ps 表示 Ps0 ：窑压为正压，表示炉内气体的压强大于环境大气压。炉内气体会从孔洞溢出 Ps0 ：窑压为零压。表示此处炉内气体压强等于环境大气压（零压位）。 Ps0 ：窑压为负压。表示炉内气体压强小于环境大气压。周围空气会从孔洞吸入炉内。 提问： 什么是绝对压强？什么是相对压强？它们之间有什么关系？ 一般测压仪表测得的气体压强是哪种压强？ 测得窑炉预热段某处炉压为（ 20Pa） ，这一数值有什么含义？ 13. 标准燃料 发热量为 29300kJ/kg 的煤，称为标准煤（标煤）。 任何一种发热量的燃料消耗量都可以换算成标准煤的消耗量，以便进行比较。 14. 单位及换算 标准状态：0 ，101325Pa （1atm ） Nm3标准立方米（标准状态下的体积） 1kcal 4.18kJ 1kW=859.8452kcal/h 1HP0.7457kW 1kgf9.8067N 1dyn105N 1atm101325 Pa 1mmH2O=9.8Pa 1MPa=106Pa=10.1972 kgf/cm21kgf/cm29.80665104Pa 1bar1.01972 kgf/cm2比热kJ/kg. 是比热容的简称。单位质量的某种物质，温度降低 1或升高 1所吸收或放出的热量，叫做这种物质的比热容。 燃气的比热可以分为定压比热和定容比热。保持燃气的容积不变的吸热（或放热）过程时的比热为定容比热，保持燃气压力不变时的吸热（或放热）过程时的比热为定压比热。 传热系数（W/m2.）代表高温物体对低温物体传热能力的大小。是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为 1 度（ K， ） ， 1 小时内通过 1 平方米面积传递的热量，单位是瓦/ 平方米 度（W/ K，此处 K 可用代替）。 导热系数（ W/m.）是衡量物体导热能力大小的物理量。是当物体内温度梯度为 1/m 时，单位时间内、单位面积的导热量。 导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水 率、温度较低时，导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05 瓦/ 米 度以下的材料称为高效保温材料。 15. 退火炉的功能分区 一般按产品加热顺序分为预热区、加热区、均热区 16. （带钢）退火炉结构 一般可以分为： （1 ）退火炉基础（钢结构/ 混凝土结构）承载退火炉本体 （2 ）退火炉钢结构承载炉体耐火、保温材料、管路及工作系统等 （3 ）耐火保温系统 （4 ）燃烧系统燃烧器及相应的助燃风及天然气分配、供应管路 （5 ）排烟换热系统排烟管路、风机、换热系统、烟囱等 （6 ）燃气供应系统主燃气减压及安全保护系统 （7 ）电气控制系统 （8 ）带钢托载系统炉辊及升降控制系统 （9 ）其它辅助系统如冷却水（风机、炉辊等）的供应循环系统、过道爬梯等。 17. 描述退火炉的工作系统 窑炉的工作系统：指窑炉的燃烧系统、排烟系统（及冷却系统等） 带钢退火炉：助燃风和天然气经调压、分配后，送入到燃烧器燃烧。带钢在外部牵引力的作用下，自退火炉入口向出口方向运行，燃烧热气流在排烟系统抽力的作用下逆带钢运行方向向退火炉入口方向流动。燃烧的热气流在炉膛内经热辐射、热传导、对流等方式与带钢换热，这样带钢的温度不断升高至退火温度、烟气温度不断降低，并经预热段顶部排烟口排出。 排出的烟气在烟气换热器内与助燃风换热，烟气温度进一步降低后排空；而助燃风的温度则得到较大提高，热的助燃风经分管路进入各燃烧器。 退火炉的进出口均设置有炉门，以阻隔窑炉内外环境，一方面避免止炉内热气流外溢，另一方面阻止炉外冷空气进入。 热工仪表及控制： 工业窑炉的温度检测一般用采用什么形式的温度传感器？（热电偶） 热电偶的工作原理 两种不同成分的导体两端结合成回路，当两结合点温度不同时，就会在其回路内产生热电动势。热电偶就是根据这一物理现象进行温度测量的。 热电偶由两根不同的电极组成。它们的一端焊接在一起，形成测量端（工作端） ，另一端（参比端）与仪表连接。当参比端与测量端存在温差时，参比端即产生对应代销店电动势，该信号经仪表分析处理后，显示实际温度值。 电偶的电动势随测量端温度的升高而增大，其大小只热电偶电极材料和两端温度有关，与电极的长度、直径无关。 热炉压的检测采用什么形式的测压装置？（差压型压力传感器） 工业炉一般使用的执行器的类别：电动、气动。功能有开关型（作自动开关用）和调节型（自动调节介质流量） 工业炉氧量检测分析有什么作用？氧化锆氧量传感器的测量原理是什么？ （通过对烟气中氧含量的测量，有效控制燃烧过程，提高燃烧效率；避免减轻产品的氧化。 氧化锆氧量传感器是根据浓差电池原理进行氧量测量的。氧量传感器由两个半电池组成，一个是已知氧分压的铂参比电极，另一个是待测氧含量电极。两电极中间用固体电解质氧化锆连接。由于两个半电池的氧分压不同，而氧化锆电解质又是氧离子导体，故在一定的温度下，两电极间产生的电动势大小，是由两个半电池的氧浓度差决定的。因而在固定参比电极氧分压的情况下，由测得的电动势就可以得到测量电极的氧分压。电信号经分析处理后，显示的是对应的氧含量 什么是红外测温，红外测温仪的基本结构如何？双色红外测温仪的测温原理是什么？有什么优点？ 利用物体的红外辐射来测量物体表面温度的方法即为红外测温。红外测温仪由光学系统，光电探测器，信号大器及信号处理. 显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。 利用物体