天然气锻造加热炉的设计及应用.doc

天然气锻造加热炉的设计及应用Vo1.27No.1Jan.2005文章编号:10016988(2005)01002903天然气锻造加热炉的设计及应用田鼎新,曲桂英,董奇峰(呼和浩特机床附件总厂,内蒙古呼和浩特010051)摘要:介绍燃煤锻造加热炉改为天然气锻造加热炉的设计,减少了大气污染,改善了工作环境,提高了锻件质量.关键词:天然气锻造加热炉;设计;应用中图分类号:TG307文献标识码:BDesignandApplicationofNaturalGasForgeFurnaceTIANDingxin,QUGuiying,DONGQifeng(HuhehaoteMachineToolAccessoryPlant,Huhehaote010051,China)Abstract:Itisintroducedthatthedesignofchangingthefuelofforgefurnacefromcoaltonaturalgasinthispapor.Theatmospherepollutionisreduced,theworkingconditionisimprovedandthequalityofforgedpieceisenhancedbyusingthisdesign.Keywords:naturalgasforgefurnace;design;application1概述2002年初,我厂开始着手对原7台水平往复炉排燃煤反射锻造加热炉进行改造,利用鄂尔多斯气田输送的天然气为燃料,进行了天然气锻造加热炉的设计改造,陆续建成4种6台天然气锻造加热炉,结束了几十年来燃煤的历史.经过两年生产的试运行,所有技术参数完全达到了设计要求,满足锻件加热工艺要求.新炉对降低工人劳动强度,提高工作效率,减少大气污染,改善工作环境都有重大意义.特别是能直接提高锻件质量及模具寿命.下面介绍6台天然气锻造加热炉的设计及应用情况.2加热炉的设计天然气锻造加热炉技术参数见表l.收稿日期:2OO40920作者简介:田鼎新(195O一),男,高级工程师,主要从事工业炉窑的设计及技术管理工作.表1天然气锻造加热炉技术参数2.1炉膛结构天然气炉炉膛顶部大弦采用了大偏拱的形式,与直拱顶相比较,有利于火焰从烧嘴燃烧处沿切线方向急速进人炉膛强烈旋转燃烧,能够避免炉膛内某处形成死角,加强热交换,并使炉温分布均匀.大偏拱的拱角略低,可起到拢火作用,不使29经验交流:天气然锻造加热炉的设计及应用火焰过早溢出而损坏炉门.同时减少火焰对炉膛顶部冲刷,从而延长大弦砖的使用寿命.膛截面尺寸的选择,充分考虑了现有生产能力.为此,进行了精细核算,做到既要保证生产定额的需要,又要考虑燃料消耗成本的问题.在尽可能降低炉膛高度的同时,炉膛截面尺寸也相应较少,最终确定的最佳截面尺寸,降低了耗气量,节约了能源.炉壁面积的大小,对于炉内传热有很大的影响.炉壁面积比坯料表面积大得多,吸收炉气的热量也多,而且炉壁的辐射放热能力比炉气强,尤其当炉气没有辉焰时更是如此.所以炉膛高度越高,炉壁面积越大,在一定条件下,对强化传热是有利的.但以往的理论多数强调辐射传热作用,过分加高炉膛尺寸以至形成炉膛内炉气流动过慢,不能形成强烈旋转燃烧,减少了对流传热作用.同时,因炉气上浮的性质,造成温度分层,高温炉气在炉顶部不易接触坯料.另外,增加了砌体体积,使炉子向外散热和砌体吸收热能增多,削弱了传热.经过多次反复比较计算,适当降低了炉膛高度尺寸,减小了炉壁面积,将火焰压向坯料,加大火焰流速和旋转燃烧,更多利用对流传热,使加热炉升温加快,提高生产效率,减少燃料消耗,提高了加热炉的热效率.反之,炉膛高度过低,炉壁面积过小,火焰形成不了旋转燃烧,会使工件受热不均,相应地延长工件加热时间,同样也不利于提高炉子升温速度和节约燃料.为防止火焰和大量燃烧气体溢出炉门,在炉门口形成长火舌而损失热量,对炉膛出口尺寸作了相应调整,加大了炉脖长度尺寸.这样对提高炉门使用寿命和节省能源起到了一定的作用.2.2炉衬结构锻造加热炉炉膛内壁温度通常约为1350oC左右,并受到高温气流冲刷腐蚀和机械碰撞.炉顶大弦砖和炉门顶部小弦砖全部采用磷酸盐混凝土预制而成.与传统的炉衬结构相比,我们采用的是116rain高铝砖加232rain黏土砖加60rain硅酸铝纤维毡,再加116mm黏土保温砖和10rain石棉板保温材料.炉底面采用116mill高铝砖立铺,下面铺垫普通耐火黏土砖.传统炉衬结构蓄热大,升温慢,传导热损失也大,热损失约为25004.18kJ/(m?h),原因是传统炉衬结构没有铺设耐火绝热材料.现在采用硅酸铝纤维材料和石棉板保温材料,30其性能比较稳定,价格也趋于合理.硅酸铝纤维材料具有使用温度高,导热系数小,容积小的特点,用作炉衬材料可减轻炉体重量,缩小尺寸.用在中小型锻造加热炉是最佳的选择.2.3燃烧装置气体燃料燃烧质量的好坏,主要因素是燃烧气体与空气的混合质量.根据混合质量好,气流速度高,传热效果理想等特点以及内蒙地区部分厂家应用的经验,选用了机械工业第五设计院生产的自身预热烧嘴.它的优点是:(1)节能效果达30%左右;(2)它把烧嘴,换热器,烟囱,烟道有机地结合为一整体,减少了设备安装空间,方便操作,减少占地面积;(3)烧嘴喷出速度高,升温快,加热质量好,炉温均匀,非常适合锻造加热炉;(4)安装简单,使用寿命长,维修方便.烧嘴砖中心尺寸到炉底的距离为烧嘴安装尺寸.该尺寸直接关系到炉内加热效果和锻坯加热质量.若该尺寸过大,造成炉膛内热气流至工件处速度降低,冲击作用减弱,影响加热效果,相应增加燃料消耗.尺寸过小,与坯料接触的火焰面积则小,容易使锻坯局部受热而过烧.烧嘴安装高度应超过加热工件装料高度,以避免火焰直接与加热工件接触,确保锻件加热质量.2.4炉前管道炉前管道分炉前天然气管路和炉前空气管路.进入厂房的天然气管路作了一定的防腐处理后填干砂埋人地下,上盖板加固.地下的管路用红砖砌成防护墙,便于以后的维修和防护.每台炉前的天然气支管上都安装了压力表和控气流量的刻度盘,控制燃气量的分配,由燃气计量管路,截止阀,闸阀,球阀,放散管和天然气点火装置组成,其中放散管起放散吹扫作用,每次停炉前打开放散阀,利用天然气本身浮力将管道内天然气排出.炉前空气管路则分为引射风管和助燃风管两种,包括离心式鼓风机及电控系统.在厂房外设天然气调压站,单独设有仪表间,监测压力流量.2.5炉门装置根据不同炉型的操作特点,采用了手动升降结构的炉门,6台炉中其中4台炉是采用前后开门,为贯通式加热炉,两台为单开门室式加热炉.贯通炉工业炉第27卷第l期2oo5年1月前后各设升降门,根据炉子使用情况尺寸各有不同.炉门采用铸铁材料,内侧用耐火水泥,铺设石棉板浇灌而成.这种炉门主要优点是结构简单,在高温状态下不易产生变形,密封陛好,使用寿命长.升降灵活,可以停在任意高度.3施工及使用施工中首先要焊制炉架,炉架表层焊制钢板,炉砌体在炉架内部砌筑,砌筑时确保砌炉质量且一次完成.投产前必须进行烘炉.烘烤时间根据炉衬砌体的种类,性质,厚度,砌筑方法和施工季节定为48h,烘炉时按一定升温曲线缓慢加热炉膛,16h为15C/h,612h为150C/h,1248h为30C/h.各部砌筑衬体,使其所含水分逐渐析出,直到加热至使用温度达到完全干燥为止.炉子自投产使用后,两年来,除更换过易损件如烧嘴的内烧嘴砖和试烧的炉底砖外,运转正常.4效果(1)提高了生产率,减轻工人的劳动强度.如K11250卡盘盘丝原来一班能完成约180件,需两火加热完成.改用天然气后现在每班能完成约400件,只需一火加热完成.(2)提高模具使用寿命.伞齿轮挤压模原来约700件就得报废,现在约2000件以上才更换.(3)降低了废品率.以K11250卡盘盘丝为例,原废品率平均11.3%,现在降为2.2%,保证了锻件质量.总之,这6台天然气加热炉的设计是成功的,在提高生产效率方面起到了重要作用,创造了良好的经济效益.参考文献:1王秉铨.工业炉设计手册M.北京:机械工业出版社,1996.2南昌航空工业学院.锻压加热设备M.南昌:南昌航空工业学院出版社,1980.国外科技文摘WZ0501减少炉内NO的最优化炉子设计:多个烧嘴喷口节距间隔相互作用的效应.V.Cvoro,eta1.OptimizationoffurnacedesignforinfurnaceNOreduction:theeffectofpitchspacingonmultiplebttmersietinteractions.Fuel(燃料,美国).2003,82(157):20752085(英文).利用3维激光风速风向测定(LDA)和流量显形法研究前壁燃烧炉等温物理模型中烧嘴烧嘴的相互作用.测试33阵列上安排4种不同节距间隔的烧嘴.根据流量显形法发现,当节距间隔减少,烧嘴之间相互作用更为明显.还发现等温烧嘴喷口宽度处有随机波动流量,显示出与时间有关的特性.LDA试验结果表明,在不同的节距和结构下流速图存在差异,已发现当结构改变成较小节距时,再循环和喷射深度两者都比较灵敏.同样,如果采用网络板结构,改变节距其灵敏度更高.试验结果证实了计算流体动力燃烧模型的有效性,从而可精确预计烧嘴烧嘴之间相互作用对NO排放量的效应.WZ0502与燃烧有关的碳材料结构的比较分析.B.Apicella,eta1.Comparativeanalysisofthestruc.tureofcarbonmaterialsrelevantincombustion.Chemosp-nere(臭氧层,美国).2003,51(10):10631069(英文).化学表征在很多燃烧过程中产生的重燃料衍生物(如重油,煤衍生燃料,页岩油等),以及碳材料(如多环芒香化合物,柏油,烟垢等).关于这些燃料结构和不完全燃烧产生碳材料方面的知识是与研究燃烧时产生最佳低环境影响相互关联的,要用很多分析阵列和能谱术工具.采用N一甲基一吡咯烷酮作为洗提液的尺寸排除色谱法(SEC)表征不同的碳