工业炉的炉型选择.doc

工业炉的炉型选择炉型选择涉及多方面问题，主要与燃料种类、燃烧装置类别、预热器类型、排烟方式等有密切关系1燃料选择根据工厂所在地区的燃料来源情况，并根据国家燃料政策对可能供应的燃料进行热工分析和经济比较，然后确定按燃料分类的炉型。1. 1固体燃料常用固体燃料主要为煤，也有使用煤粉和焦炭的，冲天炉则主要使用焦炭。各地煤种差异较大，设计工业炉时必须掌握煤质特性.如发热量、挥发分、灰熔点、粘结性、成分分析等数据，然后按炉子樵烧系统的性能要求因地制宜地选用合适的煤种。1.2液体燃料 用于工业炉的液体燃料主要为重油和渣油，理想的液体燃料是柴油，但受国家然料供应条件的限制，目前多数工厂不得已而以重油和渣油为燃料。使用重油和济油时必须对油进行加热和过滤.使油具有符合要求的低粘度值和较好的洁净度。1.3气体燃料大型机械工厂多使用发生炉煤气、焦炉煤气(或城市煤气)和天然气，少数工厂也有使用混合煤气、水煤气和液化石油气的。发生炉煤气、焦炉煤气、混合煤气的炉前煤气压力分两种: 高压煤气:工作压力=12kPa.低压煤气:工二作压力=5kPa.天然气的炉前煤气压力也分两种:高压天然气:工作压力150-25OkPa。低压天然气:工作压力=5-1OkPa。 中小型工厂由于炉子规格小，温度制度易于控制，一般可选用高压煤气、采用高压喷射式烧嘴。这类烧嘴具有空气和煤气基本按比例预先混合、过剩空气少(a=1.03一1.05)、燃烧完全、可自动控制空气和煤气的混合比、操作简便等优点，但工作空间压力大时空气量不能按比例吸入，火焰长度不易调节，尤其当燃烧气体喷出速度小于火焰传播速度、或空气煤气预热温度太高时，易产生回火现象。大型工厂的炉子规格大，温度制度不易控制，一般适于采用低压煤气，选用低压煤气烧嘴，其特点是:1)空气和煤气强制混合，燃烧所需空气量充分。2)火焰长度能调节，特别适用于热处理炉及炉底宽度大于3m的加热炉。3)空气系数不大，一般a=1.05-1.1。4)能采用自动控制系统。发生炉煤气的低发热量一般为5-6kJ/m3，当低发热量Q1250C,不得已而使用Qd5-5.25kj/m3的发生炉煤气时.应设置预热器预热空气或煤气，或采用富氧煤气、富氧送风、附加高热值燃料等措施。发生炉煤气带有一定数量的灰、焦油和水分，其数最及其性质直接影响到炉前管道、烧嘴、预热器的正常运转。炉前煤气中灰和焦油的含量一般不应高于3O-40mg/m3,某厂水压机车间进口处测得煤气中灰、焦油含最为40-50mg/m3，块状煤气预热器只能连续运行60天左右即被堵塞;当不使用预热器时，则严重堵塞煤气管道和烧嘴，给生产操作造成很大困难。例1 某重机厂锻工车间多台室式加热炉的总炉底面积A为16.37m2,使用Qd=5025kj/m3发生炉煤气，要求炉温达1300c:,而该燃料只能使炉温达1200(，无条件采川预热器.试作燃料方案的选择。根据工厂具体条件，有两种方案可供选择:一是以发生炉煤气为燃料，用富氧空气助燃;二是以发生护煤气为主燃料.补充部分燃料汕混烧。 (1) 富氧空气方案 将空气富化到含氧26%即通入空气中的氧量v=5%),表3-32计算公式，未富化前单位空气消耗量为富化后单位空气耗量为富化后单位徽烧生成气量(参见表3-32计算公式)(2)补充燃料油混烧方案 采用油、煤气两用烧嘴，喷入部分燃料油提高燃烧温度，煤气与油量比按热最比3:I考虑，则烧嘴能最等于2406m3煤气+150kg油理论燃烧温度为由以上比较，应选用补充燃料油混烧方案.2预热器选择利用炉子排出的烟气余热对助燃空气和气体燃料加热的装置称为预热器.炉子采用预热器的目的有二:当使用低热值燃料时，预热器的作用是以提高炉温、保证热工性能为主，使用高热值燃料时，则以竹约燃料为主.预热器分换热式和蓄热式两类，换热式预热器又分金属预热器和陶瓷顶热器两类.这两种预热器都是利用离炉烟气余热通过辐射和对流传热将预热器壁加热，再对流经器壁另一侧的空气或煤气以对流方式进行加热.即预热。日前使用的预热器形式主要为金属预热器，常用的有管状、辐射筒式、喷流式、针状、片状等形式，具有占地少、气密性好、结构紧凑、热效率高、能利用低温烟气(700-900度)预热空气和煤气等优点。用普通碳素钢制造的预热器限于钢材在高温下不耐氧化，且强度显著降低、热脆性增加，因此进预热器的烟气温度不宜高于700-800C.从而限制了气体的预热温度，其预热值一般不高于300-350(。在可能的条件下应尽量选用耐热合金钢作为预热器器壁材料，进预热器烟气温度允许提高到1000-1200度以上.气体预热温度可达500-600度以上。陶瓷预热器器壁的热导率较小，但能承受较高的烟气温度，也能将空气预热到600度左右，由于其气密性难以保证.不宜用作预热煤气，在应用范围上受到一定限制。蓄热式预热器，即蓄热室。传统沿用的炼钢平炉、玻璃池炉及某些锻造加热炉还在采用蓄热室。这种蓄热室是用耐火砖砌成的格子砖体，为了使空气能连续预热，一台炉子需要设置两个蓄热室，分别处于蓄热(流过烟气)或预热(流过空气)工作状态，通过换向装置使烟气和空气交替流过每个蓄热室，空气预热温度处于一定波动范围，对于锻热加热炉其温度波动范围为300一600度，且预热后的高温空气直接近入炉内助燃，无路程温降，使用寿命长达15年以上。缺点是：与蓄热室相匹配的护子燃烧装置不够完善，炉内空气系数平均达1.25以上，且结构笨重、造价高，占地下探度达5-7m。从发展方向看，蓄热室不如换热式预热器的应用范围广泛。近年来。蓄热室的应用有了新的发展,把蓄热室与燃烧装置有机地结合在一起.形成了蓄热式烧嘴，由于蓄热体改用了厚度薄、表面积大的异形陶瓷板或铸铁板，也有使用粒状陶瓷球的，蓄热室体积趋于轻巧紧凑，空气预热溉度if高达900度以上，而出蓄热室的烟气温度则下降到200度以下。例2燃料为低发热量Qd=5025kJ/m3的发发生炉煤气、试对采用金属预热器和蓄热室进行热工经济比较。采用金属预热器，选用高压煤气烧嘴，空气预热温度400度时，煤气理论燃烧温度按式(3-43)计算为(不预热煤气ct=0)可达炉温采用蓄热室、配用喷射式(不带扩张室)煤气燃饶装置，取空气系数a=1.5，空气预热温度550度，同以上计算方法，则理论燃烧温度金属预热器必须配置的炉前热空气管道实测温降为50-80度.取中间值60度,则预热器应将空气预热到400+60=460度。即:同样为获得1325度炉温，蓄热室预热空气550度只相当于金属预热器预热空气460度的热工效果，但金属预热器用一般耐热钢制造时，其连续使用寿命为5年左右，因此从使用寿命方面看金属预热器不如蓄热室。对于一台炉底面积为15m2的台车式加热炉，选用蓄热室炉型的一次造价大约比选用金属预热器约贵20%左右.3 燃烧装置选择选用不同类型的燃烧装置决定着炉型结构。煤气烧嘴或油嘴在相互转变类型时，对炉型结构影响不大，但煤炉选型时随燃烧装置的不同却有恨本性的变化。采用人工加煤的普通煤炉由于燃烧室煤层较薄，燃烧过程很不稳定.其送风情况见图1-1. 曲线ab表明由一次加煤到另一次加煤时间间隔内，由于炉蓖上煤的燃烧，煤层阻力逐步降低，送入燃烧室内的空气量不断增加;曲线cd为煤燃烧时所需的计算空气最，此曲线说明每次加煤后由于析出大量挥发分而空气量不能及时增加，出现空气量不足( 冒黑烟);其后随着煤的逐渐燃尽而空气量不能及时减少，出现空气大量过剩(炉温下降、气氛氧化性增强)。上述燃烧方法不仅难以保证加热质量，而且污染环境和恶化操作条件。 采用阶梯式或水平式往复炉排加煤机，或采用下饲式螺旋加煤机，均有助于改善燃烧过程和提高加热质量。 高速烧嘴、平焰烧嘴、换热式烧嘴、长火焰烧嘴是近年来应用的一些新型高效烧嘴，可燃用各种煤气和油。高速烧嘴的气体出口速度可达200- 300m/s,但从降低烧嘴噪声和减少供入气体的压强出发，常用的高速烧嘴气体出日速度多限制在80-150m/s范围内。 1)高速气流直接作用在加热件表面上以强化对流传热。 2)炉内设计有再循环装置，利用高速烧嘴出口气体的喷射作用，增强炉内气体的再循环，达到均匀炉温的目的。 3)高速烧嘴配置在旋风式圆形炉膛结构上，使对流传热加强，炉温均匀化速度加快，如在开合式差温炉内加热轧机支承辊，能快速使辊体表面温度均匀升高达到淬火温度，而淬火后可获得高的表面硬度而同时又具有一定的辊体强度。 平焰烧嘴能获得圆盘形平火焰，火焰直径1-2.5m,厚度0.1-0.15m，在相当大的平面内造成均匀的温度场。用于台车式加热炉时，由于火焰扁平，避免了火焰直接冲击工件，而且炉子升温速度明显加快。例如在2.5mX 5.24m台车式加热炉上，当使用喷射式直焰烧嘴时，燃料同为Q= 5240kJ/Nm3的发生炉煤气，炉温很难达到1220度，而且升温时间长达几十小时;当使用平焰烧嘴时(置于炉子两侧)，炉温可达1250度以上，而升温时间可缩短为10h左右。用于室式炉时，将烧嘴布置在炉顶可大大降低炉膛高度，对缩小炉膛尺寸、提高加热速度有明显作用。大型钢铁)液包的烘烤，为了消除包内上下部温差，同时又要将包内温度烘烤到1000度以上的高温，需要采用专门的高速长火焰烧嘴。 换热式烧嘴是把烧嘴、预热器有机地组合在一起，形成一个包括燃烧、排烟、余热回收的完整体系，适用于间断式加热炉或热处理炉。其最大优点是:空气预热温度高达500度左右，被预热的高温空气在嘴体内部直接与燃料进行燃烧前的混合，易于取得最高的炉温和最快的加热速度，但与单体烧嘴相比，嘴体结构较复杂，造价较高，其然烧系统难以按最佳结构实现不同的燃烧要求，如火焰形状的调节，空气、燃料的按比例自动调节等。4炉衬材料选择 耐火和隔热材料选择适当、炉衬结构合理、高质量施工，是改善炉子热工性能和提高炉衬使用寿命的重要因素。工业炉常用的粘土质耐火砖主要成分是Sio2和Al2o3的混合物，所含杂质在高温下能使砖软化，所以炉衬最高使用温度常限制在1350度以下。如使用含Al2O3成分大于60%的高铝砖，则炉衬的最高使用温度可达1450度。镁砖、镁铝砖其使用温度可达1500度，是扰碱的优良材料，多用来砌筑加热炉炉底。锆刚玉砖具有耐磨和耐氧化铁皮浸蚀的能力，适于用作连续式加热炉的滑轨砖。碳化硅砖在高温下具有很高的强度和很好的热导率，适用于少无氧化加热炉的马弗罩或辐射板。以Sio2和Al2o3为基本成分、而Fe203成分不大于1%的抗渗碳砖，对还原性气氛有很好的抵杭性能，是用于可控气氛炉的良好材料。随着轻质和超轻质耐火材料的出现，将炉衬内层改用耐火纤维或轻质耐火砖铺砌，由于这类材料兼有耐火和隔热性能，特别是具有热导率低、比热容小、热稳定性好等优点，能显著加快炉子升温速度和提高炉温均匀度，并且节能效果也非常显著。选用耐火可塑料和具有不同使用性能的各种耐火浇注料预制成不同形状的预制块，或在现场直接捣制炉衬，能缩短施工周期并可增强炉子的整体性和密封性。5排烟方式选择排烟方式直接关系到炉子的结构形式。确定排烟方式时必须考虑到工厂所在地区的气象条件，如气温、风速、地下水位等情况。炉子排烟分上、下排烟两种方式，一般多采用下排烟方式。下排烟的炉子，炉体结构比较庞大，要占据较大的地下深度，布置烟道时经常受到设备基础及厂房桩基的限制。下排烟的优点是烟气被引入地下，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及桥式起.重机的运行;烟道坚固耐用，使用寿命长。下排烟的炉子通常由多台炉子组成一个排烟系统，带来的缺点是:烟道系统不易严密，烟囱正常抽力不易保证，地下水位较高时还需设计烟道地下防水层。上排烟的炉子炉体结构较简单，造价低，施工方便。此外，能充分利用温度较高的烟气预热空气和煤气，在提供相同负压条件下烟囱高度可以降低。上排烟方式有两种:1)炉内烟气直接排入车间。2)由