热处理燃料炉.ppt

第3章热处理燃料炉 材料工程学院金属材料系 热处理燃料炉的基本结构 热处理燃料炉的基本类别和特点固体燃料炉通常指煤炉 这种炉子通常有较大的燃烧室 煤与空气难混合均匀 燃烧常不完全 容易产生黑烟 热效率低气体燃料炉通常称为煤气炉 气体燃料易于同空气混合均匀 燃烧完全液体燃料炉主要是油炉 油需要先经雾化 其燃烧过程不如气体燃料易于控制热处理燃料炉的基本结构形式 材料工程学院金属材料系 热处理燃料炉的基本结构 材料工程学院金属材料系 燃料燃烧计算 燃料分类天然固体燃料是煤天然液体燃料是石油天然气体燃料是天然气人造气体燃料常用的有以下几种发生炉煤气主要成分是CO和N2 水煤气主要成分是CO和H2 混合发生炉煤气主要成分是CO H2和N2 城市煤气其主要成分是H2 CO和CH4等 高炉煤气主要成分是CO和H2 焦炉煤气主要成分是H2和CH4 液化石油气主要成分是丙烷和丁烷 材料工程学院金属材料系 燃料燃烧计算 燃烧发热量计算高发热量Q高 当燃烧产物冷却到燃烧物质的原始温度 而且燃烧产物中的水蒸气冷凝成0 C的水时 单位燃料完全燃烧所放出的热量叫做燃料的高发热量 低发热量Q低 当燃烧产物中的水冷却成20 C的水蒸气时 单位燃料完全燃烧所放出的热量 叫做燃料的低发热量Q高 12620 CO 12800 H2 40070 CH4 69500 C2H6 64480 C2H4 67200 C2H2 94200 C3H8 Q低 12620 CO 10790 H2 36090 CH4 62510 C2H6 64480 C2H4 56350 C2H2 90730 C3H8 式中 CO H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C3H8为气体燃料中的一氧化碳 氢 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷的体积分数 材料工程学院金属材料系 燃料燃烧计算 理论空气需要量按燃料燃烧反应式计算出来的单位燃料完全燃烧所需的最小空气量 单位燃料按理论空气需要量完全燃烧后所产生的全部燃烧气体称为理论燃烧产物量 以V0表示 单位为m3 kg燃料或m3 m3燃料 空气过剩系数 在燃料燃烧时 燃料与空气的混合难于达到十分完善的程度 为保证燃料完全燃烧 实际供应的空气应超过理论空气需要量 超过的空气量称过剩空气量 实际供应的空气量与理论空气需要量的比值 称空气过剩系数 以 表示 值的大小常与以下因素有关 燃料种类各种燃料与空气混合的难易程度不同 所以常采用不同的 值 一般范围为 煤气 1 02 1 2 油 1 1 1 3 块煤 1 3 1 7 粉煤 1 2 1 25 燃烧装置的结构燃料燃烧装置种类和结构会影响燃料与空气的混合程度 例如 油喷嘴结构若能把油雾化得很细时 将会提高油与空气的混合程度 就可取下限低值 燃料的加工和制备燃料在燃烧前的加工 粉碎 对所采用的 值也有影响 例如 采用粉煤燃烧可改善燃料煤与空气的混合状况 可取较低值 材料工程学院金属材料系 燃料消耗量计算 热平衡计算法热量收入项燃料燃烧的化学热Q烧预热空气和燃料带入的物理热Q空 Q燃热量支出项加热工件的有效热量Q件加热辅助件所需的热量Q辅 加热可控气氛所需的热量Q控通过炉衬的散热损失Q散 通过开启炉门的辐射损失Q辅 通过开启炉门或炉墙缝隙的溢气热损失Q溢砌体的蓄热损失Q蓄 以炉子升温过程中每小时平均热损失计算 通过外伸构件的传热损失Q传 以加热过程中每小时平均热损失计算 废气带走的热量Q废 其它热损失Q它 材料工程学院金属材料系 燃料消耗量计算 燃料炉的热效率根据热平衡Q件 Q烧 Q控 Q燃 Q废 Q失式中 Q失为除废气热损失以外各项热损失的总和 故炉子的热效率可写成 材料工程学院金属材料系 燃料消耗量计算 经验统计数据计算法根据单位热耗指标计算燃料消耗量热处理炉的单位热耗q指加热1kg工件炉子所消耗的总热量 其值也等于1kg工件加热到要求温度所需的有效热q效除以炉子的热效率 因此炉子所需的热量Q和燃料消耗量B等于式中 p为生产率 kg h p0为炉子单位面积的生产率 kg m2h A为有效炉底面积 m2 Q低为所采用燃料的低发热量 kJ kg或kJ m3 材料工程学院金属材料系 热处理燃料炉的燃烧装置 燃料燃烧过程燃料燃烧过程包括混合 活化和燃烧三阶段可燃气体与空气中的氧适当混合是燃烧的前提 而且燃料燃烧速度主要取决于混合速度 对可燃混合物的活化是指将其加热到着火温度 混合物活化后才可能顺利燃烧 在燃烧阶段气体混合物中的可燃成分急剧与氧反应形成火焰放出大量热量和强烈的光 着火温度 是燃料和空气的可燃混合物能正常燃烧的最低温度着火浓度 是指在可进行燃烧的混合气体中可燃成分的浓度范围 材料工程学院金属材料系 2020 3 17 11 可编辑 热处理燃料炉的燃烧装置 气体燃料燃烧装置 烧嘴 动力燃烧 若可燃气体与空气在燃烧前已完全混和状态的燃烧为动力燃烧 扩散燃烧 若可燃成分与空气预先未完全混合 而在燃烧过程中边混合边燃烧 这时的燃烧过程则主要取决于可燃气与空气的混合扩散过程 在这种情况下的燃烧 称为扩散燃烧 燃烧装置内混式烧嘴 无焰烧嘴 材料工程学院金属材料系 热处理燃料炉的燃烧装置 I为平行套管式 II为同轴套筒式 III为带有空气螺旋导向片的同轴套管式 IV为煤气和空气在烧嘴外交叉混合式 V为煤气与空气强烈旋转混合的涡流式 材料工程学院金属材料系 热处理燃料炉的燃烧装置 材料工程学院金属材料系 涡流式烧嘴广泛应用于小型加热炉和热处理炉 这种烧嘴也有多种设计型式 其基本特点是 空气沿煤气流的切向喷入 发生旋回运动 使两者充分混合 火焰成涡旋状 热处理燃料炉的燃烧装置 平焰烧嘴产生的火焰呈向四周平面螺旋式展开的圆盘形 能紧贴子炉顶和炉墙的内表面上 因此称为平焰烧嘴 通常将它安装在炉顶 加热烘顶内表面 使其成为高温辐射面 从上向下辐射热量加热工件 辐射角度大 热效率高 材料工程学院金属材料系 热处理燃料炉的燃烧装置 自身预热烧嘴的结构 也可采用煤气 柴油或重油 其工作原理是在外混式烧嘴的空气套筒外再设一套简作为废气排出通道 在通道出口处连接一引射器 在引射器头部喷射引射风 造成负压 吸入炉内废气 并将其排出 废气在外套筒中与内套筒内的空气成逆向流动 将空气加热 材料工程学院金属材料系 热处理燃料炉的燃烧装置 高速煤气烧嘴是一种新型高热效率烧嘴 其基本工作原理是 煤气和空气在热负荷很高的燃烧室内 在一定压力作用下混合燃烧 主要缺点是动力能源消耗和噪音较大 材料工程学院金属材料系 热处理燃料炉的燃烧装置 在化学热处理燃料炉中 为使燃烧气体与工作室隔离 常采用辐射管加热器 辐射管一般采用气体燃料 做成套管式辐射管 内管为燃烧管 外管为辐射管 进 排气都在辐射管的同一端进行 另一端密封 即在辐射管内设一不封头的燃烧管 燃料在燃烧管内燃烧后 火焰从燃烧管末端反向流入燃烧管与辐射管的夹层中 返回流到燃料喷入端 而后排出 这样做是为了延长燃烧距离 使燃烧完全 使火焰与内外管进行较充分的热交换 在辐射管前部的套管夹层间装设换热器 利用燃烧产物预热空气 可预热到600 C 部分燃烧产物又被燃烧喷嘴吸入 参于再循环 更充分利用热量 且使沿辐射管长 度的温度均匀 辐射管水平支承在两炉墙之间 安装和更换方便 且节省材料 采用陶瓷辐射管 最高温度达1250 C 材料工程学院金属材料系 热处理燃料炉节能的基本途径 减少炉壁的热损失改造燃烧