燃气工业炉的基本组成

燃气工业炉的基本组成燃气工业炉的基本组成 燃气工业炉是一种复杂的热工设备 一般由以下各部分组 成 炉膛 燃气燃烧装置 烟气排出装置 炉门及提升装置 金属构架 各类附属设备 如余热利用装置 各种测量控制调节 装置等 一 炉膛一 炉膛 炉膛是燃气工业炉的核心区域 是使燃气稳定燃烧 让被 加热工件与高温火焰 烟气直接或间接进行热交换的场所 炉膛是用耐火材料砌筑成的 由炉墙 炉顶 炉底 包括基 础 所围成的一个封闭的空间 一 炉墙 炉膛的侧面砌砖部分称为炉墙 要求它有足够高的耐火度 和良好的隔热性能 炉墙内部用耐火粘土砖砌筑 外加绝热层 外表面包以 4 10mm 厚的钢板外壳 根据炉子工作的需要 在炉墙上开有炉门 窥视孔 烧嘴 孔 测温孔等 为防止砌砖破坏 炉墙应尽可能避免直接承受 附加荷载 炉门及冷却水管等构件应支承在钢架上 二 炉顶 炉膛顶部的砌砖部分称为炉顶 按其结构形式分为拱顶和 吊顶两种 如图 3 9 1 和图 3 9 2 所示 炉子跨度小于 3 4m 时可采用拱顶 跨度较大的 一般采用吊顶 拱顶是用 楔形耐火砖砌成的 有环砌与错砌两种 吊顶出一些特种异型 砖织成 异型砖用金属吊杆单独或成组地吊在炉子的钢结构上 和拱顶相比较 吊顶不受炉子跨度的限制和易于局部修理 但 它结构复杂 造价较高 一般只在大炉子上采用 图图 3 9 1 拱顶结构拱顶结构 a 环砌拱顶 b 错砌拱顶 图图 3 9 23 9 2 吊顶结构吊顶结构 三 炉底 炉底是炉膛底部的砌砖部分 工业炉的炉底与其它部位不 同 如金属加热炉的炉底不仅要承受金属的负荷 而且要经受 炉渣和氧化铁皮的化学浸蚀 以及金属的碰撞和摩擦作用 燃气工业炉的炉底有多种结构型式 图 3 9 3 是几种常 见的炉底结构 加热炉炉底的厚度取决于炉子的尺寸和温度 变动在 200 700mm 范围内 炉底的下部可以用绝热材料隔热 中间 层采用粘土砖 最上部要接触 1200 1250 的高温 还有氧化 铁皮的作用 故多采用镁砖 在 1000 左右的热处理炉或无氧化加热炉上 因为没有氧 化铁皮的浸蚀 炉底也可以直接采用粘土砖和绝热层 一些现代的炉型 其炉底也采用一些高级耐火材料 如电 熔锆莫来石砖或刚玉砖 为了避免钢锭与炉底耐火材料的直接 接触 减少推钢的阻力和耐火材料的磨损 在单面加热的连续 式加热炉或双面加热炉的实底部分装有金属滑轨 双面加热的 炉子采用水冷管滑轨 图 3 9 3d 图图 3 9 3 几种常见的炉底结构几种常见的炉底结构 a 固定的室状炉炉底 b 车底式炉炉底 1 活动炉底 2 砂 封 3 辊轮 c 带滑轨的连续加热炉炉底 1 2 滑轨 d 两面加热的连续加热炉炉底 1 水冷管 2 水冷管支撑 3 滑轨 e 环行加热炉炉底 1 砂封 2 支撑辊 3 环形齿轮 4 炉 底 实底炉炉底还应架空通风 即在支承炉底的钢板下面用型 钢做成钢架来架空 否则炉底温度太高 耐火材料容易损坏 而且空气通风也保护了混凝土地基 使其温度不致太高 当温 度超过 300 时 普通混凝土常常因其机械强度显著减弱而遭到 损坏 四 基础 基础是工业炉的支座 它将炉膛 钢结构和被加热物料的 重量所构成的全部荷载传到地面上 基础的设计和一般建筑物的基础设计一样 但如果炉底不 是架空通风的 则要适当考虑热膨胀问题 图 3 9 4 是几种型式的工业炉基础 应避免将炉子和其 它设备放在同一基础上 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 工业炉基础应尽量建于地下水位以上 否则必须采取防水或隔水措施 或建成坑式基础 图 3 9 4c 工业炉底部基础的深度在寒冷地区应处于冰冻线以下 避免气 温变化引起基础破坏 五 炉膛的尺寸 炉膛尺寸是工业炉炉体设计的重要特性参数 包括炉宽 炉高 炉长 炉底面积 有效炉底面积等 它与燃气工业炉种 类 产量 技术工艺操作 物料形状尺寸和炉内的布置等因素 有关 通常没有严格的设计计算公式 而是按牛经验公式或经 验公式计算 并参照经验数据来确定 图图 3 9 4 加热炉基础加热炉基础 a 连续式炉基础 b 条式基础 c 墩式基础 d 边缘加厚的板式基础 e 坑式基础 二 燃气燃烧装置二 燃气燃烧装置 燃气燃烧装置 即燃气燃烧器 是燃气工业炉的重要装置 之一 根据炉子生产目的 工作形式 结构形式等 比较不同 燃气燃烧器的特性 正确设计 选择及合理安装使用燃烧器是 非常重要的 燃气工业炉与其它燃气器具不同 为了在限定的部分得到 高温 就需要燃烧大量燃气 通常 采用鼓风式燃烧器 在温 度较低的场合 如低温熔融炉 低温退火炉多采用引射式燃烧 器 引射式燃烧器难以升到高温 但它无需送风 操作简单 在燃气工业炉上应用也较广泛 鼓风式燃烧器分为预混空气和不预混空气两类 为使炉温 均匀 一般采用多个鼓风式燃烧器 但也不宜过多 否则会使 点火 熄火作业不便 三 烟气排出系统三 烟气排出系统 一 排烟方式 为了使高温烟气在炉膛内充分循环 均匀加热物料 应合 理选择排烟方式和烟气排出装置 排烟方式与炉子的结构形式及工厂周围的环境有关 分为 上 下排烟两种 下排烟的炉子结构比较庞大 要占据较大的地下深度 布 置烟道时可能受到车间设备基础及厂房柱基的限制 但它的优 点为烟气引入地下 有利于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作业 下排烟方式往往是多台炉子组成一个排烟系统 这样布置 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 上排烟的炉子 炉体结构比较简单 造价低 施工方便 能充分利用较高的炉气温度 在得到同样数值的抽力时 烟囱 高度可以降低 排烟口的标准断面 可以按炉底面积决定 如表 3 9 1 但燃气加热炉采用鼓风式燃烧器 炉内压力较大气压高 不妨 把此值看作最小值 通常燃气加热炉可以按单位热负荷 41868kj h 10000kcal h 为 15 20cm2估算 表 3 9 1 炉底每 m2设排气口面积 炉内温度 6509001200 排气口面积 m20 020 030 06 二 烟道与闸门 烟道是连接炉子与烟囱的烟气通道 在设计烟道时 首先 要正确选择它的截面尺寸和结构形式 使其具有良好的气密性 下排烟炉子的烟道 大都布置在地面 300mm 以下 通常用 砖砌筑 拱顶采用双层的半圆拱顶 根据需要 也可采用内衬硅藻土砖的金属烟道 它的防水 性及严密性好 但造价高 消耗金属多 另外烟逭需要安装在 特制的支架上 并应在烟道上设有膨胀调节装置 为了调节炉膛内的压力 烟道上设有烟气闸门 按炉子大 小 用途差异 可采用不同形式的闸门或插板 三 烟囱 烟囱是一种常用的排烟装置 其作用是在烟囱根部产生抽 力 即形成负压 使烟气从炉内排出 四 炉门及提升装置四 炉门及提升装置 燃气工业炉的工作门及观察孔平时均需用炉门关闭起来 其目的是为了保持炉温 以减少炉内辐射和炉气溢出造成的热 损失 以及减少因冷空气的吸入而恶化炉内气氛 因此 对炉 门的要求是严密 轻便 耐用及隔热 对一些高温炉 炉门常 附有水冷装置 炉门装在炉门框上 炉门框再固定在炉子的金 属构架上 炉门在立装时应向门框倾斜 10 角 以便炉门以自身 的重量压紧在炉门框上 保证炉门的关闭严密性 炉门的开闭多半是垂直升降的 而提升是借助于滑轮和滚 子的作用 可用人工 电动或气动等方式实现 当炉门重量不 大时 采用人工操作的扇形结构提升 若炉门很重 且启动次 数频繁 可采用气动 电动或液动提升结构 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 五 金属构架五 金属构架 为了使整个炉子成为一个牢固的整体 在长期高温工作条 件下不致变形严重 工业炉炉膛外部必须设置由竖钢架 水平 粱及连接杆组成的金属构架 其型式与炉型和砌砖结构有关 金属构架相当于工业炉的骨架 它要能承受炉子拱顶的全 部重量和侧压力 并把它们的作用力传给炉子基础 同时 炉 门及提升结构 燃烧装置 冷却装置 冷却水管和其它一些附 件都固定在金属构架上 此外 金属构架还起到抵抗砌体高温 膨胀 保持砌体完整的作用 六 余热利用装置六 余热利用装置 由燃气工业炉排出的烟气温度很高 带走大量余热 使炉 子的热效率大大降低 表 3 9 2 仪以金属燃气加热炉为例 为了提高热效率 节约能源 应最大限度地利用废气余热 如 图 3 9 5 示 图图 3 9 53 9 5 加热炉余热利用的途径加热炉余热利用的途径 表表 3 9 2 金属加热炉热效率金属加热炉热效率 炉子类型 炉膛温度 热有效利用率 废气平均出炉温度 废气带走的热损失 均热炉1300 140020 301250 135055 60 轧制连续加热 炉 1300 145030 40700 110030 45 锻造室状炉1300 145010 151100 120055 65 热处理室状炉850 1100 15 20800 95035 50 热处理直通式 炉 850 1000 25 35500 70025 35 目前余热利用主要有两个途径 用来预热燃烧用空气 燃 气或预热物料 用来生产蒸汽或热水 利用废气余热来预热 可以回收大部分烟气余热 热的空 气 燃气或物料将这一部分热量带回了炉膛 这样可减少供给 炉子的燃气量 直接节约燃料 另一方面 这一部分增加的热 量是物理热 它并不增加排烟体积 减少了排烟热损失 所以 增加物理热要比增加化学热的节能效果好 同时 空气 燃气 或物料带入炉内的物理热越多 燃气的理论燃烧温度越高 有 利于工业炉所需的高温 而且 空气或燃气预热后 燃气燃烧 反应加快 火焰传播速度提高 一般来说 火焰缩短 有利于 炉内传热 提高生产能力等 利用烟气余热预热空气或燃气所采用的设备有换热器和蓄 热室两种 换热器的传热过程可以看作是器壁的稳态综合传热过程 根据气流方向特征 换热器分顺流 逆流 交叉流三种形式 根据材料不同 可分为金属换热器 管状 针状 片状 辐射等 及陶瓷换热器 管式和方孔等 总的构造要求为传热系数大 避 免局部过热 气密性好 流动阻力小 便于清扫 应有防胀装 置等 蓄热室是根据蓄热原理设计的 利用气流换向装置实现单 个周期性工作的余热利用装置 其主要部分是用异型耐火砖砌 成的格子砖 它是热量的传递者 为了连续加热空气 一个炉 子至少应有一对蓄热室同时工作 一个通人废气 另一个通入 冷空气 如果空气与燃气都进行预热 则需要两对蓄热室 与换热器相比较 蓄热室的优点是 1 预热温度高 2 可 以预热空气 也可用来预热燃气 3 使用寿命比较长 它的缺 点是 1 由于周期性的换向 易造成预热温度波动 2 如果是 预热燃气 换向时易造成燃气损失 3 整个蓄热室砌体庞大 需要复杂的换向设备 目前 随着换热器材质和形式的不断改善 换热器在烟气 余热利用上的应用日益广泛 利用烟气余热生产蒸汽和热水 采用的设备是余热锅炉 在大型燃气工业炉 如金属加热炉系统中 换热器出来的废气 温度仍有 500 600 甚至更高 所以空气预热设备后面可以 再安装余热锅炉 它能再回收约 50 的烟气余热 使烟气温度 进一步下降到 150 250 使总的热效率进一步提高 对于烟 气含尘量高的工业炉 直接在炉膛后安装换热器 会很快堵塞 或损坏 余热锅炉安装在预热器前 可起到集尘作用 与普通锅炉一样 余热锅炉也分为火管式和水管式两大类 所不同的是 余热锅炉一般烟气温度较低 同样受热面积时 单位时间产生的蒸汽量只有普通锅炉的三分之一 而且余热锅 炉是工业炉的一个附属设备 因为烟气量和烟气温度往往波动 所以余热锅炉工况也是不稳定的 余热锅炉的合理构造应满足下列要求 1 轻便 占地而积 小 2 制造简单 金属材料用量少 3