工业炉概论.doc

简述蓄热式工业炉类型、特点及应用摘 要：本文简述了蓄热式工业炉发展、分类，以及蓄热式工业炉工作原理，还有蓄热式工业 炉的应用领域。简单介绍了蓄热式工业炉的发展前景，技术特点，应用优势等等。关键词：蓄热式工业炉 历史 工作原理 工业应用 发展前景一，蓄热式工业炉历史、现状、分类 1、20世纪90年代初始，蓄热式余热回收技术得到了快速发展：在蓄热体材质、构造、蓄热性能等方面都得到了许多改进；单位体积的传热面积由过去的10-40m2/m3提高到200-1300 m2/m3，因而体积显著减小；换向阀和控制系统可靠性也得到改善，换向时间由过去的30min左右缩短至几分或几十秒钟，热效率大幅提高至80一90左右，助燃空气预热温度大幅提高至1000以上，而排出的烟气温度可降低至200以下，接近烟气的露点温度。 由于助燃空气预热温度高达1000,远高于传统的500 - 6001C，从而改变了传统的燃料燃烧方式，出现了一项全新的燃烧技术高温空气燃烧(HTAC)技术。该技术的关键在于通过高效的蓄热式余热回收可实现高温低氧的燃烧过程，形成与传统燃烧迥然不同的火焰特性，从而达到节能与环保的双重效益。 随着90年代末期该技术的逐步推广应用，近两年迅速成为一项炙手可热的节能环保新技术，在不同工业炉上得到快速应用。至2002年已投产各种蓄热式工业炉50多台。 蓄热式工业炉从使用蓄热室的位置上大致分为三种：内置式、外置式、烧嘴式。从蓄热式炉子的结构类型来看，目前投产的炉子主要有小球蓄热式炉、蓄热式烧嘴炉2种形式。二，各类蓄热式工业炉的特点 1、内置式 特点：集燃烧、余热回收系统及炉体为一体，有效利用炉墙及炉底空间，散热少，热效率高，很容易做到空、煤气双预热，燃烧喷口布置不受钢结构限制，喷口密布炉温均匀性好，可实现低氧化加热。但设计及施工要求较高，适合于任何燃料热值的新建炉型。 2、外置式 特点：原炉基础及钢结构可不动，在炉两侧增加蓄热室及连通管道。但体积庞大，喷口布置受限，空、煤气混合不好，燃烧效率降低，炉温均匀性差，炉体散热增加一倍以上，造价高，操作复杂，维护费用高，适合于任何热值燃料的老炉型改造 3、烧嘴式 特点：原炉基础及钢结构可不动，在炉两侧增加蓄热式烧嘴，施工简单。但管道复杂受炉体钢结构限制，烧嘴体积无法很大，烧嘴内部蓄热体较少，换向时间较短。蓄热体必须水平布置，使用蜂窝体蓄热量小，成本高，寿命短；使用陶瓷球技术难度大，喷口布置受钢结构限制，空、煤气混合不好，燃烧效率降低，炉体散热增加，造价高，操作复杂，维护费用高，适合于较高热值煤气单预热形式的老炉型改造。 4、小球蓄热式炉将蓄热室、高温气体通道和燃烧/排烟喷口集合设置在炉子侧墙上，其特点：燃烧、余热回收系统及炉体为一体，有效利用了炉墙及炉底空间，占用车间面积少； 炉体散热损失少，热效率高；很容易做到空气的预热；燃烧喷口密布，炉温均匀性好；加热工件周围的炉气相对为弱氧化性气氛，因此氧化烧损低于其它炉型；燃气可能的泄漏点最少，安全性高；炉区布置简洁，操作维护简单，环境好； 适合于任何热值燃料的新建炉型；蓄热室加热炉技术具有多年来积累的成熟经验；对设计的技术水平和经验要求较高。 5、烧嘴式炉型的特点：在旧炉改造情况，原炉基础及钢结构可基本不动，只在炉两侧增加蓄热式烧嘴，炉体施工简单； 炉外管道复杂，操作维护不便，设备故障率高；受炉体周围空间限制，烧嘴体积无法很大，烧嘴内部蓄热体较少，换向频繁，换向阀使用寿命低；蓄热体必须水平布置，使用蜂窝体蓄热量小，换向必须频繁。成本高，易堵塞，易破碎，高温软化使用寿命短；使用陶瓷球蓄热体时，受材料限制，极易发生漏球等事故，影响作业率；更换一次蜂窝体的成本很高。烧嘴和炉墙结合部位换向时热胀冷缩，烧嘴和炉墙结合处及易冒火，是目前烧嘴式急需改进的问题； 综上所述，小球蓄热式炉型在运行成本上有蓄热烧嘴式炉型不可比拟的优势：小球不易堵塞；清洗更换极其方便；更换成本低廉且小球可循环重复利用；炉型坚固耐用，外表整洁美观. 3、 蓄热式工业炉的技术特点及工作原理 1.技术特点： （）可实现空气、煤气双预热，直接使用高炉煤气我国多数轧钢加热炉使用发热值较低的混合煤气或高炉煤气为燃料，燃用低热值煤气时空气和煤气双预热可以最大限度地回收热量，炉子的烟气可以全部经空气蓄热室和煤气蓄热室排出，炉子无需设辅助烟道和烟囱，使炉子的构造和布置简单化。空气、煤气双预热后带来了一系列的优点：燃烧温度大幅度提高，因此扩大了燃料的适用范围，当空气、煤气双预热温度分别达到。时，热值为高炉煤气的理论燃烧温度达到以上，其燃烧效果与高热值的焦炉煤气及天然气几乎相同，从而可实现在高温工业炉上燃用全高炉煤气代替高热值燃料。预热温度接近炉内温度，从而大大改善炉内温度均匀性：。高效蓄热式技术可实现任何温度下的炉温，排烟温度始终保持在，轧钢加热炉的预热段失去作用，单位面积的供热强度增加，同样产量的炉子长度可以缩短。一（）采用内置式换向燃烧，结构简单，运行可靠换向式燃烧使高温烟气在加热炉的宽度方向交替流动，减少了加热炉宽度方向的温度差，对于加靛态嘲高效蓄热武加热炉原理囤低热值高炉煤气作为炼铁的副产品，一般不能直接在钢铁企业的耗能设备上使用，一部分高炉煤气与焦炉煤气混合后使用，还有相当一部分被直接排放到大气中，这不但造成大量的能源浪费，而且造成环境污染。同时企业不得不外购重油作为燃料，增加了生产成本。火焰稳定效应增强在空气、煤气双预热达到的条件下，空、煤气温度均在煤气的燃点以上，燃烧反应自发进行，空、煤气浓度已不再是稳定燃烧的条件，任何浓度都能保证稳定的燃烧。因此可实现低氧扩散燃烧，达到减少钢坯氧化及排放的目的，这是常规烧嘴燃烧技术所无法达到的。系统排烟温度低于。，已接近余热回收的极限值，工况好时炉子热效率达以上，工况稍差时炉子热效率也可达以上。 2、工作原理：高效蓄热式工业炉由高效蓄热式热回收系统、换向式燃烧系统和控制系统组成。由于烟气中的余热极限回收，所以该炉的热效率高，可达以上，工况好时可达以上。这种换向式燃烧方式改善了炉内的温度均匀性。由于能很方便地把煤气和助燃空气预热到高达。，可以在高温工业炉上使用高炉煤气做为燃料，从根本上解决了因高炉煤气大量放散而产生的能源浪费及环境污染问题。在状态下煤气和来自鼓风机的助燃空气经换向系统分别进入左侧通道，而后由下向上通过蓄热室。预热后的煤气和空气从左侧喷口喷出并加热后进入右侧喷口，在蓄热式进行热交换将大部分热量留给蓄热体后，在。左右进入换向机构，然后经排烟机排入大气。几分钟后控制系统发出指令，换向机构动作，空气、煤气同时换向将系统变为状态，此时空气和煤气从右侧喷口喷出并混合燃烧，左侧喷口作为烟道，在排烟机的作用下，高温烟气通过蓄热体后排出，一个换向周期完成。4、 蓄热式工业炉的工业应用 蓄热式高温空气燃烧技术在不同炉型工业炉上的应用也走过了一个不断讨论怀疑再讨论推广的过程。最初在室式加热炉的应用由于局部设备的不成熟，曾引起过怀疑，没有受到应有的重视。1997年在轧钢加热炉上应用时也曾出现过讨论，后来在推钢式加热炉上获得成功后，能否在步进式加热炉上应用又受到怀疑。现在此项技术已得到广泛应用，并且有进一步拓展应用领域的试验研究，包括燃煤倒焰窑（利用蓄热室实现高温烟气除尘和二次风的预热）、辐射管热处理炉、垃圾焚烧炉、燃料气化炉、热风炉及有色冶炼反射炉等等 。能否在所有火焰炉内高效地利用蓄热式高温空气燃烧技术，这需要进一步加强应用研究，尤其是要结合不同的炉型、不同的燃料、不同的加热钢种作最优化设计。另外还有待进一步提高高温空气燃烧中实现低氧，以降低NOx产生的应用水平。现在主要用于钢铁冶炼生产，电力行业等等。5、 蓄热式工业炉的优势及发展前景 (1）由于蓄热式高温燃烧技术其排烟温度的显著降低，因而与常规余热回收工业炉相比其节能潜力巨大，特别是对低热值燃料如高炉煤气，平均节能25%以上，因而也可以说是少向大气环境排放二氧化碳25%以上，大大缓解了大气的温室效应。 (2）与常规烧嘴供热相比，特别是与侧烧嘴相比，蓄热式高温燃烧扩展了火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，并且是从炉膛两侧交替供热，交替排烟，从而使得炉膛内沿炉膛宽度方向温度均匀，从而大大提高了产品的加热质量! （3）与常规工业炉相比，蓄热式高温燃烧不需要预热段，全部炉膛都是加热和均热区，高温炉膛强化了炉内的传热，导致同样产量的工业炉其炉子长度尺寸可以缩小20%以上!换句话说，同样长度的炉子其产量可以提高20%以上，使缺乏前后空间又要增加炉子产量的旧炉子改造有了最佳选择方案!但需要注意的是，对于某些限制入炉温度的合金钢和高碳钢加热是不宜采用的! （4）与使用常规烧嘴的工业炉相比，由于蓄热式高温燃烧技术其火焰不是在燃烧器中产生的，而是高温的空（煤）气在进入炉膛空间后才开始扩散燃烧形成的，因而燃烧噪声低! （5）采用传统的节能燃烧技术，助燃空气预热温度越高，燃烧后形成的火焰温度也越高，烟气中NOx含量也越大；而采用蓄热式高温燃烧技术，在助空气预热温度非常的情况下，由于在炉膛内开始是贫氧燃烧，正符合降低烟气中NOx浓度的两段式燃烧机理，因而烟气中的NOx含量反而大大减少了! （6）与使用常规烧嘴燃烧器的工业炉相比，采用蓄热式高温燃烧技术的炉子，其高温空气通过专门设计的喷口喷入炉膛后，抽引周围的炉气形成氧的体积分数大大低于#+%的稀薄贫氧高温气流，与同时注入的燃料相遇而实现燃烧!因而炉膛内的初始燃烧为贫氧燃烧，产生微还原性烟气，从而使被加热物料的氧化烧损大大减少! （7）蓄热式高温燃烧技术扩展了高炉煤气的利用!由于空（煤）气预热温度的提高，可以使高炉煤气的理论燃烧温度提高，同时使高炉煤气的点火变得更加容易!因此，采用蓄热燃烧技术后，高炉煤气可以用于各种需要高温的工业炉。 结 论: 综合以上诸多原因，蓄热式工业炉在生产领域存在很好的发展前景，目前至今后若干年，蓄热式工业炉都将是工业炉领域的一大组成部分，而且将占有越来越大的比例。努力发展蓄热式燃烧技术，是完善蓄热式工业炉的最重要的一步。完善现有技术，扬长避短，大力开发新的蓄热式燃烧技术，使