燃气燃烧与应用_chap12

1、第十二章 燃气工业炉 Chap 12 Gas-fired Industrial Furnace 概述 燃气工业炉的炉型与构造 燃气工业炉的热工特性 钢铁工业用炉 有色金属用炉 窑业用炉 化工与环保用炉 干燥用炉 第一节 概述 Section 1 Introduction to industrial furnace 一、燃气工业炉窑的分类 (一) 按用途，分为五类： 1熔炼炉熔炼炉:熔化金属物料，加入其他合金元素进行精炼 冲天炉、平炉、熔铜炉、熔铝炉、玻璃熔池窑 2锻轧加热炉锻轧加热炉:增大金属在轧制、锻造、冲压和拔拉前的塑 性，轧钢加热炉、锻造加热炉等。 3热处理炉热处理炉:改变金属的晶相结构

2、，使其满足不同的热处理 工艺要求，如淬火、退火、回火、渗碳及氮化等。 4焙烧炉焙烧炉 又称焙烧窑: 使物料发生物理或化学变化，以获 得新的产品。白云石、石灰石、耐火材料的焙烧 5干燥炉干燥炉:排除物料中的水分。如铸型的干燥及粘土、砂子 和型煤的干燥等。 (二)按炉温分类 1高温炉炉温在1000以上，其炉 内传热一般以辐射为主。 2. 中温炉 炉温为6501000，炉内 传热包括辐射传热和对流传热。 3低温炉 炉温在650以下，以对流传 热为主。 与传热方式有与传热方式有 关关 (三) 按炉子工作的连续性分类 1连续性操作的炉子。 2周期性(间歇式)操作的炉子。 能耗的计量基准不同；能耗的计量基

3、准不同； 热工考虑不同；热工考虑不同； (四)按加热方式分类 1直接加热炉 又称火焰炉火焰炉，指炉气直接与 物料接触。 2间接加热炉 炉气不直接与物料接触。 (五)按行业分类 1炼铁：高炉、热风炉、烧结炉、球团炉、焦炉、焙烧炉。 2炼钢、压力加工： 转炉、电弧炉、平炉、均热炉、轧钢加 热炉、锻造加热炉。 3钢材热处理： 退火炉、正火炉、调质炉、回火炉、热压合 炉、渗碳炉、软氮化炉、镀覆炉、气氛发生炉、烧结炉。 4铸铁、铸钢：冲天炉、电弧炉、感应熔化炉、热处理炉、干 燥炉。 5有色金属：精炼炉、熔化炉、均热炉、加热炉、焙烧炉、转 炉、热处理炉(退大、调质、回火、烧结等)。 6陶瓷、水泥、耐火材料

4、： 熔化炉(玻璃、耐火材料等)、烧成 炉(水泥、耐火材料、陶瓷器、砖瓦、陶管、窑业原料等的烧 成)、煅烧炉(窑业原料焙烧与锻烧)、热处理炉(平板玻璃、电 视显像管等热处理)。 7化学工业： 煤化工中的炼焦炉、煤气发生炉；石油化工中 的加热炉、分解炉、转化炉。 8环境保护： 工业废弃物焚烧炉、废气燃烧炉、城市垃圾与 下水污泥焚烧炉。 (六)按炉型结构分类 室式炉 开隙式炉 台车式炉 井式炉 步进式炉 振底式炉 二、燃气工业炉窑的特点 l 环保：SOX、NOx含量均比煤和油少得多，甚至不必考虑。 2易于自动控制： 燃气燃烧器的调节比范围宽 过剩空气量少 微调灵敏性快 易实现炉温和炉压、甚至炉气成分

5、的自动控制。 3清洁、卫生、操作方便： 无结焦、结渣的问题，易实现自动 点火及火焰监测等。 4易于实现特种加热工艺 ：使少氧化加热以及快速加热等特种 工艺的实现比较容易。 工业炉窑能源：电、煤、油、气四种。 与其他两种火焰炉比较，具有以下优点： 危险与隐患 燃气工业炉的管理及操作要比其他燃料 严格。 燃气与空气形成的混合物之可燃成分均 在爆炸范围内。若操作不按规程，管理若操作不按规程，管理 检查不严格，就容易发生爆炸等事故。检查不严格，就容易发生爆炸等事故。 三、燃气工业炉窑的技术性能 1炉型与工艺。 2生产率(对连续式炉)，或装炉量(对周期式炉)。 3最高炉温及常用炉温。 4炉膛有效容积或炉

6、底有效面积。 5升温速度(冷炉工况)，或达到最高炉温所需时间。 6炉膛有效空间内的温差。 7燃料规格名称及其最大和平均消耗量。 8排烟量及排烟方式。 9各项附属设备：燃烧器、风机等的型号、规格、功率等。 10其他动力要求，如用水、压缩空气等的压力、消耗量等。 11其他特殊性能。 两项说明文件 一、操作说明，包括操作程序、维修规程 以及安全注意事项等； 二、施工说明，包括各个特殊部位的施工 程序及验收标准。同时还应附有烘炉曲 线。 第二节 燃气工业炉的炉型与构造 Section 2 Types and structures of industrial furnace 一、燃气工业炉的主要形式 周

7、期式炉：品种少、产量大 连续式炉：批量小 选用时的考虑：选用时的考虑： 产量；产量； 操作条件；操作条件； 周期式炉的形式与特征 物料不运动； 装料口即出料口； 有严格的升温、保温、降温冷却工艺要 求； 操作按照周期进行。 井式炉 箱式炉 台车式炉 坩埚炉 井 式 炉 箱 式 炉 台 车 式 炉 坩 埚 炉 连续式炉及物料输送方式(1) 推料式 井式炉 箱式炉 台车式炉 坩埚炉 推料机 料盘 推料机 悬 吊 装 置 推料机 推料机 料盘 悬 吊 装 置 推料机 料盘 台车 炉底滑炉底滑 轨式轨式 悬挂式悬挂式 辊底式辊底式 台车式台车式 连续式炉及物料输送方式(2) 输送机式 炉料 炉辊链条传

8、动 辊底式辊底式 螺旋式螺旋式 炉料 炉料 辊链传动 步进梁式步进梁式 输送带式输送带式 转底式转底式 滚筒式滚筒式 加热 冷却 连续式炉及物料输送方式(2) 牵引式 二、燃气工业炉的基本组成 燃 气 空 气 1 2 3 4 5 6 7 8 炉膛炉膛 燃气燃烧装置燃气燃烧装置 余热利用装置余热利用装置 烟气排出装置烟气排出装置 炉门提升装置炉门提升装置 金属框架金属框架 各种测量仪表各种测量仪表 机械传动装置机械传动装置 自动检测与自动控制系统自动检测与自动控制系统 炉膛 1炉墙炉墙炉膛的侧面砌砖部分。 由于高温的要求，耐火墙要有足够的耐火度， 保温墙要有良好的隔热性能，使炉子既耐高温 又只有

9、较小的热损失。外壁温度应在60-80 以下，最高不超过100。在设计时，既要考 虑内壁的温度条件，以确定耐火材料的质量， 又要考虑材料的传热性质，以确定炉墙的结构 与厚度。 炉膛 2炉顶炉顶炉膛顶部的砌砖部分。炉顶的结构 形式可分为拱顶和吊顶两种。炉子跨度小于3 4m时可采用拱顶，跨度较大的炉子一般采 用吊顶。 水 平 力 H 加 固 用 钢 材 A b f1 水 平 力H G G 2 2 拱 顶 力 水 平 力H G 2 13 42 13 42 炉膛 3炉底炉底炉膛底部的砌砖部分。 承受很大的机械负荷、金属和氧化铁皮的作用。 砌筑材料要求更高，既要坚固，又应有一定的厚 度，以防止基础混凝土受

10、热后发生损坏。 长时间加热时，混凝土基础部分的温度不高于 300。 对普通的加热炉，助熔剂的侵蚀和装炉物料的磨 损是决定炉床寿命的重要因素。 炉 床 砖 的 厚 度 炉内温度()5005001000100012001200 炉床砖块数2456 炉床砖厚度 （mm） 130260325390 耐火砖 耐火绝热砖 绝热板 槽钢 空气流通路 混凝土 空气冷却炉床空气冷却炉床 防止基础混凝土过热引防止基础混凝土过热引 起损坏，同时又可降低炉起损坏，同时又可降低炉 床温度，延长服务年限。床温度，延长服务年限。 增加一定的热损失，但增加一定的热损失，但 由于它能延长炉床寿命，由于它能延长炉床寿命， 因此在

11、大型炉中普遍采用。因此在大型炉中普遍采用。 炉膛 4炉子基础炉子基础承受全部炉体载荷的重要部位 混凝土基础任何部分的温度不能超过300，否则混凝 土本身会失去机械强度。 应避免将炉子部件和其他设备放在同一个整块的基础 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。 基础底部的深度在寒冷地区应深于冰冻线以下，以免 由于气温变化使基础破坏。 炉子基础应尽量建于地下水面以上，否则必须采取防 水措施 炉门以及提升装置 1炉门炉门 作用：作用：保持炉温，减少炉内辐射和炉气逸漏所造成的热损 失，避免因空气的吸入而恶化炉内气氛。 要求：要求：严密、轻便、耐用及隔热。 结构：结构： 侧墙上的炉

12、门常用铸铁制成，内衬绝热耐火砖，其形式侧墙上的炉门常用铸铁制成，内衬绝热耐火砖，其形式 按尺寸大小而定。按尺寸大小而定。 对一些高温炉，炉门常设有水冷装置。对一些高温炉，炉门常设有水冷装置。 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装在炉门框上，炉门框再固定在炉子的金属构架上 。炉门在安装时应使其向门框倾斜。炉门在安装时应使其向门框倾斜10角，以便炉门靠角，以便炉门靠 自重压紧在炉门框上，以保证炉门的关闭严密性。自重压紧在炉门框上，以保证炉门的关闭严密性。 炉门以及提升装置 2炉门提升装置炉门提升装置 炉门的开闭常采用垂直升降，提升都借助于滑轮 和滚子的作用，可用人工、电动或气动等

13、方式 实现。 当炉门的重量不大时，可采用人工操作的扇形机 构提升。若炉门很重且启闭次数频繁时，可采 用气动、电功或液压提升机构。 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。 金属构架 作用作用使炉墙坚固并在工作情况下保持砌体形状 (1)加固炉子砌体、承受炉子拱顶的侧压力或吊顶的全部重量，并把 其作用力传给基础。 (2)构架是炉子的骨架，在其上面安装炉子的附属设备。如炉门框、 燃烧器及冷水管。 (3)抵抗砌体的高温膨胀，使炉子不发生变形。 组成组成竖钢架、水平梁及连接杆等组成 竖钢架是金属构架的主体，它用地脚螺栓固定在混凝土基础内。为 使其金属构架成为一个牢固的整体，竖钢架彼此

14、间必须用连接梁 或拉杆连接起来，并将其固定。 材料：材料： 竖钢架多采用槽钢，且成对地设置。 有些炉子也可采用废钢轨作为钢架。连接梁多采用角钢和槽钢。 连接杆用圆钢。 炉底空冷层的钢梁则常用工字钢和槽钢。 烟道、闸门和烟囱 1 1排烟方式：排烟方式：上、下排烟两种，与炉子的结构形 式、周围环境条件有关。 上排烟上排烟下排烟下排烟 炉体结构简单，造价低，施工方便炉体结构简单，造价低，施工方便 ； 能充分利用较高的烟气温度，在得能充分利用较高的烟气温度，在得 到同样的负压条件下，烟囱高度可降到同样的负压条件下，烟囱高度可降 低。低。 结构比较庞大，要占据较大的地下深度结构比较庞大，要占据较大的地下

15、深度 ； 布置烟道时可能受车间设备基础及厂房布置烟道时可能受车间设备基础及厂房 柱基的限制；柱基的限制； 烟气被引入地下，不恶化车间卫生条件烟气被引入地下，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操作环境，不妨碍车间地上管线的布置 并便于吊车的运行。并便于吊车的运行。 当厂房通风条件好、炉子规模小，车间当厂房通风条件好、炉子规模小，车间 内炉子数量不多、对吊车运行妨碍不大时内炉子数量不多、对吊车运行妨碍不大时 ； 当地下水位较高采用防水结构有困难时当地下水位较高采用防水结构有困难时 ，均可用上排烟方式。，均可用上排烟方式。 多台炉子组成一个排烟系统。多台炉子组成一个排烟系统。

16、 布置紧凑，经济合理，但烟道系统布置紧凑，经济合理，但烟道系统 不易严密，可能影响烟囱正常抽力。不易严密，可能影响烟囱正常抽力。 当地下水位较高时，还需设计烟道当地下水位较高时，还需设计烟道 防水措施。防水措施。 烟道、闸门和烟囱 2烟道烟道 烟道是连接炉子与烟囱的烟气通道。设计烟道时，应正确选择其截面尺寸和 结构形式，并使其具有良好的气密性。 下排烟炉子的烟道，大都布置在距地面300mm以下。烟道通常用砖砌筑， 其底部采用混凝土基础。为了不使混凝土温度过高，上面可用硅藻土砖 做绝热层，最上面再砌半砖厚的粘土砖，外部用红砖。烟道拱顶通常采 用双层的半圆拱顶。 3闸门闸门 为了调节炉膛内的压力，

17、在烟道上必须设置烟气闸门。按炉子大小、用途差 异，可采用不同形式的闸门或插板。一般烟气温度低于400600时， 可用灰铸铁或铸钢件制成；当温度高于600700时，则必须用水冷闸 门、衬砖闸门或耐热合金钢制的闸板。 4烟囱烟囱 烟囱是火焰炉常用的排烟装置，其作用是在烟囱根部产生抽力(即形成负压) ，这是由于烟囱内烟气密度比外部空气密度小，从而产生升力(即重力压 头)，使烟气能够排出。 燃气燃烧装置 燃烧装置是燃气工业炉上重要的装置之一 。根据炉子的结构形式、工作特点及燃 烧器的特性，正确设计、选择及合理安 装使用燃烧装置及其系统是非常重要的 工作。 炉用设备及其他附件 1测量仪器测量仪器 测量燃气流量、压力、温度及空气流量、压力、温度、燃气成分、 烟气成