燃气燃烧技术及设备_Chap12

1、第十二章 燃气工业炉窑第二节 燃气工业炉的炉型与构造一、 燃气工业炉窑的主要形式图12-1 周期式炉的炉型示例型式炉型机构型式炉型机构炉底滑轨式悬挂式(单轨吊式)辊底式台车式(a) 推料式型式炉型机构型式炉型机构辊底式输送带式环 带链 带网 带螺旋式转底式有辊链、伞齿轮、摇臂等传动方式步进梁式滚筒式(b) 输送机式型 式炉 型悬索式(c) 带材连续处理式(牵引式)图12-2 连续式炉内工件的输送方式(a) 推料式 (b) 输送机式 (c) 带材连续处理式(牵引式)二、燃气工业炉的基本组成图12-5 吊顶结构1炉内异形砖；2工字钢；3炉子前墙；4吊顶上硅藻土砖的绝热层；图12-4 拱形炉顶的结构

2、图12-3 燃气工业炉系统示意图1物料；2炉膛；3燃烧器；4换热器；5风机；6排烟机；7烟囱；8水平烟道；、炉 床 砖 的 厚 度 表12-1炉内温度()1200炉床砖块数2456炉床砖厚度(mm)130260325390图12-6 空气冷却炉床 (12-1)式中 炉子的有效高度(m)；炉膛宽度(m)；炉气温度()；系数，当900时，；当时，；当时，A值可用内差法求出。 (12-2) (12-3)式中 料坯厚度(m)。 (12-4) (12-5)式中 炉膛宽度(m)； 坯料长度(m)。 (12-6)式中 炉子的有效长度(m)； 炉子的生产量(kg/h)； 料坯的全加热时间(h) 料坯的宽度(m

3、)； 每根料坯的质量(kg)。 (12-7)四、常用保温隔热材料的性能 硅藻土砖的性能指标 表12-2级别耐火度()容重(kg/m3)耐压强度(kPa)不同温度下的导热系数(W/moC)热膨胀系数温度()导热系数计算公式A级128050050500503505500.0810.1430.1740.072+0.000206t0.910-6B级128055050700503505500.0950.1590.1920.085+0.000214t0.9410-6C级1280650501100503505500.1100.1630.2140.10+0.000228t0.9710-6优质石棉绒： (12-

4、8) 石棉水泥板： (12-9) 石棉板： (12-10) (12-11)其中：膨胀蛭石的导热系数； 膨胀蛭石的容重； 膨胀蛭石制品的性能 表12-3指标水泥蛭石制品水玻璃蛭石制品沥青蛭石制品体积密度(g/cm3)430500400450300500允许工作温度(不大于)6008007090导热系数(W/m)0.0930.1400.0810.1050.0810.105抗压强度(MPa)7.257.57.2硅酸铝耐火纤维的导热系数与其他保温材料的比较(W/m) 表12-4材料名称容重(kg/m3)温度（）300600硅酸铝耐火纤维1050.0620.105硅酸铝耐火纤维1680.0550.093

5、硅酸铝耐火纤维2100.0480.083膨胀珍珠岩2180.1160.140硅藻土保温砖5500.1390.163轻质泡沫耐火砖4000.1860.233普通粘土耐火砖20400.9191.00常用的保温绝热材料的主要性能 表12-5 材料名称密度(kg/m3 )允许工作温度()导热系数(W/m )硅藻土砖50050 900 0.105+0.23310-3t硅藻土砖550509000.131+0.23310-3t硅藻土砖650509000.159+0.31410-3t泡沫硅藻土砖5009000.110+0.23310-3t优质石棉绒3405000.087+0.23310-3t矿渣棉200700

6、0.700+0.15710-3t玻璃绒2506000.037+0.25610-3t膨胀蛭石10030010000.072+0.25610-3t石棉板90010005000.163+0.17410-3t石棉绳8003000.073+0.31410-3t白云石石棉板4004504000.085+0.09310-3t硅藻土550900 0.072+0.19810-3t硅藻土石棉粉4508000.070碳酸钙石棉灰3107000.085浮石 9007000.254超细玻璃棉20350400超细无碱玻璃棉606006500.0350.814膨胀珍珠岩3113520010000.0350.047磷酸盐珍珠

7、岩22010000.052+0.02910-3t碳酸镁石棉灰1404500.047硅酸铝耐火纤维4110000.0740.322硅酸铝耐火纤维10510000.0620.148硅酸铝耐火纤维16810000.0550.121第三节 燃气工业炉的热工特性一、炉体的热工特性图12-7 耐火砌体内温度变化示意图1耐火炉衬厚度；2绝热层厚度图12-8 两种不同绝热情况下炉子的耗热量与升温时间(a) 绝热不好；(b) 绝热良好图12-10 炉外(墙)表面温度与散热量的关系图12-9 炉墙厚度上的温度分布1建筑砖；2绝热层；3耐火材料层；4炉膛空间；tin内壁温度；tout外壁温度； (12-12)式中

8、砌体的蓄热损失(kJ/m2); 砌体各层的厚度(m)； 砌体各层的密度(kg/m3) 砌体各层再平均温度下的比热(kJ/(kg.)； 砌体各层平均温度()。 (12-13)式中 砌体的吸热量(kJ/周期)； 各层砌体的体积(m3)； 砌体再加热开始时与终了时的平均温度()。图12-11 供给炉子不同热量时炉内热状态示意图采用轻质耐火材料对砌体散热及蓄热的影响 表12-6炉子工作特点砌筑类型筑炉材料厚度(mm)热 损 失炉墙内温度分布()散热量(kJ/(m2h)蓄热量(kJ/m2)连续式炉I粘 土 砖2326926轻质粘土砖116粘 土 砖2325074轻质粘土砖232III耐火纤维毡75372

9、0粘 土 砖232轻质粘土砖232周期式炉I粘 土 砖2323184381101轻质粘土砖116II硅 藻 土 砖2322157147698硅 藻 土 砖116III耐火纤维毡75160910768矿渣纤维100二、火焰炉炉膛内的热工作过程图12-12 燃气炉内热交换示意图1对流；2辐射；3传导；在生产实践中，根据工艺的需要，可在不同的炉子上采用各种不同的措施，使炉膛的壁的辐射热量大于向每平方米物料的辐射热量，称为间接“定向”辐射传热。 (12-14)式中 炉气与炉壁对物料的传热量(kJ/h)； 炉气与炉壁对物料的导来辐射系数(kJ/(m2hK4);炉气温度(或K)；物料表面温度(或K)； 物

10、料的受热表面积(m2)； 炉气对物料的对流换热系数(； 式中 炉气的黑度； 物料(金属)表面的黑度，一般可近似地认为是常数，取0.8；炉壁对物料的角系数，；称为炉围伸展系数；炉膛的内表面积(m2)。图12-13 炉膛内辐射换热过程中炉壁的作用三、炉内的气流组织 (一)炉气循环射流边界上的气体惯性力较小，边界上和边界外面的气体将在反压的作用下向相反的方向流动，这样就形成了循环气流，也称回流。图12-16 同侧排烟的再循环1射流喷口；2射流区；3旋涡区；4排烟口；5回流区；图12-17 外部再循环式炉式中 循环倍数； 射流喷射气体量(kg/s)； 回流气体量(kg/s)。式中 射流喷射气体温度()

11、；回流气体温度()；混合气体温度()；c气体比热(kJ/(kgK)。图12-18 布置在炉底附近的排烟口图12-20 底燃式炉内的气流再循环图12-21 井式炉炉内的气流运动1环形流动区；2中心涡流区图12-19 使燃烧产物产生自然再循环的炉体结构第四节 燃气钢铁用炉二、轧钢用炉加热温度与氧化铁皮增加率 表12-7加热温度 ()900100011001300氧化铁皮增加率 (%)100200350700 金属加热温度与过烧温度 表12-8钢 种加热温度()过烧温度()钢 种加热温度()过烧温度()碳素钢：1.5%C10501140硅锰弹簧钢125013501.1%C10801180镍钢3%Ni

12、125013700.9%C112012208%镍铬钢125013700.7%C118012805%渗碳镍钢127014500.5%C12501350铬矾钢125013500.2%C13201470高速钢128013800.1%C13501490奥氏体镍铬钢13001420金属的加热时间是指将物料加热到工艺要求温度所需要的总时间。 (12-15)式中：全加热时间(h)； 单位炉底面积所担负的被加热物料的重量(kg/m2)； 炉子的单位面积生产率(kg/m2h)。 (12-16)式中：全加热时间(h)； 钢坯厚度(cm)； 钢种系数。软钢和低碳钢=0.10.15；中碳钢和低合金钢。=0.150.2

13、0； 高碳钢=0.200.30；高级工具钢=0.300.40。 (12-17)式中： 钢坯厚度(cm)； 全加热时间(min)。 (12-18)式中： 全加热时间(h)； 钢坯厚度(m)； 系数，一面加热时K=2.27；两面加热时K=1.39。 (12-19)式中 由0到1200的金属全加热时间(h)；与金属种类和加热温度范围有关的校正系数，其值可查表12-9；与钢坯在炉内的配置有关的校正系数，其值可查图12-22和图12-23；料坯厚度(m)。加热时间的校正系数K 表12-9钢种温度范围()K钢种温度范围()K铁和软钢0120010高碳钢和合金钢0120020铁和软钢08005高碳钢和合金钢

14、085013.3铁和软钢85012003高碳钢和合金钢85012006.7图12-23 方钢在炉内的配置图12-22 圆钢在炉内的配置图12-24 推钢式连续加热炉 图12-25 节能型步进梁式加热炉 三、锻造用炉图12-27 带换热器的室式炉1烧嘴；2热空气管道；3全燃用空气管道；4换热器图12-26 天然气室式平焰加热炉图12-28 燃烧煤气的快速加热炉图12-29 两段燃烧的一段连续加热炉1烧嘴；2助燃用的热空气；3全燃用的热空气；4换热器图12-30 步进底式炉四、热处理用炉图12-31 热处理工艺曲线示意图(a)三段热处理；(b) 多段热处理；图12-33 辐射管式加热炉1被加热物体

15、；2燃气辐射管图12-32 马弗炉1被加热物体；2马弗罩图12-34 推杆式炉1推钢机；2风扇；3辐射管；4内门升降气缸；5淬火升降机；6淬火出料机构；7淬火油槽； 8-辐射管；9-工件第五节 燃气有色金属用炉 一、有色金属熔炼炉图12-35 带前床的熔炼炉1检查口；2烧嘴；3撇渣门；4前床(装料口) 二、有色金属铸造用炉图12-37 开口型坩埚炉图12-36 间隔型坩埚炉 四、有色金属热处理用炉图12-38 输送带式回火炉 第六节 燃气窑业用炉一、玻璃熔窑图12-39 马蹄焰池窑 二、水泥烧成窑图12-40 旋窑示意图1入口；2入口密封；3耐热合金件；4挡轮；5小齿轮；6托轮；7活动窑头；8 一次空气风机；9烧嘴；10出口密封；11轮带；12大齿轮；13耐火砖；14窑壳三、砖和陶瓷器窑炉图12-41 圆倒焰窑 图12-42 直形隧道窑的工艺流程示意图1燃烧产物；2加热用燃气；3料车；4冷却和供燃烧用的空气五、玻璃热处理用窑 图12-43 用气体燃料的带热风循环的明焰