无烟化侧燃锻造加热炉的设计

1、无烟化燃煤侧燃反射加热炉的经验设计方法北京国科工业炉节能技术研究所 马臻前言对于没有条件使用煤气及天然气或燃油的偏远地区的小型热加工厂，大多使用燃煤加热炉对工件进行加热，传统的燃煤反射加热炉普遍存在炉门口冒烟、喷火、扬灰的现象，烟囱黑烟粉尘污染严重，热效率低（一般只有515%）。不但费煤，而且工作环境差。为了消除或减少烟尘污染、提高热效率，以保护环境，节省能源，对传统的燃煤反射加热炉改造创新，显得尤为重要。上世纪七十年代开始，我国技术人员在这方面做了大量的工作，取得了不错的成绩。从我多年来从事加热炉计的经验来看，归纳起来比较典型且效果较好的主要有两种改造途径：采用机械化燃煤方式和煤气化燃烧方式

2、（包括半水煤气化燃烧）。这两种方法都是通过改变燃烧方式的途径来达到改造的目的。不失为一种节能、环保的炉型设计。写这篇文章的目的，在于对从事燃煤炉设计的工程技术人员作为一种设计参考、交流之用，同时给热工专业学生的课程设计也提供了一套实用的学习补充教材或入门训练参考。第一章 燃煤机式侧燃反射加热炉的设计在工业炉上应用机械化及无烟化燃烧技术的主要途径是使用燃煤机。燃煤机式侧燃加热炉的设计主要内容包括：燃煤机的选型；炉型的确定；参数计算及结构的确定；排烟计算及余热利用等几个部分。第一节 燃煤机的选型在生产实践中，常用的燃煤机类型有三种：螺旋式燃煤机，水平炉排燃煤机及阶梯住复式炉排燃煤机。螺旋式燃煤机多

3、用于室式炉和贯通式炉，水平炉排燃煤机及阶梯住复式炉排燃煤机多用于台车式加热炉或热处理炉及连续式轧钢加热炉，也可用于室式加热炉或贯通式加热炉。.螺旋式燃煤机又称下饲式加煤机，如图.这种燃煤机煤种适应性强，与手工加煤燃烧相比，可节煤约1520%；炉温波动小，一般为1020；消烟除尘效果好，烟尘浓度一般为167180毫克米3；结构简单，占地面积小，操作方便，工作可靠，不易损坏。但对煤的粒度有要求，一般不大于50mm。煤由螺旋输煤管连续的由下向上送至燃煤斗，使煤面不断地沿燃烧斗的整个断面上升，并向四周散开到炉篦上，形成反烧。炉篦上设有蜂窝状风眼。当煤层加热到以上时，煤就开始析出可燃气体，当煤层温度到时

4、达时煤就能正常燃烧。整个燃烧过程是靠辐射和传导从上到下连续进行。调速时无需停车，输煤量可以从公斤/时之间调节。.水平炉排燃煤机分为水平往复炉排燃煤机（如图2），水平链式炉排燃煤机（如图3）两种类型，虽然都称为水平炉排燃煤机，但煤粒在燃烧过程中的运动状态是完全不同的。水平往复炉排燃煤机的运动是由活动炉排片与固定炉排片分别固定在活动梁与固定梁上，活动架由连杆连接减速机并通过曲轴运转作用使活动架作往复运动。其行程与动作快慢皆可通过减速机调节，煤层厚度由煤闸板升降调节。燃煤机设三个燃烧区段，第一区段的煤在少量底风的作用和受二区段高温幅射作用下，使煤预热、干馏、挥发可燃性气体再进入第二区段遇足量底风完全

5、燃烧，其中少量未燃尽的碳块进入第三区段继续燃尽排入渣室内。炉排片的往复运动过程是完成了挤压、移动、翻滚、塌落、疏松的全过程，起到了连续挤碎焦块和疏松煤层的作用，在挤压、移动、起伏过程中形成煤炭波浪状前进燃烧。   与手工加煤燃烧相比，可节煤约1020%；燃烧效率高，灰渣含炭率低；消烟效果稳定，烟尘浓度一般为毫克米3左右；结构简单，排渣容易，操作方便，工作可靠，对煤的粒度有要求，一般不大于0mm，对煤的适应性较好，特别适应烧中等烟煤。它可应于锻造炉、退火炉、熔化炉，干燥炉、轧钢炉、淬火炉等。水平链式炉排燃煤机也叫链条炉排或前饲式燃煤机，煤从煤斗落到链排上，随链排一起向前运动，

6、助燃风从链排下的分段风室向上吹出。煤在随链排的运动中燃烧历经干燥、干馏、挥发、燃烧燃尽几个过程，属于薄煤层燃烧方式。其燃烧能力与煤层厚度，送风量，及链排速度有关，它尤其适用于中小型轧钢加热炉，对室式加炉、燃煤锅炉、台车式热处理炉也可选择应用。水平链式炉排的燃煤特点是的将煤均布在回转的链条上燃烧，煤粒从煤斗下方边燃烧边向出渣端运动。具有布风均匀、燃烧过程平稳、煤层燃烧充分、消烟除尘效果好等特点。使用该机所需投资少，施工安装周期短，结构也较简单。在出渣端可设有除尘室。.阶梯住复式炉排燃煤机采用板状阶梯式往复推动炉排，由固定炉排和活动炉排及底栅炉排组成，活动炉排与固定炉排成阶梯式（如图），交替布置，

7、固定炉排水平安装在炉排架上，活动炉排则通过连杆与活动炉排架联成一体，活动炉排架再通过推拉杆与机械驱动机构的曲轴相联（或液压缸的活塞相联），随曲轴（或活塞）作往复运动，带动活动炉排来回运动（行程约mm），煤便从煤斗加入后，借重落到炉排上后，由活动炉排不断向前推动，煤在阶梯炉排上逐级翻动下落，将煤层上已燃烧着的煤翻落到下层新煤层中去，成为底层着火的热源，又煤在燃烧室移动过程中经过干馏、着火、燃烧及烧尽几个阶段，最后在平炉排上稍作停留后，燃尽的灰渣就用出渣炉排翻落在灰室内。新加入的煤进入燃烧室后，受中部高温烟气的幅射加热，逐渐预热干馏产生可燃气体和黑烟，经高温区时便可充分燃尽。 阶梯炉排热负荷较低，

8、风压也较低，因而飞灰较少。正常燃烧时基本上不冒或少冒黑烟。煤层一般不超过mm（毫米）.与手工加煤燃烧相比，可节煤约1015%；对煤的适应性广泛，可适应烧中、次等烟煤。它可应于锻造炉、退火炉、熔化炉，轧钢炉、淬火炉等。例.试计算生产率为公斤小时的锻造加热炉需要配套多燃烧能力的燃煤机，并计算出炉蓖面积？已知：钢的出炉温度为，煤的热值为.×7焦耳公斤，钢的比热容约为焦耳(公斤·)。解：根据物体升温过程中吸收热量的公式：吸·设·t （）式中：吸热效率为%时温度升高t所需的热量，焦耳（）；钢在出炉温度下的比热容，焦耳(公斤·度)(kg·)设炉子

9、的小时生产率,公斤小时（kgh）t坯料出炉与装炉温度之差，度（）则：450公斤钢从室温（）加热到所需的净热量吸××（）.×设使用燃煤机炉子热效率由传统的%提高%变为%计，燃煤应供给的热量为：供.×%.×那么每小时的燃煤量应为：煤.×2.512×107J/kg=kg炉蓖面积蓖：蓖煤f（）式中：煤小时燃煤量，公斤小时（kg/h） f 炉蓖强度，公斤米·时（kg/m2·h）,一般为120170 kg/m2·h 则：蓖煤f.m2则选取炉蓖面积为：.×.m2左右的燃煤机，比如炉排宽mm左右的阶梯

10、式往复炉排燃煤机。第二节炉型的确定.外观及布置一般侧燃反射加热炉（室式、贯通式、台车式），对于加热室跨度小于米时，多按“”字型设计（如图），它由加热室、燃烧室、炉门开启机构、机械炉排、传动机构、上煤机构、水封渣池、供风系统、排烟系统等组成。对室式反射加热炉，燃烧室的中轴线一般与加热室的横向中线重合。炉门开启多为升降大开式。排烟口的布置按图中“a”所示，对称布置，多采用下排烟形式。一般靠近炉门口的排烟口比炉内的排烟口截面稍大一些，取.倍的内烟。排烟口的总截面需按烟气量与节能要求所允许的烟气流速计算而得。对贯通式反射加热炉（如图中b所示），燃烧室的纵轴线应偏向出料炉门一侧，炉门开启也多为升降式。位

11、于进料炉门一侧的排烟口应大于出料口一侧的排烟口，一般取.倍，目的是让高温烟气较多的流向进料端一侧，一方面对冷坯料进行预热，另一方面使加热室内的温度从燃烧室中线至进料端形成连续降低的温度场。终排烟可根据现场条件，采用下排烟或上排烟均可。对于燃煤反射式台车炉（如图中c所示），其组成部分较室式炉及贯通式炉要复杂一些。还有台车及行走机构、台车密封、台车轨道、等部分。燃烧室的纵向中轴线一般与加热室的横向中轴线重合，为了保证加热室内有较均允的温度场，要设置较多的排烟口（小截面，多数量），并尽量对称均匀地布置在加热室的两侧。根据现场条件可设计成下排烟或上排烟的形式。.炉用机械室式及贯通式侧燃反射式加热炉的炉

12、用机械除燃煤机外，非常少。对炉口尺寸小于mm（或炉门重量小于kg）的小型室式或贯通式炉，从经济性考虑，一般采用手动炉门开启机构，几乎不需炉用机械。对于配置推钢机的贯通式炉，其炉用机械主要就是推钢机。推钢机主要有气动、电动及液压三种类型，均可选成套产品，根据现场工况来定。对于炉口尺寸较大的加热炉，其炉门开启一般都选电动升降式，也有选择气动升降的（工厂有压缩空气）。但选电动升降较方便，过去的电动炉门升降多由电机，减速机，制动器，传动链等组成，现在基本不采用这种形式，多采用成套的多功能电动箶芦配合导向轮来实现炉门升降，经济、方便。烟气调节多采用烟道闸板调节，可选手动或电动蜗轮蜗杆卷扬机。台车式炉的炉

13、用机械除了上述部分外，主要增加了台车行走机构，对于装载量小于5吨的台车，选择链传动轮式自行走机构较为经济。载重较大的台车多选用钝齿轮销齿条驱动滚柱带式行走机构。第三节室式侧燃反射炉炉型参数的确定计算室式炉及贯通式炉炉型参数的确定方法基本相同，从炉型结构来分，可分为燃烧室结构参数的确定和加热室结构尺寸的确定二个部分，一般燃烧室结构尺寸的确定可根据所购买燃煤机的型号及说明书参照确定，而加热室(工作室)结构尺寸及经验数据的选取是需要炉窑设计工作者来确定的，我们主要对加热室结构参数的确定方法作一介绍燃烧室结构参数的确定在第五节中专门计论.加热室炉底面积按设备生产率和炉子生产率（炉底强度）指标确定加热室

14、炉底面积底，底设/底（）式中：设：生产设备的生产率，公斤小时；底：加热室炉底强度，公斤米·小时；例：试计算一台与1吨空气锤配套的锻造加热炉的加热室面积。已知：吨锻锤的最大生产率约为公斤时。解：查钢铁工厂工业炉设计资料中“炉子生产率”中的数据可知：炉温为时的加热炉的炉底强度经验值一般为公斤米·时， 取底公斤/米·时：则加热室炉底面积：底(kg/h)500(kg/m2·h)=.m2.加热室尺寸的确定（长、宽、高）加热室的尺寸一般先根据所加热坯料的大小确定加热室的宽度（），再由需要的炉底面积求出加热室的长度（）：加底加（）再结合不包含炉底的加热室内表面积及炉顶

15、曲拱面积等求出加热室的炉膛高度：【（）（加+加）】+h（）式中：不包含炉底在内的炉膛内表面积，米；·底，计算常数（炉围伸长）：一般取.；炉顶曲拱面积，米；加炉底长度，米；加炉底宽度，米；h拱脚砌砖抬高量，米；一般在.米之间，根据拱脚砖的型号定。例：已知吨空气锤用加热炉的加热室的炉底面积为.米就可满足使用，试确定加热室尺寸。解：根据生产实际，吨空气锤所加工的工件最大直径一般不大于mm,所以取炉膛宽度：底*.+.+.米，根据砖的砌筑尺寸，取：底.米则加热室长度：底底底=.0.=1米，根据砌砖尺寸，取底.或.米；那么加热室高度由公式（）得：【（）（加+加）】+h（.×底.）（.+

16、.）+.（米）降低炉膛高度，能有效地降低煤耗，是节能的有效措施，比照加热坯料的尺寸，加热室的拱脚高取：加0.068×=0.米（层耐火砖高度）燃烧室与加热室相贯的炉顶部分采用大偏拱结构，大偏拱的跨度根据燃煤机的型号及所需的安装尺寸，比如选取例中的燃煤机，那么大偏拱的尺寸为：跨度：跨.+.米中心角选或小于，不要太大，一方面使大偏拱具有足名的强度，另一方面压低拱顶高度。炉膛高度降低后，火焰能充分充满炉膛，不但强化了火焰辐射传热，而且使炉膛内保持正压状态，减少了炉外空气侵入炉膛的可能性。.炉口尺寸的确定对于室式及贯通式加热炉，在保证进出料方便的情况下，炉门口高度应尽量设计的低些。在保证炉口强

17、度的前提下，尽量采用双重低拱带扩张排烟的结构（如图），扩张排烟结构的好处是，既可防止烟火外溢，又能在炉门打开时防止炉外冷空气进入炉膛。原理是：当烟气冲出炉膛后便扩张，迅速减缓了烟气冲力和流速，容易地被烟道抽走而不冲出炉门外；另一方面，当炉门打开或封闭不严时，从炉外进入炉口的冷空气也在此扩张减速，并被烟道抽走，不能进入炉膛内。炉口的内拱一般比外拱高一侧立砖（mm）.，扩张口高度一般比外拱高一立砖（mm），宽度比炉口宽×mm.即：外坯料直径+mm H内外+mm H扩外+mm H膛外100mm对于炉口宽度，常按下面的经验取值：炉口宽度：口膛mm扩张口宽度：扩口+mm例.试确定例中的炉口尺寸

18、。解：炉膛宽度为mm,坯料直径是大在mm,那么：炉口宽度：口mm；炉口拱脚高度：外250+100=350mm; 炉口深度：b外mm; b内mm;取内外mm 扩张口宽度：扩+mm;扩外+mm; 扩张口深度：b扩mm;炉口上部为中心角的拱形结构。对于侧燃反射台车式加热炉的炉口尺寸，则需要根据生产所需的装料高度及装料宽度来确定炉门的尺寸.加热室的结构对于室式及贯通式加热炉加热室的结构一般设计成下部带储烟室的热炉底结构如图所示。储烟室的结构尺寸以保证加热室炉底的抗压强度为前题，横截面可以设计的大一些，比如大于加热室各排烟口截面总和的倍以上。有利于从加热室出来的热烟气突然减速，与炉底耐火材料进行热交换，

19、产生热炉底的效果，以降低排烟温度并以较低的流速进入干烟道。通常对于“遂道型”储烟室：储烟室的宽度储加热室炉膛宽度膛；拱顶的中心角；储烟室的高度储依炉底标高反算得到。对于“迷宫型”储烟室，储烟室顶一般用耐火盖板封盖成平顶如图所示， 其截面尺寸的确 定与“遂道式”储烟室的方法一样。从储烟室通往烟囱的烟道叫干烟道，干烟道的截面一般比加热室排烟口的总截面大.倍以上，可砌成矩形或遂道形通道与烟囱相接，烟道储。燃烧室与加热室之间的翻火墙的厚度一般取mm。在炉炕以上的高度a 一般取272mm，但不要高过加。翻火墙过低，侧加热室靠近翻火墙一则的温度会明显过高，容易烧坏坯料；翻火墙过高则不利于燃烧室的高温火焰进

20、入加热室，且易在翻火墙的阴角处形成“阴凉”带，造成升温慢的结果。在保证燃烧室与加热室之间的“喷火口”尺寸喷的前提下结合所加热坯料的大小来确定，一般不小于坯料直径的2/3倍。为了便于装出料操作，加热室炉炕的标高一般取+mm之间，便于工人操作和观察。第四节 台车式侧燃反射加热炉加热室基本尺寸的确定及经验数据的选取侧燃反射台车式加热炉的加热室较为复杂，主要由轨道基础，台车及拖拽或驱动，密封机构，排烟设施，炉门及开启机构，炉衬等组成如图所示。其结构尺寸的确定一搬按下面的经验确定：燃煤侧燃式反射台车式加热炉的炉底面积一般不超过m2,车底宽度不超过.米，车底长度不超过米，大面积台车炉不建议采用燃煤加热，可

21、选择其它燃料的烧嘴式加热。.加热室炉底面积的确定：台g 米（）式中：台：台车的有效工作面积，米；：台车最大装载量，吨；g:单位面积的装载量吨米，一般取：.吨米同时满足：加热室炉底面积加燃烧室炉底面积燃（）长宽比一般取.为宜。.加热室炉底强度：对于侧燃反射台车式加热炉，炉温在时，炉底强度值一般取：.×10312.5KJ/m2·h;.燃煤机炉篦宽度：一般取台车宽度的.倍。.加热室高度：取台车宽度的.倍.排烟口的位置及数量：排烟口均匀地排布于台车两侧，零压面应略低于或等于台车面平面。.轨道中心距的确定:台车式热处理炉或加热炉的轨道中心距一般取0.550.6倍的台车宽度,较窄宽度的

22、台车取上限,大宽度台车取下限.轨枕中心距的确定: 台车宽度小于4米时,轨枕中心距取8001000mm,台车宽度大于4米时,轨枕中心距取600800mm.轨道的选择 对于载重大于150吨的,选用起重机钢轨,与之相应的车轮选用双翼轮.对于载重小于150吨的台车多采用重轨,大中型台车炉采用43kg/m级重轨,小型台车炉一般采用38kg/m级重轨.选用滚柱带式的台车的双轨道类型时,双轨之间用带有钢管套的螺栓固定.台车行走机构的选择: 较低工作温工作的台车和高温下下工作中小型台车一般选轮式自行走机构, 大型台车由多组电动蜗轮蜗杆减速机直接驱动;中小型或轻型台车精密滚子链传动. 大中型台车或大负载及在较高

23、温度下工作的台车多选用滚柱带行走,钝齿轮、销齿条传动第五节燃烧室的结构及参数的选择.燃烧室的位置燃烧室的位置对热炉气在炉膛内的流动有较大的影响。在设计时，让燃烧室的纵轴线与加热室的纵轴线垂直，与加热的横轴线则根据室式，贯通式或台车式面选择重合或偏离。对室式及台车式反射加热炉，燃烧室的中轴线一般与加热室的横向中线重合；对贯通式加热炉，燃烧室的纵轴线应偏向出料炉门一侧，有意给加热室营造出一节预热段，便于连续生产。燃烧室与加热室可共用一个大偏拱，也可用各自独立的拱，但最好圆滑连接，避免阶梯拱顶，如果用各自独立的拱却无法圆滑连接，必然产生台阶的情况下，那么燃烧室拱顶应低于加热室顶。可减少气流阻力。使火

24、焰很快进入加热室，形成旋转运动。缩短坯料加热时间，提高加热效率。.燃烧室与加热室之间的喷火道（喷火口）喷火道采用带缩口的敞开式翻火墙，既能使炉气以较高的速度喷入加热室，形成强烈的旋转运动，又不会使翻火墙过早损坏。兼顾了封闭喷火口的结构和敞开式翻火墙结构的优点（如图）。喷燃mm;喷火口的高度喷加或喷加。.与燃煤机配套的燃烧室结构.如果配套螺旋燃煤机，一般燃烧室做成方形，燃煤机可根据现场方便，设计在燃烧室的三侧，右图所示。在燃烧室的下部应设计水灰池，一方面冷却炉渣及储灰，另一方面受热产生的水蒸汽可参与煤的燃烧反应生成水煤气助燃。燃烧煤斗下部的水灰池的设计如图.如果选用水平炉排燃煤机，因为水平燃机的

25、特点是：一风室和二风室上部的煤层主要是预热，干燥，干馏，挥发及燃烧，三风室为猛烈的焦炭燃烧区，一二区较短，三风室燃烧区较长，为使炉子结构紧凑、结实耐用，一般燃烧室设计成窄长的箱形结构，其纵轴线与加热室的纵轴线平行，如图所示。当燃对于长度较短的水平燃煤机，设计燃烧室时也可以让燃烧室的纵轴线与加热室的纵轴线垂直，但需注意，这时使用的大偏拱布置与使用阶梯式燃煤机的大偏拱布置截然相反：使用水平燃煤机时，大偏拱是燃煤机这头低，加热室那头高，如图.而使用阶梯式燃煤机的大偏拱则是加热室那头偏低，各自有利于炉气火焰的走向。对于拱角两端的标高差，水平炉排取毫米甚至更多；对于阶梯式炉排，当炉炕标高确定之后，再参考

26、具体选定的燃煤机型号确定的大小。.对于选择阶梯往复炉排的燃烧室，一般按所选燃煤机的安装尺寸来设计燃烧室。燃烧室由燃煤机轨道，灰坑，耐火衬，观察门，结渣处理门，入口横梁，火道横梁，火道等构成，如图.其中燃烧室的入口高度H入及入口宽度B入;燃烧室的长度L燃,喷火口的高度H喷,宽度B喷等均需各燃煤机制造厂家沟通后决定,并结合自身炉子工作室的高度、宽度以及燃烧室与工作室之间的隔墙强度的需要等因素予以调整.第六节排烟口尺寸的确定烟气平衡是炉子设计的主要平衡设计之一(热平衡;空燃量比及压力比平衡;烟气平衡)，烟气平衡计算的主要内容是最大烟气生成量与最大排烟量之间的平衡,即: 燃烧系统的最大烟气生成量=排烟

27、系统的最大烟气生成量.在炉子设计过程中,最大烟气生成量和烟气在烟囱出口的动压要求是确定排烟口总截面,烟道截面,烟囱截面,及烟囱高度的主要依据.当燃中间过程的非最大烟气生成量与排烟量的平衡要靠炉压调节来实现,保持炉子在一个合适的炉压范围里运行.最大烟气生成量的计算：理论上对固、液体燃料烟气生成量的计算需按燃料的化学成分分项计算各自燃烧后的产物量，燃后求和得到烟气总量即：烟CO2+H2O+SO2+O2+VN2-(7)式中：CO2，分别为烟气中，的生成量单位：m3/kg.其值分别为：CO2.().().().nSO2=0.0068(S)VO2= 0.2067(-1)L0VN2=0.018(N)+0.

28、78Ln(x):燃料中元素的组分；：空气过剩系数；、n理论及实际空气需要量m3/kg计算起来非常麻烦实际上，工程技术人员很少用这种方法来计算烟气量的，大多采用经验法来计算烟气量，要方便的多如：对于柴油燃料：烟13.69×小时最大燃油量Nm3；()对于煤燃料：烟0.0025×小时最大燃煤量Nm3/S;()对于天然气燃料：烟0.00×小时最大燃气量Nm3/S;()13.6、0.0025.为经验系数.烟气流速的确定烟气的流速在排烟口，支烟道，储烟室，干烟道，烟囱等不同部位，应有不同的流速比如在排烟口，一般取.米秒，不能太快，太快易将炉内未来得及燃烧的可燃气体抽入烟道，在

29、烟道内燃烧，造成排烟温度过高，不利于节能，且降低了炉子的热效率如果是上排烟的金属烟管，会严重降低使用寿命也不能太慢，太慢将导致排烟口开口尺寸过大，既不利于节能，也不利于炉衬结构强度对烟囱出口，烟气的流速取.m/S,或为当地风速的.倍(风速高系数高)同样速度不能太高也不能太低流速太高，将导致排入大气的烟气温度偏高，且粉尘量变大(沉积量变少)，炉压也会很高且不易降下来太低，会造成“烟气下沉”、或外风倒灌所以烟气流速一般按下面的经验参数选取：排烟口：.米秒；支烟道：.米秒；储烟室及干烟道：.米秒；烟囱：3米秒当风速高于1.7米秒时，取4.5米秒.排烟系统各处截面的确定知道了紧大烟气量与各处的合理排烟

30、速度，就可以确定排烟系统各部位的截面尺寸了注意对于排烟口，先算总截面，再算各烟口的截面，烟口应均匀分布在炉膛零压面附近烟烟烟气流速()排总n ()式中：排工作室内扣排烟口的截面米；n：工作室内布置排烟口的数量，个；求出了排烟口的截面积，那么排烟口的尺寸就很容易求出了这各排烟系统截面的确定方法，适合于目前多数燃料的热处理炉和加热炉第七节排烟系统及烟囱参数的确定.排烟系统的选择：对燃料炉来讲，排烟系统包括：排烟口，储烟室，烟道，及烟囱如果采用机械排烟，那么排烟机或喷射器等这些排烟机构也是排烟系统的一部分，储烟室就是各排烟口的烟气最后汇集的空间，也可以称之为烟道的一部分对于排烟口，烟道(烟管)参数的

31、确定前边已计论过了烟囱参数的确定我们按单台单配一孔烟囱(烟管)来确定参数(无组织排放)对于集中排放(多炉一烟囱)汇总计算即可确定参数这里不做专门讨论对于炉子的排烟系统按烟道的布置可分为上排烟及下排烟两种对于“一炉一烟囱”，多采用金属烟囱；按排烟的动力供给状况，可分为自然排烟和机械排烟自然排烟由烟囱、烟道组成对于工厂有高度大于米的烟囱，在炉子布置设计时，最好考虑多台炉子共用这孔烟囱，采用下排烟设计，集中排放的形式烟囱的直径截面不少于车间炉子烟气总排放量所需截面的.倍对于工厂没有干烟囱，采用一炉一烟囱时，大都设计成从炉尾或一侧或炉顶直接向上从烟管排烟的形式，我们称之为上排烟设计，这时，一般多选择金

32、属烟囱，如果烟气温度低于500时，金属烟囱内可以不砌耐火衬，高于500时，则需要在烟囱内砌筑耐火衬或隔热衬耐火衬及隔热衬的设计有多种类型，可以是耐火砖，保温砖，也可以是耐火浇注料，耐火纤维等只要使用温度满足需要，寿命满足需要就可以了机械排烟主要由烟管，排烟机，喷射器等组成，使用排烟机的烟气温度一般不高于200,最高不得超过，超过的烟气，则要将烟气降温后进入排烟机使用喷射器排烟的介质一般为蒸气、压缩空气、或通风机(鼓风机)送风，它不受烟气温度和烟尘的影响原则上一般不建议采用排烟机机械排烟，不管是从节能(电)上，环境噪音上，还是从设备维护上都不太好，除非排烟不畅或无法自然提供排烟所需的动压，或者需

33、要强制进行烟气循环的情形笔者认为炉子设计越简单实用越好对于喷射(引射)排烟装置，利用通风机送风比较长用，因为它不需另外添加其它设备，只需在总供风管上引出一根引射风管进入排烟管就行了，如图所示：采用引射风助排烟装置有以下优点：. 在没有变频器调节时，当风机供风量关小时，可减轻风机的“喘气”现象，. 增加排烟动力，利于炉压调节. 降低排烟温度，保护金属烟管所以对于燃煤炉、燃气炉、燃油炉等火焰加热炉，条件许可条件下，设计成引射排烟方式是较的设计方法.烟道的布置对于有组织排放，车间在地下需布置干烟道及支烟道的情形，烟道的布置一般遵循下面的规范：. 距车间基础的距离烟气温度800700600500400

34、300200100距车间基础的距离mm500400200100. 烟道顶部距地面的距离：不少于mm. 在每个支烟上应设置人孔，便于清灰及检修. 烟道闸板每座炉子都应设置一套，且设在换热器后面.烟道截面的确定干(.)支烟烟()式中：干：车间干烟道截面，米，支：各台炉子的支烟道截面积之和米烟：各台炉子烟气量之和米秒烟：烟道烟气流速，取.米秒.烟囱对于有组织排放的烟囱设计，各类设计手册都有，这时不做介绍，只重点介绍一下单炉单烟囱时，烟囱参数的快捷经验计算方法.烟囱抽力各种燃料炉，几乎都有烟囱，烟囱具有一定的高度，我们把能顺利抽走燃料燃烧所产生的废气，并在炉膛内所产的最大负压头值，称为烟囱的抽力单位以

35、帕(Pa)来表示.也有用毫米水柱、巴、毫巴等来表示的一般设计烟囱所需的抽力由下面的方程建立数学模型求得：烟囱抽力烟道阻力排烟阻力富余抽力理论计算一般按双气体能量平衡方程计算，实际工作中，我们通常采用经验数值法，方便简单又快捷：对于燃料炉，烟囱抽力一般取a,能够满足排烟抽力需求.烟囱高度烟囱高度经验上按下面的方程求得：烟囱高度抽力×(a-g)/100 米()式中:烟气抽力：aa-g：双气体重度差，a为大气重度:1.293kg/Nm3，g烟气重度：取.kg/Nm3对于需产生Pa抽力的烟囱高度应为：120(a-g) /100=21.2725.5 米所以对于燃料炉的烟囱只要高于米，都能满足使

36、用，所不同的是因排烟量不同所需的烟囱粗细不同而已一般烟囱的高度不低于米.烟囱的直径烟囱的直径由下面的公式求出：出×米()式中：出：烟囱出口直径米烟：总的最大烟气量，米秒烟气流速：取.米秒例：对于最大耗煤量为公斤的燃煤炉应配直径为多少的烟囱？解：最大耗煤量为公斤的燃烧室产生的最大烟气量为：烟.×.Nm3/S取烟气出口流速为.m/s则烟囱出口直径为：出×.(.×.)×.米烟囱底部直径一般应出口直径第八节风机的选择我们知道对燃料炉设计人员一来说，风机的选取是必须的一个重要环节，任何燃料在没有助燃空气的情况下是不能燃烧的，所以，在设计炉子时，必须提供配

37、套风机的型号绝大多数的助燃空气是通过通风机供给的风机的选取最主要的是两个参数：全压和风量其它的如左右旋向，出风角度等需参考现场风机的安放情况考虑；所需功率，电动机型号，电机与风机联接形式等风机生产厂家均已配置妥当，技术人员只需对风机选型即可要能正确的选择风机，必须提供燃煤机，或燃烧室能达到最佳燃烧状态所需的风量及风压.风量的计算从燃烧理论上来讲，燃烧所需风量包含两个概念：理论空气需要量及实际空气需要量，选风机时用实际空气需要量，结合当地的大气压，气温算出所需的实际风量，作为风机的风量参数理论空气需要量与实际空气需要量，它们之间的关系为：n=Lo()式中：n：实际空气需要量，对于固、液体燃料单位

38、是：m3/kg; :空气过剩系数，对于固体燃料取(.)；o: 理论空气需要量，对于固、液体燃料单位是：m3/kg;风机风量的计算用下面的公式求出实际风量：风n×(760/B)×(273+t)/273()式中：风：实际供风量：Nm3/h n: 实际空气需要量，对于固、液体燃料单位是：m3/kg·h; B: 当地大气压，mmHg (1mmHg=133.32Pa)； t:当地气温，一般取当地夏季最高气温；从公式()及公式()来看，我们只要求出理论空气需要量o，那么就可以求出风机风量风理论空气需求量Lo书本上一般按下面的方法求出：对于固体和液体燃料：Lo0.0902(C)

39、+0.0269(H)+0.0338(SO)()式中()，()，()分别为燃料中碳，氢，硫，氧的质量分数，对长焰煤，查资料得：其中的，质量分数分别为：，.所以每公斤长焰煤燃烧所需的理论空气量为：0.0902×78+0.0269×5+0.0338×13=7.61 m3.例：某型号燃煤机，每小时燃烟煤公斤，夏季温度：；当地气压mmHg,请计算所配风机的风量解：燃煤机每小时理论所需的空气量：(0.0902×78+0.0269×5+0.0338×13)×175=1331.75 m3 每小时实际所需的空气量： n=Lo=1.2×

40、;1331.75=1598.1 m3 实际风量：风n×(760/B)×(273+t)/273=1598.1×1.267×1.139=2306 m3选流量不少于Nm3h的风机.风压的确定：对于燃煤式加热炉，在生产实际中工程技术人员往拄根据燃烧类型薄煤层燃烧与厚煤层燃烧，来选择风机的风压薄煤层燃烧，燃煤机所采用的燃烧方法几乎都是薄煤层燃烧煤层厚度不超过毫米，当煤块(粒)进入燃烧室后，首先被干燥和干馏放出水份和挥发份，先烧挥发分再烧固体碳，助燃空气全部自煤层下面供给，当空气量和压力充分时，燃烧后的烟气中理论上讲应该没有可燃性气体，但实际上燃烧不可能那么充分，烟

41、气中仍会有部分可燃气体，所以风机的风压选的合适的话，燃烧越充分，烟气中的可燃气越少工程技术人员所选风机的风压时经验上一般按下式选取：薄煤层燃烧的风机风压(.5）×煤×. Pa()式中：煤：实际工作中的最大煤层厚度，mm. 一般为a以下，工业炉常用离心式通风机，对于全压小于a的风机，一般选型风机这种风机的叶片为后弯型，特性稳定，效率可达，如果有厂家的燃煤机要求供风全压大于a时，一般选用或型风机，这二种风机的叶片为前弯型，可产生较高的全压，但效率低需要说明的是，选风机时，在同样风量，风压下，尽量先选取转速高的风机，这样的风机价格低，体积小，重量轻例：前边例中的燃煤机，的生产操作

42、中燃煤厚度一般为毫米，请结合例中的参数为该燃煤机配套合适的风机解：.风量计算：例求得所需风量为：Nm3/h 2.风压的计算：已知煤层厚度为毫米，由式()得：所需风压(1.5)××.a从风机样本中选择.-型较接近计算值：该风机参数为：电机转速：转，功率kw(电机：);风量Nm3/h；全压Pa.(第一章完)第二章：煤气化及水煤气化侧燃反射加热炉的设计前面所讨论的机械燃煤的侧燃反射加热炉属于富氧燃烧下的环保型燃煤炉的设计方法，即燃料是在助燃空气大于理论空气需求量()的情况下燃烧的，其燃烧产物中在理论上是已经没有可燃成分了，所以也叫完全燃烧与之相对的，燃料当然还有不完全燃烧的情况，

43、当助燃空气不足(<)时，燃烧产物中存在有大量的可燃气体、及少量的mHn等可燃物质时，称之为不完全燃烧例如常见的煤气发生炉、水煤气半水煤气发生炉等，就是利用煤的不完全燃烧来设计制造的从这一章开始，向大家介绍另一种环保型无烟化燃煤反射加热(热处理)炉煤气化及半水煤气化燃烧的炉型设计第一节 煤气化及半水煤气化侧燃反射加热炉的结构原理煤气化及半水煤气化燃烧加热炉的原理来源于燃料的不完全燃烧方式的实际应用，这时炉子燃煤的部分不叫燃烧室了，改叫发生室其目的也不是产生热量了，而是以产生含有最大量的可燃气体的燃烧产物为目的了所以发生室的功能与煤气发生炉是相同的. 煤气化及半水煤气化侧燃反射加热炉的主要结

44、构这种加热炉有各组成部分按功能主要分为发生室，加热室，供风系统，排烟系统，测温装置等可以认为是把煤气发生炉与燃气箱式加热炉结合为一体的紧凑型设计，即每一台煤气化及半水煤气化侧燃反射加热炉都是由一台箱式燃气炉联体配套一台微型的煤气发生炉而成如图及图所示： 我们知道，煤不完全燃烧或烧很潮湿的煤时，可产生煤气，例如过去人们冬天取暖的“蜂窝煤炉”或“烧炭炉”，在白天炉子下面的进风口大开，火烧的很旺，人们可以安全的享受碳火带来的温暖，但到了晚上，人们要休息，为防止熄火，往往加满煤又关小炉子下面的供风口所以经常有煤气中毒的现象发生这是因为当助燃空气量不足时，煤与空气发生了气化反应成生了煤气的原因我们把这些

45、与煤发生化学反应的空气及水蒸汽称做气化剂工业应用中常做为气化剂的物质就是空气、水蒸汽、及空气与水蒸汽的混合气体当仅仅用空气做为气化剂时，发生室产生的气体一般称为煤气，其主要可燃成分是与少量的mn类可燃气体；当用空气及水蒸气做为气化剂时，发生室所产生的气体一般称半水煤气，其主要成分是、及少量的mn煤气化及半水煤气化侧燃反射加热炉的煤气发生室，就是利用了煤与空气、煤与空气及水蒸汽的气化反应生成煤气及半水煤气的原理而设计的，发生室所产生的可燃气体经喷口与助燃空气(二次风)充分混合燃烧产生的高温火焰气流喷入工作室，加热工件这就是煤气化燃烧加热炉的基本原理煤气化燃烧加热炉的发生室，由炉蓖下面供入的空气作

46、为气化剂半水煤气化燃烧加热炉的发生室，由炉蓖下面供入的空气及水蒸汽作为气化剂，空气由通风机供给，水蒸气由水冷套产生的蒸气或由炉蓖下水渣池中的水蒸发生成的水蒸汽供给. 用空气做为气化剂的煤的气化反应生成的可燃物从炉蓖下方所供空气中的氧与炽热的炭接触，发生燃烧反应：C+O2=CO2+.×生成的CO2与碳发生还原反应：CO2+C2CO+.×空气与煤及燃烧产物与煤发生氧化还原反应之后，放出大量的热，促使未与空气产生化学反应的煤在温度作用下发生干馏过程，煤中挥发份发生裂解，产生甲烷、烯烃(mHn)及焦油等物质，它们受热成为汽态逸出，成为煤气的组成部分。 所以仅用空气作气化剂，所生成煤

47、气的可燃成分为和少量的、及mHn. 用空气及水蒸汽做为气化剂的煤的气化反应生成的可燃物从炉蓖下方所供空气中的氧与炽热的炭接触，发生燃烧反应；供入的水蒸汽及煤自身的所带水份受热汽化产生的水蒸与炽热的炭发生化学反应：C+O2CO2+.×H2O+CH2+CO+.×生成的，H2，CO及剩余的水蒸汽进一步与碳发生还原反应：CO+C2CO+.×2H2O+CCO2+2H2+.×未与空气产生化学反应的煤在高温作用下也发生干馏过程，煤中挥发份发生裂解，产生甲烷、烯烃(mHn)及焦油等物质，它们受热成为汽态逸出，成为煤气的组成部分。煤在发生室内进行的气化过程是比较复杂的，既

48、有气化反应，也有干馏和干燥过程。所以在进行发生室结构设计时，应立足于有利于煤的气化反应的进行为原则第二节 发生室的设计与参数的参数的确定煤气化及半水煤气化加热炉发生室的设计是此类炉型设计中最重要的一环，发生室结构参数设计的好坏直接影响着炉子的使用效果由于煤的气化反应按气化剂的不同分为空气气化剂，水蒸汽气化剂两种，所以发生室结构的设计可分为煤气化发生室与水煤气化(或半水煤气)发生室设计两种要获得满意的设计效果，首先应该清楚煤在发生室内是如何发生气化反应的，各反应层的厚度大致有多少等这些常识性问题.发生室中煤气化反应的分层理论按照煤在发生室内气化次序，可以将发生内的煤内部分为六层（见图），即：灰渣

49、层；氧化层（又称火层）；还原层；干馏层；干燥层；空层(集气空间)；其中氧化层和还原层又统称为反应层，干馏层和干燥层又统称为煤料准备层。（1）灰渣层：煤燃烧后产生灰渣，形成灰渣层，它在发生室的最下部，覆盖在炉篦子之上大约150250mm的厚度。虽然灰渣层是烧烬层，但其仍有重要的作用：其一，保护炉篦和风帽，使它们不被氧化层的高温烧坏；其二，预热气化剂，气化剂从炉底进入后，首先经过灰渣层与刚沉降下来的高温灰渣进行热交换，使灰渣层温度降低，气化剂温度升高到300以上，为燃烧层创造加速燃烧的条件。其三，疏松的灰渣层能起布风作用，使进入的气化剂较均匀地进入到煤层中（2）氧化层：也称为燃烧层（火层）。从灰渣

50、中升上来的气化剂中的氧与碳发生剧烈的燃烧而生成二氧化碳，并放出大量的热量，它是气化过程中的主要区域之一反应方程为：C+O2=CO2+.×氧化层的高度一般为所有燃料块度的3-4倍，一般为100-200毫米。（3）还原层：在氧化层的上面是还原层。炽热的碳具有很强的夺取氧化物中的氧而与之化合的能力，所以在还原层中，二氧化碳被碳还原成一氧化碳，水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气。所以这一层称为还原层，其主要反应为：CO+C2CO+.×H2O+CH2+CO+.×2H2O+CCO2+2H2+.×由于还原层位于氧化层之上，从上升的气体中得到大量热量，因此还原层有较高的温度

51、约800-1100，这就为需要吸收热量的还原反应提供了条件。而严格地讲，还原层还有第一、第二之分，下部温度较高的地方称第一还原层，温度达950-1100，其厚度为毫米左右；第二层为700-950之间，厚度约在毫米左右。（4）干馏层：还原层之上为干馏层，由还原层上升的气体随着热量的被消耗，其温度逐渐下降，故干馏层温度约在00之间，煤在这个温度下，经低温干馏的过程，煤中挥发份发生裂解，产生甲烷、烯烃及焦油等物质，它们受热成为汽态，成为煤气的组成部分。干馏层的高度随燃料中挥发份含量及煤气炉操作情况而变化，工程上按100毫米左右考虑。（5）干燥层：干燥层位于干馏层上面，也是燃料的最上层，上升的热煤气与未气化燃料在这层相遇，进行热交换，燃料中的水分受热蒸发。干燥层的厚度随不同的操作情况而异，没