熱處理燃燒爐

關(guān)于熱處理燃燒爐第1頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六章

熱處理燃燒爐

認(rèn)識(shí)和掌握熱處理燃燒爐的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、燃料燃燒計(jì)算及燃燒裝置性能等，對(duì)燃料爐有初步的了解。

第2頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.1燃料爐的基本類(lèi)型及特點(diǎn)分類(lèi)固體燃料爐液體燃料爐氣體燃料爐第3頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五熱處理燃料爐的基本結(jié)構(gòu)熱處理燃料爐的基本類(lèi)別和特點(diǎn)

固體燃料爐通常指煤爐，這種爐子通常有較大的燃燒室。煤與空氣難混合均勻，燃燒常不完全，容易產(chǎn)生黑煙，熱效率低

氣體燃料爐通常稱(chēng)為煤氣爐。氣體燃料易于同空氣混合均勻，燃燒完全

液體燃料爐主要是油爐，油需要先經(jīng)霧化，其燃燒過(guò)程不如氣體燃料易于控制

熱處理燃料爐的基本結(jié)構(gòu)形式

第4頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第5頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五具有除塵功能的燃煤退火爐。退火爐基本參數(shù):爐膛有效尺寸：5000×2500×1500；工作溫度：≤900℃；最大裝載量：5t；燃料為煤，熱值為5000卡，熱煙氣作為媒介進(jìn)行加熱工件；爐溫溫度顯示功能；生產(chǎn)特點(diǎn)：周期式成批加工；客戶(hù)提供參數(shù)第6頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第7頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第8頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五燃燒爐的主要設(shè)計(jì)步驟：①根據(jù)工件形狀、尺寸和燃料種類(lèi)確定爐型確定爐型和基本結(jié)構(gòu)方案；②確定基本尺寸，確定爐底面積；③確定砌體材料及厚度；④確定鋼架結(jié)構(gòu)和鋼材的規(guī)格型號(hào)；⑤確定燃料消耗量；⑥計(jì)算燃燒所需空氣量和生成煙氣量；⑦排煙口、煙道、煙囪等設(shè)計(jì)和鼓風(fēng)機(jī)的選擇；⑧爐門(mén)升降機(jī)構(gòu)和裝、出料機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)；⑨設(shè)計(jì)爐前管路等輔助設(shè)施。6.1燃料爐的基本類(lèi)型及特點(diǎn)

第9頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6-3燃料消耗量計(jì)算一熱平衡計(jì)算法熱量收入項(xiàng)燃料燃燒的化學(xué)熱Q燒

預(yù)熱空氣和燃料帶入的物理熱Q空、Q燃熱量支出項(xiàng)加熱工件的有效熱量Q件加熱輔助件所需的熱量Q輔。加熱可控氣氛所需的熱量Q控通過(guò)爐襯的散熱損失Q散。通過(guò)開(kāi)啟爐門(mén)的輻射損失Q輔。通過(guò)開(kāi)啟爐門(mén)或爐墻縫隙的溢氣熱損失Q溢

砌體的蓄熱損失Q蓄，以爐子升溫過(guò)程中每小時(shí)平均熱損失計(jì)算。通過(guò)外伸構(gòu)件的傳熱損失Q傳，以加熱過(guò)程中每小時(shí)平均熱損失計(jì)算。廢氣帶走的熱量Q廢；其它熱損失Q它第10頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五燃料爐的熱效率根據(jù)熱平衡

Q件＝Q燒+Q控+Q燃-Q廢-Q失式中，Q失為除廢氣熱損失以外各項(xiàng)熱損失的總和。故爐子的熱效率可寫(xiě)成6-3燃料消耗量計(jì)算第11頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算法

根據(jù)單位熱耗指標(biāo)計(jì)算燃料消耗量

熱處理爐的單位熱耗q指加熱1kg工件爐子所消耗的總熱量，其值也等于1kg工件加熱到要求溫度所需的有效熱q效除以爐子的熱效率

因此爐子所需的熱量Q和燃料消耗量B等于

式中，p為生產(chǎn)率(kg/h)，p0為爐子單位面積的生產(chǎn)率[kg/(m2h)]；A為有效爐底面積(m2)；Q低為所采用燃料的低發(fā)熱量(kJ/kg或kJ/m3)第12頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

燃料及燃燒計(jì)算燃料的類(lèi)型及選擇燃料的類(lèi)型及選擇第13頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計(jì)算計(jì)算內(nèi)容

a空氣需要量

b燃燒產(chǎn)物成分、數(shù)量和重度

c燃燒溫度空氣過(guò)剩系數(shù)第14頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計(jì)算空氣過(guò)剩系數(shù)n值的影響因素燃料種類(lèi)燃燒裝置的構(gòu)造燃料的準(zhǔn)備第15頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計(jì)算分析計(jì)算發(fā)進(jìn)行燃燒計(jì)算假定項(xiàng)：摩爾體積在標(biāo)態(tài)下為22.4×10-3m3/mol。摩爾質(zhì)量均取整數(shù)。以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積進(jìn)行計(jì)算空氣中O2、N2體積含量為21%和79%不考慮CO2和H2O分解第16頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計(jì)算例：已知發(fā)生爐煤氣的供用成分為CO-29%,H2-15%,CH4-3%,C2H4-0.6%,O2-0.2%,N2-42%,CO2-7.5%,H2O-2.7%.求當(dāng)n=1.1時(shí)的空氣需要量Ln，燃燒產(chǎn)物量Vn

燃燒產(chǎn)物成分和燃燒產(chǎn)物重度。1）單位燃料空氣需要量第17頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計(jì)算2）單位燃料的燃燒產(chǎn)物量3）燃燒產(chǎn)物的成分CO2-17.5,HO2-10.7,N2-70.6,O2-1.24)燃燒產(chǎn)物的密度ρ0和重度γ0的

第18頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計(jì)算一、燒嘴1、煤氣的燃燒特點(diǎn)

三混合階段：混合速度燃燒速度

階活化階段：將氣體加熱到著火溫度

段燃燒反應(yīng)階段：形成焰面2、煤氣燒嘴無(wú)焰燒嘴有焰燒嘴高速燒嘴第19頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第20頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第21頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五熱處理燃料爐的燃燒裝置

燃料燃燒過(guò)程

燃料燃燒過(guò)程包括混合，活化和燃燒三階段可燃?xì)怏w與空氣中的氧適當(dāng)混合是燃燒的前提，而且燃料燃燒速度主要取決于混合速度。對(duì)可燃混合物的活化是指將其加熱到著火溫度，混合物活化后才可能順利燃燒。在燃燒階段氣體混合物中的可燃成分急劇與氧反應(yīng)形成火焰放出大量熱量和強(qiáng)烈的光。著火溫度：是燃料和空氣的可燃混合物能正常燃燒的最低溫度著火濃度：是指在可進(jìn)行燃燒的混合氣體中可燃成分的濃度范圍第22頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五熱處理燃料爐的燃燒裝置氣體燃料燃燒裝置(燒嘴)動(dòng)力燃燒，若可燃?xì)怏w與空氣在燃燒前已完全混和狀態(tài)的燃燒為動(dòng)力燃燒。擴(kuò)散燃燒，若可燃成分與空氣預(yù)先未完全混合，而在燃燒過(guò)程中邊混合邊燃燒，這時(shí)的燃燒過(guò)程則主要取決于可燃?xì)馀c空氣的混合擴(kuò)散過(guò)程，在這種情況下的燃燒，稱(chēng)為擴(kuò)散燃燒。燃燒裝置

內(nèi)混式燒嘴(無(wú)焰燒嘴)第23頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6-3燃料消耗量計(jì)算第24頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、燃燒爐的分類(lèi)熱處理燃燒爐按所用的燃料不同，可分為固體燃料爐，液體燃料爐和氣體燃料爐三種。各種爐的特點(diǎn)見(jiàn)表6-1。二.燃料爐的爐型周期作業(yè)的是室式爐和井式爐，連續(xù)作業(yè)的一般為直通式爐。燃料爐結(jié)構(gòu)比電阻爐復(fù)雜，其基本結(jié)構(gòu)形式與電阻爐的主要不同之點(diǎn)是設(shè)有燃燒室。

6.1燃料爐的基本類(lèi)型及特點(diǎn)

第25頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

按燃燒室的部位及燃燒產(chǎn)物流動(dòng)方式不同，分為直接燃燒式、頂燃式、側(cè)燃式和底燃式四類(lèi)。各種爐型的特點(diǎn)見(jiàn)教材的表6-2，燃料是否在爐膛內(nèi)燃燒是直接燃燒式和頂燃式、側(cè)燃式和底燃式其他三類(lèi)的區(qū)別，而后三種燃燒方式的區(qū)別在于火焰進(jìn)入爐膛的位置不一樣。

第26頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三.爐型的選擇及設(shè)計(jì)步驟在進(jìn)行爐型設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下問(wèn)題：1.盡可能使燃料完全燃燒，充分發(fā)熱，節(jié)省燃料。(中央及國(guó)務(wù)院十一五號(hào)召全民“節(jié)能、環(huán)?！?，在開(kāi)發(fā)設(shè)備注意節(jié)能)2.引導(dǎo)爐氣在爐內(nèi)合理流動(dòng)，并及時(shí)將廢氣排除，創(chuàng)造良好的傳熱及勞動(dòng)條件。鼓風(fēng)機(jī)的作用？

3.爐體結(jié)構(gòu)需滿足爐子耐熱、保溫、減少熱損失的要求，并使?fàn)t子有足夠的強(qiáng)度。

6.1燃料爐的基本類(lèi)型及特點(diǎn)

第27頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、常用燃料的分類(lèi)根據(jù)燃料的物理狀態(tài)，將燃料分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料；根體來(lái)源分為天然燃料和人造燃料，見(jiàn)教材表6-3。二、燃料的發(fā)熱量燃料的發(fā)熱量是衡量燃料質(zhì)量的重要指標(biāo)，重用燃料的化學(xué)成分及發(fā)熱量參考表6-4。6.2燃料燃燒計(jì)算

第28頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五怎么理解高發(fā)熱量和低發(fā)熱量的定義？

燃料燃燒后生成產(chǎn)物中的水分在20℃

時(shí)還以氣態(tài)存在，說(shuō)明熱量多用于加熱后生成產(chǎn)物中的水分。6.2燃料燃燒計(jì)算第29頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

燃料燃燒時(shí)需計(jì)算的項(xiàng)目有燃燒空氣需要量、燃燒產(chǎn)物量以及燃燒溫度等，為設(shè)計(jì)燃燒裝置、煙道、煙囪和選擇鼓風(fēng)機(jī)等排氣系統(tǒng)提供理論依據(jù)。1.理論空氣需要量和理論燃燒產(chǎn)物量2.空氣過(guò)剩系數(shù)n＝Ln/L0，n值與燃料的種類(lèi)、燃燒裝置的構(gòu)造、燃料的準(zhǔn)備狀況等有關(guān)。

實(shí)際生產(chǎn)中，在保證燃料完全燃燒的前提下，應(yīng)盡量減少過(guò)?？諝饬?，過(guò)多的空氣會(huì)增加廢氣帶走煙氣量，降低爐溫，易使工件氧化。6.2燃料燃燒計(jì)算第30頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五為什么說(shuō)噴嘴將油霧化得很小時(shí)，混合就好，固體燃料在燃燒前加工粉碎這兩種措施都可以使空氣過(guò)剩系數(shù)n值減少？增加了油與空氣的接觸面積6.2燃料燃燒計(jì)算第31頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、熱平衡計(jì)算法按熱平衡方程式有：∑

Q收＝∑

Q支，主要是要求出燃料的消耗量B（kg/h或m3/h)1.熱收入項(xiàng)目（1）燃料燃燒的化學(xué)熱，其中Q低指低發(fā)熱量；（2）預(yù)熱空氣和燃料帶入的物理熱Q空，

Q燃2.熱量支出項(xiàng)目（1）加熱工件的有效熱量；6.3燃料消耗量計(jì)算第32頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、熱平衡計(jì)算法2.熱量支出項(xiàng)目（2）加熱輔助工具所需的熱量；（3）加熱可空氣氛所需的熱量；（4）通過(guò)爐襯的散熱損失；（5）通過(guò)開(kāi)啟爐門(mén)的輻射損失；（6）通過(guò)開(kāi)啟爐門(mén)或爐墻縫隙的溢氣熱損失；若外溢爐氣已流經(jīng)工件進(jìn)行了熱交換，實(shí)際與煙囪排出的廢氣相同，則不應(yīng)再計(jì)入該項(xiàng)損失。若燃料爐爐膛處于負(fù)壓狀態(tài)，則應(yīng)計(jì)入加熱吸入冷空氣的熱損失。6.3燃料消耗量計(jì)算第33頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、熱平衡計(jì)算法2.熱量支出項(xiàng)目（7）砌體的蓄熱損失；（8）廢煙氣帶走的熱量，其中Vn為單位燃料燃燒后產(chǎn)生的廢氣量，所以總的廢氣量為BVn

；（9）燃料漏失引起的熱損失；（10）燃料不完全燃燒的熱損失；無(wú)焰燃燒和有焰燃燒是指燃料的燃燒是否在爐膛內(nèi)。（11)其他熱損失6.3燃料消耗量計(jì)算第34頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、熱平衡計(jì)算法根據(jù)公式（6-11）求出燃料的消耗量，但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，爐子的最大燃料消耗量硬幣理論消耗量大，Bmax＝（1.3～1.5）B二、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)法1.根據(jù)單位熱耗指標(biāo)計(jì)算燃料消耗量B＝Q/Q低2.根據(jù)爐底熱強(qiáng)度（E）計(jì)算燃料消耗量B＝FE/Q低6.3燃料消耗量計(jì)算第35頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

1.爐子的熱效率（η）

表示爐子的熱能利用情況，是評(píng)價(jià)爐子的主要指標(biāo)。

η=Q件/(Q燒+Q空+Q燃)×100％通常不回收廢煙氣熱量的周期作業(yè)爐熱效率在5％～25％范圍內(nèi)。2.單位標(biāo)準(zhǔn)燃料消耗量（B0）燃料消耗量是衡量爐子的重要指標(biāo)，一般熱處理爐B0

在0.1～0.5范圍內(nèi)。6.4燃料爐的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)及提高熱效率途徑第36頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二.提高熱效率的途徑爐子的熱損失與爐子的結(jié)構(gòu)尺寸、燃料種類(lèi)、裝爐狀況、工藝操作等因素有關(guān)，要提高爐子的熱效率就要盡可能減少或回收各種熱損失。1.減少煙氣帶走的熱量

主要通過(guò)降低燃?xì)鉁囟龋?jì)算好燃燒量或減少煙氣體積即控制好過(guò)?？諝饬俊?.有效地利用煙氣預(yù)熱

有效地利用煙氣預(yù)熱：a預(yù)熱空氣或燃料氣b預(yù)熱工件或輔助工具c作為回火爐的熱源d作為廢熱爐生產(chǎn)蒸氣6.4燃料爐的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)及提高熱效率途徑第37頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

燃燒裝置包括煤爐的燃燒室、氣體燃料爐的燒嘴和液體燃料爐的噴嘴。一.燃料燃燒過(guò)程

燃料燃燒過(guò)程包括混合、活化和燃燒反應(yīng)三個(gè)階段。其中可燃?xì)怏w與空氣中的氧適當(dāng)混合是燃燒的前提，燃料燃燒速度，主要取決于混合速度。

可燃混合物的活化是將其加熱到著火溫度，混合物活化后才能順利燃燒。

燃燒反應(yīng)是混合物中的可燃成分急劇與氧反應(yīng)形成火焰放出大量的熱和強(qiáng)烈的光的過(guò)程。

6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置

第38頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.燃料的著火溫度

燃料的著火溫度是燃料和空氣的可燃混合物可自行正常燃燒的最低溫度。2.著火濃度范圍

著火濃度是指在可進(jìn)行燃燒的混合氣體中可燃成分的濃度范圍。注意的是可燃?xì)獾臐舛热舫^(guò)或不到這個(gè)范圍就不能著火燃燒。但一旦著火后，燃燒不受著火濃度的限制。6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置第39頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五為什么可燃混合物的活化是將混合氣體加熱到著火溫度？到達(dá)燃點(diǎn)前需要吸熱，所以要加熱。

可燃?xì)獾臐舛忍珴饣蛱〉牟荒苤鹑紵脑颍刻珴鈩t原來(lái)設(shè)定的著火溫度過(guò)低，達(dá)不到燃燒溫度；太稀則可燃?xì)怏w較少，空氣較多著火溫度也相應(yīng)提高。一旦著火后，燃燒不再受著火濃度的限制，直至可燃物或氧氣消耗完為止。6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置第40頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.火焰的傳播數(shù)度火焰的傳播速度是指火焰前沿向未燃燒的可燃物移動(dòng)的速度（即火焰的相反方向）。常用預(yù)熱燃料和增加燃料氣的紊亂程度的方法來(lái)提高火焰?zhèn)鞑ニ俣取?/p>

6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置第41頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五為什么預(yù)熱燃料和增加燃料氣的紊亂程度可以提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋款A(yù)熱燃料則與著火溫度接近，混合氣體則更容易燃燒，加熱時(shí)間減少；而增加燃料氣的紊亂程度則是提高燃料氣的混合均勻性。6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置第42頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.回火和脫火

回火是可燃?xì)鈬姵鏊俣鹊陀诨鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣取⒒鹧鏁?huì)回到燃燒裝置或管道中進(jìn)行燃燒，甚至引起爆炸。若可燃?xì)獾膰姵鏊俣却笥诨鹧娴膫鞑ニ俣?，則火焰會(huì)脫離燃燒裝置向前移動(dòng)，變得不穩(wěn)定，甚至熄滅（原因是噴出速度快即可燃?xì)怏w濃度太濃則原來(lái)設(shè)定的著火溫度過(guò)低，達(dá)不到燃燒溫度），這種現(xiàn)象稱(chēng)脫火。

6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置第43頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置二.煤氣燃燒裝置（主要是噴嘴）1.無(wú)焰（內(nèi)混式）燒嘴（不再燒嘴內(nèi)燃燒）

這類(lèi)燒嘴的燃燒方式式煤氣與空氣預(yù)先在燒嘴內(nèi)進(jìn)行均勻混合，而后噴出進(jìn)行燃燒嘴。很易發(fā)生“回火”，甚至有爆炸的危險(xiǎn)第44頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置2.有焰（內(nèi)混式）燒嘴這類(lèi)燒嘴燃燒方法是煤氣與空氣全部或大部分在燒嘴外混合，邊混合邊燃燒，可見(jiàn)較長(zhǎng)火焰。不易回火，但管道系統(tǒng)以及儀表自調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜。有焰式燒嘴結(jié)構(gòu)燒嘴若混合氣體噴出速度過(guò)低會(huì)發(fā)生回火，過(guò)高則可能脫火。

第45頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置第46頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置3.高速燒嘴

高速燒嘴相當(dāng)于在燒嘴前附加一個(gè)小的燃料室，煤氣在室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫氣體以很高速度從燃燒室噴出，并進(jìn)入爐內(nèi)燃燒。

其特點(diǎn)是燃燒產(chǎn)物溫度高，爐溫均勻，但動(dòng)力能源消耗及噪音較大。第47頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五根據(jù)教材圖6-6高速燃燒器的結(jié)構(gòu)來(lái)解釋如何加速？根據(jù)流體原理，每個(gè)截流過(guò)的量都一定，所以如圖中減少界面面積，要保證流量一致則必須加快流速度）6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置第48頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置4.輻射管加熱器在活學(xué)熱處理燃料爐中，為使燃燒氣體與工作室隔離，常采用輻射管加熱器，輻射管一般采用氣體燃料。其材料為耐熱鋼經(jīng)鑄造或焊接而成。改良的措施見(jiàn)教材。第49頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三.液體燃料的燃燒裝置（噴嘴）

1.液體燃燒的燃燒特點(diǎn)油是液態(tài)的高分子聚合物，需要加熱蒸發(fā)