第六章热处理燃烧炉教材课件.ppt

加热炉按热能来源分类：1）燃料炉类：用各种燃料（煤、油、气）的燃烧放热作为热源的工业炉窑。在燃料炉中以火焰炉最为常见，使用最普遍。炉料不充满炉膛，燃料在炉膛空间内进行燃烧，燃烧放出的热量以辐射和对流方式传给炉料或工件的炉子。火焰炉定义：3.按结构形式分类：有推料式连续加热炉、室式炉、台车式炉、缝隙炉、井式炉、步进式炉、环形炉等。第六章 热处理燃烧炉 认识和掌握热处理燃烧炉的种类、结构特点、燃料燃烧计算及燃烧装置性能等，对燃料炉有初步的了解。6.1燃料炉的基本类燃料炉的基本类型及特点型及特点 分类分类 固体燃料炉 液体燃料炉 气体燃料炉热处理热处理燃料炉的基本结构燃料炉的基本结构qq热处理燃料炉的基本类别和特点热处理燃料炉的基本类别和特点热处理燃料炉的基本类别和特点热处理燃料炉的基本类别和特点 qq固体燃料炉通常指煤炉，这种炉子通固体燃料炉通常指煤炉，这种炉子通固体燃料炉通常指煤炉，这种炉子通固体燃料炉通常指煤炉，这种炉子通常有较大的燃烧室。煤与空气难混合常有较大的燃烧室。煤与空气难混合常有较大的燃烧室。煤与空气难混合常有较大的燃烧室。煤与空气难混合均匀，燃烧常不完全，容易产生黑烟，均匀，燃烧常不完全，容易产生黑烟，均匀，燃烧常不完全，容易产生黑烟，均匀，燃烧常不完全，容易产生黑烟，热效率低热效率低热效率低热效率低 qq气体燃料炉通常称为煤气炉。气体燃气体燃料炉通常称为煤气炉。气体燃气体燃料炉通常称为煤气炉。气体燃气体燃料炉通常称为煤气炉。气体燃料易于同空气混合均匀，燃烧完全料易于同空气混合均匀，燃烧完全料易于同空气混合均匀，燃烧完全料易于同空气混合均匀，燃烧完全 qq液体燃料炉主要是油炉，油需要先经液体燃料炉主要是油炉，油需要先经液体燃料炉主要是油炉，油需要先经液体燃料炉主要是油炉，油需要先经雾化，其燃烧过程不如气体燃料易于雾化，其燃烧过程不如气体燃料易于雾化，其燃烧过程不如气体燃料易于雾化，其燃烧过程不如气体燃料易于控制控制控制控制 qq热处理燃料炉的基本结构形式热处理燃料炉的基本结构形式热处理燃料炉的基本结构形式热处理燃料炉的基本结构形式 具有除尘功能的燃煤退火炉。退火炉基本参数:炉膛有效尺寸：500025001500；工作温度：900；最大装载量：5t；燃料为煤，热值为5000卡，热烟气作为媒介进行加热工件；炉温温度显示功能；生产特点：周期式成批加工；客户提供参数燃烧炉的主要设计步骤：根据工件形状、尺寸和燃料种类确定炉型确定炉型和基本结构方案；确定基本尺寸，确定炉底面积；确定砌体材料及厚度；确定钢架结构和钢材的规格型号；确定燃料消耗量；计算燃烧所需空气量和生成烟气量；排烟口、烟道、烟囱等设计和鼓风机的选择；炉门升降机构和装、出料机构及其控制系统；设计炉前管路等辅助设施。6.1燃料炉的基本类型及特点 6-36-3燃料消耗量计算燃料消耗量计算一热平衡一热平衡计算法计算法 热量收入项热量收入项 燃料燃烧的化学热燃料燃烧的化学热Q烧烧 预热空气和燃料带入的物理热预热空气和燃料带入的物理热Q空空、Q燃燃热量支出项热量支出项 加热工件的有效热量加热工件的有效热量Q件件加热辅助件所需的热量加热辅助件所需的热量Q辅辅。加热可控气氛所需的热量加热可控气氛所需的热量Q控控通过炉衬的散热损失通过炉衬的散热损失Q散散。通过开启炉门的辐射损失通过开启炉门的辐射损失Q辅辅。通过开启炉门或炉墙缝隙的溢气热损失通过开启炉门或炉墙缝隙的溢气热损失Q溢溢 砌体的蓄热损失砌体的蓄热损失Q蓄蓄，以炉子升温过程中每小时平均热损失计算。，以炉子升温过程中每小时平均热损失计算。通过外伸构件的传热损失通过外伸构件的传热损失Q传传，以加热过程中每小时平均热损失计算。，以加热过程中每小时平均热损失计算。废气带走的热量废气带走的热量Q废废；其它热损失其它热损失Q它它 燃料炉的热效率燃料炉的热效率燃料炉的热效率燃料炉的热效率 根据热平衡根据热平衡根据热平衡根据热平衡 Q Q件件件件Q Q烧烧烧烧+Q Q控控控控+Q Q燃燃燃燃-Q-Q废废废废-Q Q失失失失 式中，式中，式中，式中，Q Q失失失失为除废气热损失以外各项热损失的总和。为除废气热损失以外各项热损失的总和。为除废气热损失以外各项热损失的总和。为除废气热损失以外各项热损失的总和。故炉子的热效率可写成故炉子的热效率可写成故炉子的热效率可写成故炉子的热效率可写成6-36-3燃料消耗量计算燃料消耗量计算经验统计数据计算法经验统计数据计算法经验统计数据计算法经验统计数据计算法 根据单位热耗指标计算燃料消耗量根据单位热耗指标计算燃料消耗量根据单位热耗指标计算燃料消耗量根据单位热耗指标计算燃料消耗量 热处理炉的单位热耗热处理炉的单位热耗热处理炉的单位热耗热处理炉的单位热耗q q指加热指加热指加热指加热1kg1kg工件炉子所消耗的总热量，其值也等于工件炉子所消耗的总热量，其值也等于工件炉子所消耗的总热量，其值也等于工件炉子所消耗的总热量，其值也等于1kg1kg工件加热到要求温度所需的有效热工件加热到要求温度所需的有效热工件加热到要求温度所需的有效热工件加热到要求温度所需的有效热q q效效效效除以炉子的热效率除以炉子的热效率除以炉子的热效率除以炉子的热效率 因此炉子所需的热量因此炉子所需的热量因此炉子所需的热量因此炉子所需的热量Q Q和燃料消耗量和燃料消耗量和燃料消耗量和燃料消耗量B B等于等于等于等于 式中，式中，式中，式中，p p为生产率为生产率为生产率为生产率(kg/h)(kg/h)，p p0 0为炉子单位面积的生产率为炉子单位面积的生产率为炉子单位面积的生产率为炉子单位面积的生产率kg/(mkg/(m2 2h)h)；A A为有为有为有为有效炉底面积效炉底面积效炉底面积效炉底面积(m(m2 2)；Q Q低低低低为所采用燃料的低发热量为所采用燃料的低发热量为所采用燃料的低发热量为所采用燃料的低发热量(kJ/kg(kJ/kg或或或或kJ/mkJ/m3 3)燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算燃料的类型及选择燃料的类型及选择燃料的类型及选择燃料燃烧的计算燃料燃烧的计算计算内容计算内容 a空气需要量 b燃烧产物成分、数量和重度 c燃烧温度 空气过剩系数燃料燃烧的计算燃料燃烧的计算空气过剩系数n值的影响因素燃料种类燃烧装置的构造燃料的准备燃料燃烧的计算燃料燃烧的计算分析计算发进行燃烧计算假定项：摩尔体积在标态下为22.410-3m3/mol。摩尔质量均取整数。以标准状态下的体积进行计算空气中O2、N2体积含量为21%和79%不考虑CO2和H2O分解燃料燃烧的计算燃料燃烧的计算例：例：已知发生炉煤气的供用成分为CO-29%,H2-15%,CH4-3%,C2H4-0.6%,O2-0.2%,N2-42%,CO2-7.5%,H2O-2.7%.求当n=1.1时的空气需要量Ln，燃烧产物量Vn 燃烧产物成分和燃烧产物重度。1）单位燃料空气需要量燃料燃烧的计算燃料燃烧的计算2）单位燃料的燃烧产物量3）燃烧产物的成分CO2-17.5,HO2-10.7,N2-70.6,O2-1.24)燃烧产物的密度0和重度0的 燃料燃烧的计算燃料燃烧的计算一、烧嘴1、煤气的燃烧特点 三 混合阶段：混合速度 燃烧速度 阶 活化阶段：将气体加热到着火温度 段 燃烧反应阶段：形成焰面2、煤气烧嘴F 无焰烧嘴F 有焰烧嘴F 高速烧嘴热处理燃料炉的燃烧装置热处理燃料炉的燃烧装置 q 燃料燃烧过程燃料燃烧过程燃料燃烧过程燃料燃烧过程 燃料燃烧过程包括混合，活化和燃烧三阶段燃料燃烧过程包括混合，活化和燃烧三阶段燃料燃烧过程包括混合，活化和燃烧三阶段燃料燃烧过程包括混合，活化和燃烧三阶段qq可燃气体与空气中的氧适当混合是燃烧的前提，而且燃料燃烧速可燃气体与空气中的氧适当混合是燃烧的前提，而且燃料燃烧速可燃气体与空气中的氧适当混合是燃烧的前提，而且燃料燃烧速可燃气体与空气中的氧适当混合是燃烧的前提，而且燃料燃烧速度主要取决于混合速度。度主要取决于混合速度。度主要取决于混合速度。度主要取决于混合速度。qq对可燃混合物的活化是指将其加热到着火温度，混合物活化后才对可燃混合物的活化是指将其加热到着火温度，混合物活化后才对可燃混合物的活化是指将其加热到着火温度，混合物活化后才对可燃混合物的活化是指将其加热到着火温度，混合物活化后才可能顺利燃烧。可能顺利燃烧。可能顺利燃烧。可能顺利燃烧。qq在燃烧阶段气体混合物中的可燃成分急剧与氧反应形成火焰放出在燃烧阶段气体混合物中的可燃成分急剧与氧反应形成火焰放出在燃烧阶段气体混合物中的可燃成分急剧与氧反应形成火焰放出在燃烧阶段气体混合物中的可燃成分急剧与氧反应形成火焰放出大量热量和强烈的光。大量热量和强烈的光。大量热量和强烈的光。大量热量和强烈的光。qq着火温度：着火温度：着火温度：着火温度：是燃料和空气的可燃混合物能正常燃烧的最低温度是燃料和空气的可燃混合物能正常燃烧的最低温度是燃料和空气的可燃混合物能正常燃烧的最低温度是燃料和空气的可燃混合物能正常燃烧的最低温度 qq着火浓度：着火浓度：着火浓度：着火浓度：是指在可进行燃烧的混合气体中可燃成分的浓度范围是指在可进行燃烧的混合气体中可燃成分的浓度范围是指在可进行燃烧的混合气体中可燃成分的浓度范围是指在可进行燃烧的混合气体中可燃成分的浓度范围热处理燃料炉的燃烧装置热处理燃料炉的燃烧装置qq气体燃料燃烧装置气体燃料燃烧装置气体燃料燃烧装置气体燃料燃烧装置(烧烧烧烧嘴嘴嘴嘴)qq动力燃烧，若可燃气体动力燃烧，若可燃气体动力燃烧，若可燃气体动力燃烧，若可燃气体与空气在燃烧前已完全与空气在燃烧前已完全与空气在燃烧前已完全与空气在燃烧前已完全混和状态的燃烧为动力混和状态的燃烧为动力混和状态的燃烧为动力混和状态的燃烧为动力燃烧。燃烧。燃烧。燃烧。qq扩散燃烧，若可燃成分扩散燃烧，若可燃成分扩散燃烧，若可燃成分扩散燃烧，若可燃成分与空气预先未完全混合，与空气预先未完全混合，与空气预先未完全混合，与空气预先未完全混合，而在燃烧过程中边混合而在燃烧过程中边混合而在燃烧过程中边混合而在燃烧过程中边混合边燃烧，这时的燃烧过边燃烧，这时的燃烧过边燃烧，这时的燃烧过边燃烧，这时的燃烧过程则主要取决于可燃气程则主要取决于可燃气程则主要取决于可燃气程则主要取决于可燃气与空气的混合扩散过程，与空气的混合扩散过程，与空气的混合扩散过程，与空气的混合扩散过程，在这种情况下的燃烧，在这种情况下的燃烧，在这种情况下的燃烧，在这种情况下的燃烧，称为扩散燃烧。称为扩散燃烧。称为扩散燃烧。称为扩散燃烧。qq 燃烧装置燃烧装置燃烧装置燃烧装置 qq内混式烧嘴内混式烧嘴内混式烧嘴内混式烧嘴(无焰烧嘴无焰烧嘴无焰烧嘴无焰烧嘴)6-3 燃料消耗量计算一、燃烧炉的分类 热处理燃烧炉按所用的燃料不同，可分为固体燃料炉，液体燃料炉和气体燃料炉三种。各种炉的特点见表6-1。二.燃料炉的炉型 周期作业的是室式炉和井式炉，连续作业的一般为直通式炉。燃料炉结构比电阻炉复杂，其基本结构形式与电阻炉的主要不同之点是设有燃烧室。6.1燃料炉的基本类型及特点 按燃烧室的部位及燃烧产物流动方式不同，分为直接燃烧式、顶燃式、侧燃式和底燃式四类。各种炉型的特点见教材的表6-2，燃料是否在炉膛内燃烧是直接燃烧式和顶燃式、侧燃式和底燃式其他三类的区别，而后三种燃烧方式的区别在于火焰进入炉膛的位置不一样。三.炉型的选择及设计步骤在进行炉型设计时要注意以下问题：1.尽可能使燃料完全燃烧，充分发热，节省燃料。(中央及国务院十一五号召全民“节能、环保”，在开发设备注意节能)2.引导炉气在炉内合理流动，并及时将废气排除，创造良好的传热及劳动条件。鼓风机的作用？3.炉体结构需满足炉子耐热、保温、减少热损失的要求，并使炉子有足够的强度。6.1燃料炉的基本类型及特点 一、常用燃料的分类 根据燃料的物理状态，将燃料分为固体燃料、液体燃料和气体燃料；根体来源分为天然燃料和人造燃料，见教材表6-3。二、燃料的发热量 燃料的发热量是衡量燃料质量的重要指标，重用燃料的化学成分及发热量参考表6-4。6.2燃料燃烧计算 怎么理解高发热量和低发热量的定义？燃料燃烧后生成产物中的水分在20 时还以气态存在，说明热量多用于加热后生成产物中的水分。6.2燃料燃烧计算 燃料燃烧时需计算的项目有燃烧空气需要量、燃烧产物量以及燃烧温度等，为设计燃烧装置、烟道、烟囱和选择鼓风机等排气系统提供理论依据。1.理论空气需要量和理论燃烧产物量2.空气过剩系数nLn/L0，n值与燃料的种类、燃烧装置的构造、燃料的准备状况等有关。实际生产中，在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽量减少过剩空气量，过多的空气会增加废气带走烟气量，降低炉温，易使工件氧化。6.2燃料燃烧计算为什么说喷嘴将油雾化得很小时，混合就好，固体燃料在燃烧前加工粉碎这两种措施都可以使空气过剩系数n值减少？增加了油与空气的接触面积6.2燃料燃烧计算一、热平衡计算法 按热平衡方程式有：Q收 Q支，主要是要求出燃料的消耗量B（kg/h或m3/h)1.热收入项目（1）燃料燃烧的化学热，其中Q低指低发热量；（2）预热空气和燃料带入的物理热Q空，Q燃2.热量支出项目（1）加热工件的有效热量；6.3燃料消耗量计算一、热平衡计算法2.热量支出项目（2）加热辅助工具所需的热量；（3）加热可空气氛所需的热量；（4）通过炉衬的散热损失；（5）通过开启炉门的辐射损失；（6）通过开启炉门或炉墙缝隙的溢气热损失；若外溢炉气已流经工件进行了热交换，实际与烟囱排出的废气相同，则不应再计入该项损失。若燃料炉炉膛处于负压状态，则应计入加热吸入冷空气的热损失。6.3燃料消耗量计算一、热平衡计算法2.热量支出项目（7）砌体的蓄热损失；（8）废烟气带走的热量，其中Vn为单位燃料燃烧后产生的废气量，所以总的废气量为B Vn；（9）燃料漏失引起的热损失；（10）燃料不完全燃烧的热损失；无焰燃烧和有焰燃烧是指燃料的燃烧是否在炉膛内。（11)其他热损失6.3燃料消耗量计算一、热平衡计算法 根据公式（6-11）求出燃料的消耗量，但在实际设计过程中，炉子的最大燃料消耗量硬币理论消耗量大，Bmax（1.31.5）B二、经验统计数据法1.根据单位热耗指标计算燃料消耗量 BQ/Q低2.根据炉底热强度（E）计算燃料消耗量 BFE/Q低6.3燃料消耗量计算一、经济技术指标 1.炉子的热效率（）表示炉子的热能利用情况，是评价炉子的主要指标。=Q件/(Q烧+Q空+Q燃)100 通常不回收废烟气热量的周期作业炉热效率在525范围内。2.单位标准燃料消耗量（B0）燃料消耗量是衡量炉子的重要指标，一般热处理炉B0 在0.10.5范围内。6.4燃料炉的经济技术指标及提高热效率途径二.提高热效率的途径炉子的热损失与炉子的结构尺寸、燃料种类、装炉状况、工艺操作等因素有关，要提高炉子的热效率就要尽可能减少或回收各种热损失。1.减少烟气带走的热量 主要通过降低燃气温度，计算好燃烧量或减少烟气体积即控制好过剩空气量。2.有效地利用烟气预热 有效地利用烟气预热：a预热空气或燃料气b预热工件或辅助工具c作为回火炉的热源d作为废热炉生产蒸气6.4燃料炉的经济技术指标及提高热效率途径 燃烧装置包括煤炉的燃烧室、气体燃料炉的烧嘴和液体燃料炉的喷嘴。一.燃料燃烧过程 燃料燃烧过程包括混合、活化和燃烧反应三个阶段。其中可燃气体与空气中的氧适当混合是燃烧的前提，燃料燃烧速度，主要取决于混合速度。可燃混合物的活化是将其加热到着火温度，混合物活化后才能顺利燃烧。燃烧反应是混合物中的可燃成分急剧与氧反应形成火焰放出大量的热和强烈的光的过程。6.5热处理燃料炉的燃烧装置 1.燃料的着火温度 燃料的着火温度是燃料和空气的可燃混合物可自行正常燃烧的最低温度。2.着火浓度范围 着火浓度是指在可进行燃烧的混合气体中可燃成分的浓度范围。注意的是可燃气的浓度若超过或不到这个范围就不能着火燃烧。但一旦着火后，燃烧不受着火浓度的限制。6.5热处理燃料炉的燃烧装置 为什么可燃混合物的活化是将混合气体加热到着火温度？到达燃点前需要吸热，所以要加热。可燃气的浓度太浓或太稀的不能着火燃烧的原因？太浓则原来设定的着火温度过低，达不到燃烧温度；太稀则可燃气体较少，空气较多着火温度也相应提高。一旦着火后，燃烧不再受着火浓度的限制，直至可燃物或氧气消耗完为止。6.5热处理燃料炉的燃烧装置 3.火焰的传播数度 火焰的传播速度是指火焰前沿向未燃烧的可燃物移动的速度（即火焰的相反方向）。常用预热燃料和增加燃料气的紊乱程度的方法来提高火焰传播速度。6.5热处理燃料炉的燃烧装置为什么预热燃料和增加燃料气的紊乱程度可以提高火焰传播速度？预热燃料则与着火温度接近，混合气体则更容易燃烧，加热时间减少；而增加燃料气的紊乱程度则是提高燃料气的混合均匀性。6.5热处理燃料炉的燃烧装置4.回火和脱火 回火是可燃气喷出速度低于火焰传播速度、火焰会回到燃烧装置或管道中进行燃烧，甚至引起爆炸。若可燃气的喷出速度大于火焰的传播速度，则火焰会脱离燃烧装置向前移动，变得不稳定，甚至熄灭（原因是喷出速度快即可燃气体浓度太浓则原来设定的着火温度过低，达不到燃烧温度），这种现象称脱火。6.5热处理燃料炉的燃烧装置6.5热处理燃料炉的燃烧装置二.煤气燃烧装置（主要是喷嘴）1.无焰（内混式）烧嘴（不再烧嘴内燃烧）这类烧嘴的燃烧方式式煤气与空气预先在烧嘴内进行均匀混合，而后喷出进行燃烧嘴。很易发生“回火”，甚至有爆炸的危险6.5热处理燃料炉的燃烧装置2.有焰（内混式）烧嘴 这类烧嘴燃烧方法是煤气与空气全部或大部分在烧嘴外混合，边混合边燃烧，可见较长火焰。不易回火，但管道系统以及仪表自调系统复杂。有焰式烧嘴结构烧嘴若混合气体喷出速度过低会发生回火，过高则可能脱火。6.5热处理燃料炉的燃烧装置6.5热处理燃料炉的燃烧装置3.高速烧嘴 高速烧嘴相当于在烧嘴前附加一个小的燃料室，煤气在室内燃烧，产生高温气体以很高速度从燃烧室喷出，并进入炉内燃烧。其特点是燃烧产物温度高，炉温均匀，但动力能源消耗及噪音较大。根据教材图6-6高速燃烧器的结构来解释如何加速？根据流体原理，每个截流过的量都一定，所以如图中减少界面面积，要保证流量一致则必须加快流速度）6.5热处理燃料炉的燃烧装置6.5热处理燃料炉的燃烧装置4.辐射管加热器 在活学热处理燃料炉中，为使燃烧气体与工作室隔离，常采用辐射管加热器，辐射管一般采用气体燃料。其材料为耐热钢经铸造或焊接而成。改良的措施见教材。三.液体燃料的燃烧装置（喷嘴）1.液体燃烧的燃烧特点 油是液态的高分子聚合物，需要加热蒸发形成可燃物，再与氧混合后才能燃烧。油的燃烧速度决定于油的蒸发速度及其与氧的混合速度。油滴的直径越小，表面积越大，油蒸汽与氧的混合速度越快，燃烧越完全。为使油完全燃烧，应将油雾化成油滴。根据喷嘴的结构不同，分为直流雾化、流股相遇雾化、涡流雾化等几种方式。6.5热处理燃料炉的燃烧装置 直流雾化就是空气流股与油流股平行相遇，借二者的相对速度(速度不一致)使油流雾化。流股相遇雾化使空气流股以一定角度与油流股相遇，从而增加了冲击作用，改善了雾化与混合条件。涡流雾化是通过接近流股出口附近喷射出具有较大速度的空气旋转涡流，与油流股相遇，使油流雾化，混合比较激烈，火焰很短而扩张角很大。多次雾化型的喷嘴可以得到更好的雾化质量，使燃料容易完全燃烧。6.5热处理燃料炉的燃烧装置6.5热处理燃料炉的燃烧装置根据教材图6-8中多次雾化的结构说明是怎么样实现多次雾化？喷嘴的结构可以实现空气流股以一定的角度冲击油流。四、固体燃料的燃烧装置（燃烧室）1.特点：固体燃料分为块煤层状和粉煤喷射燃烧。块层煤层状燃烧的过程：煤在燃烧是，最低层为灰渣层，空气通过灰渣层后，氧与碳化合燃烧生成CO2（称为燃烧层或氧化层），随后CO2又与碳反应生产CO（成为还原层），最上层为干馏层，煤受热放出挥发性物质。粉煤燃烧是将媒粉与空气一起以1520m/s的速度喷如炉内进行燃烧。与空气混合较好，空气过剩系数小，燃烧速度快，燃烧完全。6.5热处理燃料炉的燃烧装置2.燃烧室结构 燃烧室的底部是炉栅，支持煤及灰渣，并从缝隙漏出灰渣，也便于鼓风，炉栅是由耐热铸钢或耐热铸铁制成。6.5热处理燃料炉的燃烧装置