加熱爐畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、無(wú)目錄目錄1.1.文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述.1 11.1 加熱爐的概念及分類.11.1.1 加熱爐的概念.11.1.2 加熱爐的分類.11.2 加熱爐的一般組成部分.21.2.1 爐膛（工作室）.21.2.2 煙道、煙閘與煙囪.41.2.3 爐子基礎(chǔ)與鋼結(jié)構(gòu).41.3 爐子熱平衡及燃料消耗.51.3.1 基本概念.51.3.2 爐子燃料消耗.61.3.3 燃料變化后燃料消耗量的變化.61.4 爐子生產(chǎn)率及影響因素.61.4.1 概述.61.4.2 熱工因素對(duì)爐子生產(chǎn)率的影響.71.4.3 工藝因素對(duì)爐子生產(chǎn)率的影響.81.5 提高爐子熱效率的途徑.91.5.1 減少爐膛廢氣帶走的熱量.91.5.2 煙

2、氣余熱的回收.91.6 加熱爐的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 101.6.1 概述.101.6.2 工業(yè)爐的提高和改進(jìn)措施。.102 2方案論證方案論證.14142.1 設(shè)計(jì)方案.142.2 方案論證.142.2.1 爐型的選擇.142.2.2 裝出料方式.152.2.3 供熱方式.152.2.4 燒嘴的布置與選型.152.2.5 換熱器結(jié)構(gòu).153 3熱工計(jì)算熱工計(jì)算.15153.1 原始技術(shù)數(shù)據(jù).153.2 熱工計(jì)算.163.2.1 燃料燃燒計(jì)算.163.2.2 爐膛熱交換計(jì)算.18無(wú)3.2.3 金屬加熱時(shí)間計(jì)算.223.2.4 爐子主要尺寸的計(jì)算.283.2.5 爐膛熱平衡與燃料消耗計(jì)算.錯(cuò)誤！未定

3、義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.6 煤氣燒嘴的選用.錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.7 空氣換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算.錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.8 空氣管路阻力損失及鼓風(fēng)機(jī)的選擇.錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.9 煙道阻力損失及煙囪計(jì)算.錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。結(jié)論結(jié)論.錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。致謝致謝.錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。英文原文英文原文.錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。英文翻譯英文翻譯.錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。無(wú)1.1.文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述1.1 加

4、熱爐的概念及分類1.1.1 加熱爐的概念加熱爐是將物料或工件加熱的設(shè)備。在冶金工業(yè)中，加熱爐習(xí)慣上是指把金屬加熱到軋制成鍛造溫度的工業(yè)爐。1.1.2 加熱爐的分類在冶金行業(yè)中，一般可把加熱爐分為室式加熱爐和連續(xù)加熱爐。（1）室式加熱爐室式加熱爐 用于金屬坯或錠鍛壓前的加熱。物料加熱時(shí)不移動(dòng)；爐內(nèi)不分段，要求各處爐溫均勻，對(duì)于大鋼錠加熱采用周期性的溫度制度（即爐溫按時(shí)間分為預(yù)熱期、加熱期、均熱期等） 。室式加熱爐有兩種：固定爐底室式爐和車底式爐。（2）連續(xù)加熱爐廣義來(lái)說(shuō)，包括推鋼式爐、步進(jìn)式爐、轉(zhuǎn)底式爐、分室式爐等連續(xù)加熱爐。連續(xù)加熱爐多數(shù)用于軋制前加熱金屬料坯，少數(shù)用于鍛造和熱處理。主要特點(diǎn)是

5、：料坯在爐內(nèi)依軋制的節(jié)奏連續(xù)運(yùn)動(dòng)， 爐氣在爐內(nèi)也連續(xù)流動(dòng)； 一般情況， 在爐料的斷面尺寸、品種和產(chǎn)量不變的情況下， 爐子各部分的溫度和爐中金屬料的溫度基本上不隨時(shí)間變化而僅沿爐子長(zhǎng)度變化。本設(shè)計(jì)主要研究推鋼式連續(xù)加熱爐。1）推鋼式連續(xù)加熱爐簡(jiǎn)介推鋼式連續(xù)加熱爐靠推鋼機(jī)完成爐內(nèi)運(yùn)料任務(wù)的連續(xù)加熱爐。 料坯在爐底或在用水冷管支撐的滑軌上滑動(dòng)，在后一種情況下可對(duì)料坯實(shí)行上下兩面加熱。爐底水管通常用隔熱材料包覆，以減少熱損失。為減小水冷滑軌造成的料坯下部的“黑印”，近年來(lái)采用了使料坯與水管之間具有隔熱作用的“熱滑軌”。有的小型連續(xù)加熱爐采用了由特殊陶質(zhì)材料制成的無(wú)水冷滑軌，支撐在由耐火材料砌筑的基墻上

6、，這種爐子叫“無(wú)水冷爐”。2）推鋼式連續(xù)加熱爐的發(fā)展一段式：是最古老的形式簡(jiǎn)單的的連續(xù)爐。現(xiàn)在幾乎不用，鋼坯沿著爐子單面加熱，因此鋼坯的上下面的溫差很大。因爐溫一段控制，操作不靈活。二段式：為了彌補(bǔ)上述一段式的缺點(diǎn)，使用水冷滑軌。鋼坯上下兩面加熱，提高了單位爐底面積的的產(chǎn)量，爐溫上下兩段控制，均熱爐的爐溫不單獨(dú)控制，因此也和一段式操作不靈活。三段式：加熱段和均熱段明顯分開。在加熱段把鋼坯加熱到軋鋼溫度，在均熱段無(wú)消除黑印，使鋼坯溫度達(dá)到均勻。爐子分三段。改變各段的爐溫可以改變加熱速度，操作靈活。這種爐子對(duì)連續(xù)式爐的合理化、現(xiàn)代化做出了貢獻(xiàn)。五段式： 式三段式加熱爐的發(fā)展。 在三段式加熱爐的裝料

7、端又增加了兩個(gè)加熱段。五段式加熱爐爐尾溫度比三段式加熱爐的高。其目的是為了提高加熱能力。因此單位爐底面積的產(chǎn)量比三段式加熱爐有大幅度提高。但是，爐尾的溫度高廢氣熱損失大，燃料單耗相當(dāng)高。這種爐子為了減少鋼坯加熱黑印，提高加熱的均勻性，減少鋼坯背面劃傷，設(shè)置熱滑軌，在均熱段設(shè)有爐頂燒嘴和用出料機(jī)出鋼等，但都未得到十分滿意的效果。1.2 加熱爐的一般組成部分加熱爐一般由爐子熱工工藝系統(tǒng)、裝出料系統(tǒng)、熱工檢測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)等三部分組成。三個(gè)系統(tǒng)互相配合，使?fàn)t子正常運(yùn)轉(zhuǎn)。爐子的熱工工藝系統(tǒng)是火焰爐最基本的組成部分，包括爐子的工作室（爐膛）供熱系統(tǒng)（風(fēng)機(jī)、油泵、管道、燃燒裝置等） ，排煙系統(tǒng)（煙道、煙閘

8、、換熱器、余熱鍋爐、煙囪、排煙機(jī)等）以及冷卻系統(tǒng)等。工作室是爐子的核心。主要的熱工及工藝過(guò)程都在工作室內(nèi)完成。 爐子其他各部分的任務(wù)是為工作室內(nèi)所進(jìn)行的熱工工藝過(guò)程提供有利條件。裝出料系統(tǒng)和熱工檢測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代化火焰爐不可缺少的兩個(gè)工作系統(tǒng)。它們可以實(shí)現(xiàn)爐子的自動(dòng)化操作，從而提高爐子的生產(chǎn)指標(biāo)。下面僅對(duì)熱工工藝系統(tǒng)中的主要組成部分加以介紹。1.2.1 爐膛（工作室）爐膛一般包括爐頂、爐墻、爐底組成一個(gè)近乎六面體的空間。爐膛的大小對(duì)鋼料加熱、燃料燃燒和爐膛本身壽命都有很大的影響。從爐內(nèi)氣體流動(dòng)來(lái)講，火焰的高速噴出使得噴出口周圍造成一個(gè)低壓區(qū)。 爐膛過(guò)大將使火焰末尾以后的低溫氣流返流到這個(gè)

9、低壓區(qū)，低溫氣流和火焰混合使火焰溫度降低，不利于鋼料加熱。爐膛過(guò)大還易使火焰偏向某一邊，使火焰貼著爐頂或鋼坯流動(dòng)。相反，爐膛過(guò)小會(huì)產(chǎn)生火焰沖刷爐襯和鋼料表面，形成局部高溫，與加熱質(zhì)量和爐襯壽命都不利。大多數(shù)爐膛是在高溫下工作，經(jīng)受爐氣，爐塵，爐渣的侵蝕和沖刷。因此，要求構(gòu)成爐頂 、爐墻和爐底等所用的材料，結(jié)構(gòu)形式和尺寸等都必須適應(yīng)這一特點(diǎn)，以保證爐子的正常工作。（1）爐墻爐子四周的圍墻稱為爐墻，分為側(cè)墻和端墻。沿爐子長(zhǎng)度方向的爐墻稱為側(cè)墻，爐子兩端的爐墻稱為端墻。為保證爐墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，爐墻必須有一定厚度，并應(yīng)隨爐子尺寸的增大和爐膛溫度的升高而增厚。為了減少散熱和蓄熱損失，爐墻應(yīng)設(shè)有絕熱層。各

10、種爐墻結(jié)構(gòu)中，以提高絕熱性能，增加隔熱層厚度，減少耐火材料厚度最為無(wú)經(jīng)濟(jì)，不應(yīng)采取增加耐火材料厚度來(lái)使隔熱材料溫度降到許用值以下。而應(yīng)采用耐熱性能較好的隔熱材料作為緩沖帶。為了提高爐子的強(qiáng)度和氣密性，爐墻外包以 410mm 厚的鋼板。此外，爐墻上應(yīng)設(shè)有爐門、窺視孔、燒嘴孔以及熱工參數(shù)檢測(cè)孔等孔洞。為了防止砌體破壞，爐墻應(yīng)盡量避免直接承受附加負(fù)荷。爐門、冷卻水管等構(gòu)件應(yīng)設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)上。（2）爐頂爐頂使?fàn)t膛組成中薄弱環(huán)節(jié)。爐頂是否牢固可靠，對(duì)爐子工作有重大影響。爐頂按其結(jié)構(gòu)型式可分為拱頂和吊頂兩種。 拱頂可用楔形磚砌筑或不定形耐火材料搗制而成。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 砌筑方便， 不需要復(fù)雜的金屬結(jié)構(gòu)。 拱頂

11、的拱角為 60180之間。通常采用的有 60、90、120和 180。60拱頂?shù)陌霃降扔诳缍?b, 拱角矢高 h=0.134b 稱為標(biāo)準(zhǔn)拱頂。180拱頂稱為半圓拱頂，其特點(diǎn)是不產(chǎn)生水平分力，不需要鋼結(jié)構(gòu)加固，造價(jià)低。但爐頂下面的矢高 h 太大，不利于爐內(nèi)氣體的合理流動(dòng)和實(shí)現(xiàn)均勻加熱，且有較大的上推力。多用于埋在地下的煙道上。拱頂?shù)暮穸群筒馁|(zhì)與爐子跨度和爐內(nèi)溫度條件有關(guān)。一般隨爐子跨度增大，拱頂厚度也應(yīng)適當(dāng)?shù)脑龊?。吊頂由一些特制的異形磚組成。異形磚用金屬吊桿單獨(dú)地或成組地吊在爐子鋼結(jié)構(gòu)上。槽磚吊掛結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)和砌筑比較簡(jiǎn)單，更換方便。為了避免掛磚的工字鋼溫度過(guò)高，磚的上表面不允許敷設(shè)絕熱層。因

12、此爐頂散熱量較大。頸吊式吊掛結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的每一塊吊磚都有一個(gè)夾鉤和一個(gè)吊桿。由于金屬夾鉤在砌體外面，故可以在部分表面敷設(shè)絕熱層，爐頂散熱量較小。但這種結(jié)構(gòu)只適用于吊掛水平的及傾斜度不大的爐頂，較大傾斜度及轉(zhuǎn)彎處須做特殊處理。齒槽式吊掛結(jié)構(gòu)，磚與磚之間相互咬合，整體性和氣密性好。個(gè)別磚即使斷裂也不致掉落。缺點(diǎn)是磚形復(fù)雜，公差要求較嚴(yán)格，砌筑難度大，爐頂也不宜敷設(shè)絕熱層?？伤芰系鯍鞝t頂結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通過(guò)吊掛埋在可塑料里面的鉚固轉(zhuǎn)將爐頂?shù)鯍煸阡摻Y(jié)構(gòu)上， 這種吊頂可以敷設(shè)大面積隔熱層，密封性能也很好，但施工時(shí)需要模板支撐。吊頂磚的材質(zhì)高溫部分通常采用一級(jí)粘土磚或高鋁磚。低溫部分可用普通粘土磚。加熱爐

13、爐膛寬小于 3.54 米的一般用拱頂。大于此寬度時(shí)用吊頂。（3）爐底爐底是爐膛底部的砌磚部分，爐底的工作條件是非常惡劣的。它不僅要承受被處理物料的機(jī)械負(fù)荷、碰撞與摩擦等作用，有時(shí)還要受到被處理物料的化學(xué)侵蝕及熔體的滲透等。 爐底結(jié)構(gòu)型式和所用材料決定于工藝過(guò)程和爐內(nèi)的工作溫度及化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。加熱爐的爐底結(jié)構(gòu)型式基本有兩種：固定式爐底和移動(dòng)式爐底。固定底的爐子，坯料在爐底的滑軌上移動(dòng)，除加熱圓坯料的斜底爐外，其他加熱爐的固定爐底一般都是水平的?；顒?dòng)爐底的坯料是靠爐底機(jī)械的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)。加熱爐爐底砌體厚度與材質(zhì)取決于爐子尺寸與溫度。厚度一般變化在 200700mm；材質(zhì)一般是粘土磚須注意的是在與料

14、坯接觸的爐底部分散熱損失“價(jià)值”無(wú)大，故應(yīng)加強(qiáng)絕熱。爐子的砌體尺寸，在設(shè)計(jì)時(shí)的習(xí)慣做法是：爐子的水平耐火砌體的砌磚尺寸取116mm 的倍數(shù)；垂直的砌磚尺寸取 68mm 的倍數(shù)。這樣所產(chǎn)生的誤差不會(huì)給施工帶來(lái)困難。1.2.2 煙道、煙閘與煙囪（1）煙道與煙閘煙道是連接爐膛和煙囪的煙氣通道。設(shè)計(jì)煙道時(shí)，必須充分考慮其斷面尺寸和密封絕熱問(wèn)題，因?yàn)榍罢叩拇笮∮绊憻煔饬鲃?dòng)阻力損失和造價(jià)，后者的好壞影響排煙系統(tǒng)的吸力和余熱回收率。煙道斷面尺寸通常是根據(jù)選取的煙氣流速進(jìn)行計(jì)算來(lái)初步確定的。 而煙道最小斷面還必須考慮清掃和檢修的可能性， 所以煙道斷面形狀和具體尺寸常根據(jù)初步計(jì)算結(jié)果按標(biāo)準(zhǔn)系列選用。煙道布置要盡

15、量縮短長(zhǎng)度和減少煙氣流動(dòng)阻力距離，要與廠房柱基，設(shè)備基礎(chǔ)和電纜保持一定的距離。以免它們受煙道溫度的影響。當(dāng)煙道內(nèi)設(shè)有余熱回收裝置時(shí)，一般要設(shè)置分煙道和相應(yīng)的煙道閘板。為了控制排煙量以及調(diào)節(jié)爐膛壓力，煙道上必須設(shè)置煙道閘板。煙道閘板的型式從結(jié)構(gòu)特征上來(lái)分，有蝶式、升降式和百葉窗式等。從冷卻方式上分，有水冷式、風(fēng)冷式和無(wú)冷卻式等。從材質(zhì)上分，有金屬型和金屬與非金屬結(jié)合型兩種。從操作上有手動(dòng)和電動(dòng)之分，等等。當(dāng)煙氣溫度低于 400600C 時(shí)，閘板可用灰口鑄鐵件或鑄鋼件制作；當(dāng)溫度高于 600700C 時(shí)，應(yīng)采用水冷閘板、空冷閘板、襯磚閘板或耐熱合金鋼制造的閘板。（2）煙囪煙囪時(shí)最常用的一種排煙裝置

16、。煙囪結(jié)構(gòu)有磚煙囪、鋼筋混凝土煙囪（內(nèi)襯磚）和金屬煙囪（有的襯磚有的不襯磚） 。煙囪高度低于 6070m 時(shí)，磚煙囪比鋼筋混凝土煙囪造價(jià)低，但磚煙囪砌筑比較困難，而且壽命也不如鋼筋混凝土煙囪。所以小煙囪常采用磚煙囪，45m 高以上的煙囪一般采用鋼筋混凝土煙囪。煙囪必須有獨(dú)立的基礎(chǔ)，不能與煙道基礎(chǔ)相連，以免煙囪下沉?xí)r煙道基礎(chǔ)斷裂。煙囪底部應(yīng)設(shè)人孔，以備烘烤煙囪、扒灰和修理內(nèi)襯之用。金屬煙囪一般用 510mm 厚鋼板焊成，其壽命低，但修建快，造價(jià)低，在小爐子上常采用。當(dāng)溫度較高時(shí)，內(nèi)部須襯以耐火材料。1.2.3 爐子基礎(chǔ)與鋼結(jié)構(gòu)（1）爐子基礎(chǔ)無(wú)修建爐子時(shí)必須打好爐子的基礎(chǔ)。 爐子的基礎(chǔ)一方面要承受

17、整個(gè)爐子的質(zhì)量不致下沉或倒塌；一方面還要防止?fàn)t底受潮或遭受地下水的侵襲，保證爐子的正常工作。根據(jù)爐子的大小和土質(zhì)的好壞，爐子基礎(chǔ)可采用不同材料和結(jié)構(gòu)來(lái)砌筑。小爐子可用紅磚或塊石砌筑；絕大多數(shù)大中型都采用混凝土或鋼筋混凝土修建，因?yàn)樗冉Y(jié)實(shí)又抗壓。爐子基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和修筑爐子基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1） 混凝土任何部分的溫度都不允許超過(guò) 300，否則混凝土就會(huì)變質(zhì)而壓壞。因此，當(dāng)爐底直接建筑在混凝土上時(shí)，要在爐底與混凝土之間用絕熱材料隔開；對(duì)于溫度較高的爐子，要把爐底架空起來(lái)，靠空氣冷卻基礎(chǔ)。2） 爐子基礎(chǔ)必須是整塊的，不允許有斷裂現(xiàn)象。爐子基礎(chǔ)要與其他基礎(chǔ)（如輔助設(shè)備、廠房、煙囪等基礎(chǔ)）分開，以避免由

18、于基礎(chǔ)受力不同而引起不均勻下沉，使?fàn)t子基礎(chǔ)開裂或設(shè)備傾斜。3)基礎(chǔ)的底部應(yīng)在地基的凍土線以下，以免因天氣寒冷使基礎(chǔ)遭到破壞。4)爐子基礎(chǔ)因盡可能地建于地下水平面以上， 以免由于地下水的侵入而損壞基礎(chǔ)的強(qiáng)度。爐子個(gè)別部分（如煙道、換熱器等）必須建在地下水以下時(shí)，一定要有防水溝或防水層等嚴(yán)密的防水措施。（2）爐子鋼結(jié)構(gòu)爐子鋼結(jié)構(gòu)一般由鋼柱、橫梁、拉桿、拱角梁等組成的鋼架。為了使鋼架形成整體而把爐子夾固起來(lái)。各個(gè)獨(dú)立的鋼件之間必須相互連接起來(lái)。除有特殊要求采用活動(dòng)連接外，一般采用焊接結(jié)構(gòu)。鋼柱下端固定在爐子基礎(chǔ)上，各部分砌體均需要留有膨脹縫，以免受熱后鋼架變形。為了使鋼結(jié)構(gòu)工作可靠，又能節(jié)約鋼材，各

19、種鋼件的尺寸和規(guī)格的選用都應(yīng)通過(guò)計(jì)算，并參照實(shí)際使用資料來(lái)確定。1.3 爐子熱平衡及燃料消耗1.3.1 基本概念根據(jù)能量守恒定律，任何一座爐窯或其他熱工設(shè)備的熱量收支是平衡的，即爐子熱收入諸項(xiàng)目的總和等于熱支出諸項(xiàng)的總和，這就是爐子熱平衡。熱平衡是評(píng)價(jià)爐子工作和設(shè)計(jì)、研究爐子時(shí)不可缺少的，特別是在分析爐子燃料消耗，尋求節(jié)能途徑時(shí)更是需要的。（1）編制熱平衡的意義在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的爐子上，通過(guò)實(shí)測(cè)編制熱平衡是為了分析研究和評(píng)價(jià)爐子的熱工作，了解熱量利用和損失的程度，找出燃料浪費(fèi)的緣由，尋求技術(shù)對(duì)策，以改進(jìn)爐子的熱工指標(biāo)。在設(shè)計(jì)新爐子的時(shí)候， 通過(guò)計(jì)算編制熱平衡是為了由平衡關(guān)系中求出爐子的燃料消耗量，同

20、時(shí)為設(shè)計(jì)爐子的供熱、排煙系統(tǒng)和余熱回收裝置等提供設(shè)計(jì)依據(jù)。此外，無(wú)也可把熱量收支各項(xiàng)所占的百分比與現(xiàn)有爐子進(jìn)行比較， 從而幫助設(shè)計(jì)者判斷爐子設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。另外， 建立爐子或其中某個(gè)局部的熱平衡方程式和傳熱方程式及其二者之間的關(guān)系，從中找出各熱工參數(shù)之間的相互關(guān)系，是進(jìn)行爐子熱工理論研究和分析解決各種工程實(shí)際問(wèn)題最基本的研究方法和手段。1.3.2 爐子燃料消耗（1）爐子燃料消耗量爐子燃料消耗量是爐子一個(gè)重要操作參數(shù)，它是指單位時(shí)間內(nèi)爐子的燃料消耗量。在設(shè)計(jì)爐子的時(shí)，確定燃料消耗量有兩種方法：一是計(jì)算法，一是經(jīng)驗(yàn)法。前一種方法時(shí)從熱平衡的關(guān)系中求得爐子的燃料消耗量； 而后一種方法時(shí)參照同類爐子

21、的數(shù)據(jù)，選定爐子的燃料的消耗量。（2）爐子單位燃料消耗量爐子單位燃料消耗量是爐子的一個(gè)重要生產(chǎn)指標(biāo)。單位燃耗愈低，燃料用的愈節(jié)省。單位燃耗的表示方法有：?jiǎn)挝蝗己?、單位?biāo)準(zhǔn)燃耗、單位熱耗。1.3.3 燃料變化后燃料消耗量的變化爐子使用什么燃料，不僅取決于工藝和熱工上的要求，而且在很大程度上取決于一個(gè)國(guó)家的能源資源和生產(chǎn)情況，以及一個(gè)工廠和一個(gè)地區(qū)乃至國(guó)家的燃料平衡。因此使用燃料的種類以及燃料的成分和發(fā)熱量的變動(dòng)，在生產(chǎn)上都是常見(jiàn)的事。對(duì)于各種爐子， 明確的提出一種燃料與另一種燃料之間的合理置換比， 是件十分重要的工作。當(dāng)前，尤其重要的是指出重油與各種煤和煤氣之間的合理置換比，這不僅可以作為生產(chǎn)者

22、日常規(guī)定爐子燃料消耗量的參考， 而且也可以作為國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)分配燃料的參考依據(jù)。1.4 爐子生產(chǎn)率及影響因素1.4.1 概述爐子的生產(chǎn)率是爐子的一個(gè)重要生產(chǎn)指標(biāo)，用符號(hào) P 表示，它是指單位時(shí)間內(nèi)爐子的生產(chǎn)量。為了尋求提高爐子生產(chǎn)率的途徑，必須了解影響爐子生產(chǎn)率的各種因素及其作用。然而這是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)橛绊憼t子生產(chǎn)率的因素是多方面的，其中包括工藝要求、熱工過(guò)程、爐子壽命、機(jī)械化自動(dòng)化程度以及生產(chǎn)管理等。但就爐子本身而言，主要是工藝因素和爐子結(jié)構(gòu)、操作因素。對(duì)各種不同的爐子來(lái)說(shuō)，工藝過(guò)程是千差萬(wàn)別的，所以不可能對(duì)每一種情況都進(jìn)行具體分析；爐子結(jié)構(gòu)和操作隨爐子的用途和工藝的不同，盡管也有較

23、大的差異，但它們都是通過(guò)熱工過(guò)程間接的影響著爐無(wú)子生產(chǎn)率，而熱工過(guò)程卻具有一些共同的基本特征。1.4.2 熱工因素對(duì)爐子生產(chǎn)率的影響熱工過(guò)程包括爐內(nèi)燃燒、氣體流動(dòng)和傳熱三過(guò)程。其中傳熱過(guò)程是基本的，而爐內(nèi)燃燒和氣體流動(dòng)是通過(guò)傳熱過(guò)程來(lái)影響爐子生產(chǎn)率的。在工藝過(guò)程一定的情況下， 爐料 （金屬） 在爐內(nèi)所須獲得的熱量是一定的。 因此，爐子的生產(chǎn)率就取決于單位時(shí)間傳給爐料的熱量。所以，改善爐內(nèi)熱交換，增加對(duì)爐料（金屬）的傳熱，就能提高爐子的生產(chǎn)率。單位時(shí)間傳給爐料的熱量 Q 為：式中810, CC爐氣、爐壁對(duì)爐料的導(dǎo)來(lái)輻射系數(shù)，KJ/(hK)；21TT爐壁和爐料表面的溫度 K；2A爐料受熱面積，；a

24、爐氣對(duì)爐料的對(duì)流給熱系數(shù)，KJ/(h)；21TTaq爐氣對(duì)爐料的對(duì)流傳熱熱流，KJ/(h)。由上式可見(jiàn)影響爐子生產(chǎn)率的熱工因素主要有下列四點(diǎn)：1）爐氣和爐料間的輻射溫壓42414TTT；2)爐氣、爐壁對(duì)爐料的導(dǎo)來(lái)輻射系數(shù)；3)爐料受熱面積2A；4）爐氣對(duì)爐料的對(duì)流傳熱熱流 q。下面從這方面著手來(lái)討論提高爐子生產(chǎn)率的方法:在工藝一定的條件下，決定平均輻射溫壓，并構(gòu)成影響爐子生產(chǎn)率的部分熱工因素主要有：1）燃料入爐時(shí)的燃燒溫度（T1） 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式愈高，爐內(nèi)平均輻射溫壓愈大，爐子生產(chǎn)率愈高。2）出爐膛廢氣溫度（T ）,T 愈高平均輻射溫壓愈大,爐內(nèi)熱交換愈強(qiáng)烈，爐子生產(chǎn)率愈高。3）爐內(nèi)析熱場(chǎng)（爐

25、氣溫度曲線的形狀） 。為了提高平均輻射溫壓，爐子應(yīng)該采用端頭集中供熱，并實(shí)現(xiàn)快速燃燒，但實(shí)際生產(chǎn)條件下，往往受到一些條件的限制。對(duì)推鋼式連續(xù)加熱爐，就受到下列加熱工藝等方面的嚴(yán)格限制：hKJqAATTATTaATTCQ/)(10010022424122124241無(wú)1）如果爐子出料端爐溫過(guò)高，則必將造成鋼坯出爐時(shí)具有較大的斷面溫差，產(chǎn)生“硬心”或“陰陽(yáng)面” ，達(dá)不到所要求的透燒程度，影響加熱質(zhì)量。2)如果高溫端爐溫過(guò)高，就難于控制加熱鋼坯的表面溫度，特別是當(dāng)軋機(jī)停軋、待軋時(shí)，容易使鋼溫過(guò)高，造成“燒化”現(xiàn)象和粘鋼事故，較嚴(yán)重時(shí)甚至使鋼坯被燒毀而造成廢品。此外，全部采用端頭供熱的爐子，往往因?yàn)榛?/p>

26、焰長(zhǎng)度難于調(diào)整，與多點(diǎn)傳熱，端側(cè)供熱的爐子比，爐子的溫度制度缺乏必要的靈活性和適應(yīng)性。因而對(duì)鋼種、規(guī)格、產(chǎn)量的變化和軋機(jī)停軋、待軋和事故的適應(yīng)性小，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致燃料消耗的增加等。綜上所述，單純從提高平均輻射溫壓，提高爐子生產(chǎn)率的角度出發(fā)，應(yīng)盡可能地提高理論燃燒溫度，提高出爐廢氣溫度，端頭供熱快速燃燒，但這些措施可能受到熱效率和加熱質(zhì)量的限制。生產(chǎn)率、熱效率和加熱質(zhì)量之間是互相矛盾統(tǒng)一的，在實(shí)際設(shè)計(jì)和操作中必須把這三者連同其他一些因素團(tuán)結(jié)起來(lái)，統(tǒng)一地加以考慮。由式（1）可見(jiàn)，在其他條件一定的情況下，導(dǎo)來(lái)輻射系數(shù) C（）愈大，傳給爐料的熱量愈多，爐子生產(chǎn)率愈高，除在特定條件下，例如要在爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)定向

27、傳熱或分層燃燒等外，在爐子設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免在爐內(nèi)有低溫氣層存在。特別應(yīng)避免火焰下部低溫氣層的存在，否則將阻礙向爐料的傳熱，影響爐子生產(chǎn)率的提高。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在軋鋼加熱爐爐型結(jié)構(gòu)改造中，采取了適當(dāng)?shù)蛪旱蜖t膛高度，縮小爐膛容量的措施，以減小和消除爐內(nèi)存在的低溫氣層（循環(huán)氣流） 。在強(qiáng)化爐內(nèi)輻射傳熱，提高爐子產(chǎn)量和降低燃料消耗等方面均收到較好的效果。在其它條件一定時(shí)，傳給爐料的熱量與爐料受熱面積成正比，所以增加爐料受熱面積，是提高爐子生產(chǎn)率的一個(gè)重要途徑。為了增加爐料的受熱面積，往往牽涉到爐子結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，一般采用雙面加熱采增大受熱面。對(duì)流傳熱量主要大于氣流速度及溫度，在爐型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，對(duì)諸如爐膛

28、高度，繞嘴布置以及排煙方式和位置等的設(shè)計(jì)應(yīng)為能在爐內(nèi)形成氣流的高速?zèng)_擊和強(qiáng)烈循環(huán)創(chuàng)造良好條件。1.4.3 工藝因素對(duì)爐子生產(chǎn)率的影響爐子結(jié)構(gòu)、熱工操作和爐內(nèi)所進(jìn)行的熱工過(guò)程，都必須符合工藝的要求，而工藝的要求。而工藝要求與爐子結(jié)構(gòu)、熱工操作及熱工過(guò)程之間又存在相互影響、相互制約的關(guān)系，但必須明確爐子熱工是為工藝服務(wù)的，因此，工藝因素對(duì)爐子生產(chǎn)率及其它生產(chǎn)指標(biāo)的影響不可忽視。對(duì)軋鋼加熱爐來(lái)說(shuō)，加熱爐工藝的主要要求是鋼錠（坯）加熱溫度和斷面溫度均勻性； 對(duì)某些合金鋼加熱還要考慮裝鋼溫度、 加熱速度、 保溫時(shí)間以及氧化、 脫碳等。這些加熱工藝參數(shù)的變化必將要求爐子溫?zé)嶂贫扰c之相適應(yīng)，進(jìn)而影響爐子生產(chǎn)

29、率。因此， 在滿足軋鋼工藝要求下， 降低鋼坯出爐溫度， 提高加熱速度， 縮短加熱時(shí)間等，必能提高爐子生產(chǎn)率。無(wú)1.5 提高爐子熱效率的途徑1.5.1 減少爐膛廢氣帶走的熱量爐膛廢氣帶走的熱量，通常包括廢氣物理顯熱和燃料不完全燃燒的化學(xué)熱兩部分。廢氣熱損失的大小主要決定于廢氣量、廢氣溫度以及廢氣中含有的可燃成分等。因此，改善爐子的燃燒條件和傳熱條件是減少爐膛廢氣帶走熱量的主要途徑。（1）正確控制空氣消耗系數(shù)對(duì)加熱爐的正確的燃燒控制，應(yīng)在保證燃料完全燃燒的條件下，盡可能的降低空氣消耗系數(shù)。其最佳值的大小，將隨爐子不同而不同。（2）正確控制爐膛壓力加熱爐是一個(gè)不嚴(yán)密的熱工設(shè)備。當(dāng)爐子或某個(gè)局部為負(fù)壓

30、時(shí)，就會(huì)從爐門或不嚴(yán)密處往爐內(nèi)吸入冷空氣，降低爐溫，增加廢氣量，減少向爐料的傳熱，增大廢氣熱損失；若為正壓時(shí)，高溫爐氣外溢，造成溢氣熱損失。為了減少這種損失，在設(shè)計(jì)爐子時(shí)，對(duì)爐型結(jié)構(gòu)、燒嘴配置、煙囪高度、煙道、煙閘以及爐壓檢測(cè)和調(diào)節(jié)裝置等的選擇，都應(yīng)考慮到爐壓分布及其調(diào)節(jié)問(wèn)題。使?fàn)t子在正常的生產(chǎn)條件下，零壓面保持在爐門坎水平面上，并使?fàn)t內(nèi)壓力分布均勻。（3）改善爐內(nèi)傳熱條件當(dāng)向爐內(nèi)供入的熱量一定時(shí)， 在爐內(nèi)傳給爐料的熱量愈多， 出爐廢氣溫度就愈低。因此，凡是能改善爐內(nèi)傳熱條件的措施，都可以減少，出爐廢氣熱損失，提高爐子熱效率。1.5.2 煙氣余熱的回收1）降低單位面積爐底產(chǎn)量，即適當(dāng)延長(zhǎng)不供熱

31、的預(yù)熱段，將煙氣余熱用于預(yù)熱入爐鋼坯；2）采用高溫抽煙機(jī)將預(yù)熱器后的煙氣抽到爐子的預(yù)熱段來(lái)噴吹預(yù)熱鋼坯；3）利用余熱預(yù)熱助燃空氣；4）采用余熱鍋爐產(chǎn)氣或發(fā)電。鋼鐵廠的節(jié)能投資應(yīng)優(yōu)先用于回收煙溫高于 700C 和煙量大的加熱爐上， 其次才考慮回收低溫余熱。 采用預(yù)熱器或噴流預(yù)熱段都可能把排入大氣的煙溫降到 350C 以下?？傊厥沼酂釙r(shí)首先考慮空氣（煤氣）預(yù)熱器，因?yàn)樗梢越档蜖t子的一次消耗，提高爐子本身的熱效率，以節(jié)約燃料油和高發(fā)熱量燃料，其次才考慮供給余熱鍋爐去產(chǎn)氣。無(wú)1.6 加熱爐的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.6.1 概述我國(guó)工業(yè)爐是耗能大戶，約占全國(guó)總能耗的 25，僅次于熱力發(fā)電和鍋爐的能耗量。

32、加熱爐的能耗占工業(yè)爐總能耗的 90以上，可見(jiàn)加熱爐在我國(guó)制造領(lǐng)域中占據(jù)著舉足輕重的地位。在機(jī)械行業(yè)中， 目前先進(jìn)的爐型所占比倒不超過(guò) 20， 絕大多數(shù)為 20 世紀(jì) 6080 年代建設(shè)或改造的結(jié)構(gòu)形式，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的鍛件、鑄件加熱爐在不同程度上存在加熱質(zhì)量差、熱效率低和機(jī)械化程度低的缺陷。雖然一些較大的臺(tái)車式護(hù)，環(huán)形爐和步進(jìn)爐，基本實(shí)現(xiàn)了流量、壓力，溫度的自動(dòng)檢測(cè)與過(guò)程控制，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中有近 l/3的爐子，由于執(zhí)行元件和控制儀表性能不穩(wěn)定、維護(hù)不及時(shí)、操作人員培訓(xùn)不到位而不能堅(jiān)持使用。對(duì)于大量小型加熱爐而言，只配備溫度指示儀表外，一般為人工憑經(jīng)驗(yàn)操作。我國(guó)的工業(yè)爐能源利用率較低，其熱效率平均約為

33、 25 其中鍛造加熱爐為520， 熱處理爐為 8 25， 連續(xù)加熱爐的熱減率稍高一些， 也只有 3040。而世界上發(fā)達(dá)國(guó)家燃料爐的熱效率平均為 50左右。我國(guó)工業(yè)爐節(jié)能還存在很大潛力。對(duì)工業(yè)爐加熱技術(shù)和裝備水平的評(píng)價(jià)，主要從滿足工藝要求 提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、合理利用能源、保護(hù)環(huán)境以及改善勞動(dòng)條件等幾個(gè)方面進(jìn)行。工業(yè)爐首先應(yīng)滿足工藝要求，提高工件加熱或熱處理的質(zhì)量，減少工件加熱過(guò)程中的氧化和稅碳損失，提高最終產(chǎn)品質(zhì)量。保證加熱工件的質(zhì)量是根本，只有保證工件質(zhì)量的前提下。其他指標(biāo)才有意義。其次通過(guò)節(jié)約能源，降低產(chǎn)品能耗，實(shí)現(xiàn)降低產(chǎn)品成本的目標(biāo)。能耗的高低直接反映在產(chǎn)品的成本和價(jià)值上，直接影

34、響到產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，甚至影響到企業(yè)的生存和發(fā)展。再次提高爐子自動(dòng)化控制水平和機(jī)械化水平，改善勞動(dòng)環(huán)境，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。工業(yè)爐裝備水平的提高是工業(yè)化生產(chǎn)文明進(jìn)步的標(biāo)志。1.6.2 工業(yè)爐的提高和改進(jìn)措施。（1）改善燃料燃燒狀況燃料作為能源使用，具有如下的特殊性：1)資源的有限性燃料是有限的使用而不是用不完的，總會(huì)有一天使用殆盡。2)使用的純消耗性 燃料的使用是典型的不可逆過(guò)程，只能一次性使用而不可重復(fù)使用。3)使用的低效性在使用過(guò)程中必然伴有部分能量損失， 其損失程度依被使用的方式、過(guò)程情況和控制水平等不同而異。4)對(duì)環(huán)境的影響性在燃料使用過(guò)程中，必然伴有廢棄物的產(chǎn)生和擴(kuò)散，影響環(huán)無(wú)境清潔。燃料

35、燃燒是通過(guò)安裝在工業(yè)爐上的燃燒器完成，其性能的好壞，直接影響爐子燃料的消耗量。一個(gè)性能良好的燃燒器應(yīng)達(dá)到：保證提供工藝所需的供熱能力；保持較低的和穩(wěn)定不變的空氣過(guò)剩系數(shù)；燃燒效率高和燃燒完全；可適應(yīng)溫度較高的助燃空氣；火焰的形狀根據(jù)需要可調(diào)節(jié)；操作和維修方便。正確的使用高效燃燒器可以節(jié)能5以上。目前，我國(guó)工業(yè)爐上普遍采用的是 20 世紀(jì) 7080 年代以前的高壓噴射燒嘴和低壓渦流式燒嘴。新型燃燒器的使用不超過(guò) 10。近年來(lái)，我國(guó)成功地自行開發(fā)研制了多種適合國(guó)情的優(yōu)質(zhì)燃燒裝置。例如，平焰燒嘴、高速調(diào)溫?zé)旌托顭崾綗斓?。平焰燒嘴的火焰呈圓盤型，加強(qiáng)了爐墻對(duì)工件的輻射傳熱作用，最適合在高溫鍛造加熱

36、爐上使用，冷爐升溫速度可提高 40，加熱速度的加快可以改善工件加熱質(zhì)量， 減少金屬氧化脫碳燒損， 同時(shí)達(dá)到節(jié)約能源的目的。 平焰燒嘴的安裝是很重要的，如果安裝不好會(huì)造成燒嘴不好使用，如火焰形狀變形、燃燒不穩(wěn)定、點(diǎn)不著火等等，甚至無(wú)法生產(chǎn)。高速調(diào)溫?zé)斓母邷厝紵a(chǎn)物以高速 (lOOms)噴出，強(qiáng)化了爐內(nèi)氣體循環(huán)，改善了爐溫均勻性。它適用于各類中低溫?zé)崽幚頎t。蓄熱式燃燒是最近兩年從冶金行業(yè)的加熱爐移植到機(jī)械行業(yè)的燃燒技術(shù)， 燃燒器由一支燃料噴槍 (配燃燒器噴頭)、兩個(gè)蓄熱室和一個(gè)四通換向閥組成蓄熱式燃燒單元，采用 “燃料不換向技術(shù)”和 “高溫低氧燃燒技術(shù)”組織燃料燃燒向爐膛供熱。蓄熱式燃燒器空氣預(yù)

37、熱溫度最高可以達(dá)到 1000左右，通過(guò)蓄熱室的煙氣排出溫度200，爐子熱效率達(dá)到 30以上。蓄熱式燃燒器在使用熱值較低的燃料時(shí)，由于煙氣量大干空氣量，仍有一部分煙氣不經(jīng)蓄熱室被直接排放，這些高溫?zé)煔庵械臒崃靠梢酝ㄟ^(guò)換熱器對(duì)煤氣進(jìn)行預(yù)熱，以更能有效地提高余熱利用率。（2）優(yōu)化爐襯結(jié)構(gòu)工業(yè)爐爐襯材料分為磚砌爐襯、澆注料爐襯和纖維爐襯。目前國(guó)內(nèi)的加熱爐絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)的耐火磚砌筑形式，爐襯的散熱和蓄熱占爐子總能耗的 2040。筑爐材料的發(fā)展趨向是 “兩高一輕” ，即高溫、高強(qiáng)、輕質(zhì)。合理選擇爐襯材料和優(yōu)化復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)，可以減少爐體散熱、蓄熱損失，取得很好的節(jié)能效果。1) 澆注料爐襯的導(dǎo)熱系數(shù)比磚體爐

38、襯小，爐體氣密性好，使用壽命長(zhǎng)，從而提高了爐子的作業(yè)率，因此可以全面改善爐子的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。近年來(lái)澆注料在品種、質(zhì)量上均有長(zhǎng)足進(jìn)步， 在很大程度上滿足了爐子耐高溫、 耐急冷急熱、 耐沖腐等要求。使用澆注料爐襯比磚砌爐子可節(jié)能 24左右。2) 耐火纖維是一種超輕質(zhì)耐火材料，它的基本性質(zhì)是相對(duì)密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、比熱容低。所以用這種材料筑爐，在節(jié)能、省材、提高爐子生產(chǎn)能力和改善爐子熱工性能等方面都具有明顯的效果。使用耐火纖維爐襯比磚砌爐子可節(jié)能 58。隨無(wú)著耐高溫耐火纖維制品的研制成功，耐火纖維長(zhǎng)期在爐溫 1200l300下使用已不再是難事，這促進(jìn)了耐火纖維的推廣使用。耐火纖維施工方法直接影響其使

39、用效果和使用壽命，傳統(tǒng)的錨固法在使用中經(jīng)常發(fā)生一些問(wèn)題，如纖維脫落和纖維燒后縫隙加大等。一種新的施工方法是將散裝纖維棉經(jīng)高壓風(fēng)送出噴槍，結(jié)合劑與纖維棉外混，一起噴到工作表面。這種施工方法既保留了纖維的固有特性，又消除了爐襯的接縫，從而提高了節(jié)能效果，延長(zhǎng)了爐子壽命。3) 紅外節(jié)能涂料有很好的節(jié)能效果。紅外節(jié)能涂料能使用于爐溫 300-1800的各種燃料爐。將其噴涂于爐襯內(nèi)表面，形成 0-305mm 的涂層，利用涂層的紅外輻射性能，達(dá)到增加熱效、減少能耗、延長(zhǎng)爐襯壽命的作用。（3）采取余熱回收措施據(jù)近期對(duì)冶金、建材、輕工、機(jī)械四行業(yè)的調(diào)查，現(xiàn)有燃料爐總臺(tái)數(shù)近 6 萬(wàn)臺(tái)，能耗為 9694 萬(wàn) t

40、標(biāo)煤 a，可回收的余熱資源量為 1210 萬(wàn) t 標(biāo)煤a，實(shí)際的余熱回收率只有 24，就是說(shuō)還有 76的余熱資源有待回收，因此燃料爐必須配制余熱回收裝置，而且預(yù)熱助燃風(fēng)溫度應(yīng)在 350以上。降低煙氣排放溫度，利用煙氣的余熱來(lái)預(yù)熱爐料或預(yù)熱助燃空氣節(jié)約能源。 一般來(lái)說(shuō)， 助燃空氣預(yù)熱溫度每提高 100T，即可減少燃料消耗 5以上，提高燃燒溫度約 50。助燃空氣預(yù)熱對(duì)爐子熱工產(chǎn)生極好的影響，甚至可以在一般的爐子上使用發(fā)熱值較低的煤氣。利用煙氣預(yù)熱爐料和燃料受諸多因素制約，對(duì)燃料爐而言最有效和應(yīng)用最廣的是預(yù)熱助燃空氣。下面介紹幾種常見(jiàn)的空氣預(yù)熱器。1) 金屬換熱器，氣密性好，體積小，設(shè)備緊湊。對(duì)于普

41、碳鋼及其表面滲鋁材質(zhì)，其預(yù)熱風(fēng)溫控制在 350以下， 用不銹鋼材質(zhì)預(yù)熱風(fēng)溫可達(dá) 450， 耐熱鋼材質(zhì)預(yù)熱風(fēng)溫達(dá) 500C 以上。主要結(jié)構(gòu)形式有加筋輻射式、噴流輻射式、噴流管式、板 (管)式，在實(shí)際應(yīng)用中如何選擇要依據(jù)爐子排煙方式?jīng)Q定。2) 蓄熱式換熱器預(yù)熱風(fēng)溫可高達(dá) 8O0 以上，但換熱器體積龐大，限制了其推廣使用。這種換熱器的關(guān)鍵是開發(fā)高效、長(zhǎng)壽的蓄熱元件和處理好換向技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外有發(fā)展蓄熱式換熱器技術(shù)的趨勢(shì)， 尤其是蓄熱式換熱器與燒嘴一體化并配以自動(dòng)控制技術(shù)，近幾年在國(guó)內(nèi)有一些企業(yè)已經(jīng)在嘗試使用。（4）提高控制水平工業(yè)爐計(jì)算機(jī)過(guò)程控制是提高加熱質(zhì)量、減少環(huán)境污染、節(jié)約能源、提高生產(chǎn)管理的

42、有效措施之一。目前國(guó)內(nèi)有數(shù)以百計(jì)的工業(yè)爐采用計(jì)算機(jī)控制和管理。1) 燃料燃燒控制工業(yè)爐進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制的第一步是實(shí)現(xiàn)燃料燃燒控制，即實(shí)現(xiàn)爐溫、供燃料量、燃料量與空氣量的配比以及爐壓的控制，其中核心是配比燃燒控制。最簡(jiǎn)單的辦法是按流量測(cè)量值控制配比。實(shí)際生產(chǎn)中由于換熱器漏風(fēng)、燃料熱值和壓力波動(dòng)以及計(jì)量不準(zhǔn)等問(wèn)題存在，使燃燒配比失真。用測(cè)量煙氣中含氧量來(lái)控制配比， 即殘氧分析法， 不受漏風(fēng)、 熱值與壓力波動(dòng)以及計(jì)量不準(zhǔn)的影響， 是個(gè)好辦法。但氧化鋯探頭壽命短、價(jià)格貴 ，限制了其推廣應(yīng)用。為此又出現(xiàn)一些控制軟件技術(shù)無(wú)予以彌補(bǔ)，如 自尋優(yōu)控制，多目標(biāo)專家尋優(yōu)控制等方法控制配比。脈沖式燃燒供熱技術(shù)近幾年被

43、廣泛采用。脈沖式燃燒控制器是以高速調(diào)溫?zé)鞛榭刂茖?duì)象，改量控為時(shí)控，以小火作為長(zhǎng)明火，用控制大火輸出時(shí)間來(lái)控制升溫速度。該種控制方式是在開爐調(diào)試時(shí)將小火、大火燃燒的空，燃比值設(shè)定合適即可，加熱過(guò)程中不需要?jiǎng)討B(tài)控制空，燃比，只需控制燃料和助燃空氣壓力的穩(wěn)定，這大大地簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)構(gòu)成，降低了爐子建造成本。 但脈沖控制高速燃燒系統(tǒng)的實(shí)際爐膛溫度與設(shè)定控制溫度偏差較大，縮短脈沖時(shí)間，爐膛溫度與設(shè)定控溫偏差將顯著減小。上述燃料燃燒控制方法在生產(chǎn)過(guò)程中已被廣泛采用。通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，上述燃燒控制方法能夠有效改善燃料燃燒狀況，為爐子其他熱工參數(shù)的自動(dòng)控制提供有利條件，同時(shí)節(jié)約了燃料，提高了爐子的熱效率。燃料燃

44、燒控制的節(jié)能效果約為 510。2) 數(shù)學(xué)模型優(yōu)化控制在實(shí)現(xiàn)燃料燃燒控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高控制水平就要用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化控制，主要內(nèi)容是優(yōu)化爐子的熱制度。爐子熱制度的核心是爐溫制度和供熱制度， 因此可以是控制爐溫曲線為最佳， 也可以是控制供熱曲線為最佳。數(shù)學(xué)模型的確定方法主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理得出。 數(shù)學(xué)模型優(yōu)化控制在燃燒控制的基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步取得節(jié)能 5的效果。 控制爐膛壓力能保證爐子工況穩(wěn)定，提高工件加熱質(zhì)量，減少熱量損失，提高爐子熱效率。爐壓控制是在爐膛內(nèi)的合適位置設(shè)置取壓元件，通過(guò)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，使控制閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，改變煙道閥門的開度，使?fàn)t膛內(nèi)壓力調(diào)整到設(shè)定值。爐壓恒

45、定在最佳值范圍工作，從而消除冷空氣吸入爐內(nèi)造成爐子溫度降低或爐子冒火現(xiàn)象。這樣提高了熱能利用率，改善了爐子周圍環(huán)境條件，延長(zhǎng)了爐子使用壽命。爐門、爐車和爐體的密封是燃料爐密封的難點(diǎn)，硅酸鋁纖維的應(yīng)用為解決爐子的密封提供了有利條件。利用硅酸鋁纖維的柔軟和富有彈性的特點(diǎn)，制成了鋼性對(duì)柔性的密封面，采用彈簧或汽缸壓緊，使?fàn)t膛成為一個(gè)密封體。爐膛密閉是控制爐壓穩(wěn)定的前提和條件。 (3)生產(chǎn)管理優(yōu)化控制 工業(yè)爐是工廠或車間中的一個(gè)局部，其工作應(yīng)放到整體中加以衡量，爐子 自身的燃燒控制、數(shù)學(xué)模型控制可能是最佳效果，但放在工廠或車間整體衡量則不一定是最優(yōu)，這當(dāng)中涉及各設(shè)備間的協(xié)調(diào)、調(diào)度和管理等問(wèn)題，因此再提

46、高一個(gè)層次就要進(jìn)行管理優(yōu)化控制。 管理優(yōu)化控制的效果在數(shù)學(xué)模型優(yōu)化控制的基礎(chǔ)上可再節(jié)能約 5。 進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制的爐子要具備一些基礎(chǔ)條件，必須是有關(guān)爐子的一些成熟技術(shù)已被采用，如燃燒裝置先進(jìn)、余熱進(jìn)行回收、爐體結(jié)構(gòu)和筑爐材料合理等，否則即使采用了計(jì)算機(jī)控制也不會(huì)得到滿意的結(jié)果。（5）結(jié)語(yǔ)目前，全球經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境逐漸趨于一體化，我國(guó)能源、環(huán)保都面臨很大的壓力。工業(yè)爐的加熱技術(shù)進(jìn)步和裝備水平的提高，是一個(gè)全局性的系統(tǒng)工程，要想取得有效進(jìn)展，逐步縮小在能源效率、產(chǎn)值能耗等方面與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，必須把政府規(guī)范行為與企業(yè)發(fā)展意識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，通過(guò)廣大工業(yè)爐領(lǐng)域的工作者積極研究、推廣先進(jìn)的技術(shù)和裝備

47、，使工業(yè)爐的發(fā)展走科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、能源消耗無(wú)低、環(huán)境污染少的可持續(xù)發(fā)展道路。2方案論證2.1 設(shè)計(jì)方案1設(shè)計(jì)題目：100t/h 推鋼式加熱爐設(shè)計(jì)2爐子工作時(shí)間：一年?duì)t子按照正常工作 330 天，檢修 30 天3燃料的選擇: 選用混合煤氣混合煤氣干成分表 （%）成分種類CO2C2H4O2H2CH4CON2合計(jì)焦?fàn)t煤氣3.12.90.457.925.49.01.3100高爐煤氣13.9_0.33.00.626.256.01004生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格1） 種類：優(yōu)質(zhì)碳素鋼（20#鋼）2） 尺寸：150mm150mm3000mm3） 料坯入爐溫度：t始=204） 金屬加熱終了溫度：1250t表終5）

48、 金屬斷面溫差：30t5） 廢氣出爐溫度：t廢膛=8006） 加熱方式：采用三段式（預(yù)熱、加熱、均熱）爐型，上下端側(cè)結(jié)合加熱7） 排煙方式：下排煙8） 換熱器的選型：平滑直管金屬換熱器（帶“一”字形紐帶插入件）9） 進(jìn)出料方式：端進(jìn)側(cè)出10）爐頂結(jié)構(gòu)：吊頂結(jié)構(gòu)2.2 方案論證2.2.1 爐型的選擇采用三段式連續(xù)加熱爐優(yōu)點(diǎn)：（1）允許加熱段有更高的爐溫，因而可提高爐子的單位生產(chǎn)率。（2） 因具有均熱段，料坯出爐時(shí)可獲得較均勻的加熱。無(wú)（3） 在必要時(shí)三段爐型可按兩段制度操作，而二段爐型難于按三段制度操作。（4） 三段連續(xù)加熱爐的實(shí)爐底（如果有爐底地的話）在均熱段內(nèi)，在一定程度上與高溫的加熱段分開

49、， 因而由于熔渣所造成的爐底上漲現(xiàn)象沒(méi)有二段式爐型那樣嚴(yán)重。（5） 三段式爐型均熱段末端火壓較低，可減少出料門吸風(fēng)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用三一般采段式爐型。2.2.2 裝出料方式進(jìn)料方式現(xiàn)在一般采用端進(jìn)料，而出料方式兩種方式均有使用?；诒驹O(shè)計(jì)中料坯斷面尺寸小，且要求金屬加熱終了時(shí)斷面溫差小，也就是加熱質(zhì)量要求高，綜上所述采用側(cè)出料較好。2.2.3 供熱方式本設(shè)計(jì)中加熱分配為：上加熱占 40%，下加熱占 60%；同時(shí)爐子長(zhǎng)度上分配為：加熱段占 80%，均熱段占 20%。這樣分配完全根據(jù)工藝要求及產(chǎn)品要求而制定的，能使料坯良好的經(jīng)過(guò)加熱，加熱終了是斷面溫差很小。2.2.4 燒嘴的布置與選型燒

50、嘴完全根據(jù)加熱量的分配而進(jìn)行布置的。連續(xù)加熱爐加熱段爐溫較高，且我們要求爐溫均勻性較好，因此燒嘴燃燒火焰要有一定長(zhǎng)度和鋪展面。根據(jù)各種煤氣燒嘴的特性，查有關(guān)手冊(cè)決定選用低壓渦流式燒嘴，即 DW型煤氣燒嘴。2.2.5 換熱器結(jié)構(gòu)選用平滑直管金屬換熱器，并帶“一”字型紐帶插入件，這樣可以提高對(duì)流熱系數(shù)，從而提高換熱效率。其他許多設(shè)計(jì)方案在此不一一加以說(shuō)明，將在熱工計(jì)算中詳細(xì)說(shuō)明。3熱工計(jì)算3.1 原始技術(shù)數(shù)據(jù)1爐子生產(chǎn)率：P=100t/h。2加熱金屬規(guī)格：1）種類：優(yōu)質(zhì)碳素鋼（20#鋼） ；2）尺寸：150mm150mm3000mm；3）料坯入爐溫度：t始=20；無(wú)4）金屬加熱終了溫度：1250；

51、5）金屬斷面溫差：30。3燃料：1）種類：混合煤氣；2）焦?fàn)t煤氣成分（干成分） ：參見(jiàn)表 31；表 31 混合煤氣干成分（%）成分種類CO2C2H4O2H2CH4CON2合計(jì)焦?fàn)t煤氣3.12.90.457.925.49.01.3100高爐煤氣13.9_0.33.00.626.256.01003）出爐膛煙氣溫度：t廢膛=800；4）煤氣不預(yù)熱：t氣=20；5）空氣預(yù)熱溫度：t空=350。3.2 熱工計(jì)算3.2.1 燃料燃燒計(jì)算1混合煤氣干、濕成分的換算：計(jì)算結(jié)果如表 32。表 32混合煤氣濕成分（%）成分種類CO2C2H4O2H2CH4CON2W合計(jì)焦?fàn)t煤氣2.992.790.3955.7524

52、.458.661.253.72100高爐煤氣13.38_0.292.890.5825.2253.923.721002計(jì)算混合煤氣的低發(fā)熱值1）計(jì)算焦?fàn)t煤氣低發(fā)熱值把表 32 中焦?fàn)t煤氣的濕成分代入公式得：Q濕低=126.48.66+10855.75+35824.45+5912.79=17518kJ/標(biāo) m32) 計(jì)算高爐煤氣低發(fā)熱值無(wú)Q濕低=126.425.22+1082.89+3580.59=3711kJ/標(biāo) m33）焦高比為 3：7 的混合煤氣的低發(fā)熱值Q濕低=0.317518+0.73711=7853 kJ/標(biāo) m33.按焦高比 3：7，計(jì)算混合煤氣濕成分見(jiàn)表 3-3表 3-3 混合煤氣

53、成分（%）成分種類COCO2CH4C2H4H2O2N2H2O混合煤氣20.2510.267.740.8418.750.3238.123.724計(jì)算理論空氣需要量 L0把表 33 中混合煤氣濕成分代入公式得：L0=0.5 20.250.5 18.752 7.743 0.840.3221 =1.77 標(biāo) m3/標(biāo) m35計(jì)算實(shí)際空氣需要量 Ln，取 n=1.1 代入公式：Ln=nL0Ln濕=（1+0.00124干OHg2）Ln可得：Ln=1.771.1=1.948 標(biāo) m3/標(biāo) m3Ln濕=(1+0.0012418.9)1.948=1.994 標(biāo) m3/標(biāo) m36.計(jì)算燃燒產(chǎn)物生成量及成分把表 3

54、3 中混合煤氣濕成分代入公式（118）可得：221100conmVCOC HCO1=(20.25+7.74+2 0.84+10.26)100=0.3993 標(biāo) m3/標(biāo) m3其他見(jiàn)表 3-4表 34 混合煤氣燃燒產(chǎn)物生成量及成分成分名稱CO/2N/2O/2H2O/合計(jì)生成量(標(biāo)m3)0.39931.95650.04700.44302.8458體積含量(%)14.0368.751.6515.571007 .計(jì)算混合煤氣燃燒產(chǎn)物重度無(wú)把表 34 中燃燒產(chǎn)物體積百分含量代入式（121）可得：煙1004 .22322818442222ONOHCO=44 14.03 18 15.5728 68.7532

55、 1.6522400=1 .284kg/標(biāo) m38計(jì)算燃料理論燃燒溫度由 t空=350，查資料可得 c空=1 .296 kJ/標(biāo) m3,空氣帶入的物理熱 Q空Q空=Lnc空t空=1.9941.296350=904.478 kJ/標(biāo) m3燃料帶入的物理熱Q燃=C燃t燃Q燃=(20.251.3021+10.261.640+1.57547.74+0.841.8347+18.751.2801+0.321.3099+38.121.3264+3.721.4935)201100=27.49 kJ/標(biāo) m3設(shè) t產(chǎn)=18002100，可查資料得 c產(chǎn)=1.6720.3+1.7140.7 kJ/標(biāo) m3.設(shè) Q

56、分=0，按式t理=nQQQQV C空燃產(chǎn)分低=7853904.47827.4902.8458 1.7014=1814.4 1800因此可以滿足連續(xù)加熱爐的加熱工藝要求。3.2.2 爐膛熱交換計(jì)算計(jì)算的目的是確定爐氣經(jīng)過(guò)爐壁對(duì)金屬的導(dǎo)來(lái)輻射系數(shù)gkmC計(jì)算方法和步驟如下：預(yù)確定爐膛主要尺寸爐膛寬度查工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)， 對(duì)于中型加熱爐， 加熱爐爐底強(qiáng)度 H 可取 550kg/ （m2h） ，取推鋼比 E=220，代入公式：n=2PH LS E其中P爐子生產(chǎn)率，kg/hH爐子有效爐底強(qiáng)度，kg/（m2h）L料坯長(zhǎng)度，m無(wú)E推鋼比，可取 200250得 n=100000550 0.15 3 220 =1

57、.84可取 n=2 則采用雙排料；將 n=2 代入公式 B=nl+（n+1）a式中：L料坯長(zhǎng)度，mma料坯端頭與爐墻內(nèi)表面的距離，一般取 200250mm（取 200mm）則：B=23 +(2+1)0.2=6.6m對(duì)砌磚爐體結(jié)構(gòu)，為了砌筑施工方便，爐體寬度應(yīng)為耐火磚寬度（0 .116m）的整數(shù)倍.經(jīng)計(jì)算：6.6 不是 0.116 整數(shù)倍，可以取 B=570.116=6.612m，滿足了為耐火磚寬度的整數(shù)倍的要求.所以取：B=6.612m=6612mm爐膛高度：查資料， 對(duì)于燃?xì)獾闹行图訜釥t， 取 H加上1600mm， H加下1750mm， H預(yù)上900mm，H預(yù)下1000mm，H均上1200m

58、m3) 爐膛長(zhǎng)度：設(shè)均熱段長(zhǎng)度為 L均，加熱段長(zhǎng)度 L加，預(yù)熱段長(zhǎng)度 L預(yù)。4）爐頂結(jié)構(gòu)：吊頂結(jié)構(gòu)。5）出料方式：側(cè)出料。2計(jì)算爐膛相關(guān)尺寸1）各段爐底面積F加底=26.612mB LL加加F26.612mB LL預(yù)預(yù)預(yù)底F26.612mB LL均底均均2）各段爐墻（側(cè)墻）和爐頂（吊頂結(jié)構(gòu)）面積21.047FHLBL均表均上均均=9.323L均2m同理可得210.123FL m加表加8.723FL預(yù)預(yù)表2m各段包圍爐氣內(nèi)表面積26.6128.72315.335mFBLFLLL預(yù)預(yù)預(yù)預(yù)預(yù)圍預(yù)表26.61210.12316.735mFBLFLLL加圍加加表加加加26.6129.32315.935m

59、FBLFLLL均圍均均表均均均無(wú)各段充滿爐氣的空腔體積35.951mVB HLL預(yù)預(yù)預(yù)預(yù)上310.579mVB HLL加加上加加37.934mVB HLL均均上均均3計(jì)算各段平均有效射程按聶夫斯基近似公式計(jì)算得：3.61.397mVSF預(yù)預(yù)預(yù)圍23.62.276mVSF加加加圍3.61.792mVSF均均均圍4計(jì)算爐氣中二氧化碳和水汽分壓由燃料計(jì)算得：2COP14.03/100=0.1403 大氣壓；OHP215.57/100=0 .1557 大氣壓5 .計(jì)算各段爐氣溫度1）設(shè)均熱段爐溫比加熱終了時(shí)金屬表面溫度高 75，即：均gt表終t7512507513252）設(shè)加熱段溫度比加熱終了時(shí)金屬表

60、面溫度高 100，即：加gt表終t1001250100=13503）預(yù)熱段爐氣溫度變化規(guī)律近似圍線性，則：預(yù)gt(加gt+廢膛t)/2=(1350+800)/2=10756計(jì)算各段爐氣黑度由g=2CO+2H O而：2CO=210.71 (COPS-0.53T） （）1OO220.80.617.1()100H OH OTPS可得：10.50.80.6310752731000.71 (0.1403 1.397)()7.1 0.15571.397()0.2581001075273預(yù)無(wú)10.50.80.6313502731000.71 (0.1403 2.276)()7.1 0.15572.276()