熱工設(shè)備與節(jié)電技術(shù)期末總結(jié)

1、1.1.熱工設(shè)備：熱工設(shè)備：為了達到某些工藝目的而設(shè)置的直接使用燃燒或電能的熱設(shè)備。2.2.熱工設(shè)備在國民經(jīng)濟中的地位和作用可以從哪幾方面體現(xiàn)出來？熱工設(shè)備在國民經(jīng)濟中的地位和作用可以從哪幾方面體現(xiàn)出來？對能源消耗的影響（熱工設(shè)備耗能居第二位；每年要消耗掉大量的優(yōu)質(zhì)燃料）對產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量的影響 對環(huán)境的影響3.3.熔煉爐類熔煉爐類定義:將爐料加熱到足夠的溫度，使其熔化并在液態(tài)下完成工藝過程而得到液態(tài)物質(zhì)的爐子分類：由礦石提取金屬的熔煉爐 金屬在液態(tài)下進行化學(xué)反應(yīng)以精煉成分的精煉爐 為下一道工序提供液態(tài)爐料的熔化爐 4.4.用于材料或制品的加熱，爐中物料只改變機械性能或物理化學(xué)性質(zhì)而不改變其物態(tài)

2、的爐子分類：金屬壓力加工行業(yè)使用的金屬加熱爐金屬熱處理爐焙燒類加熱爐干燥爐類5.5.火焰爐：火焰爐：爐料不充滿爐膛，燃料在爐膛空間內(nèi)進行燃燒，燃燒放出的熱量以輻射和對流方式傳給爐料或工件的爐子。6.6.燃燒裝置：燃燒裝置：用來實現(xiàn)燃料燃燒過程的裝備，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，是火焰爐不可缺少的設(shè)備，是決定爐子好壞的重要因素。7.7.燃料裝置的基本任務(wù)：燃料裝置的基本任務(wù)：在爐中合理組織燃料的燃燒過程，保證爐子工作符合工藝技術(shù)和經(jīng)濟上的要求。1.1.按爐子的工作性質(zhì)分類：按爐子的工作性質(zhì)分類：周期性操作的爐子（間歇式爐）：周期性操作的爐子（間歇式爐）：特點：爐內(nèi)溫度相同，隨時間變化；物料成批裝、

3、出，在爐內(nèi)靜止不動。生產(chǎn)規(guī)模較小、產(chǎn)品規(guī)格較多的場合一般采用間歇式爐。連續(xù)型操作的爐：連續(xù)型操作的爐：特點：爐內(nèi)各點溫度不隨時間變化，而沿爐長方向分布；物料在爐內(nèi)有節(jié)奏的連續(xù)運動，由一端進，另一端出。一般大規(guī)模、連續(xù)化生產(chǎn)的企業(yè)，使用連續(xù)作業(yè)爐。2.2.火焰爐熱工理論的形成及發(fā)展：火焰爐熱工理論的形成及發(fā)展：1911年，格日邁洛提出“爐氣自然流動的倒河床理論19世紀30年代，塞米金等提出“能量原理”19世紀50年代，思林、格林科夫等人較全面地研究了爐內(nèi)熱工過程，提出了較全面的一套理論。他把爐子的工作按傳熱方式不同分為：輻射制度、對流制度和層狀制度，從熱交換出發(fā)對燃料的選擇、燃燒過程、氣流組織提

4、出相應(yīng)的要求。3.3.燃料裝置的燃料裝置的基本要求：基本要求：在額定負荷下，保證燃料的合理燃燒和燃燒過程的穩(wěn)定性能夠組織火焰，使火焰具有一定的方向、形狀、剛性等 具有足夠的燃燒能力和負荷的調(diào)節(jié)性斯結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，堅固耐用，與爐型相配合4.4.燃料管路系統(tǒng)方案：燃料管路系統(tǒng)方案：高位油箱供油系統(tǒng)油泵供油系統(tǒng)（a.非循環(huán)供油系統(tǒng) b. 循環(huán)回路油系統(tǒng)：泵后回油循環(huán)系統(tǒng)、爐前回油循環(huán)系統(tǒng)、油嘴回油循環(huán)系統(tǒng)）1.1.在滿足工藝要求的前提下，對熱工設(shè)備的基本要求：在滿足工藝要求的前提下，對熱工設(shè)備的基本要求：有較高的生產(chǎn)率 保證良好的產(chǎn)品質(zhì)量 燃料及其它能源消耗少，熱效率高爐子砌筑、維修方便，材料消

5、耗少，使用壽命長 自動化程度高，勞動條件好對環(huán)境污染小，符合環(huán)境保護要求。2.2.熱工設(shè)備的而主要組成結(jié)構(gòu)：熱工設(shè)備的而主要組成結(jié)構(gòu)：爐膛和鋼結(jié)構(gòu)燃料燃燒系統(tǒng)排煙系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)附屬設(shè)備3.3.爐膛：爐膛：是由爐墻、爐頂、爐底（包括基礎(chǔ)）組成的封閉空間。4.4.爐墻包括三個部分：爐墻包括三個部分：內(nèi)層-耐火材料中間層-絕熱材料外層-鋼板5.5.爐頂：爐頂：拱頂 適用于爐子跨度較小的場合 吊頂 適用于爐子跨度較大時（4m)6.6.鋼結(jié)構(gòu)的作用：鋼結(jié)構(gòu)的作用：維護爐體形狀，承受部分重量安裝爐門、燃燒器等爐子部件承受爐子砌體膨脹所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。7. 7. 爐膛內(nèi)形的確定，應(yīng)從以下幾方面加以考慮：爐膛內(nèi)形

6、的確定，應(yīng)從以下幾方面加以考慮：工作性質(zhì)（加熱，熔煉）工作對象（形狀，尺寸）有利于加熱過程的實現(xiàn)，傳熱效率高結(jié)構(gòu)簡單，砌筑維修方便8.8.燃料燃燒系統(tǒng)包括：燃料燃燒系統(tǒng)包括：燃燒設(shè)備、燃料供給系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)。9.9.能源的選用原則：能源的選用原則：能夠滿足加熱工藝要求（加熱溫度要求；加熱工藝性質(zhì)：加熱、熔煉；生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品質(zhì)量要求；生產(chǎn)操作：連續(xù)生產(chǎn)、間歇生產(chǎn)符合國家能源政策，當(dāng)?shù)啬茉垂?yīng)狀況具有較好的經(jīng)濟性，能源價格，燃燒設(shè)備投資等符合環(huán)保要求。1.1.空調(diào)供應(yīng)系統(tǒng)的基本要求：空調(diào)供應(yīng)系統(tǒng)的基本要求：與燃料供應(yīng)系統(tǒng)相匹配，根據(jù)燃燒器的負荷合理的供應(yīng)空氣量應(yīng)是每一個燃燒器前的空氣壓力均勻一

7、致，并能夠隨同負荷的變化，調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小2.2.排煙系統(tǒng)系統(tǒng)組成：排煙系統(tǒng)系統(tǒng)組成：從爐膛開始到煙囪出口，包括：排煙口、支煙道、調(diào)節(jié)閥、分煙道、總煙道、煙道閘板、排煙裝置（風(fēng)機或引射器）、煙氣處理裝置、煙囪3.3.排煙排煙系統(tǒng)的作用：系統(tǒng)的作用：排除燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣，保證爐子連續(xù)正常工作由排煙口的布置，合理組織爐內(nèi)氣體流動，使?fàn)t內(nèi)溫度分布、換熱滿足工藝要求（技術(shù)要求）通過煙道閘板控制爐膛壓力，保證爐膛正常運行（爐膛壓力應(yīng)控制在微正壓狀態(tài)）4.排煙方式分類：排煙方式分類：按煙氣流動動力來源分：自然排煙；機械排煙（a.直接式：排煙機 b.間接式：噴射器）按煙道布置方式分：上排煙：煙道布置在地面以

8、上；下排煙：煙道布置在地面以下5.冷卻方式分為：冷卻方式分為：水冷卻汽化冷卻6.空氣冷卻系統(tǒng)的特點：空氣冷卻系統(tǒng)的特點：優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，操作靈活，空氣無成本，容易實現(xiàn)。缺點：冷卻風(fēng)量大，風(fēng)機能耗高；冷卻強度比水冷低；冷卻余熱不容易回收；造成環(huán)境熱污染，生產(chǎn)勞動條件差（熱、噪聲）7.7.爐子的爐子的附屬設(shè)備包括：附屬設(shè)備包括：熱工測量儀表，自動控制系統(tǒng)，余熱回收設(shè)備，裝出料設(shè)備，爐門裝置等。1.水冷卻系統(tǒng)：水冷卻系統(tǒng)：低溫水冷系統(tǒng)：直接排放式、循環(huán)冷卻式優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，投資小，建造容易，建造容易，管理操作方便缺點：因受到水溫度不允許汽化的限制，水的利用率低，耗水量大，余熱不容易回收利用汽化冷卻系

9、統(tǒng)基本原理：基本原理：水在冷卻管內(nèi)被加熱到沸點，呈汽水混合物進入汽包，在汽包中使蒸汽和水分離。分離出來的水又重新回到冷卻系統(tǒng)中循環(huán)使用，而蒸汽從汽包中引出可供利用。優(yōu)點：用水量少，僅為低溫水冷卻的1/3；產(chǎn)生的蒸汽可以用于生產(chǎn)和生活，熱利用率高缺點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備制造與運行管理技術(shù)要求高2.氣體及液體的共同點：氣體及液體的共同點：共性：分子間內(nèi)聚力小，不能保持一定的形狀。不同點：液體一般情況下視為不可壓縮物質(zhì)，則氣體為可壓縮物質(zhì)。因此，氣體受溫度，壓力影響較大，液體則較小。氣體的粘度隨溫度增大而增大，液體則隨溫度增加而減小。氣體沒有形狀，會充滿整個容器空間，液體在容器中有一個自由液面。

10、3.爐內(nèi)氣體的流動爐內(nèi)氣體的流動：位壓頭作用下的氣體流動 射流作用下的氣體流動4.射流射流：由管嘴噴射到大的空間并帶動周圍介質(zhì)的流動。設(shè)管嘴截面積為F射，空間截面積為F空，則：F射F空， 稱為自由射流； F射F空， 稱為限制射流； F射=F空，稱為管流。1.位壓頭作用下的氣體流動主要問題位壓頭作用下的氣體流動主要問題：爐內(nèi)氣體充滿度問題：膛高度-氣體分層現(xiàn)象，相比于射流作用的爐型應(yīng)使?fàn)t膛高度低一些；爐膛寬度應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)；保證充足的燃料投入量，控制零壓面在爐門底部。 爐內(nèi)傳熱問題：科學(xué)布置排煙口位置，有效組織爐內(nèi)氣體流動；保持流通截面面積，使煙氣具有一定的流動速度。2.分流定則：分流定則：

11、水平通道中氣流分布氣體在分通道內(nèi)流量的分配與分通道的當(dāng)量截面積成正比例。垂直通道中氣流分布垂直通道中氣流的分配，應(yīng)使逐漸被冷卻的熱氣體自上而下流動，而逐漸被加熱的冷氣體應(yīng)自下而上流動。3.位壓頭的作用與流動方向有關(guān)位壓頭的作用與流動方向有關(guān)：若氣流自上而下流動，H為正，對于熱氣體來說是負壓頭，若氣體自下而上流動，H為負，對于熱氣體來說是正壓頭。4.射流與什么因素有關(guān)：射流與什么因素有關(guān)：回流區(qū)的大小，位置和旋轉(zhuǎn)速度氣體流動方向射流入口，出口位置射流主流的運動方向5.熱平衡概念：熱平衡概念：爐子熱平衡是應(yīng)用能量守恒原理，對爐子的能量分布和熱能利用率進行考察和分析，為科學(xué)設(shè)計和科學(xué)管理提供依據(jù)，是

12、熱力學(xué)第一定律在設(shè)備上的應(yīng)用。abbabaFFVV1.氣體循環(huán)的強烈程度與循環(huán)方向與下述因素有關(guān)：氣體循環(huán)的強烈程度與循環(huán)方向與下述因素有關(guān)：限制空間的大小，主要是射出口截面與有限空間截面之比；射流噴出口位置：a.位于有限空間中央，有限射流上下對稱，呈橄欖形，四周為回流區(qū)。 b.噴出口靠近下部，射流將整個貼附在底部，回流區(qū)全部集中在射流上部與有限空間的頂部之間。 射流噴出口與氣流出口的相對位置：a.同側(cè)：循環(huán)氣流的流向與射流方向一致，得到加強，有利于氣體的混合。b.異側(cè)：循環(huán)氣流在主流區(qū)的兩邊，阻力較大，循環(huán)較弱。 2 2. .射流的噴出壓強及射流與壁面交角的影響：射流的噴出壓強及射流與壁面交

13、角的影響：射流噴出的壓力能越大，動能越大，慣性越大，可以帶動回流區(qū)的氣體越多，氣體循環(huán)越強烈，射流與墻面交角會影響回流區(qū)的位置及回流區(qū)的大小。3.3.隨循環(huán)倍率的增加，爐溫均勻提高隨循環(huán)倍率的增加，爐溫均勻提高。4.4.爐氣循環(huán)作用爐氣循環(huán)作用：使?fàn)t膛保持溫度均勻 滿足加熱工藝要求 節(jié)能作用5.5.爐氣循環(huán)的節(jié)能作用：爐氣循環(huán)的節(jié)能作用：采用爐氣循環(huán)使低溫?zé)煔馀c高溫?zé)煔饣旌希_到加熱工藝溫度要求。采用爐氣循環(huán)不僅可以滿足加熱工藝要求，而且低溫?zé)煔獾玫皆倮?，排煙熱損失減少，節(jié)能效果顯著6.6.熱平衡的意義：熱平衡的意義：新爐子設(shè)計時，通過熱平衡計算得到燃燒消耗量B 對于正在運行的爐子，通過熱平

14、衡測算出爐子熱能利用指標(biāo)（熱效率）在技術(shù)改造時，由熱平衡獲取數(shù)據(jù)，有的方式地提出改進意見。1.熱平衡術(shù)語和技術(shù)指標(biāo)熱平衡術(shù)語和技術(shù)指標(biāo)常用術(shù)語：體系供給能量有效能量輸入能量主要技術(shù)指標(biāo)：生產(chǎn)率和單位生產(chǎn)率單位生產(chǎn)率燃燒消耗量能量利用率2.2.熱平衡熱平衡工作工作步驟：步驟：準備工作測試工作數(shù)據(jù)整理和熱平衡計算根據(jù)計算結(jié)果進行技術(shù)分析，作出評價，提出存在的主要問題，提出改進方向和技術(shù)措施。3.3.爐體結(jié)構(gòu)熱工特性爐體結(jié)構(gòu)熱工特性對爐體的散熱、蓄熱能力、爐子的升溫速率、爐膛溫度的建立以及爐內(nèi)換熱，都有直接影響。4.4.爐溫概念的說明：爐溫概念的說明：通常所說的爐溫是一個比較籠統(tǒng)、不十分確切的概念，

15、是一個多種因素綜合的結(jié)果。與爐內(nèi)換熱的因素有關(guān)，是火焰、高溫?zé)煔狻⑽锪?、爐膛、測溫元件相互作用的結(jié)果。5.5.爐溫爐溫實際上是某測溫裝置在某一地點顯示出特定環(huán)境下的綜合溫度。6.6.火焰爐爐內(nèi)換熱包括：火焰爐爐內(nèi)換熱包括：爐氣輻射爐氣對流，是綜合傳熱過程。7.7.傳熱物質(zhì)：傳熱物質(zhì)：爐氣，物料，爐壁。熱流體高溫爐氣 受熱體低溫物料 中間體爐壁8.8.傳熱途徑：傳熱途徑：高溫爐氣物料 高溫爐氣爐壁物料9.9.爐內(nèi)傳熱三種類型：爐內(nèi)傳熱三種類型：均勻分布輻射熱交換 定向直接輻射熱交換 定向間接輻射熱交換mgwgqq mgwgqq mgwgqq1.兩種氣體的相關(guān)方程這個公式就是冷、熱兩種氣體并存時的

16、伯努利方程式，又稱氣體的壓頭方程式。它表明，對于熱氣體管流，由于流動產(chǎn)生壓頭損失（pw）,氣體的總壓頭（位壓頭、靜壓頭和動壓頭三者之和）沿流程不斷減少。2.2.連續(xù)加熱爐爐底壓力曲線是怎么形成的：連續(xù)加熱爐爐底壓力曲線是怎么形成的：爐壓沿爐長的分布是由前向后遞增，總壓差一般為20-40Pa。造成這種壓力遞增的原因，是由于燒嘴射入爐膛內(nèi)的流股的動壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓頭所致。爐膛內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)手段，一是靠燒嘴的射流，射流的動量越大，爐壓越大。爐壓調(diào)節(jié)的另一種手段是依靠煙道閘板，降低閘板時增加煙氣在煙道內(nèi)的阻力，爐內(nèi)壓將升高，提起閘板時煙道阻力減小，抽力增大，爐內(nèi)負壓增加，由于爐子熱負荷在不斷變動，煙氣量也

17、相應(yīng)地變化。要保持爐內(nèi)壓力穩(wěn)定，就要及時調(diào)整煙道閘板。w22g2221g11p+2w+p+g)-(H=2+p+)g-(H，一、一、氣體通過爐門的溢氣：氣體通過爐門的溢氣：由于沿爐門高度壓力分布不同，不能用小孔氣體流出公式，必須考慮沿爐膛高度壓力分布對爐門溢氣量的影響。 解：設(shè)爐門寬度為B，高度為H，在某一高度上取一小截面df，認為此截面上壓力P相同，則通過此截面的流量為：dv = dfW 其中：df = Bdx，P= X(-)g，則有： 通過爐門總的氣體流量： 二、熱平衡熱平衡分析：分析：1.有效吸熱量： 2.熱效率： 3.能量利用水平4.分析查找問題：從熱平衡計算結(jié)果中不難看出：排煙熱損失占

18、到31.8%，是最大熱損失項，重點解決對象。由公式 看出：降低排煙溫度的方法：a.冷卻系統(tǒng)b.采用汽化冷卻c.增加排煙管道的長度d.通過余熱回收，多級利用；減少排煙量的方法：a.使用優(yōu)質(zhì)燃料b.改善燃燒方式c.保證有充足空氣d.改進爐膛設(shè)計水冷熱損失占18.8%，是損失中第二大項，解決方法：a.在保證冷卻效果的前提下，減少水冷吸熱量。b.采用節(jié)能冷卻方式，余熱回收。如汽化冷卻?？锥礋釗p失，解決方法：a.增加爐體的嚴密性b.盡量降低孔洞開啟時間。 )(22XPwdxXBdv)(2HHHBHdxXBdvdV00)(232)(2wwcyxQ-Q=q=Q%QQ=ggyxyyypytCBV=Q1.1.耐

19、火材料耐火材料：凡是能抵抗高溫和高溫下所產(chǎn)生的物理化學(xué)作用的材料，統(tǒng)稱為耐火材料。2.2.耐火材料耐火材料分類（分類（按耐火度分）普通耐火材料，1580-1770度；高級耐火材料1770-2000；特級耐火材料，大于2000度。3.3.常用耐火材料常用耐火材料：粘土磚 高鋁磚 硅磚 鎂磚4. .散狀耐火材料散狀耐火材料：耐火混凝土 耐火可塑性 耐火纖維5.5.耐火材料選用原則耐火材料選用原則：滿足工作條件中的主要技術(shù)要求：1）溫度高低2）溫度波動情況3）承受負荷情況 4）爐氣的氣氛 5）爐渣的性質(zhì) 6）受力、摩擦等情況做到經(jīng)濟上合理：1）以舊帶新，節(jié)省開支 2）在基本符合技術(shù)要求的情況下，應(yīng)當(dāng)

20、優(yōu)先考慮使用低價格材料。6.6.絕熱（保溫）材料絕熱（保溫）材料：熱容量小、熱導(dǎo)率低的筑爐材料。特點：密度小、重量輕，抗壓強度低、怕潮濕和水，一旦吸水，絕熱效果大大降低。7.7.耐火纖維優(yōu)點耐火纖維優(yōu)點：重量輕 絕熱性能好 熱穩(wěn)定性好 化學(xué)穩(wěn)定性好 容易加工8.8.絕熱材料使用原則絕熱材料使用原則：絕熱材料要符合使用溫度條件 與接觸的材料不要發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 負荷不要加在材料上 外部要加保護層，防止破壞或受潮進水。9.耐火度：耐火度：耐火材料在高溫下抵抗融化的性能指標(biāo)10.高溫結(jié)構(gòu)的強度：高溫結(jié)構(gòu)的強度：表征耐火制品對高溫和菏重同時作用的抵抗能力11.熱穩(wěn)定性（耐急冷急熱性）：熱穩(wěn)定性（耐急冷急熱

21、性）：耐火制品抵抗溫度急劇波動而不破壞的性能12.抗渣性（化學(xué)穩(wěn)定性）：抗渣性（化學(xué)穩(wěn)定性）：耐火材料在高溫下抵抗熔渣作用而不破壞的能力均勻分布輻射熱交換：均勻分布輻射熱交換： 1.傳熱特點傳熱特點爐膛內(nèi)爐氣均勻分布，溫度均勻一致，黑度相同，爐氣向物料和爐壁的輻射熱流相等。傳熱量： 根據(jù)傳熱公式， 推導(dǎo)得到輻射熱交換公式： 式中：C綜合輻射換熱系數(shù)；Tg爐氣平均溫度；Tm物料平均溫度；Am輻射換熱面積 分別表示絕對黑體、氣體、爐壁、物料的黑度。由上式可以看出：爐壁溫度Tw對與輻射傳熱量qf成正比，即爐壁內(nèi)表面溫度Tw愈高，爐內(nèi)輻射熱交換熱流qf愈大。爐氣黑度g對輻射傳熱量qf的影響，由下圖看出

22、：爐氣輻射能力對輻射傳熱的影響， 隨爐氣黑度的增加而增大爐壁輻射能力，在g0.3時呈現(xiàn)增大趨勢，在g =0.3時達到最大值，隨將后逐漸減小當(dāng)g0.3時，爐壁輻射傳熱量隨g的增大而減小可以看出，較高的Tw可以獲得較大的qf。因此，爐壁內(nèi)表面溫度的高低是輻射熱交換強弱的標(biāo)志。2.2.對燃料及燃燒的要求對燃料及燃燒的要求重要依據(jù)：在保證達到工藝所要求的爐溫前提下，能夠獲得較多的火焰黑度及均勻的溫度分布。 固體燃料層狀燃燒 液體燃燒重油 低壓 氣體燃料天然氣，石油液化氣，無焰燃燒不能實現(xiàn)。mgwmgfqqqq)1 (AmTTCQmg)100()100(44fmwg、03.爐氣的組織爐氣的組織通過燃燒器

23、型式選擇、燃燒器的數(shù)量及分布、排煙口的布置等因素來實現(xiàn)。4.應(yīng)用此種傳熱方式，適宜加熱尺寸較大或較厚物料。 高溫火焰爐鍛造軋鋼、熱處理爐。定向直接輻射熱交換：定向直接輻射熱交換：高溫區(qū)靠近物料，爐氣向物料的傳熱量大于向爐壁的傳熱量。建立簡單模型：將爐氣按溫度高低分為上下兩層 TaTb根據(jù)定義：a、b均勻輻射熱交換 c定向直接 d定向間接1.傳熱特點溫度分布及爐氣黑度分布不均勻高溫區(qū)靠近物料表面爐氣向物料的輻射熱流大于向爐壁的輻射熱流。a層爐氣向物料的輻射熱流： b層爐氣向物料的輻射熱流：爐氣向物料總的輻射熱流為： 爐氣向爐壁總的輻射熱流為：輻射熱流差值：因為TaTb,所以q0 可以看出，Ta、 g愈大，q愈大，定向輻射愈強烈。此情況下，爐壁溫