熱處理燃燒爐

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

熱處理燃燒爐

認識和掌握熱處理燃燒爐的種類、結(jié)構(gòu)特點、燃料燃燒計算及燃燒裝置性能等，對燃料爐有初步的了解。

第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五6.1燃料爐的基本類型及特點分類固體燃料爐液體燃料爐氣體燃料爐第3頁，共54頁，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別和特點

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，共54頁，2023年，2月20日，星期五第5頁，共54頁，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，熱煙氣作為媒介進行加熱工件；爐溫溫度顯示功能；生產(chǎn)特點：周期式成批加工；客戶提供參數(shù)第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五燃燒爐的主要設計步驟：①根據(jù)工件形狀、尺寸和燃料種類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；⑤確定燃料消耗量；⑥計算燃燒所需空氣量和生成煙氣量；⑦排煙口、煙道、煙囪等設計和鼓風機的選擇；⑧爐門升降機構(gòu)和裝、出料機構(gòu)及其控制系統(tǒng)；⑨設計爐前管路等輔助設施。6.1燃料爐的基本類型及特點

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

預熱空氣和燃料帶入的物理熱Q空、Q燃熱量支出項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控通過爐襯的散熱損失Q散。通過開啟爐門的輻射損失Q輔。通過開啟爐門或爐墻縫隙的溢氣熱損失Q溢

砌體的蓄熱損失Q蓄，以爐子升溫過程中每小時平均熱損失計算。通過外伸構(gòu)件的傳熱損失Q傳，以加熱過程中每小時平均熱損失計算。廢氣帶走的熱量Q廢；其它熱損失Q它第10頁，共54頁，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熱損失的總和。故爐子的熱效率可寫成6-3燃料消耗量計算第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算法

根據(jù)單位熱耗指標計算燃料消耗量

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，共54頁，2023年，2月20日，星期五

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

a空氣需要量

b燃燒產(chǎn)物成分、數(shù)量和重度

c燃燒溫度空氣過剩系數(shù)第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計算空氣過剩系數(shù)n值的影響因素燃料種類燃燒裝置的構(gòu)造燃料的準備第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計算分析計算發(fā)進行燃燒計算假定項：摩爾體積在標態(tài)下為22.4×10-3m3/mol。摩爾質(zhì)量均取整數(shù)。以標準狀態(tài)下的體積進行計算空氣中O2、N2體積含量為21%和79%不考慮CO2和H2O分解第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計算例：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n=1.1時的空氣需要量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，共54頁，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計算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，共54頁，2023年，2月20日，星期五燃料燃燒的計算一、燒嘴1、煤氣的燃燒特點

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

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

燃料燃燒過程

燃料燃燒過程包括混合，活化和燃燒三階段可燃氣體與空氣中的氧適當混合是燃燒的前提，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形成火焰放出大量熱量和強烈的光。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：是指在可進行燃燒的混合氣體中可燃成分的濃度范圍第22頁，共54頁，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)動力燃燒，若可燃氣體與空氣在燃燒前已完全混和狀態(tài)的燃燒為動力燃燒。擴散燃燒，若可燃成分與空氣預先未完全混合，而在燃燒過程中邊混合邊燃燒，這時的燃燒過程則主要取決于可燃氣與空氣的混合擴散過程，在這種情況下的燃燒，稱為擴散燃燒。燃燒裝置

內(nèi)混式燒嘴(無焰燒嘴)第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五6-3燃料消耗量計算第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五一、燃燒爐的分類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。各種爐的特點見表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)比電阻爐復雜，其基本結(jié)構(gòu)形式與電阻爐的主要不同之點是設有燃燒室。

6.1燃料爐的基本類型及特點

第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五

按燃燒室的部位及燃燒產(chǎn)物流動方式不同，分為直接燃燒式、頂燃式、側(cè)燃式和底燃式四類。各種爐型的特點見教材的表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的區(qū)別，而后三種燃燒方式的區(qū)別在于火焰進入爐膛的位置不一樣。

第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五三.爐型的選擇及設計步驟在進行爐型設計時要注意以下問題：1.盡可能使燃料完全燃燒，充分發(fā)熱，節(jié)省燃料。(中央及國務院十一五號召全民“節(jié)能、環(huán)?！保陂_發(fā)設備注意節(jié)能)2.引導爐氣在爐內(nèi)合理流動，并及時將廢氣排除，創(chuàng)造良好的傳熱及勞動條件。鼓風機的作用？

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

6.1燃料爐的基本類型及特點

第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五一、常用燃料的分類根據(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；根體來源分為天然燃料和人造燃料，見教材表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，重用燃料的化學成分及發(fā)熱量參考表6-4。6.2燃料燃燒計算

第28頁，共54頁，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℃

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

燃料燃燒時需計算的項目有燃燒空氣需要量、燃燒產(chǎn)物量以及燃燒溫度等，為設計燃燒裝置、煙道、煙囪和選擇鼓風機等排氣系統(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.空氣過剩系數(shù)n＝Ln/L0，n值與燃料的種類、燃燒裝置的構(gòu)造、燃料的準備狀況等有關(guān)。

實際生產(chǎn)中，在保證燃料完全燃燒的前提下，應盡量減少過?？諝饬?，過多的空氣會增加廢氣帶走煙氣量，降低爐溫，易使工件氧化。6.2燃料燃燒計算第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五為什么說噴嘴將油霧化得很小時，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燃料燃燒計算第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五一、熱平衡計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.熱收入項目（1）燃料燃燒的化學熱，其中Q低指低發(fā)熱量；（2）預熱空氣和燃料帶入的物理熱Q空，

Q燃2.熱量支出項目（1）加熱工件的有效熱量；6.3燃料消耗量計算第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五一、熱平衡計算法2.熱量支出項目（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）通過爐襯的散熱損失；（5）通過開啟爐門的輻射損失；（6）通過開啟爐門或爐墻縫隙的溢氣熱損失；若外溢爐氣已流經(jīng)工件進行了熱交換，實際與煙囪排出的廢氣相同，則不應再計入該項損失。若燃料爐爐膛處于負壓狀態(tài)，則應計入加熱吸入冷空氣的熱損失。6.3燃料消耗量計算第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五一、熱平衡計算法2.熱量支出項目（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燃料消耗量計算第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五一、熱平衡計算法根據(jù)公式（6-11）求出燃料的消耗量，但在實際設計過程中，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)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)法1.根據(jù)單位熱耗指標計算燃料消耗量B＝Q/Q低2.根據(jù)爐底熱強度（E）計算燃料消耗量B＝FE/Q低6.3燃料消耗量計算第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五一、經(jīng)濟技術(shù)指標

1.爐子的熱效率（η）

表示爐子的熱能利用情況，是評價爐子的主要指標。

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.單位標準燃料消耗量（B0）燃料消耗量是衡量爐子的重要指標，一般熱處理爐B0

在0.1～0.5范圍內(nèi)。6.4燃料爐的經(jīng)濟技術(shù)指標及提高熱效率途徑第36頁，共54頁，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、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

主要通過降低燃氣溫度，計算好燃燒量或減少煙氣體積即控制好過剩空氣量。2.有效地利用煙氣預熱

有效地利用煙氣預熱：a預熱空氣或燃料氣b預熱工件或輔助工具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)濟技術(shù)指標及提高熱效率途徑第37頁，共54頁，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.燃料燃燒過程

燃料燃燒過程包括混合、活化和燃燒反應三個階段。其中可燃氣體與空氣中的氧適當混合是燃燒的前提，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。

燃燒反應是混合物中的可燃成分急劇與氧反應形成火焰放出大量的熱和強烈的光的過程。

6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置

第38頁，共54頁，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行燃燒的混合氣體中可燃成分的濃度范圍。注意的是可燃氣的濃度若超過或不到這個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，共54頁，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？到達燃點前需要吸熱，所以要加熱。

可燃氣的濃度太濃或太稀的不能著火燃燒的原因？太濃則原來設定的著火溫度過低，達不到燃燒溫度；太稀則可燃氣體較少，空氣較多著火溫度也相應提高。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，共54頁，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的速度（即火焰的相反方向）。常用預熱燃料和增加燃料氣的紊亂程度的方法來提高火焰?zhèn)鞑ニ俣取?/p>

6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五為什么預熱燃料和增加燃料氣的紊亂程度可以提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?？預熱燃料則與著火溫度接近，混合氣體則更容易燃燒，加熱時間減少；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，共54頁，2023年，2月20日，星期五4.回火和脫火

回火是可燃氣噴出速度低于火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒒鹧鏁氐饺紵b置或管道中進行燃燒，甚至引起爆炸。若可燃氣的噴出速度大于火焰的傳播速度，則火焰會脫離燃燒裝置向前移動，變得不穩(wěn)定，甚至熄滅（原因是噴出速度快即可燃氣體濃度太濃則原來設定的著火溫度過低，達不到燃燒溫度），這種現(xiàn)象稱脫火。

6.5熱處理燃料爐的燃燒裝置第43頁，共54頁，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.無焰（內(nèi)混式）燒嘴（不再燒嘴內(nèi)燃燒）

這類燒嘴的燃燒方式式煤氣與空氣預先在燒嘴內(nèi)進行均勻混合，而后噴出進行燃燒嘴。很易發(fā)生“回火”，甚至有爆炸的危險第44頁，共54頁，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，可見較長火焰。不易回火，但管道系統(tǒng)以及儀表自調(diào)系統(tǒng)復雜。有焰式燒嘴結(jié)構(gòu)燒嘴若混合氣體噴出速度過低會發(fā)生回火，過高則可能脫火。

第45頁，共54頁，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，共54頁，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

高速燒嘴相當于在燒嘴前附加一個小的燃料室，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，并進入爐內(nèi)燃燒。

其特點是燃燒產(chǎn)物溫度高，爐溫均勻，但動力能源消耗及噪音較大。第47頁，共54頁，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)來解釋如何加速？根據(jù)流體原理，每個截流過的量都一定，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，共54頁，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。改良的措施見教材。第49頁，共54頁，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油是液態(tài)的高分子聚合物，需要加熱蒸發(fā)