热工设备与节电技术期末总结

1、1.1.热工设备：热工设备：为了达到某些工艺目的而设置的直接使用燃烧或电能的热设备。2.2.热工设备在国民经济中的地位和作用可以从哪几方面体现出来？热工设备在国民经济中的地位和作用可以从哪几方面体现出来？对能源消耗的影响（热工设备耗能居第二位；每年要消耗掉大量的优质燃料）对产品产量、质量的影响 对环境的影响3.3.熔炼炉类熔炼炉类定义:将炉料加热到足够的温度，使其熔化并在液态下完成工艺过程而得到液态物质的炉子分类：由矿石提取金属的熔炼炉 金属在液态下进行化学反应以精炼成分的精炼炉 为下一道工序提供液态炉料的熔化炉 4.4.用于材料或制品的加热，炉中物料只改变机械性能或物理化学性质而不改变其物态

2、的炉子分类：金属压力加工行业使用的金属加热炉金属热处理炉焙烧类加热炉干燥炉类5.5.火焰炉：火焰炉：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。6.6.燃烧装置：燃烧装置：用来实现燃料燃烧过程的装备，将燃料的化学能转换成热能，是火焰炉不可缺少的设备，是决定炉子好坏的重要因素。7.7.燃料装置的基本任务：燃料装置的基本任务：在炉中合理组织燃料的燃烧过程，保证炉子工作符合工艺技术和经济上的要求。1.1.按炉子的工作性质分类：按炉子的工作性质分类：周期性操作的炉子（间歇式炉）：周期性操作的炉子（间歇式炉）：特点：炉内温度相同，随时间变化；物料成批装、

3、出，在炉内静止不动。生产规模较小、产品规格较多的场合一般采用间歇式炉。连续型操作的炉：连续型操作的炉：特点：炉内各点温度不随时间变化，而沿炉长方向分布；物料在炉内有节奏的连续运动，由一端进，另一端出。一般大规模、连续化生产的企业，使用连续作业炉。2.2.火焰炉热工理论的形成及发展：火焰炉热工理论的形成及发展：1911年，格日迈洛提出“炉气自然流动的倒河床理论19世纪30年代，塞米金等提出“能量原理”19世纪50年代，思林、格林科夫等人较全面地研究了炉内热工过程，提出了较全面的一套理论。他把炉子的工作按传热方式不同分为：辐射制度、对流制度和层状制度，从热交换出发对燃料的选择、燃烧过程、气流组织提

4、出相应的要求。3.3.燃料装置的燃料装置的基本要求：基本要求：在额定负荷下，保证燃料的合理燃烧和燃烧过程的稳定性能够组织火焰，使火焰具有一定的方向、形状、刚性等 具有足够的燃烧能力和负荷的调节性斯结构简单，使用方便，坚固耐用，与炉型相配合4.4.燃料管路系统方案：燃料管路系统方案：高位油箱供油系统油泵供油系统（a.非循环供油系统 b. 循环回路油系统：泵后回油循环系统、炉前回油循环系统、油嘴回油循环系统）1.1.在满足工艺要求的前提下，对热工设备的基本要求：在满足工艺要求的前提下，对热工设备的基本要求：有较高的生产率 保证良好的产品质量 燃料及其它能源消耗少，热效率高炉子砌筑、维修方便，材料消

5、耗少，使用寿命长 自动化程度高，劳动条件好对环境污染小，符合环境保护要求。2.2.热工设备的而主要组成结构：热工设备的而主要组成结构：炉膛和钢结构燃料燃烧系统排烟系统冷却系统附属设备3.3.炉膛：炉膛：是由炉墙、炉顶、炉底（包括基础）组成的封闭空间。4.4.炉墙包括三个部分：炉墙包括三个部分：内层-耐火材料中间层-绝热材料外层-钢板5.5.炉顶：炉顶：拱顶 适用于炉子跨度较小的场合 吊顶 适用于炉子跨度较大时（4m)6.6.钢结构的作用：钢结构的作用：维护炉体形状，承受部分重量安装炉门、燃烧器等炉子部件承受炉子砌体膨胀所产生的热应力。7. 7. 炉膛内形的确定，应从以下几方面加以考虑：炉膛内形

6、的确定，应从以下几方面加以考虑：工作性质（加热，熔炼）工作对象（形状，尺寸）有利于加热过程的实现，传热效率高结构简单，砌筑维修方便8.8.燃料燃烧系统包括：燃料燃烧系统包括：燃烧设备、燃料供给系统、空气供应系统。9.9.能源的选用原则：能源的选用原则：能够满足加热工艺要求（加热温度要求；加热工艺性质：加热、熔炼；生产规模，产品质量要求；生产操作：连续生产、间歇生产符合国家能源政策，当地能源供应状况具有较好的经济性，能源价格，燃烧设备投资等符合环保要求。1.1.空调供应系统的基本要求：空调供应系统的基本要求：与燃料供应系统相匹配，根据燃烧器的负荷合理的供应空气量应是每一个燃烧器前的空气压力均匀一

7、致，并能够随同负荷的变化，调节风量的大小2.2.排烟系统系统组成：排烟系统系统组成：从炉膛开始到烟囱出口，包括：排烟口、支烟道、调节阀、分烟道、总烟道、烟道闸板、排烟装置（风机或引射器）、烟气处理装置、烟囱3.3.排烟排烟系统的作用：系统的作用：排除燃料燃烧产生的烟气，保证炉子连续正常工作由排烟口的布置，合理组织炉内气体流动，使炉内温度分布、换热满足工艺要求（技术要求）通过烟道闸板控制炉膛压力，保证炉膛正常运行（炉膛压力应控制在微正压状态）4.排烟方式分类：排烟方式分类：按烟气流动动力来源分：自然排烟；机械排烟（a.直接式：排烟机 b.间接式：喷射器）按烟道布置方式分：上排烟：烟道布置在地面以

8、上；下排烟：烟道布置在地面以下5.冷却方式分为：冷却方式分为：水冷却汽化冷却6.空气冷却系统的特点：空气冷却系统的特点：优点：系统简单，操作灵活，空气无成本，容易实现。缺点：冷却风量大，风机能耗高；冷却强度比水冷低；冷却余热不容易回收；造成环境热污染，生产劳动条件差（热、噪声）7.7.炉子的炉子的附属设备包括：附属设备包括：热工测量仪表，自动控制系统，余热回收设备，装出料设备，炉门装置等。1.水冷却系统：水冷却系统：低温水冷系统：直接排放式、循环冷却式优点：系统简单，投资小，建造容易，建造容易，管理操作方便缺点：因受到水温度不允许汽化的限制，水的利用率低，耗水量大，余热不容易回收利用汽化冷却系

9、统基本原理：基本原理：水在冷却管内被加热到沸点，呈汽水混合物进入汽包，在汽包中使蒸汽和水分离。分离出来的水又重新回到冷却系统中循环使用，而蒸汽从汽包中引出可供利用。优点：用水量少，仅为低温水冷却的1/3；产生的蒸汽可以用于生产和生活，热利用率高缺点：系统结构比较复杂，设备制造与运行管理技术要求高2.气体及液体的共同点：气体及液体的共同点：共性：分子间内聚力小，不能保持一定的形状。不同点：液体一般情况下视为不可压缩物质，则气体为可压缩物质。因此，气体受温度，压力影响较大，液体则较小。气体的粘度随温度增大而增大，液体则随温度增加而减小。气体没有形状，会充满整个容器空间，液体在容器中有一个自由液面。

10、3.炉内气体的流动炉内气体的流动：位压头作用下的气体流动 射流作用下的气体流动4.射流射流：由管嘴喷射到大的空间并带动周围介质的流动。设管嘴截面积为F射，空间截面积为F空，则：F射F空， 称为自由射流； F射F空， 称为限制射流； F射=F空，称为管流。1.位压头作用下的气体流动主要问题位压头作用下的气体流动主要问题：炉内气体充满度问题：膛高度-气体分层现象，相比于射流作用的炉型应使炉膛高度低一些；炉膛宽度应控制在合理范围内；保证充足的燃料投入量，控制零压面在炉门底部。 炉内传热问题：科学布置排烟口位置，有效组织炉内气体流动；保持流通截面面积，使烟气具有一定的流动速度。2.分流定则：分流定则：

11、水平通道中气流分布气体在分通道内流量的分配与分通道的当量截面积成正比例。垂直通道中气流分布垂直通道中气流的分配，应使逐渐被冷却的热气体自上而下流动，而逐渐被加热的冷气体应自下而上流动。3.位压头的作用与流动方向有关位压头的作用与流动方向有关：若气流自上而下流动，H为正，对于热气体来说是负压头，若气体自下而上流动，H为负，对于热气体来说是正压头。4.射流与什么因素有关：射流与什么因素有关：回流区的大小，位置和旋转速度气体流动方向射流入口，出口位置射流主流的运动方向5.热平衡概念：热平衡概念：炉子热平衡是应用能量守恒原理，对炉子的能量分布和热能利用率进行考察和分析，为科学设计和科学管理提供依据，是

12、热力学第一定律在设备上的应用。abbabaFFVV1.气体循环的强烈程度与循环方向与下述因素有关：气体循环的强烈程度与循环方向与下述因素有关：限制空间的大小，主要是射出口截面与有限空间截面之比；射流喷出口位置：a.位于有限空间中央，有限射流上下对称，呈橄榄形，四周为回流区。 b.喷出口靠近下部，射流将整个贴附在底部，回流区全部集中在射流上部与有限空间的顶部之间。 射流喷出口与气流出口的相对位置：a.同侧：循环气流的流向与射流方向一致，得到加强，有利于气体的混合。b.异侧：循环气流在主流区的两边，阻力较大，循环较弱。 2 2. .射流的喷出压强及射流与壁面交角的影响：射流的喷出压强及射流与壁面交

13、角的影响：射流喷出的压力能越大，动能越大，惯性越大，可以带动回流区的气体越多，气体循环越强烈，射流与墙面交角会影响回流区的位置及回流区的大小。3.3.随循环倍率的增加，炉温均匀提高随循环倍率的增加，炉温均匀提高。4.4.炉气循环作用炉气循环作用：使炉膛保持温度均匀 满足加热工艺要求 节能作用5.5.炉气循环的节能作用：炉气循环的节能作用：采用炉气循环使低温烟气与高温烟气混合，达到加热工艺温度要求。采用炉气循环不仅可以满足加热工艺要求，而且低温烟气得到再利用，排烟热损失减少，节能效果显著6.6.热平衡的意义：热平衡的意义：新炉子设计时，通过热平衡计算得到燃烧消耗量B 对于正在运行的炉子，通过热平

14、衡测算出炉子热能利用指标（热效率）在技术改造时，由热平衡获取数据，有的方式地提出改进意见。1.热平衡术语和技术指标热平衡术语和技术指标常用术语：体系供给能量有效能量输入能量主要技术指标：生产率和单位生产率单位生产率燃烧消耗量能量利用率2.2.热平衡热平衡工作工作步骤：步骤：准备工作测试工作数据整理和热平衡计算根据计算结果进行技术分析，作出评价，提出存在的主要问题，提出改进方向和技术措施。3.3.炉体结构热工特性炉体结构热工特性对炉体的散热、蓄热能力、炉子的升温速率、炉膛温度的建立以及炉内换热，都有直接影响。4.4.炉温概念的说明：炉温概念的说明：通常所说的炉温是一个比较笼统、不十分确切的概念，

15、是一个多种因素综合的结果。与炉内换热的因素有关，是火焰、高温烟气、物料、炉膛、测温元件相互作用的结果。5.5.炉温炉温实际上是某测温装置在某一地点显示出特定环境下的综合温度。6.6.火焰炉炉内换热包括：火焰炉炉内换热包括：炉气辐射炉气对流，是综合传热过程。7.7.传热物质：传热物质：炉气，物料，炉壁。热流体高温炉气 受热体低温物料 中间体炉壁8.8.传热途径：传热途径：高温炉气物料 高温炉气炉壁物料9.9.炉内传热三种类型：炉内传热三种类型：均匀分布辐射热交换 定向直接辐射热交换 定向间接辐射热交换mgwgqq mgwgqq mgwgqq1.两种气体的相关方程这个公式就是冷、热两种气体并存时的

16、伯努利方程式，又称气体的压头方程式。它表明，对于热气体管流，由于流动产生压头损失（pw）,气体的总压头（位压头、静压头和动压头三者之和）沿流程不断减少。2.2.连续加热炉炉底压力曲线是怎么形成的：连续加热炉炉底压力曲线是怎么形成的：炉压沿炉长的分布是由前向后递增，总压差一般为20-40Pa。造成这种压力递增的原因，是由于烧嘴射入炉膛内的流股的动压头转变为静压头所致。炉膛内压力的调节手段，一是靠烧嘴的射流，射流的动量越大，炉压越大。炉压调节的另一种手段是依靠烟道闸板，降低闸板时增加烟气在烟道内的阻力，炉内压将升高，提起闸板时烟道阻力减小，抽力增大，炉内负压增加，由于炉子热负荷在不断变动，烟气量也

17、相应地变化。要保持炉内压力稳定，就要及时调整烟道闸板。w22g2221g11p+2w+p+g)-(H=2+p+)g-(H，一、一、气体通过炉门的溢气：气体通过炉门的溢气：由于沿炉门高度压力分布不同，不能用小孔气体流出公式，必须考虑沿炉膛高度压力分布对炉门溢气量的影响。 解：设炉门宽度为B，高度为H，在某一高度上取一小截面df，认为此截面上压力P相同，则通过此截面的流量为：dv = dfW 其中：df = Bdx，P= X(-)g，则有： 通过炉门总的气体流量： 二、热平衡热平衡分析：分析：1.有效吸热量： 2.热效率： 3.能量利用水平4.分析查找问题：从热平衡计算结果中不难看出：排烟热损失占

18、到31.8%，是最大热损失项，重点解决对象。由公式 看出：降低排烟温度的方法：a.冷却系统b.采用汽化冷却c.增加排烟管道的长度d.通过余热回收，多级利用；减少排烟量的方法：a.使用优质燃料b.改善燃烧方式c.保证有充足空气d.改进炉膛设计水冷热损失占18.8%，是损失中第二大项，解决方法：a.在保证冷却效果的前提下，减少水冷吸热量。b.采用节能冷却方式，余热回收。如汽化冷却。孔洞热损失，解决方法：a.增加炉体的严密性b.尽量降低孔洞开启时间。 )(22XPwdxXBdv)(2HHHBHdxXBdvdV00)(232)(2wwcyxQ-Q=q=Q%QQ=ggyxyyypytCBV=Q1.1.耐

19、火材料耐火材料：凡是能抵抗高温和高温下所产生的物理化学作用的材料，统称为耐火材料。2.2.耐火材料耐火材料分类（分类（按耐火度分）普通耐火材料，1580-1770度；高级耐火材料1770-2000；特级耐火材料，大于2000度。3.3.常用耐火材料常用耐火材料：粘土砖 高铝砖 硅砖 镁砖4. .散状耐火材料散状耐火材料：耐火混凝土 耐火可塑性 耐火纤维5.5.耐火材料选用原则耐火材料选用原则：满足工作条件中的主要技术要求：1）温度高低2）温度波动情况3）承受负荷情况 4）炉气的气氛 5）炉渣的性质 6）受力、摩擦等情况做到经济上合理：1）以旧带新，节省开支 2）在基本符合技术要求的情况下，应当

20、优先考虑使用低价格材料。6.6.绝热（保温）材料绝热（保温）材料：热容量小、热导率低的筑炉材料。特点：密度小、重量轻，抗压强度低、怕潮湿和水，一旦吸水，绝热效果大大降低。7.7.耐火纤维优点耐火纤维优点：重量轻 绝热性能好 热稳定性好 化学稳定性好 容易加工8.8.绝热材料使用原则绝热材料使用原则：绝热材料要符合使用温度条件 与接触的材料不要发生化学反应 负荷不要加在材料上 外部要加保护层，防止破坏或受潮进水。9.耐火度：耐火度：耐火材料在高温下抵抗融化的性能指标10.高温结构的强度：高温结构的强度：表征耐火制品对高温和菏重同时作用的抵抗能力11.热稳定性（耐急冷急热性）：热稳定性（耐急冷急热

21、性）：耐火制品抵抗温度急剧波动而不破坏的性能12.抗渣性（化学稳定性）：抗渣性（化学稳定性）：耐火材料在高温下抵抗熔渣作用而不破坏的能力均匀分布辐射热交换：均匀分布辐射热交换： 1.传热特点传热特点炉膛内炉气均匀分布，温度均匀一致，黑度相同，炉气向物料和炉壁的辐射热流相等。传热量： 根据传热公式， 推导得到辐射热交换公式： 式中：C综合辐射换热系数；Tg炉气平均温度；Tm物料平均温度；Am辐射换热面积 分别表示绝对黑体、气体、炉壁、物料的黑度。由上式可以看出：炉壁温度Tw对与辐射传热量qf成正比，即炉壁内表面温度Tw愈高，炉内辐射热交换热流qf愈大。炉气黑度g对辐射传热量qf的影响，由下图看出

22、：炉气辐射能力对辐射传热的影响， 随炉气黑度的增加而增大炉壁辐射能力，在g0.3时呈现增大趋势，在g =0.3时达到最大值，随将后逐渐减小当g0.3时，炉壁辐射传热量随g的增大而减小可以看出，较高的Tw可以获得较大的qf。因此，炉壁内表面温度的高低是辐射热交换强弱的标志。2.2.对燃料及燃烧的要求对燃料及燃烧的要求重要依据：在保证达到工艺所要求的炉温前提下，能够获得较多的火焰黑度及均匀的温度分布。 固体燃料层状燃烧 液体燃烧重油 低压 气体燃料天然气，石油液化气，无焰燃烧不能实现。mgwmgfqqqq)1 (AmTTCQmg)100()100(44fmwg、03.炉气的组织炉气的组织通过燃烧器

23、型式选择、燃烧器的数量及分布、排烟口的布置等因素来实现。4.应用此种传热方式，适宜加热尺寸较大或较厚物料。 高温火焰炉锻造轧钢、热处理炉。定向直接辐射热交换：定向直接辐射热交换：高温区靠近物料，炉气向物料的传热量大于向炉壁的传热量。建立简单模型：将炉气按温度高低分为上下两层 TaTb根据定义：a、b均匀辐射热交换 c定向直接 d定向间接1.传热特点温度分布及炉气黑度分布不均匀高温区靠近物料表面炉气向物料的辐射热流大于向炉壁的辐射热流。a层炉气向物料的辐射热流： b层炉气向物料的辐射热流：炉气向物料总的辐射热流为： 炉气向炉壁总的辐射热流为：辐射热流差值：因为TaTb,所以q0 可以看出，Ta、 g愈大，q愈大，定向辐射愈强烈。此情况下，炉壁温