热处理燃烧炉

关于热处理燃烧炉第1页，课件共54页，创作于2023年2月第六章

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。

第2页，课件共54页，创作于2023年2月6.1燃料炉的基本类型及特点分类固体燃料炉液体燃料炉气体燃料炉第3页，课件共54页，创作于2023年2月热处理燃料炉的基本结构热处理燃料炉的基本类别和特点

固体燃料炉通常指煤炉，这种炉子通常有较大的燃烧室。煤与空气难混合均匀，燃烧常不完全，容易产生黑烟，热效率低

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

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控制

热处理燃料炉的基本结构形式

第4页，课件共54页，创作于2023年2月第5页，课件共54页，创作于2023年2月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：5000×2500×1500；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；客户提供参数第6页，课件共54页，创作于2023年2月第7页，课件共54页，创作于2023年2月第8页，课件共54页，创作于2023年2月燃烧炉的主要设计步骤：①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；②确定基本尺寸，确定炉底面积；③确定砌体材料及厚度；④确定钢架结构和钢材的规格型号；⑤确定燃料消耗量；⑥计算燃烧所需空气量和生成烟气量；⑦排烟口、烟道、烟囱等设计和鼓风机的选择；⑧炉门升降机构和装、出料机构及其控制系统；⑨设计炉前管路等辅助设施。6.1燃料炉的基本类型及特点

第9页，课件共54页，创作于2023年2月6-3燃料消耗量计算一热平衡计算法热量收入项燃料燃烧的化学热Q烧

预热空气和燃料带入的物理热Q空、Q燃热量支出项加热工件的有效热量Q件加热辅助件所需的热量Q辅。加热可控气氛所需的热量Q控通过炉衬的散热损失Q散。通过开启炉门的辐射损失Q辅。通过开启炉门或炉墙缝隙的溢气热损失Q溢

砌体的蓄热损失Q蓄，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Q传，以加热过程中每小时平均热损失计算。废气带走的热量Q废；其它热损失Q它第10页，课件共54页，创作于2023年2月燃料炉的热效率根据热平衡

Q件＝Q烧+Q控+Q燃-Q废-Q失式中，Q失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6-3燃料消耗量计算第11页，课件共54页，创作于2023年2月经验统计数据计算法

根据单位热耗指标计算燃料消耗量热处理炉的单位热耗q指加热1kg工件炉子所消耗的总热量，其值也等于1kg工件加热到要求温度所需的有效热q效除以炉子的热效率

因此炉子所需的热量Q和燃料消耗量B等于

式中，p为生产率(kg/h)，p0为炉子单位面积的生产率[kg/(m2h)]；A为有效炉底面积(m2)；Q低为所采用燃料的低发热量(kJ/kg或kJ/m3)第12页，课件共54页，创作于2023年2月

燃料及燃烧计算燃料的类型及选择燃料的类型及选择第13页，课件共54页，创作于2023年2月燃料燃烧的计算计算内容

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第14页，课件共54页，创作于2023年2月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第15页，课件共54页，创作于2023年2月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22.4×10-3m3/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分解第16页，课件共54页，创作于2023年2月燃料燃烧的计算例：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第17页，课件共54页，创作于2023年2月燃料燃烧的计算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ρ0和重度γ0的

第18页，课件共54页，创作于2023年2月燃料燃烧的计算一、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、煤气烧嘴无焰烧嘴有焰烧嘴高速烧嘴第19页，课件共54页，创作于2023年2月第20页，课件共54页，创作于2023年2月第21页，课件共54页，创作于2023年2月热处理燃料炉的燃烧装置

燃料燃烧过程

燃料燃烧过程包括混合，活化和燃烧三阶段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。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。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。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第22页，课件共54页，创作于2023年2月热处理燃料炉的燃烧装置气体燃料燃烧装置(烧嘴)动力燃烧，若可燃气体与空气在燃烧前已完全混和状态的燃烧为动力燃烧。扩散燃烧，若可燃成分与空气预先未完全混合，而在燃烧过程中边混合边燃烧，这时的燃烧过程则主要取决于可燃气与空气的混合扩散过程，在这种情况下的燃烧，称为扩散燃烧。燃烧装置

内混式烧嘴(无焰烧嘴)第23页，课件共54页，创作于2023年2月6-3燃料消耗量计算第24页，课件共54页，创作于2023年2月一、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

第25页，课件共54页，创作于2023年2月

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。

第26页，课件共54页，创作于2023年2月三.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

第27页，课件共54页，创作于2023年2月一、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

第28页，课件共54页，创作于2023年2月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燃料燃烧计算第29页，课件共54页，创作于2023年2月

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n＝Ln/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燃料燃烧计算第30页，课件共54页，创作于2023年2月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燃料燃烧计算第31页，课件共54页，创作于2023年2月一、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燃料消耗量计算第32页，课件共54页，创作于2023年2月一、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燃料消耗量计算第33页，课件共54页，创作于2023年2月一、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BVn

；（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燃料消耗量计算第34页，课件共54页，创作于2023年2月一、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＝（1.3～1.5）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B＝Q/Q低2.根据炉底热强度（E）计算燃料消耗量B＝FE/Q低6.3燃料消耗量计算第35页，课件共54页，创作于2023年2月一、经济技术指标

1.炉子的热效率（η）

表示炉子的热能利用情况，是评价炉子的主要指标。

η=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5％～25％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0.1～0.5范围内。6.4燃料炉的经济技术指标及提高热效率途径第36页，课件共54页，创作于2023年2月二.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第37页，课件共54页，创作于2023年2月

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

第38页，课件共54页，创作于2023年2月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第39页，课件共54页，创作于2023年2月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第40页，课件共54页，创作于2023年2月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第41页，课件共54页，创作于2023年2月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第42页，课件共54页，创作于2023年2月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第43页，课件共54页，创作于2023年2月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”，甚至有爆炸的危险第44页，课件共54页，创作于2023年2月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。

第45页，课件共54页，创作于2023年2月6.5热处理燃料炉的燃烧装置第46页，课件共54页，创作于2023年2月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。第47页，课件共54页，创作于2023年2月根据教材图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第48页，课件共54页，创作于2023年2月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。第49页，课件共54页，创作于2023年2月三.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