工業(yè)爐的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
工業(yè)爐是工業(yè)生產(chǎn)中利用燃料的燃燒熱或電能的轉(zhuǎn)化來加熱材料或工件的熱力裝置。工業(yè)爐的主要組成部分是工業(yè)爐砌體、工業(yè)爐排煙系統(tǒng)、工業(yè)爐預(yù)熱器和工業(yè)爐燃燒設(shè)備。
工業(yè)爐砌筑
砌筑功能在加熱或冶煉過程中對工業(yè)爐施加高溫負荷，減少熱損失，抵抗化學(xué)腐蝕并賦予其特定的結(jié)構(gòu)強度，以保證爐內(nèi)的熱交換過程。
砌體由防火層和隔熱層組成。為保證砌體的強度和氣密性，采用鋼結(jié)構(gòu)（稱為爐架）將砌體固定在砌體周圍。耐火層由規(guī)定尺寸的標準耐火磚制成，能承受直接的高溫載荷和機械沖擊，以及爐氣或熔液的化學(xué)侵蝕。
砌體磚縫通常相互交錯，在一定距離內(nèi)留有適當尺寸的伸縮縫。砌筑用耐火泥的化學(xué)成分和熱學(xué)性能必須與耐火磚相適應(yīng)，并具有適合施工要求的稠度和可塑性。
耐火層的外側(cè)為絕熱層，用于使耐火層隔熱，以減少爐壁內(nèi)的熱量損失，降低爐壁外表面溫度。通常使用低密度和低導(dǎo)熱率的標準隔熱磚或棉和毛氈等紡織材料。
工業(yè)爐排煙系統(tǒng)
工業(yè)爐排煙系統(tǒng)是利用煙囪或機械設(shè)備將工業(yè)爐爐膛內(nèi)的煙氣從爐內(nèi)排出的系統(tǒng)。在工業(yè)爐的正常使用中，排煙順暢是一個重要條件。如果排煙不暢，爐內(nèi)壓力會升高，大量煙氣會通過爐膛周圍的縫隙逸出，影響爐膛的熱損失和爐膛內(nèi)氣流的均勻分布。它降低了爐子的溫度均勻性，惡化了操作環(huán)境。
煙道系統(tǒng)由吸收煙霧的煙道裝置和排出煙氣的煙道組成。常用的排煙裝置有煙囪（圖1煙囪排煙系統(tǒng)）、引風機或噴射管（圖2機械煙囪排煙系統(tǒng)）。
煙囪排放的煙氣是依靠流入煙囪的熱煙密度產(chǎn)生的浮力來克服煙道阻力的，該浮力低于煙囪外空氣的密度。煙氣也可以通過感應(yīng)風機排出?；蛘撸部梢詫娚涔馨惭b在煙氣系統(tǒng)的特定部位，利用高速噴射氣產(chǎn)生的負壓將煙氣排出。煙囪排氣不耗電，排氣溫度不受限制。如果煙阻很高，工業(yè)爐間歇運行，可以采用引風機或噴射管排煙。噴射管有利于去除熱煙氣，而引風機則有利于去除冷煙氣。
煙囪分為磚煙囪、混凝土煙囪和鋼煙囪。有兩種類型的煙道：地下煙道和架空煙道。地下煙道以磚塊為主，架空煙道宜采用鋼板內(nèi)襯耐火材料。
提高煙囪高度，增加煙道出口煙氣流量，以減少煙氣對環(huán)境的污染或在煙道內(nèi)安裝預(yù)熱器以節(jié)約能源。需要制作。大于該地區(qū)的最大風速，或至少每秒3米，以防止煙氣中的有害氣體和煙霧擴散到地面。
工業(yè)爐預(yù)熱器
利用工業(yè)爐排出的煙氣的廢熱加熱燃燒空氣和氣體燃料的裝置。工業(yè)爐安裝預(yù)熱器后，可以通過熱回收節(jié)省燃料，輕松提高爐溫，提高加熱速度。工業(yè)爐預(yù)熱器可分為熱交換式和蓄熱式兩種。
1、換熱預(yù)熱器
熱交換預(yù)熱器有兩種類型：金屬預(yù)熱器和陶瓷預(yù)熱器。它們都是利用從爐膛排出的煙氣的廢熱，通過輻射熱交換和對流熱交換的方式加熱預(yù)熱器的壁面，然后以同樣的方式流過壁面的空氣或氣體加熱。
金屬預(yù)熱器的壁具有很高的導(dǎo)熱性，壁很薄，壁不透氣，空氣可以預(yù)熱到600°C左右，使其成為一種廣泛使用的預(yù)熱器。陶瓷預(yù)熱器的壁面導(dǎo)熱系數(shù)低，但可以承受更高的煙氣溫度，甚至可以將空氣預(yù)熱到600°C左右。
1920年代初期，鑄鐵管狀或針狀預(yù)熱器主要用于工業(yè)爐。自 1940 年代以來，主要使用鋼管預(yù)熱器（圖 1a）、圓柱形輻射預(yù)熱器（圖 1b）和噴嘴。帶有預(yù)熱器的塊預(yù)熱器（圖 1c）和嵌入鑄鐵塊中的鋼管。
預(yù)熱器中的煙氣和空氣流動方式可分為順流、順流和錯流三種。從提高傳熱性能的角度考慮，采用逆流方式提高預(yù)熱溫度較好，但從降低壁溫和延長預(yù)熱器使用壽命的角度考慮，采用下游方式；下游和上游之間.射流預(yù)熱器有自己的流動方式，預(yù)熱后的氣體通過內(nèi)管上密密麻麻的小孔高速釋放，沖刷外管的換熱面，賦予流體邊界層湍流特性。
蓄熱式預(yù)熱器
蓄熱體（上圖）是蓄熱式預(yù)熱器，是用耐火磚砌成的方格磚體。為使空氣能連續(xù)預(yù)熱，爐內(nèi)必須裝有兩臺蓄熱器，各處于蓄熱或預(yù)熱工作狀態(tài)。
傳熱過程如下：煙氣被引入蓄熱器，煙氣中的一些熱量被格子磚吸收（蓄熱）。 10-30分鐘后，煙氣將自動關(guān)閉。相反，引入換向裝置并引入空氣?？諝馔ㄟ^磚體的蓄熱而被加熱（預(yù)熱）。此外，在 10 到 30 分鐘后，關(guān)閉空氣并引入煙道氣。這是一個反轉(zhuǎn)循環(huán)。加熱爐所用蓄熱器可將空氣預(yù)熱至600-700℃，壽命長。
工業(yè)爐燃燒設(shè)備
一種在以燃料為熱源的工業(yè)爐中實現(xiàn)燃料燃燒過程的裝置。根據(jù)火焰爐的加熱要求，各種燃燒裝置需要保證：
(1)確認燃料在規(guī)定的熱負荷條件下完全燃燒。
(2)燃燒過程穩(wěn)定，可連續(xù)向爐內(nèi)供熱。
(3)火焰的方向、形狀、剛度和蔓延的容易程度滿足爐型和加熱工藝的要求。
(4)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，易于維護。
由于不同燃料的燃燒過程不同，燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)也不同。燃燒器可分為氣體、液體和固體燃料幾種類型。
1、氣體燃料燃燒裝置
它的主要功能，通常稱為燃燒器，是將氣體和空氣按特定比例和特定混合條件送入爐膛進行燃燒（也可在燃燒器內(nèi)燃燒），滿足爐膛加熱過程的火焰要求。根據(jù)燃燒器內(nèi)燃氣與空氣的混合情況，分為火焰燃燒器和非火焰燃燒器。
火焰燃燒器的特點是燃氣與空氣不混合或僅部分混合，噴入爐內(nèi)后邊混合邊燃燒，所以火焰長，輪廓清晰。使用火焰燃燒器時，增強燃燒和組織火焰的主要手段是將氣體和空氣分成若干小流，使氣體和空氣流以特定的角度交叉等。它是改變混合條件氣體和空氣?；蚴褂眯D(zhuǎn)裝置加速氣流和加速混合。圖 1 顯示了一個帶有單管的燃氣燃燒器。
無焰燃燒器的一個特點是燃氣和空氣在燃燒器內(nèi)混合均勻，從燃燒器噴出后可立即燃燒?；鹧婧芏?，沒有清晰的火焰輪廓。工業(yè)窯爐常用的無焰燃燒器為噴射式燃燒器（圖2），由于氣體的射流作用，直接從大氣中吸入所需的助燃空氣，在混合管內(nèi)混合均勻，然后與耐火.混合。燃燒反應(yīng)在形成的燃燒通道內(nèi)完成。
1960年代以來，出氣速度在100m/s以上的高速燃燒器、圓盤形火焰的平架式燃燒器、燃燒器和預(yù)熱器、排氣口相繼問世，以滿足新型加熱工藝的需要。煙氣裝置構(gòu)成一個集成的自預(yù)熱燃燒器。還開發(fā)了低氮氧化物燃燒器等多種新型燃燒設(shè)備，以減少有害氣體NOX對環(huán)境的污染。
2、液體燃料燃燒裝置
通常稱為油嘴或噴嘴。由于燃油必須先噴灑再燃燒，因此燃油噴嘴除了具備典型燃燒裝置的基本性能外，還必須具備優(yōu)良的噴灑能力，以保證燃油的完全燃燒。按噴射方式可分為低壓噴嘴、高壓噴嘴、機械噴嘴、轉(zhuǎn)杯噴嘴，其中低壓噴嘴和高壓噴嘴應(yīng)用廣泛。
低壓噴嘴采用全部助燃空氣作為噴射介質(zhì)，根據(jù)氣流的動量進行噴油。噴霧粒徑為80-100微米，氣壓一般為2940-7840帕，燃燒時火焰一般為600-1400毫米。
高壓噴嘴采用蒸汽或壓縮空氣作為噴射介質(zhì)，壓力一般高達（3-12）×105 Pa。由于噴霧介質(zhì)壓力高，噴霧速度為聲速，所以高壓噴嘴的噴霧能力低于低壓噴嘴的噴霧能力，油嘴強，噴霧粒度可達到20-30微米，燃燒空氣和相應(yīng)的氣流引導(dǎo)設(shè)備應(yīng)增加輸送通道。
3、固體燃料燃燒裝置
在使用固體燃料的工業(yè)爐中，一般采用塊煤層燃燒法和煤粉噴射燃燒法。采用塊煤層燃燒法的燃燒裝置稱為燃燒室，分為人工煤燃燒室和機械煤燃燒室。塊煤由人工或機械堆放在爐排上，助燃空氣從爐排底部通過煤層到達爐排頂部，完成燃燒反應(yīng)。圖 3 顯示了帶有往復(fù)式爐排的機械煤燃燒室。
煤粉噴射燃燒法是將煤粉粉碎成50～60微米的粒徑，向爐內(nèi)噴入空氣，在移動過程中通過煤粉燃燒器完成燃燒反應(yīng)，形成特定火焰的方法。