一般认为,工业原材料在冶炼、加工或成品的制造过程中,为实现预期的物理变化或化学所需要的加热装置,统称为
高温炉。
作为一种更重要的热工设备,高温炉广泛应用于物料的焙烧、干燥、熔化、熔炼、加热和热处理等各种生产过程中,不仅数量众多,而且种类繁多。高温炉工作的好坏将直接关系到产品的产量、质量、能耗、成本和环境污染等多项技术经济指标,因而在各工业部门的生产中都占有重要的地位。
对高温炉的基本要求是:产品的质量和产量首先要满足要求;然后或其他能源的消耗要低;建炉投资和运行费用要低;使用寿命长;操作人员的生产条件要好;污染物的排放量要符合环保的要求。一座好的高温炉应尽可能同时满足上述各项要求。为保证产品的质量,要准确的控制炉内的温度和气氛,选择合适的筑炉材料,高温炉的生产能力必须与生产过程所要求的产量相适应,为了节约燃料,在高温炉的设计和操作中,必须重视热量在炉膛内的充分利用,并要充分回收余热。为了降低建炉的投资和运行的费用,应提高高温炉单位容积(或炉底面积)的生产能力,简化高温炉结构。高温炉的废气、废水、废渣中往往含有有害物质,必须采取措施,使各种有害物质的排放量不超过国家或地区的规定标准。
高温炉按工艺用途分,有冶金工业中的各种冶炼炉、加热炉、热处理炉,机电工业中的锻造炉、干燥炉、热处理炉,陶瓷工业中的隧道窑、各种玻璃熔炼炉、热处理 炉,石化工业中的焦化炉、加热炉、裂解炉,环保工业中的废料焚烧炉,建材工业中的水泥窑等。按热源分,有煤气炉、油炉、煤炉、电炉;按热工制度及操作方式分,有恒温炉、周期炉及连续炉等。按结构形式分,由于涉及各个行业,更是不胜枚举。由一于高温炉所涉及的工艺过程繁多,我们可以通过掌握高温炉的基本原理来学习高温炉设计的基本方法。
虽然高温炉的范畴如此之宽,涉及的工艺过程如此众多,但作为高温炉,热源向物料的传热是一个基本过程,侮一个高温炉都会有此过程。因此,要使高温炉的工作达到“优质、高产、低消耗、少污染”的基本目标,除了掌握正确的工艺操作之外,还必须要有合理的炉体结构予以保证。 高温炉的 设计从来都离不开工艺而单独进行。设计人员在设计时,首先必须根据工艺的要求进行设计,使高温炉能够满足工艺制度所规定的要求。而从能源角度看,高温炉又 是国民经济中的耗能人户。因此,如何提高高温炉热效率,合理使用一次能源,充分而有效地回收并利用二次能源,在当今能源紧缺的形势下,更显出其必要性。在 高温炉的设计中,所有降低能耗的有效措施,都应力图采用。
高温炉设计的目的是参考现有炉型,以热工理论为指导,设计出结构更完善的炉体结构,优秀的设计者不应是现有高温炉的抄袭者,而应该是把现有高温炉变成更新、更完善的高温炉的创造者,对已定型的有成熟经验的高温炉,有时设计时不进行理论计算,而是凭经验数据直接确定加热时间或者通过选用有效炉底强度,从而确定出高温炉的基本尺寸,这样不仅简单易算,而且排除了理论计算时因各种系数或参数选取不当而造成的误差,这种方法稳妥可靠,但当设计新炉型或采取特殊的温热制度时,可参考的经验不足,而理论计算恰好能把高温炉的热交换条件和物料加热时间联系起来,反映出高温炉的热工特点,所以对新炉型和采用特殊温热制度的高温炉,理论计算是必须的。对一般连续加热炉,理论计算虽然只具有一定的参考价值,但是作为一种设计方法,特别是科技水平快速发展的今天,理论计算法仍然相当重要,即使是凭经验设计,也是在专业理论的基础上,广泛采纳国内外先进经验,进行优化设计并加以改进。
高温炉的结构和热工操作的变动,会影响炉内的热工过程。而热工过程的变动又会影响高温炉的生产指标。人们的目的是提高生产指标,但人们所能直接规定或操纵的因素,既不是热工过程参数,也不是生产指标,而是结构和操作参数,因此高温炉的结构和操作之间,必须相互适应,各热工过程之间也必须相互配合,同时,各生产指标之间也要相互关联.
一座新的高温炉的性能好坏将直接影响其生产质量和能源消耗,而原始设计合理与否将起决定性的作用,设想一座设计不合理的高温炉,势必显得先天不足,即使以后操作调整,也难以达到理想的境界,而一座设计合理的高温炉,加上操作人员的精心管理,则如虎添翼,定能创造出良好的技术经济指标,作为设计者,设计出技术先进、结构合理完善的高温炉,则是首要任务。
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