加热炉技术经济与性能指标和环保分析

阎俐明

摘要：加热炉是油田耗能的主要设备，其热效率的高低直接影响着油田的经济效益。油田加热炉加热效率普遍偏低，排烟热损失严重。本设计目的是减小热能损耗，提高燃料的利用率，改善工作环境。初步介绍了加热炉炉底的分类和各种加热炉的优缺点，对各种结构进行了比较和评价。详尽的设计了加热炉炉底机械的构造和负载数据。对液压系统、轴类零件进行了强度校核和测算分析。对加热炉的安装做了具体的说明。最后对设计方案的可行性进行了经济分析。

关键字：加热炉、环保、技术经济

1. 加热炉的生产率

1.1炉子的生产率

单位时间内所加热出来的温度达到规定要求的金属锭或金属坯的产量称为炉子生产率。生产率有很多表示方法，如t/h、t/d、kg/h，最常用的是t/h。

更比较不同炉子的生产率，则采用单位生产率。对于连续加热炉和大多数室状炉，单位生产率指每平方米炉底布料面积上每小时的产量，单位是kg/(m2•h)。加热炉的单位生产率（P）也称炉底强度，或钢压炉底强度，它是炉子最重要的生产指标之一。

1.2影响炉子生产率的因素

（1）炉型结构的影响

炉子型式，炉体各部分的构造、尺寸、炉子所用的材质，附属设备的结构等，都属于炉型结构方面的因素。炉型结构设计应当合理，砌筑质量应当合格。炉型结构对生产率的影响很大，提高生产率可以从以下几个方面着手考虑。

①采用新的炉型

②改造就炉型a扩大炉膛，增加装入量；

b改进爐型和尺寸；

c减少炉子热损失。

（2）燃烧条件和供热强度的影响

热负荷增大以后，炉子的温度水平提高，向金属传热的能力加强，产量必然提高。由下式的分析可以清楚的看到这一点。

连续式加热炉提高供热强度的重要措施是增加供热点，扩大加热段和提高加热段炉温水平，缩短预热段使废气出炉温度相应提高。

提高热负荷的一个重要的先决条件是必须保证燃料的完全燃烧，如燃料在炉内有20%不能燃烧，炉子产量将降低25%~30%。

为了提高热负荷或改善燃烧条件，应当注意改进燃烧装置。有的炉子生产率不高，是由于烧嘴能力不足或者烧嘴结构很不完善，如雾化质量太差或混合不好，这时就要改进烧嘴。炉子向大型化发展后，炉长炉宽都增加了，如何保证炉内温度均匀，与炉子生产率和产品质量都有密切关系。为此出现了多种新型烧嘴，位置也由端烧嘴发展到侧烧嘴、炉顶烧嘴，分散了供热点，改善了燃烧条件和供热条件，有效的提高了炉子生产率。

2. 炉子热平衡和燃料消耗量

2.1炉子的热效率

炉子的热效率，指加热金属的有效热占供给炉子的热量的百分率，即

一般加热炉的热效率大致的波动范围如下：

均热炉

连续加热炉

室状加热炉

热处理炉

2.2单位燃料消耗量

单位燃料消耗量，是指加热单位质量（每1t或每1kg）产品所消耗的燃料量。使用气体燃料的，能好单位用m3/t表示，使用固体燃料或液体燃料的，用kg/t表示。

由于燃料的发热量不同，不便于比较，因此经常用单位消耗的概念来表示，即

或

式中G——炉子产量，kg/h；

B——炉子燃料消耗量，kg/h或m3/h。

有时也把燃耗折算为标准燃料消耗量，即每单位质量产品所用标准燃料

对于间歇作业的炉子，往往是用炉底热强度来表示燃料消耗量，即

、

式中A——炉底面积，m2。

统计炉子的燃耗或热耗有两种办法，一种是按炉子正常生产情况每小时平均，即小时燃料消耗量除以平均小时产量；另一种是按月或按季度平均，即以这一时期内燃料的总消耗量，除以所有合格产品的产量。前者可直接说明炉子热工作的好坏，后者除和炉子热工作好坏有关外，还和作业率、停炉次数、产品合格率、燃料损失等相因素有关。对炉子进行热工技术分析时，应采用前一种统计得出的能耗指标。

3. 加热炉的节能途径

3.1减少出炉废气从炉膛带走的热量

各类加热炉中，出炉废气从炉膛带走的热量占总热支出的30%~80%，是热损失中最主要的一项。

在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽可能降低空气消耗系数，以提高燃烧温度，减少废气量。但如果空气量不足，不仅燃耗不能降低，而且恶化了炉膛热交换。

要注意炉子的密封问题，控制炉底压力在微正压水平，防止冷空气吸入炉内，增加炉子烟气量并降低燃烧温度。

要控制合理的废气温度。废气温度越高，废气带走的热量越多，热效率越低。但废气温度太低，炉内的平均炉温水平降低，炉内热交换恶化，加热太慢，炉子生产率下降。因此正确的途径应该是保持有较高的生产率，合理的废气温度，至于废气所含的任良应采取回收的措施，以提高热效率降低燃耗。

3.2回收废热用以预热空气、煤气

炉子排出的废气所携带的热量，可以通过多种途径加以回收，其中最主要的是用以预热空气及煤气，因为等于把热量又重新带回了炉膛，可以直接提高炉子的热效率，降低燃料消耗量。从热能利用的方法看，也可以利用余热来生产蒸汽，供发电或其他用途。

3.3减少冷却水带走的热量

冷却水带走的热量，通常要占炉子热支出的13%~15%，甚至更高。为了减少冷却水带走的热量，采用的措施有：（1）减少不必要的水冷却面积；（2）进行水冷管的绝热包扎；（3）采用汽化冷却；（4）采用无水冷滑轨。

3.4减少炉子砌体的散热

减少砌体散热的主要措施是实行绝热。采用轻质耐火材料和各种绝热材料，可以有效的减少通过砌体传导损失的热。对于间歇操作的炉子，采用轻质材料还可以减少砌体蓄热的损失。

3.5加强炉子的热工管理与调度

炉子热耗高几热效率低往往不是技术方面的原因，而是管理与调度的不善造成。例如炼钢铸锭与均热炉配合不好，降低了炉子的热装比及热锭温度。又如加热炉与轧机配合不好，钢坯在炉内待轧，也造成燃耗增加和热效率、生产率降低。因此，应使炉子保持在额定产量下均衡地操作，并实现各项热工参数的最佳控制。

4. 结论

综上所述，虽然加热炉在节能和技术改革方面取得了较大的成绩，但还未登上最高峰。只要我们不断地开发新技术，客服制约，局限节能的因素，就可以更上一层楼。

5. 参考文献

[1]濮良贵，纪明刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]张波.步进式加热炉炉体设备安装要点[J].冶金自动化,2010 (2):315-319.

[3]刘鸿文.材料力学（上）[M].北京:高等教育出版社,2004:73-279.