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退火爐熱工知識

2019-11-26

傳熱與傳質、燃料及燃燒、(氣體動力學)、熱工設備、熱工儀表及控製
1.燃料的發熱量(熱值)
定義:單位質量/體積的燃料完全燃燒,當燃燒產物冷卻到燃燒前的溫度時所放出的熱量(一般室溫25℃)。
依據燃燒產物中水蒸氣(包括燃料中所含水生成的水蒸氣和燃料中的氫燃燒時生成的水蒸氣)的不同形態,分為兩種發熱量:高溫發熱量、低位發熱量
高位發熱量(高位熱值):燃料完全燃燒,燃燒產物中的水蒸汽全部凝結為液態水時所放出的熱量
低位發熱量(低位熱值):燃料完全燃燒,燃燒產物中的水蒸汽仍以氣態存在時所放出的熱量。
即它們的區別僅是:水的狀態不同,25℃水的汽化熱2440‐2500KJ/kg
實際燃燒時,因溫度很高,燃燒產物中的水蒸氣均以氣態形式存在,不可能凝結為水,故一般所測定的為低位發熱量(低位熱值)。
天然氣的發熱量(低位熱值)一般為8000~8500×4.18KJ/Nm3
2.基本傳熱方式
傳熱是由溫度差引起的。隻要有溫度差存在,熱量就會自發地從高溫物體向低溫物體轉移。
傳熱有三種方式:對流、導熱、輻射
在預熱段低溫區,以對流傳熱為主;在高溫區,以輻射傳熱為主。
3.氣體燃料燃燒的基本條件
(1)有燃料(如天然氣)
(2)有空氣(助燃風)
(3)達到著火溫度-燃燒所需的低溫度
4.氣體燃料燃燒的過程
(1)混合-燃料與空氣的混合
(2)著火
(3)燃燒
5.依據燃氣與空氣的混合情況,分為三種燃燒方法
(1)長焰燃燒-燃氣和空氣在燃燒器內不混合,噴出後靠擴散作用進行邊混合邊燃燒,火焰長。
(2)短焰燃燒-燃氣在燃燒器內與部分空氣(一次空氣)混合,噴出後燃燒並進一步與二次空氣混合燃燒,火焰較短
(3)無焰燃燒-燃氣與空氣在燃燒器內(或進燃燒器前)完全混合,在燃燒器內(或噴出後)燃燒,火焰短而透明,幾乎無火焰。
6.燃燒的幾個概念
(1)完全燃燒:燃料中的全部可燃成分在空氣充足的情況下達到完全氧化,燃燒產物中沒有遊離的C及CO、H2、CH4等可燃成分。
(2)不完全燃燒:燃料中的可燃成分沒有完全氧化,燃燒產物中尚存在一些可燃成分,如遊離的C及CO、H2、CH4等。
(3)空氣過剩係數:燃料完全燃燒需要供應一定量的空氣。根據燃燒化學反應方程式計算出來的單位燃料完全燃燒時所需的空氣量為理論空氣量。實際供應的空氣量一般大於理論空氣量,稱為實際空氣量。實際空氣量與理論空氣量的比值稱為空氣過剩係數(α)。一般氣體燃料的空氣過剩係數為1.05~1.15
(4)火焰的氣氛:根據燃燒產物的氣氛性質,燃料燃燒的火焰有氧化焰、還原焰、中性焰之分。
氧化焰-空氣過剩係數α>1。燃燒產物中不含可燃成分如CO等,有過剩的氧;
還原焰-空氣過剩係數α<1。燃燒產物中含可燃成分如CO等
中性焰-空氣過剩係數α=1.燃燒產物中沒有過剩的氧,也沒有可燃成分。理論上中性焰的溫度高。
7.影響實際燃燒溫度的因素
(1)燃料種類:與燃料熱值及燃燒的產物量有關,熱值越高、燃燒產物量越低,燃燒溫度越高。
(2)燃料和助燃空氣的溫度:它們的溫度越高,直接帶入的顯熱越多,可提高燃燒溫度。
(3)空氣過剩係數:適當的空氣過剩係數,可以保證有較高的燃燒溫度。一般α略大於1(過小,不完全燃燒;過大生成的煙氣量多,會使燃燒溫度降低)
(4)助燃風中氧氣的濃度:提高氧氣濃度,將使燃燒產物減少,可以提高燃燒溫度。
(5)爐體散熱狀況及爐內產品傳熱速度。
8.關於NOx煙氣中的氧化氮通稱NOx,以N2O、NO、NO2、N2O4多種氮的氧化物存在,主要為NO2和NO。一般環保排放基準中涉及的NOx均指NO和NO2
來源:(1)熱力NOx-高溫時空氣中的氮與氧化合形成NO,進一步氧化形成NO2其生成速度與下列因素有關
A.與燃燒溫度有關。當燃燒溫度低於1400℃時熱力NOx生成速度較慢,當溫度高於1400℃反應明顯加快(爐溫不均勻時,局部高溫會產生大量的NOx)。
B.與空氣過剩係數有關。氧濃度增加,NOx生成量也增加。當出現15%的過量空氣時:當過量空氣超過15%時。由於NOx被稀釋,燃燒溫度下降,反而會導致NOx生成減少。
C.與煙氣在高溫區的停留時間有關。停留時間越長,NOx越多。這是因為在窯爐燃燒溫度下,NOx的生成反應還未達到平衡,因而NOx的生成量將隨煙氣在高溫區的停留時間增長而增加。
(2)燃料NOx-燃料中的氮,在燃燒時與空氣中的氧化合,生成NO和NO2。燃料氮轉化為NOx量主要取決於空氣過剩係數,空氣過剩係數降低,NOx的生成量也降低,這是因為在缺氧狀態下,燃料中揮發出來的氮與碳、氫競爭不足的氧,由於氮缺乏競爭能力,而減少了NOx的形成。

減少NOx的措施
(1)降低火焰峰值溫度,在保證燃燒完全的情況下減少空燃比,縮短燃燒氣體在高溫區域中滯留的時間。
(2)盡量使燃氣完全燃燒,使之生成CO2和H2O,減少煙氣中碳氫化合物的含量。
(3)優化燃燒器結構,使燃燒溫度均勻,避免火焰局部高溫;采用較低的空氣過剩係數即可實現完全燃燒。
(4)采用新型的燃燒技術,如脈衝燃燒技術、高溫空氣燃燒技術、富氧燃燒技術等。脈衝燃燒技術是近年來開發的一項行之有效的降低NOx的技術,燒嘴采用間斷燃燒的方式,一旦工作,就處於滿負荷狀態。當需要升溫時,燒嘴燃燒時間加長,間斷時間減少;需要降溫時,燒嘴燃燒時間減少,間斷時間加長。通過調節燃燒時間的占空比實現窯爐的溫度控製,燃料流量可通過壓力調整預先設定,無需在線調整,即可實現空氣過剩係數的控製。故脈衝燃燒技術傳熱效率高、能耗低、爐內溫度場均勻性好,這些均有利於減少NOx的生成。
9.爐子熱效率工件或物料加熱時吸收的有效熱量與供入爐內的熱量之比,稱為爐子的熱效率
10.爐用風機類型一般采用離心式通風機,包括引風機和鼓風機等。
鍋爐引風機-如排煙風機等,抽排窯爐煙氣
離心鼓風機-吸入環境空氣,加壓後作為助燃風、冷卻風等。


退火爐

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