05 加热炉的生产率和热效率

为了方便比较和评价炉子工作，通常将热量的收支各项及其在总热量中 所占的比0～15 0～25 1～5 0～20
热支出 出炉废气带走热 化学不完全燃烧热 机械不完全燃烧热 砌体散热
KJ/h
％
燃料化学热
燃料物理热 空气物理热 金属氧化放热 金属物理热
Q1
二、炉膛对流给热的分析 炉气以对流方式传给金属的热量 Q=α (tg-tm) Am 在高温炉中，如一般钢坯的加热炉，辐射传热占主要的地位，对 流所占的比例小得多，大约只有5%。但是在低温炉中（700～800℃ 以下），辐射传热大大减弱，如在540℃时的辐射给热量不及1200℃ 时的1/10，这时对流起着主要作用。 当气体与固体表面发生对流换热时，由于固体表面附近有层流边 界层，边界层内的传热只是传导，热阻较大，要强化对流给热，必须 减小边界层的热阻。加大流速是使边界层厚度减小的根本措施。为此， 出现了称为喷流加热（或冲击加热） 在中低温的炉子内，加强对流换热的方法是借助与鼓风机或风扇， 加强炉气的循环流动。例如带钢退火的罩式炉内，带钢成卷放在罩内 加热与冷却，即使带钢卷得很紧，层与层之间仍有气隙，加热速度很 慢，但如果把带钢卷用框架架空，让热量也能沿轴向传递，并在内罩 引入可控气氛安装风扇，进行强制循环，则加热时间都可以大大缩短。
5.3 炉子热平衡
编制炉子热平衡，对于炉子设计和管理都是不可缺少的。在设计中 可以通过热平衡计算，确定炉子的燃料消耗量；在工作中的炉子，也可 以根据实测数据编制热平衡，来检验炉子的热效率。 热平衡的编制对于连续操作的炉子（如连续加热炉），是按单位时 间来计算的，单位是KJ/h；对于间歇操作的炉子（如一些室状炉），可 以按一个周期来计算。 热平衡包括热量的收入和支出。 一、热量的收入 ①燃料的化学热 Q=BQ低用 B－－燃料消耗量，Kg/h或Kg/m3 ② 空气预热带入的物理热 Q=BC燃t燃 ③空气预热带入的物理热 Q=BnL0C空t空 ④金属氧化放出的热量 Q=5652Ga G－－炉子产量；a－－金属烧损率 ⑤金属带入的物理热 Q=GC金t金
二、热量的支出 ①金属加热所需的热 Q = G ( H2-H1 ) ②出炉废气带走的热 Q= BVnC废t废 ③燃料的化学不完全燃烧热损失
Q BV n ( Q CO p co 100 QH PH
2 2
...）
100
④燃料的机械不完全燃烧损失
Q=KBQ低用
K－－机械不完全燃烧系数
⑤经过炉子砌体的散热损失
Q2 Q3 Q4 Q5
70～100 金属加热所需热
Q1’
Q2 ’ Q3 ’ Q4 ’ Q5 ’
10～50
30～80 0.5～3 0.2～5 2～10
炉门及孔的辐射热
炉门及孔逸气的热 水冷构件的吸热 其它热损失 热收入总和 ∑Q收入 100 热支出总和
Q6’
Q7 ’ Q8 ’ Q9 ’ ∑Q支出
0～4
0～5 0～15 0～10 100
5.4 加热炉的燃耗和热效率
加热炉的燃耗和热效率，是评价炉子加热工作的重要指标。
一、单位燃料消耗量
单位燃料消耗量，是指加热单位质量产品所消耗的燃料量。由于燃 料的发热量不同，不便于比较，因此常用单位燃耗的概念来表示。
b BQ G
低
(kJ/h)
有时也把燃耗折算成标准燃料消耗量，即每单位质量产品所用标准燃料
P 1000 G A G 炉子的小时产量， A －－炉底布料面积。 t / h；
加热炉是服务于轧机的， 一般炉子的设计产量总要稍大 于轧机的产量，以免经常出现 不能及时供给热坯的待热现象。
二、影响炉子生产率的因素
1. 炉型结构的影响 加热炉总的发展趋势是向大型化、多段化、机械化、自动化方 向发展。 旧炉型的改造一般要从以下方面着手：①扩大炉膛，增加产量； ②改进炉型尺寸，使之更合理，加快钢的供热，提高炉子的生产率 ； ③减少炉子的热损失。如采用耐火可塑料包扎水管、采用无水冷滑轨 等。 2. 燃烧条件和供热条件 ①热负荷（炉子的供热强度，KJ/h)增大，产量必然增大； ②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，缩短预热段使废气出炉温度相应 提高
Q C gwn [( Tg 100 ) (
4
Tm 100
) ]
4
g (1 g )[ m g (1 m )]
一、炉膛辐射热交换分析 ①金属的黑度（εm）不是人们可以控制的因素，无法通过它去影响 炉子Cgwm； ②由图3-26可以明显地看出，在εg＝0.4以下，随炉气黑度的增 长，到来辐射系数值明显增加，但εg>0.4， εg对Cgwm影响越 来越小。一般炉子条件下，燃烧天然气、重油、烟煤时都是辉 焰，所以不必考虑如何提高炉气黑度去影响炉膛热交换。
三、提高炉子热效率降低燃耗的途径 1. 减少出炉废气从炉膛带走的热量 ①在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽可能地降低空气消耗系 数，以提高燃烧温度，减少废气量； ②要注意炉子的密封问题，控制炉底微正压，防止吸入冷风，增 加烟气量并降低温度；
③要控制合理的废气温度。在生产率、热效率和单位燃耗之间，有 一个合理热负荷的问题，这个特征如图所示。 2. 回收废热用以预热空气、煤气； 3. 减少冷却水带走的热量； 5. 加强管理与合理调度。 4. 减少砌体散热；
第五章 加热炉的 生产率和热效率
铜 陵 学 院
5.1 加热炉的生产率
一、炉子的生产率
单位时间内所加热出来的温度达到要求的金属锭或金属坯的产量 称为炉子生产率。其单位为：t/h。 对于连续加热炉和大多数室状炉，单位生产率指每平方米布料 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） 也称为炉底强度，它是炉子最重要的生产指标之一。
Q 3 . 6 ( t1 t 2 ) A s1 s2
1

2
... 0 . 06
⑥炉门及开孔的辐射热损失 Q=qAψ ψ－－炉门开启时间的比例 q－－单位面积炉门向外辐射的热量 ⑦炉门及开孔逸气的热损失 Q=V0tC ⑧炉子水冷构件的吸热损失 Q=G水（H’－H） 这些项目有的可以计算，有的则很难计算，只能作大致的估算。 三、热平衡方程和热平衡表 根据能量不灭原则，热收入各项的总和应等于热支出各项的总和。 即 ∑Q收入＝ ∑Q支出
③角度系数φ对Cgwm也有影响，实际上φ的变化不大，一般在0.3～
0.5。
④金属受热面积； ⑤平均辐射温压
( Tg 100 ) (
4
Tm 100
)
4
连续加热炉炉气温度和金属温度的变 化如图所示。 钢坯入炉温度tm’和出炉温度tm’’，取决 于具体条件和加热工艺要求，变化的余 地不大，对炉子生产率难以施加多少影 响。因此影响因素只剩下燃烧温度tg’和 废气温度tg’’ 废气温度越高，平均辐射温压越大， 金属获得的差额热量也越大。生产上提 高废气温度一靠加大热负荷，二是减少 炉膛散热损失。但是废气温度越高，带 走的热量越多，炉子的热效率降低
b BQ
低
(Kg 标准燃料
/h)
29270 G
一些常见的钢加热炉的燃耗指标参见表5-3
二、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

金属加热所需的热 燃料燃烧的化学热 100 %
一般加热炉的热效率大致的波动范围如下： 均热炉 η ＝30～40%； 室状炉 η ＝20～40%； 连续加热炉 热处理炉 η ＝30～50%； η ＝5～20%；
③提高热负荷的一个重要先决条件是必须保证燃料完全燃烧； ④应当注意改进燃烧装置。 3. 钢料入炉条件 ①所加热的钢坯越厚，所需的加热时间越长，炉子生产率越低； ②为了提高生产率应设法增加钢坯的受热面积； ③钢料入炉温度越高，加热时间越短，炉子生产率越高，所以应 设法提 高炉子的热装比； 4. 工艺条件的影响
在制定加热工艺时，要考虑选择合理的加热温度、加热速度和温 度的均匀性。
热处理工艺多半要求有严格的升温速度与冷却速度，此外为了相 变的需要，常常要有保温时间，所以热处理炉生产率都比较低。
5.2 炉膛热交换的分析
金属在炉膛辐射热交换中所得到的热量为：
C gwn 5 . 67 g m [1 (1 g )]