工业炉与保温技术

《工业炉与保温技术》课程论文

课题名称热工理论在工业炉窑中的应用

学生姓名肖渐知

学号0841127392

系、年级专业机械与能源工程系

08级热能工程专业

2011年9月15日

热工理论在工业炉窑中的应用

摘要：工业炉窑的发展与生产工艺密切相关。为发展新型无机材料及其各类复合材料，目前在科研工作中也发展了一些规模较小的各种炉子，如常见的无压烧结马弗炉、气氛烧结炉（氮化炉，炭化炉）、热压烧结炉、气压炉和热静压炉。由于在试验中烧结式样体积较小，炉膛尺寸也较小，因此在产品的产量和能耗方面也很少顾及。但是，一旦试验产品试制成功而进入产业化阶段，就要全面考虑经济效益和社会效益等问题。全面掌握热工理论是控制，改进，设计。提高工业窑炉效率的的关键。如降低制品热耗，提高传热速率，减少热损失，窑内气体运动合理，减少气体穿越物料的阻力损失，保证燃料在炉内的充分燃烧问题。

关键字：热工理论、工业炉窑、应用。

引言：工业炉窑是利用工业生产中用燃料燃烧或电能转换产生的热量，将物

料或工件进行冶炼、焙烧、烧结、熔化、加热等工序的热工设备。在我国以煤为主的能源结构下，工业炉窑是主要污染排放源之一，也是耗能大户。据统计，目前我国各种工业炉窑（不包括锅炉）约有11 万台，其中燃煤工业炉窑约有六万多台，分布在电石、铁合金、钢铁、建材、有色金属等高耗能、高污染行业，地域分布较广，主要分布在华北、西北和西南等地区。工业炉窑应用于国民经济的各行各业，量大面广。我国大部分工业窑炉在炉型结构、燃烧系统、余热利用、绝热材料、热工检测、自控、微机应用及环保等方面都比较落后，而且我国工业炉窑容量大多偏小，造成能源浪费，同时环境污染严重。目前我国电石、铁合金、钢铁、化工、建材、有色等主要耗能行业的工业炉窑余热利用率仅在5%左右，并且以烟气余热或直接燃烧制取蒸汽为主要利用方式，有效利用率不足40%，没有达到真正的能源综合利用，并且排放出大量的CO2，温室效应严重。我国污染严重、能源紧缺的问题，最根本的是要依靠科技进步，走出传统节能减排方法的老路。工业炉窑节能环保行业起步于节能环保密闭矿热炉技术和产品的研究开发，逐渐向炉窑尾气净化和综合利用成套技术延伸。目前我国工业炉窑密闭生产技术正取代落后的开放式、内燃式的生产方式，逐渐成为行业的主流技术。工业炉窑密闭式生产技术的快速发展使工业高温尾气净化和回收利用成为可能，实现循环经济的理念，适应低碳时代的需要。现在，行业内优势企业已经形成了工业炉窑节能环保系统解决方案，将多项关键技术进行系统集成，全面提高工业炉窑清洁生产和尾气循环利用的技术水平。未来，充分开发工业炉窑余能余热循环利用技术，拓宽应用领域，适应更多行业节能减排的需求，将成为工业炉窑节能环保行业技术发展的方向。学好热工理论，充分的把它与实际工业炉窑结合起来，必将在即将到来的节能减排中崭露头角。

正文：热工理论知识的应用无时无处不在，它的影响几乎遍及现代所有的工业部门，也渗透到农业、林业等许多技术部门中。可以说除了极个别的情况以外。

很难发现一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。不仅传统工业领域，像能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机械以及食品、轻工、纺织、医药等要用到许多传热学的有关知识，而且诸如航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等很多高新技术领域也都在不同程度上有赖于应用传热研究的最新成果，并涌现出像相变与多相流传热、(超)低温传热、微尺度传热、生物传热等许多交叉分支学科。在某些环节上，传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素

㈠在传统工业和农业领域中的应用

自从18世纪30年代发明近代动力机械以来，人类的生产力出现了质的飞跃，生产水平跨上了一个个新的台阶。随后的蒸汽轮机、内燃机乃至燃气轮机的陆续应用则更使能源的转换和利用技术达到了前所未有的崭新阶段。这个进程至今仍在继续当中。传热学科的建立与发展、不断完善和提高是与上述过程相伴而行的。

这样说并不意味着传热学只服务于能源动力工业。事实上，能源动力工业只是传热学科起家的地方，也是它表现的主要舞台之一。现代化大型火力发电站的锅炉部件一般要经受近20 MPa和上千摄氏度的火焰高温，蒸汽轮机也要经受大致相同的压力和540℃左右的温度。近十年来，由于耐高温的铁素体钢的研制成功，所谓超级超临界档次的火力发电机组已经陆续投入运行，其蒸汽参数甚至达到了31—34MPa和600℃左右，并且还具有快速起停和参与电网调峰的能力。核电站的反应堆及主蒸发器除了经受一定的温度、压力以外，还要受到高通量的中子辐射。为了提高能源利用水平，必须不断强化炉内各传热表面与燃气、烟气间的换热。核反应堆中则要强化燃料体元件与载热剂之间的换热。在需要隔热的地方必须尽量减少热泄漏。要做到这些都必须正确运用传热学的基本原理。

石油及化工、冶金、建筑一向是工业领域中的耗能大户，其主要工艺过程都涉及到加热或者冷却。我国在这些行业里单位产量或单位产值的能耗是发达国家的数倍。设备陈旧，工艺落后和管理水平低是造成这种状况的基本原因，共中很多问题都与传热有直接关系。

在化学和石油化学工业领域内，使用着大量各式各样的传热和传质设备。从一定意义上说，该领域是换热设备门类最齐全、形式最多的一个行业。许多化工工艺流程中都包含各种加热器和冷却塔，还有一些化学反应本身就是生热或吸热过程。在稠油的“热采”，原油的炼制和油品的远距离输送以及化纤、化肥的生产工艺中，传热都是非常关键的因素。因为油自身物理性质的关系，它的对流换热表面传热系数往往比较低，所以强化油侧的对流换热具有非常大的经济效益。化工传热过程往往具有如下一些基本特点：(1)参与换热的介质成分多而复杂，一般都在三四种以上；(2)常常与传质过程结合在一起；(3)经常涉及多相流(汽液、气固、液固，甚至汽液固三相)和非牛顿流体。

冶金工业的总能耗占全国工业总能耗的大约15％，其中炼铁、轧钢和有色金属的电解冶炼等是耗能最多的部门。冶金工业中存在大量高温加热或燃烧过程，