退火炉热工知识

传热与传质、燃料及燃烧、（气体动力学）、热工设备、热工仪表及控制

1.燃料的发热量（热值）

定义：单位质量/体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量（一般室温25℃）。

依据燃烧产物中水蒸气（包括燃料中所含水生成的水蒸气和燃料中的氢燃烧时生成的水蒸气）的不同形态，分为两种发热量：高温发热量、低位发热量

高位发热量（高位热值）：燃料完全燃烧，燃烧产物中的水蒸汽全部凝结为液态水时所放出的热量

低位发热量（低位热值）：燃料完全燃烧，燃烧产物中的水蒸汽仍以气态存在时所放出的热量。

即它们的区别仅是：水的状态不同，25℃水的汽化热2440‐2500KJ/kg

实际燃烧时，因温度很高，燃烧产物中的水蒸气均以气态形式存在，不可能凝结为水，故一般所测定的为低位发热量（低位热值）。

天然气的发热量（低位热值）一般为8000～8500×4.18KJ/Nm3

提问：

燃料的热值如何定义？通常所说的某种燃料的热值是什么意义？

2.基本传热方式

传热是由温度差引起的。只要有温度差存在，热量就会自发地从高温物体向低温物体转移。

传热有三种方式：对流、导热、辐射

在预热段低温区，以对流传热为主；在高温区，以辐射传热为主。

提问：

基本的传热方式有哪几种？

在加热炉的不同温度区间，产品与热气流的传热方式各有什么特点？

3.气体燃料燃烧的基本条件

（1）有燃料（如天然气）

（2）有空气（助燃风）

（3）达到着火温度－燃烧所需的最低温度

提问：

气体燃料燃烧的基本条件是什么？

4.气体燃料燃烧的过程

（1） 混合－燃料与空气的混合

（2） 着火

（3） 燃烧

提问：

说一说气体燃料燃烧的过程

5.依据燃气与空气的混合情况，分为三种燃烧方法

（1） 长焰燃烧－燃气和空气在燃烧器内不混合，喷出后靠扩散作用进行边混合边燃烧，火焰长。

（2） 短焰燃烧－燃气在燃烧器内与部分空气（一次空气）混合，喷出后燃烧并进一步与二次空气混合燃烧，火焰较短

（3） 无焰燃烧－燃气与空气在燃烧器内（或进燃烧器前）完全混合，在燃烧器内（或喷出后）燃烧，火焰短而透明，几乎无火焰。

依据燃气与空气的混合情况，气体燃料的燃烧分为哪三种方法，各有什么特点？

6.燃烧的几个概念

（1） 完全燃烧：燃料中的全部可燃成分在空气充足的情况下达到完全氧化，燃烧产物中没有游离的C及CO、H2、CH4等可燃成分。

（2） 不完全燃烧：燃料中的可燃成分没有完全氧化，燃烧产物中尚存在一些可燃成分，如游离的C及CO、H2、CH4等。

（3） 空气过剩系数：燃料完全燃烧需要供应一定量的空气。根据燃烧化学反应方程式计算出来的单位燃料完全燃烧时所需的空气量为理论空气量。实际供应的空

气量一般大于理论空气量，称为实际空气量。实际空气量与理论空气量的比值

称为空气过剩系数（α）。一般气体燃料的空气过剩系数为1.05~1.15 （4） 火焰的气氛：根据燃烧产物的气氛性质，燃料燃烧的火焰有氧化焰、还原焰、中性焰之分。

氧化焰－空气过剩系数α＞1。燃烧产物中不含可燃成分如CO等，有过剩的

氧；

还原焰－空气过剩系数α＜1。燃烧产物中含可燃成分如CO等

中性焰－空气过剩系数α＝1.燃烧产物中没有过剩的氧，也没有可燃成分。理

论上中性焰的温度最高。

提问：

什么是空气过剩系数？

燃烧气氛分哪几种？如何划分？空气过剩系数与燃烧气氛有什么关系？

空气过剩系数与燃烧温度有什么关系？

7.影响实际燃烧温度的因素

（1） 燃料种类：与燃料热值及燃烧的产物量有关，热值越高、燃烧产物量越低，燃烧温度越高。

（2） 燃料和助燃空气的温度：它们的温度越高，直接带入的显热越多，可提高燃烧温度。

（3） 空气过剩系数：适当的空气过剩系数，可以保证有较高的燃烧温度。一般α略大于1（过小，不完全燃烧；过大生成的烟气量多，会使燃烧温度降低） （4） 助燃风中氧气的浓度：提高氧气浓度，将使燃烧产物减少，可以提高燃烧温度。

（5） 炉体散热状况及炉内产品传热速度。

提问：

空气过剩系数与燃烧温度有什么关系？

影响加热炉实际燃烧温度有哪些因素？

使用气体燃料时，能否提高助燃空气或燃气的温度？对燃烧有什么影响？可以采用哪些方式提高燃气/助燃空气的温度？

8.关于NOx

烟气中的氧化氮通称NOx，以N2O、NO、NO2、N2O4多种氮的氧化物存在，主要为NO2和NO。一般环保排放基准中涉及的NOx均指NO和NO2

来源：

（1） 热力NOx－高温时空气中的氮与氧化合形成NO，进一步氧化形成NO2 其生成速度与下列因素有关

A．与燃烧温度有关。当燃烧温度低于1400℃时热力NOx生成速度较慢，当温度高于1400℃反应明显加快（炉温不均匀时，局部高温会产生大量的NOx）。

B．与空气过剩系数有关。氧浓度增加，NOx生成量也增加。当出现15％的过

量空气时，NOx生成量达到最大：当过量空气超过15％时。由于NOx被稀

释，燃烧温度下降，反而会导致NOx生成减少。

C．与烟气在高温区的停留时间有关。停留时间越长，NOx越多。这是因为在窑炉燃烧温度下，NOx的生成反应还未达到平衡，因而NOx的生成量将随烟气

在高温区的停留时间增长而增加。

（2） 燃料NOx－燃料中的氮，在燃烧时与空气中的氧化合，生成NO和NO2。

燃料氮转化为NOx量主要取决于空气过剩系数，空气过剩系数降低，NOx的生

成量也降低，这是因为在缺氧状态下，燃料中挥发出来的氮与碳、氢竞争不足

的氧，由于氮缺乏竞争能力，而减少了NOx的形成。

减少NOx的措施（举例）

（1） 降低火焰峰值温度，在保证燃烧完全的情况下减少空燃比，缩短燃烧气体在高温区域中滞留的时间。

（2） 尽量使燃气完全燃烧，使之生成CO2和H2O，减少烟气中碳氢化合物的含量。

（3） 优化燃烧器结构，使燃烧温度均匀，避免火焰局部高温；采用较低的空气过剩系数即可实现完全燃烧。

（4） 采用新型的燃烧技术，如脉冲燃烧技术、高温空气燃烧技术、富氧燃烧技术等。

脉冲燃烧技术是近年来开发的一项行之有效的降低NOx的技术，烧嘴采用间断燃

烧的方式，一旦工作，就处于满负荷状态。当需要升温时，烧嘴燃烧时间加长，

间断时间减少；需要降温时，烧嘴燃烧时间减少，间断时间加长。通过调节燃

烧时间的占空比实现窑炉的温度控制，燃料流量可通过压力调整预先设定，无

需在线调整，即可实现空气过剩系数的精确控制。故脉冲燃烧技术传热效率高、

能耗低、炉内温度场均匀性好，这些均有利于减少NOx的生成。

提问：

NOx是国家限排的废气，工业窑炉废气中的NOx，一般来源于哪些哪里？

请说出几种工业窑炉NOx的有效减排措施，并说明理由

9.炉子热效率

工件或物料加热时吸收的有效热量与供入炉内的热量之比，称为炉子的热效率

10.炉用风机类型

一般采用离心式通风机，包括引风机和鼓风机等。

锅炉引风机－如排烟风机等，抽排窑炉烟气

离心鼓风机－吸入环境空气，加压后作为助燃风、冷却风等。

11.绝对压强和相对压强

按基准点不同，气体的压强有两种表示方法：绝对压强和相对压强

绝对压强：以绝对真空为起点。用P表示

相对压强：以周围环境大气压强为起点。各种测压仪表测得的气体压强为相对压强，所以相对压强又称表压。用Ps表示，环境压强用Pa表示

它们的关系：Ps＝P－Pa

12.炉压

测量的炉压为相对压强。用Ps表示

Ps＞0：窑压为正压，表示炉内气体的压强大于环境大气压。炉内气体会从孔洞溢出 Ps＝0：窑压为零压。表示此处炉内气体压强等于环境大气压（零压位）。

Ps＜0：窑压为负压。表示炉内气体压强小于环境大气压。周围空气会从孔洞吸入炉内。