工业炉窑设计规范

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1、工业炉窑设计规范　　篇一：工业炉窑热工作的指导原则　　工业炉窑热工作的指导原则　　工业矿窑是指在工业生产中的一种封闭式的热工设备，视体系内受热物料（原材料、半成品、成品）完成工艺过程的不同可分为冶金、化工、机械、玻璃、陶瓷、建材等用炉。评价炉窑工作的主要指标是：生产率高，产品质量到达工艺要求；热利用率高，单位产品能耗低；使用寿命长，砌筑材料消耗少；机械化、自动化程度高；基建投资少、布局合理；环境污染少。　　工业炉窑的发展是同人类利用金属的文明联系在一起的。早在中国商代，就能利用地炉冶炼出大型青铜器。18世纪以来，西欧（英、

2、葡、西班牙、荷兰）国家随着航海、机械以及贸易业的发展，冶金工业的热工设备——冶金炉也就相应得到发展。到20世纪中叶，冶金炉朝着大容量、组合连续式、高质量和高效率的方向迈进。　　工业炉形成系统的热工理论始于本世纪初。它的理论基础是一般的气体力学、燃烧学和传热学。1911年格日迈洛（）提出了炉子的水力学原理。50年代初，思体（）、格林科夫（.HKoB）、季奥米多夫斯基等人，较全面地研究了炉内燃烧、气体流动和传热等过程。1959年，格林科夫提出了炉子的一般原理。他把炉子的工作制度分为三类：辐射制度、对流制度和层状制度。1956年

3、，季奥米多斯基提出在近代有色冶金的炉膛中进行的主要过程包括：物料和产物的物理化学变化，燃烧热或电热的产生，流体介质的运动，气、固、液相中发生的内部及外部的热交换。　　我们在吸收国外先进科技理论思想的同时，通过近40年的科研与教学工作，总结并提出了“工业炉窑综合热工理论及优化设计原则”。　　1.工业炉窑热工基本过程与原理　　炉（窑）膛内热工作通常包括五个过程：　　燃料燃烧或电热转换过程　　气、固、液态燃料或混合燃料与氧化剂（空气、富氧空气或纯氧）充分混合后在稳定的反应区进行燃烧放热，燃烧区温度的高低取决于单位燃烧空间或单位体

4、积可燃混合物内所含热量总值多少，燃烧供热的能力取决于燃烧消耗量，燃料与氧化剂混合速率以及着火前沿面的大小与温度高低。电能转换成人是借电流通过电阻元件发热，电流通过炉料本身发热，电弧发热，电阻电弧发热，感应发热，等离子体或电子束轰击被家人表明发热。　　炉内气体（或炉体）流动过程　　炉气通常是载热体或反应剂，其流动的路线与速度大小对传热、传值和燃烧反应速度（率）都有重要影响。炉气流动类型有管流、渗滤流、喷射流、循环（搅混）流等。在简单条件下，其流场可按动量传递原理，汇成源的强度以及边值条件用数值方法求解纳维-斯托克斯方程，麦克

5、斯方程（对电磁流动）。对流，还应附加描述流粘度的若干补充方程（如单方程模型，K-e双方程模型）。　　炉料机械运动过程　　炉料运动的原动力有四种：重力或浮升力（如竖炉内物料下降运动及熔炼炉池的自然对流运动）；外加机械力（如转动、把动、推动、步进跳动等）以及电磁力（如感应炉的熔融金属的搅拌效应,铝电解槽内熔体循环流与液面的波动等）。组合适当的炉料运动是强化传热与传质、加速化学反应所必须的动力学调节之一，否则将加速炉衬的破坏，缩短炉体寿命，不利于炉渣贫化，降低炉窑技术经济指标。固体炉运动特性可用相似模型或现场测试等手段进行观察。

6、熔融物料的运动用流体力学或电磁流体力学数值计算方法作近似描述。　　炉内传热及传质过程　　载热体通过传导、对流、辐射或三者综合方式传热给炉料，与此同时，热量也以同样方式被传给炉墙、炉顶或炉底，继而向炉体周围空间散失。可用经（或实）验公式或数值计算方法求得温度发布与传热速率。传质过程虽不存在辐射方式，但其他两种方式即传导（分子传递）与对流（流体微团传递）作用与传热中是类同的，数学表达式也基本相同。　　炉（窑）料物理—化学变化过程　　又称炉窑内的工艺过程，如干燥、焙烧、烧结、熔炼、精炼及高纯提炼等是炉窑各种热工过程效果的综合体现

7、。归根到底，炉窑的结构设计、热工控制与生产操作等都是围绕着强化工艺过程，并创造最佳热力学与动力学条件，使之实现“高产、优质、低耗、长寿、易控、省资、无污染”的目标。　　炉窑内各种热工过程之间的关系也可用网络图给予描述：　　图1工业炉优化设计网络图　　网络图的核心是工艺过程，它是炉窑内各种热工过程的交织点，彼此之间有机协调、相互制约，最终达到综合强化工艺过程之最佳效果。　　2工业炉窑优化设计原则　　通常所谓的工业炉窑设计是指用文字和图纸来表达人们对新炉型构思与旧炉型改造的具体表现形式。　　传统的设计方法在很大程度上带有经验性

8、，习惯于采用类比与仿形的格式，按经验公式进行计算；考虑问题多从静态、单一参数与局部的环节上着想，缺乏动态、宏观、多变量的整体概念；在实践——实验——逐步放大的办法进行探索，故速度慢、效率低、缺乏宏观指导性。　　随着科学技术的进步，工业炉窑的设计已逐步走向现代化、科学化、理论化，形成所谓“四论”的特点，即