工业炉热工性能分析

在工业生产中，利用燃料燃烧产生的热量，或者将电能转化成热量对工件或物料进行加热的设备，称为工业炉。锅炉也是一种工业炉，但习惯上把锅炉和其他一些能源转换设备，如焦炉、煤气发生炉等不包括在工业炉范围内。

反映炉子热工性能的主要参数是：炉子装载量、炉子生产能力、炉子生产率、单位热耗、炉底热强度与炉子热效率等。

1.炉子装载量

每一加热周期内，一次可装入炉内的工件或物料质量，称为炉子装载量，单位为t。对于干燥炉，一次装入炉内的物料（砂箱、砂型、砂芯等）体积占炉室容积的百分数，称为炉子填充率。炉子装载量或填充率代表了炉子负荷量大小，也是计算炉体结构及基础承载能力的因数之一。

2.炉子生产能力

对于加热炉和热处理炉，按单位时间计算的炉子加热能力，称为炉子生产能力，单位为kg/h；对于冲天炉则习惯称为炉子熔化率，单位为t/h。炉子升温速度越快，则生产能力越高。

3.炉子生产率

对于加热炉和热处理炉，按单位时间、单位炉底面积计算的炉子加热能力，称为炉子生产率，单位为kg/（m²·h）；对于冲天炉则习惯称为炉子熔化强度，单位为t/（m²·h）。炉子装载量越大，升温速度越快，则炉子生产率越高。一般情况下，炉子生产率越高，则加热每千克工件的单位热量消耗也越低，所以要降低能源消耗，首先应该满负荷生产，尽量提高炉子的生产率。

4.单位热耗与炉底热强度

在一个加热周期内，加热每千克工件所消耗的热量，称为工件的单位热耗，单位为kJ/kg。单位热耗与炉子生产率相乘即为炉底热强度，单位为kJ/（m²·h）。利用单位热耗与炉底热强度指标可较为准确地计算炉子燃料消耗量。要降低燃料消耗量除应满负荷生产、尽量提高炉子生产率以外，还要减少炉子砌体的蓄热和散热损失、水冷构件热损失、各种开口辐射热损失、逸出炉外烟气和吸入炉内冷空气造成的热损失，以及离炉烟气带走的热损失等。

5.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，用式（1-1）表示

式中 η——炉子热效率（%）；

Q_y——工件或物料吸收的有效热量；

Q_g——供入炉内热量；

Q_s——各项损失热量之和。

炉子的有效热量与加热工艺有关，不同炉子有效热量Q_y（单位：kJ/h）计算式如下：

（1）对于间歇式炉

Q_y=G（c_ct_c-c_rt_r） （1-2）

式中 G——炉子生产能力（kg/h）；

t_c、t_r——工件出炉与入炉时温度（℃）；

c_c、c_r——工件出炉与入炉时的平均比热容[kJ/（kg·℃）]^[1](www.xing528.com)

（2）对于连续式加热炉　钢材在炉内的高温段升至最高加热温度，然后以较低温度由均热段出炉，此时

Q_y=G（c_jt_j-c_rt_r） （1-3）

式中 c_j——钢材最高加热温度时的平均比热容[kJ/（kg·℃）]；

G——炉子生产能力（kg）；

t_j——钢材的最高加热温度（℃）。

（3）对于熔化炉

Q_y=G[c_g（t_r-t_g）+R+c_y（t_c-t_r）] （1-4）

式中 G——炉子熔化率（kg/h）；

c_g、c_y——物料在固态和液态下的平均比热容[kJ/（kg·℃）]；

t_g、t_r、t_c——物料入炉、熔化和出炉温度（℃）；

R——物料的熔化热（kJ/kg）。

（4）对于干燥炉

Q_y=Gc（t_c-t_r）+g（h_t-h_r） （1-5）

式中 G——被干燥物料干态质量（kg/h）；

c——物料平均比热容[kJ/（kg·℃）]；

t_c、t_r——物料出炉与入炉温度（℃）；

g——水分蒸发量（kg/h）；

h_c——出炉温度下水蒸气比焓（kJ/kg）；

h_r——入炉温度下水的比焓（kJ/kg）。

连续式炉比间歇式炉的热效率高，因为连续式炉的生产率高，而且是不间断工作的，炉子工作处于稳定状态，没有周期性的炉墙蓄热损失。还由于炉内带有一个预热炉料区段，烟气部分余热为冷工件所吸收，降低了离炉烟气温度，从而使离炉烟气带走的热损失减少。提高炉子热效率的基本措施是：尽可能连续生产和满负荷工作，要设置预热器对助燃空气和燃料进行预热以回收烟气余热，采用低热容和低热导率的轻质或超轻质耐火材料以减少炉墙蓄、散热损失。

为了提高炉子的热工性能，除必须根据工艺要求、预热器及炉用机械形式、燃料及燃烧装置类别、适宜的炉子排烟方式等设计优良的炉型结构外，还需对炉温、炉压进行自动控制，对燃料与助燃空气量进行自动比例调节。需要指明：实现炉子最佳性能不能单独依靠自动控制来实现，还应有严格的操作管理制度。