上海千实工程师解读工业炉的设备分类

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工业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。广义地说，锅炉也是一种工业炉，但习惯上人们不把它包括在工业炉范围内。
工业炉按供热方式分为两类：一类是火焰炉(或称燃料炉)，用固体、液体或气体燃料在炉内的燃烧热量对工件进行加热；类是电炉，在炉内将电能转化为热量进行加热。
工业炉按热工制度又可分为两类：一类是间断式炉又称周期式炉，其特点是炉子间断生产，在每一加热周期内炉温是变化的，如室式炉、台车式炉、井式炉等；类是连续式炉，其特点是炉子连续生产，炉膛内划分温度区段。在加热过程中每一区段的温度是不变的，工件由低温的预热区逐步进入高温的加热区，如连续式加热炉和热处理炉、环形炉、步进式炉、振底式炉等。
燃气工业炉
工业炉按供热方式分为两类：一类是火焰炉（或称燃料炉），用固体、液体或气体燃料在炉内的燃烧热量对工件进行加热；类是电炉，在炉内将电能转化为热量进行加热。
膛式火焰炉
膛式火焰炉的工作室叫做炉膛，由炉底、炉墙和炉顶组成。用作或时，炉底的结构有多种型式，并可按炉底结构称为车底炉、推料式炉、步进炉、辊底炉、链式炉、环形炉等。熔炼用火焰炉（如、炼铜）的炉底是凹下的熔池，用以存放熔融金属。熔池的形状，呈长方形、圆形或椭圆形。熔池底部有液体金属的排出口。炉墙上有炉门、窥视孔、出渣口等。炉顶结构有拱顶和吊顶两种；前者用于宽度较小的炉子，后者用于较宽的炉子。在高温火焰炉上，火焰直接进入炉膛。如以块煤为燃料，则需单独设置固体燃料的燃烧室，火焰翻过火口进入炉膛。如以粉煤、煤气或燃料油为燃料，则需用燃烧器。
回转炉
回转炉或称回转窑，在冶金工业中用于铁矿石的直接还原、氧化铝矿物的焙烧、粘土矿物的焙烧，以及各种散状原料的焙烧挥发、离析和干燥作业。回转炉的炉体呈圆筒形，用厚钢板制成，筒内衬以耐火材料。炉体横架在支座的滚轮上，稍倾斜(4～6%)。炉体长度与直径之比在12:1到30:1之间。操作时炉体匀速转动。由于炉体的倾斜和转动，炉料由高处逐渐移向低处。炉料在运动过程中逐渐升温，并依次发生物理、化学变化。回转炉的温度一般控制在炉料熔点以下。
电炉
电炉利用电热效应供热的冶金炉—神光电炉。电炉设备通常是成套的,包括电炉炉体，电力设备（电炉变压器、整流器、变频器等），开闭器，附属辅助电器（阻流器、补偿电容等），真空设备，检测控制仪表（电工仪表、热工仪表等），自动调节系统，炉用机械设备（进出料机械、炉体倾转装置等）。大型电炉的电力设备和检测控制仪表等一般集中在电炉供电室。同燃料炉比较，电炉的优点有：炉内气氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加热快，加热温度高，温度容易控制；生产过程较易实现机械化和自动化；劳动卫生条件好；热效率高；产量好等。
工业炉按热工制度又可分为两类：一类是间断式炉，又称周期式炉，其特点是炉子间断生产，在每一加热周期内炉温是变化的，如室式炉、台车式炉、井式炉等；类是连续式炉，其特点是炉子连续生产，炉膛内划分温度区段。在加热过程中每一区段的温度是不变的，工件由低温的预热区逐步进入高温的加热区，如连续式加热炉和热处理炉、环形炉、步进式炉、振底式炉等。
电炉式工业炉
工业炉以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。炉子升温速度越快、炉子装载量越大，则炉子生产率越高。在一般情况下，炉子生产率越高，则加热每千克物料的单位热量消耗也越低。因此，为了降低能源消耗，应该满负荷生产，尽量提高炉子生产率，同时对燃烧装置实行燃料与助燃空气的自动比例调节，以防止空气量过剩或不足。此外，还要减少炉墙蓄热和散热损失、水冷构件热损失、各种开口的辐射热损失、离炉烟气带走的热损失等。
金属或物料加热时吸收的热量与供入炉内的热量之比，称为炉子热效率。连续式炉比间断式炉的热效率高，因为连续式炉的生产率高，而且是不间断工作的，炉子热制度处于稳定状态，没有周期性的炉墙蓄热损失，还由于炉膛内部有一个预热炉料的区段，烟气部分余热为入炉的冷工件所吸收，降低了离炉烟气的温度。
提高炉子热效率的基本措施是：充分提高燃烧效率，强化对工件的传热；尽可能地连续生产和满负荷工作；设置预热器，对空气及煤气进行预热，以回收烟气余热；采用比热容和热导率低的耐火材料，以减少炉墙蓄热和散热损失。
为了使炉温恒定和实现规定的升温速度，除必须根据工艺要求、预热器和炉用机械型式、燃料和燃烧装置类别、工业炉排烟方式等确定的炉型结构外，还需要对燃料和助燃空气的流量和压力，或对电功率等可控变量通过各种控制单元进行相互调节，以实现炉温、炉气氛或炉压的自动控制。设备发展
工业炉行业采用脉冲燃烧的必要性
高档工业产品对炉内温度场的均匀性要求较高，对燃烧气氛的稳定可控性要求较高，使用传统的连续燃烧控制无法实现。随着宽断面、大容量的工业炉的出现，必须采用脉冲燃烧控制技术才能控制炉内温度场的均匀性。
脉冲燃烧控制的优势
脉冲燃烧控制采用的是一种间断燃烧的方式，使用脉宽调制技术，通过调节燃烧时间的占空比（通断比）实现窑炉的温度控制。燃料流量可通过压力调整预先设定，烧嘴一旦工作，就处于满负荷状态，保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。当需要升温时，烧嘴燃烧时间加长，间断时间减小；需要降温时，烧嘴燃烧时间减小，间断时间加长。脉冲燃烧控制的主要优点为传热效率高，大大降低能耗。可提高炉内温度场的均匀性。无需在线调整，即可实现燃烧气氛的控制。可提高烧嘴的负荷调节比。系统简单可靠，造价低。减少NOx的生成。普通烧嘴的调节比一般为1：4左右，当烧嘴在满负荷工作时，燃气流速、火焰形状、热效率均可达到佳状态，但当烧嘴流量接近其小流量时，热负荷小，燃气流速大大降低，火焰形状达不到要求，热效率急剧下降，高速烧嘴工作在满负荷流量50%以下时，上述各项指标距设计要求就有了较大的差距。
脉冲燃烧则不然，无论在何种情况下，烧嘴只有两种工作状态，一种是满负荷工作，另一种是不工作，只是通过调整两种状态的时间比进行温度调节，所以采用脉冲燃烧可弥补烧嘴调节比低的缺陷，需要低温控制时仍能保证烧嘴工作在佳燃烧状态。在使用高速烧嘴时，燃气喷出速度快，使周围形成负压，将大量窑内烟气吸人主燃气内，进行充分搅拌混合，延长了烟气在窑内的滞流时间，增加了烟气与制品的接触时间，从而提高了对流传热效率，另外，窑内烟气与燃气充分搅拌混合，使燃气温度与窑内烟气温度接近，提高窑内温度场的均匀性，减少高温燃气对被加热体的直接热冲击。
脉冲燃烧控制技术在工业炉窑中的应用
工业炉行业中普及脉冲燃烧控制技术，由高速燃烧器和工业炉控制系统两部分组成，采用脉冲燃烧技术来完成工业炉的升温、控温。对于燃气窑炉内部温度场和温度波动力±2°C，对于燃油（柴油）窑炉内部温度场和温度波动为±3°C，在使用重柴油为燃料的窑炉上效果良好。普通燃烧器当窑炉内部温度低于燃料自燃温度时，燃烧器燃料间断后火焰立即熄灭，无法继续燃烧，对炉内温度不会产生影响，解决了熄火这一问题，并采用当今的雾化技术——气泡雾化技术，使燃烧器的雾化效果更好、雾化介质使用量更少，原来烧轻柴油的窑炉现可烧重柴油。
在实际应用过程中，采用普通的脉宽调制的方法调节燃烧占空比时，当占空比接近0%或100%时，间断或燃烧的时间太短，现场的运行效果不理想，于是我们引人了小时间这一概念，将间断和燃烧的小时间定为3秒，当占空比接近0%或100%时，延长相应的燃烧和间断时间即可解决这一问题。脉冲燃烧作为一项新技术有着广阔的应用前景，可广泛应用于陶瓷、冶金、石化等行业，对提高产量、降低燃耗、减少污染将发挥重大作用，是工业炉行业自动控制的一次革新，将成为未来工业炉燃烧技术的发展方向。中频感应加热电炉在现在的实际的生产中占有重要的比例，尤其在圆钢的锻前加热，淬火设备中占有重要的地位。

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