工業(yè)爐概論方案課件

工業(yè)爐概論中南大學能源科學與工程學院張全工業(yè)爐概論工業(yè)爐的發(fā)展歐美日本俄羅斯中國工業(yè)爐的發(fā)展歐美第一章概述1.1工業(yè)爐概念定義：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為使原料按預(yù)期生成產(chǎn)品和材料的加熱裝置。特點：1）加熱裝置

2）使原料發(fā)生物理的、化學的變化；或兼而有之。第一章概述1.1工業(yè)爐概念第一章概述1.2工業(yè)爐的分類

1）按工業(yè)爐的熱源分類燃料爐電爐自熱爐第一章概述1.2工業(yè)爐的分類第一章概述1.2工業(yè)爐的分類

2）按工藝分類熔煉焙燒干燥加熱熱處理熔鑄第一章概述1.2工業(yè)爐的分類第一章概述1.2工業(yè)爐的分類

3）按作業(yè)方式分類連續(xù)間歇（周期）第一章概述1.2工業(yè)爐的分類第一章概述1.2工業(yè)爐的分類4）按布置方式立式臥式井式第一章概述1.2工業(yè)爐的分類第一章概述1.2工業(yè)爐的分類

5）按爐形狀室狀圓形環(huán)形第一章概述1.2工業(yè)爐的分類第一章概述1.2工業(yè)爐的分類6）按溫度分類低溫中溫高溫第一章概述1.2工業(yè)爐的分類第一章概述1.2工業(yè)爐的分類7）按加熱方式分類直熱間接第一章概述1.2工業(yè)爐的分類第一章概述1.2工業(yè)爐的分類8）按物料運動方式靜止重力機械第一章概述1.2工業(yè)爐的分類第一章概述1.3工業(yè)爐的基本要求

1）滿足產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量要求

2）滿足低能源消耗的要求

3）建設(shè)與運行費用低4）壽命長5）工作條件好6）排放符合國家要求第一章概述1.3工業(yè)爐的基本要求第一章概述1.4工業(yè)爐理論的發(fā)展歷史第一章概述1.4工業(yè)爐理論的發(fā)展歷史第二章工業(yè)爐基本原理2.1工業(yè)爐的系統(tǒng)構(gòu)成（火焰爐）1）燃料系統(tǒng)燃料供應(yīng)系統(tǒng)：預(yù)處理、壓力、分配、調(diào)節(jié)、保護供風系統(tǒng)：壓力、分配、調(diào)節(jié)第二章工業(yè)爐基本原理2.1工業(yè)爐的系統(tǒng)構(gòu)成（火焰爐）第二章工業(yè)爐基本原理2.1工業(yè)爐的系統(tǒng)構(gòu)成（火焰爐）2）爐墻結(jié)構(gòu)爐墻、爐頂、爐底、爐門爐子耐火結(jié)構(gòu)爐子保溫結(jié)構(gòu)爐子承載結(jié)構(gòu)第二章工業(yè)爐基本原理2.1工業(yè)爐的系統(tǒng)構(gòu)成（火焰爐）第二章工業(yè)爐基本原理2.1工業(yè)爐的系統(tǒng)構(gòu)成（火焰爐）3）爐子物流系統(tǒng)加料系統(tǒng)出料系統(tǒng)排渣系統(tǒng)第二章工業(yè)爐基本原理2.1工業(yè)爐的系統(tǒng)構(gòu)成（火焰爐）第二章工業(yè)爐基本原理2.1工業(yè)爐的系統(tǒng)構(gòu)成（火焰爐）

4）爐子排煙系統(tǒng)排煙口煙道結(jié)構(gòu)余熱利用系統(tǒng)環(huán)保系統(tǒng)負壓系統(tǒng)（排煙機、煙囪）第二章工業(yè)爐基本原理2.1工業(yè)爐的系統(tǒng)構(gòu)成（火焰爐）第二章工業(yè)爐基本原理2.2工業(yè)爐內(nèi)傳熱1）爐內(nèi)輻射傳熱輻射溫度輻射系數(shù)有效射線長度角系數(shù)第二章工業(yè)爐基本原理2.2工業(yè)爐內(nèi)傳熱第二章工業(yè)爐基本原理2.2工業(yè)爐內(nèi)傳熱2）爐內(nèi)對流傳熱對流溫度流動速度爐氣對物料的作用第二章工業(yè)爐基本原理2.2工業(yè)爐內(nèi)傳熱第二章工業(yè)爐基本原理2.3爐子熱工制度1）加熱工藝制度物料溫度加熱的均勻性加熱速度加熱時間第二章工業(yè)爐基本原理2.3爐子熱工制度第二章工業(yè)爐基本原理2.3爐子熱工制度2）溫度制度爐膛溫度分布物料溫度分布連續(xù)與間歇的區(qū)別第二章工業(yè)爐基本原理2.3爐子熱工制度第二章工業(yè)爐基本原理

2.3爐子熱工制度3）供熱制度燃料分配風分配燃燒分配的預(yù)期火焰長度第二章工業(yè)爐基本原理

2.3爐子熱工制度第二章工業(yè)爐基本原理案例1熔鋁爐的傳熱機理第二章工業(yè)爐基本原理案例1熔鋁爐的傳熱機理工業(yè)爐概論方案ppt課件

鋁工業(yè)加熱過程的傳熱機理研究

鋁工業(yè)加熱過程的傳熱機理研究26主要內(nèi)容24

1235

前言煙氣溫度的影響

鋁加工的傳熱形式

熔化方式爐膛的空間尺寸

6結(jié)論26主要內(nèi)容241235前言煙氣溫度的影響鋁加工的傳熱3一背景鋁加工業(yè)現(xiàn)狀

鋁工業(yè)爐窯

我國是目前世界最大的鋁材生產(chǎn)國，其中鋁擠壓材產(chǎn)量世界第一；板帶材產(chǎn)量居世界第三，僅次于美國和德國；箔材產(chǎn)量僅次于美國，居全球第二。蘇州新長光、松江電爐、河南中色賽爾

3一背景鋁加工業(yè)現(xiàn)狀鋁工業(yè)爐窯我國是目前世界最大的鋁材4二煙氣溫度的影響理論上

△提高加熱效率

提高煙氣溫度實際上△增強傳熱效果并不明顯△增加氧化燒損4二煙氣溫度的影響理論上提高煙氣溫度實際上4理論上△提高溫度，加熱效率提高輻射傳熱公式由上述公式可知：提高煙氣溫度(T1)，將增強輻射換熱，加熱效率隨之提高。4理論上△提高溫度，加熱效率提高輻射傳熱公式由上述公5實際上△調(diào)高溫度，增強傳熱效果并不明顯吸收輻射熱流密度隨加熱溫度變化趨勢鋼錠項目鋁錠黑度0.80.2鋁錠和鋼錠傳熱過程數(shù)值模擬結(jié)果對比導(dǎo)熱系數(shù)48W/(m?K)164W/(m?K)5實際上△調(diào)高溫度，增強傳熱效果并不明顯吸收輻射熱流0306090120℃

050%100%150%200%氧化量增長百分數(shù)17溫度增加值實際上△溫度增加，將增加氧化燒損熔煉溫度一般控制在750℃左右，過高的溫度會導(dǎo)致氧化燒損過高0306090120℃050%100%150%200%氧化

熔鋁過程是在高溫環(huán)境下進行，輻射傳熱占主導(dǎo)地位，煙氣的對流換熱可以忽略不計。

3三鋁加工的傳熱形式傳熱形式

采用高速燒嘴

可強化爐內(nèi)傳熱;但采用高速燒嘴的同時，會導(dǎo)致氧化燒損的增加。熔鋁過程是在高溫環(huán)境下進行，輻射傳熱占主導(dǎo)地位，煙氣3四熔化方式裝料

軟化下榻

爐料化平

全部熔化

熔煉過程鋁熔體上下溫差大，熔化緩慢。電磁攪拌技術(shù)實際生產(chǎn)表明：縮短生產(chǎn)周期30%，提高生產(chǎn)率20%

3四熔化方式裝料軟化下榻爐料化平全部熔化熔煉過程鋁3五爐膛的空間尺寸基于輻射換熱原理設(shè)計

基于對流換熱原理設(shè)計

高溫加熱爐一般都基于輻射換熱原理設(shè)計，由于爐膛內(nèi)輻射換熱占90%；實際上提高溫度對鋁的傳熱效果并不明顯，因而熔鋁爐基于輻射換熱原理設(shè)計是不合適的。必須使用高速噴嘴強化對流換熱，但目前的熔鋁爐空間尺寸限制了高速噴嘴的使用。3五爐膛的空間尺寸基于輻射換熱原理設(shè)計基于對流換熱原理3六結(jié)論國際先進水平的熔鋁爐節(jié)能

余熱綜合利用

廢棄再循環(huán)

低氧彌散燃燒技術(shù)

高效攪拌技術(shù)

適應(yīng)性強

指標先進

3六結(jié)論國際先進水平的熔鋁爐節(jié)能余熱綜合利用廢案例2基于計算機仿真的窯爐綜合節(jié)能技術(shù)案例2基于計算機仿真的窯爐綜合節(jié)能技術(shù)基于計算機仿真的窯爐綜合節(jié)能技術(shù)

基于計算機仿真的窯爐綜合節(jié)能技術(shù)

據(jù)國家發(fā)改委統(tǒng)計

我國工業(yè)窯爐每年消耗原煤約3億多噸窯爐種類臺數(shù)年耗煤(萬噸)能效比國外先進水平低水泥窯約78001600020%墻體材料窯爐10萬640030%鋼鐵工業(yè)窯爐6600球團回轉(zhuǎn)窯2050％石灰爐35010%耐火材料窯190010%—20%。

據(jù)國家發(fā)改委統(tǒng)計

我國工業(yè)窯爐每年消耗原煤約3億多噸窯爐種國家節(jié)能中長期專項規(guī)劃中指出:

我國在用中小鍋爐約50萬臺實際運行效率65%左右,年消耗煤炭3.5-4億噸節(jié)煤潛力約7000萬噸“十一五”期間通過技術(shù)改造燃煤工業(yè)鍋爐效率提高5個百分點，節(jié)煤2500萬噸燃煤窯爐效率提高2個百分點，節(jié)煤1000萬噸國家節(jié)能中長期專項規(guī)劃中指出:

窯爐能效低,單位產(chǎn)品能耗(2000年)

(節(jié)能中長期專項規(guī)劃)電力、鋼鐵、有色等8個行業(yè)主要產(chǎn)品單位能耗平均比國際先進水平高40%火電供電煤耗高22.5%大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼可比能耗高21.4%銅冶煉綜合能耗高65%水泥綜合能耗高45.3%，窯爐能效低,單位產(chǎn)品能耗(2000年)

(節(jié)能中長期專項規(guī)劃國家發(fā)改委和科技部指出:工業(yè)爐窯存在的主要問題是裝備陳舊落后，能耗高，操作水平低，缺乏節(jié)能技術(shù)國家發(fā)改委和科技部實施的“十一五”十大重點節(jié)能工程，第一項就是工業(yè)窯爐和鍋爐的改造工程國家發(fā)改委和科技部強調(diào):加快窯爐節(jié)能技術(shù)開發(fā)國家發(fā)改委和科技部指出:工業(yè)爐窯存在的主要問題是裝備陳舊落后基于計算機仿真的工業(yè)窯爐綜合優(yōu)化節(jié)能技術(shù)是提高窯爐能效的高科技關(guān)鍵技術(shù)是一種應(yīng)用范圍廣泛的共性技術(shù)是產(chǎn)學研長期結(jié)合開發(fā)出來的比較成熟的節(jié)能技術(shù)基于計算機仿真的工業(yè)窯爐綜合優(yōu)化節(jié)能技術(shù)技術(shù)核心:窯爐節(jié)能計算機分析對爐內(nèi)的燃料燃燒(電熱轉(zhuǎn)換)，氣體流動，熱量傳遞等過程建立模型對爐內(nèi)的溫度場、流場、濃度場或電、磁、力場耦合計算機仿真以節(jié)能為目標進行優(yōu)化設(shè)計新型節(jié)能窯爐改進現(xiàn)有窯爐優(yōu)化控制操作過程有效地降低能耗,提高能源利用率技術(shù)核心:窯爐節(jié)能計算機分析

創(chuàng)新點提煉了工業(yè)窯爐的全息仿真和全息監(jiān)測兩個原創(chuàng)性的窯爐研究的技術(shù)路線發(fā)展了窯爐仿真節(jié)能理論和技術(shù)主要目標為我國工業(yè)窯爐的節(jié)能提供一條投資省、見效快的技術(shù)改造新路改造后的工業(yè)爐窯能耗降低5～30%

創(chuàng)新點中南大學已經(jīng)開發(fā)出多場仿真節(jié)能軟件有:鋁電解槽、礦熱電爐、貧化電爐、閃速爐、石灰爐、環(huán)式焙燒爐、熟料窯、蒸餾爐、鍋爐等近二十種窯爐應(yīng)用于:金川有色金屬公司、江西銅業(yè)公司，韶關(guān)冶煉廠，沈陽冶煉場、葫蘆島鋅廠、中國鋁業(yè)公司河南分公司、山西分公司、貴州分公司、廣西分公司、柳州鋼鐵公司、漣源鋼鐵公司等二十多個大型企業(yè)

中南大學已經(jīng)開發(fā)出多場仿真節(jié)能軟件有:全息仿真的主要步驟熱工設(shè)備物理模型觀察、測試與統(tǒng)計建立微元體傳遞守恒方程組連續(xù)性方程—質(zhì)量守恒動量方程—動量傳遞與守恒能量方程—熱量傳遞與守恒組分方程—物質(zhì)傳遞與守恒化學反應(yīng)速率方程—組分轉(zhuǎn)換與守恒電磁感應(yīng)方程數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析專家經(jīng)驗綜合模糊聚類分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析離散化—解線性方程組主要參數(shù)分布（場信息）準確度滿意否(邊界條件)設(shè)物技計性術(shù)參參條數(shù)數(shù)件統(tǒng)計經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯＜遗袛鄾Q策系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)模糊控制規(guī)則決策結(jié)果應(yīng)用與生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)對比滿意否輸出結(jié)果應(yīng)用檢驗顯示打印否檢驗修正否（檢驗）修正模型或調(diào)整參數(shù)修正模型或調(diào)整參數(shù)（簡化）全息仿真的主要步驟熱工設(shè)備物理模型觀察、測試與統(tǒng)計建立爐料強化對爐料的有效傳熱燃料電提高燃料效率（提高電熱轉(zhuǎn)換效率）煙氣、廢氣、爐渣的余熱利用減少爐膛熱損失爐壁散熱的利用過程的優(yōu)化控制能源的精確計量工業(yè)窯爐的主要節(jié)能技術(shù)爐料強化對爐料的有效傳熱燃料提高燃料效率（提高電熱轉(zhuǎn)換效率）高風溫燃燒技術(shù)—關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)高溫空氣燃燒實驗爐不同條件時溫度數(shù)值計算結(jié)果高溫空氣燃燒實驗爐不同條件時火焰特性實驗結(jié)果高風溫燃燒技術(shù)—關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)高溫空氣燃燒實驗爐不同條件時溫度四通道燃燒器

窯內(nèi)煤粉燃燒過程的仿真實測工況下窯內(nèi)溫度分布云圖和等溫線圖

R＝0.4，n＝2.0，d＝86.4μm，α=30°四通道燃燒器

窯內(nèi)煤粉燃燒過程的仿真實測工況下窯內(nèi)溫度分布四角切圓煤粉鍋爐膜富氧局部助燃技術(shù)多個橫截面溫度分布二次風口處橫截面速度分布爐膛內(nèi)燃燒器區(qū)域溫度降低，溫度分布較為均勻，有利于降低NOx的排放濃度；減輕了火焰偏析現(xiàn)象，有利于防止結(jié)焦和水冷壁磨損事故的發(fā)生。四角切圓煤粉鍋爐膜富氧局部助燃技術(shù)多個橫截面溫度分布二次風煤粉在爐膛中心混合后不同直徑顆粒分布不同直徑顆粒軌跡煤粉在爐膛中心混合后不同直徑顆粒軌跡煤氣入口空氣入口煙氣出口xyz塔盤式鋅精餾爐物理模型模型結(jié)構(gòu)示意圖

噴口煤氣、空氣流量分布不均，煤氣延時燃燒。是造成燃燒室空間溫度分布不均一次煤氣一次空氣二次空氣二次煤氣三次空氣煤氣入口空氣入口煙氣出口xyz塔盤式鋅精餾爐物理模型模型結(jié)構(gòu)Y方向不同截面溫度分布Y=－0.915mY=－0.305mY=0.305mY=0.915mY方向不同截面溫度分布Y=－0.915mY=－0.305mYY方向不同截面空氣質(zhì)量分數(shù)云圖Y=－0.915m（南）Y=－0.305mY=0.305mY=0.915m（北）Y方向不同截面空氣質(zhì)量分數(shù)云圖Y=－0.915m（南）Y=－Y方向不同截面燃料質(zhì)量分數(shù)云圖Y=－0.915m(南)Y=－0.305mY=0.305mY=0.915m（北）Y方向不同截面燃料質(zhì)量分數(shù)云圖Y=－0.915m(南)Y=－煉銅閃速爐—關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)顆粒軌跡與溫度分布閃速爐結(jié)構(gòu)示意圖煉銅閃速爐—關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)顆粒軌跡與溫度分布閃速爐結(jié)構(gòu)示意圖顆粒軌跡及煙塵率分析顆粒軌跡及煙塵率分析反應(yīng)塔內(nèi)形仿真及掛渣分析反應(yīng)塔內(nèi)形仿真及掛渣分析

四角切圓煤粉鍋爐(a)正寶塔配風(b)腰鼓配風(c)均等配風三種不同配風工況下縱截面的溫度分布四角切圓煤粉鍋爐(a)正寶

旋風分離器

普通旋風分離器中不同截面的速度分布

優(yōu)化后的旋風分離器中不同截面的速度分布旋風分離器普通旋風分離器中連鑄中間包

中間包非等溫流的水模實驗結(jié)果(a)、(b)分別為熱、冷流體注入中間包

中間包非等溫流的仿真計算結(jié)果(a)、(b)分別為熱、冷流體注入中間包(a)(b)(b)(a)連鑄中間包中間包非等溫流的水模實驗結(jié)果中間包非等溫陽極焙燒爐擋塊優(yōu)化前的冷態(tài)流場火道內(nèi)熱態(tài)流場分布擋塊優(yōu)化后的冷態(tài)流場

火道內(nèi)溫度分布陽極焙燒爐擋