第一章绪论 工业炉窑ppt课件.ppt

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1、第一章 绪论机电学院能源与环境工程系,工 业 炉 窑,第一节 炉窑,1、定义 炉窑是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备。炉窑是这样一些高温结构空间，在这些结构空间里能够用加热的方法，按照工艺要求的烧成制度，使生料或者生坯经过一系列物理、化学变化后成为产品或者中间产品。,窑炉只是材料制备的一个重要的中间工序设备，这个中间工序是材料的热制备工序（简称炼制过程或烧成过程）。它的前一个工序是原料的前处理，主要包括原料的精选、破碎、粉磨、混料（也叫：均化）以及坯体的成型等；它的后一个工序是烧制品的后处理（例如水泥熟料的粉磨、玻璃液的成型、退火、深加工；普通陶瓷的装饰、烤花、艺术加工；高科技产品

2、的精细加工等），最后经过测试、检验、包装后的合格产品被投放市场发挥其应用价值。,第一节 炉窑,2、分类按煅烧物料品种可分为陶瓷窑、水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑、石灰窑等。按热源可分为火焰窑和电热窑。,第一节 炉窑,按热源面向坯体状况可分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑。按坯体运载工具可分为有窑车窑、推板窑、辊底窑(辊道窑)、输送带窑，步进梁式窑和气垫窑等。按通道数目可分为单通道窑、双通道窑和多通道窑。,第一节 炉窑,一般大型炉窑燃料多为重油，轻柴油或煤气、天然气。炉窑通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。电窑多半以电炉丝、硅碳棒或二硅化钼作为发热元件，其结构较为简单，操作方便。,第二节 工

3、业炉窑,1、定义 工业炉窑是指在工业生产中用燃料燃烧或电能转换产生的热量，将物料或工件进行冶炼、焙烧、烧结、熔化、加热等工序的热工设备，范围主要为金属和无机材料的煅烧。,第二节 工业炉窑,2、工业炉窑分类 工业炉窑种类繁多, 没有统一的分类方法。目前根据工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078- 1996)，工业炉窑分类如下： 第一类 熔炼炉: 包括四种，具体为高炉及高炉出铁场，炼钢炉及混铁炉，铁合金熔炼炉，有色金属熔炼炉 第二类 熔化炉：包括三种，具体为冲天炉、化铁炉，金属熔化炉，非金属熔化、冶炼炉,第二节 工业炉窑,第三类 铁矿煤结炉：包括二种，具体为烧结机(机头、机尾)，球团竖炉、带式

4、球团第四类 加热炉：包括二种，具体为金属压延、锻造加热炉，非金属加热炉第五类 热处理炉，具体为金属热处理炉，非金属热处理炉第六类 干燥炉、窑第七类 非金属焙(锻)烧炉窑第八类 石灰窑第九类 陶瓷搪瓷砖瓦窑：包括二种，具体为隧道窑，其它窑第十类 其它炉窑。,第三节 工业炉窑分类代码,010熔炼炉：011高炉；012炼钢炉及混铁炉；013铁合金熔炼炉；014有色金属熔炼炉020熔化炉：021钢佚熔化炉； 022有色金属熔化炉；023非金属熔化炉、冶炼炉；024冲天炉030加热炉：031钢铁连续加热炉；032有色金属加热炉；033钢铁间隙加热炉；034均热炉；035非金属加热炉；039其他加热、保温

5、炉040石化用炉：041管式炉；042接触反应炉；043裂解炉,第三节 工业炉窑分类代码,050热处理炉（1000）：051钢铁热处理炉；052有色金属热处理炉；053非金属热处理炉；054其他热处理炉060烧结炉（黑色冶金）：061烧结机；062球团竖炉、带式球团070化工炉：071电石炉，072煅烧炉；073沸腾炉080烧成窑：081水泥窑，082石灰窑，083耐火材料用炉，084日用陶瓷窑，085建筑卫生陶瓷窑，086砖瓦窑，087搪瓷烧成窑，088其他烧成窑,第三节 工业炉窑分类代码,090干燥炉（窑）：091铸造干燥炉（窑），092水泥干燥炉（窑），099其他干燥炉（窑）100熔煅烧

6、炉（窑）110电弧炉120感应炉（高温冶炼）130 炼焦炉：131煤炼焦炉，132油炼焦炉140焚烧炉：141固废焚烧炉，142碱回收炉，143焚尸炉，144医院废物焚烧炉，145气体焚烧炉，149其他焚烧炉190 其他工业炉窑,第四节 工业炉窑类型,工业炉窑的种类和规格十分繁多， 其类型可分为：若按工艺过程，工业炉窑可分为加热类炉窑、熔炼类炉窑和转换类炉窑三大类；若按热能来源，工业炉窑可分为燃料炉和电炉两大类； 若按热工特性，工业炉窑可分为连续式炉窑和间歇式炉窑两类；若按炉膛结构型式特点，工业炉窑可分为室式炉、开隙式炉，井式炉、台车式炉、环形炉、步进式炉、阶梯反射式炉、隧道窑、轮窑、回转窑、

7、坩埚炉、竖窑、立窑等等；,第四节 工业炉窑类型,若按燃料燃烧装置或燃烧产物进入炉膛的方式，工业炉窑可分为直接燃烧炉、底燃式炉、侧燃式炉、顶燃式炉等：若按炉内火焰气氛，工业炉窑可分为普通气氛炉(氧化性)，保护气氛炉(还原性) 和可控气氛炉；若按炉窑的工作温度，低温炉(1000)。若按电能转换为热能的不同方式，电炉分为电阻炉、电弧炉和感应炉。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,工业上常用的热风炉和退火炉在工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078- 1996) 中没有提到, 那它们分别属于工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078- 1996) 中的哪类炉? 是热处理炉或加热炉? 还有, 熔炼炉和熔化

8、炉又有何区别? 煅烧炉和焙烧炉又是干什么的? 炼钢的转炉和电弧炉是否属于工业炉窑? 这些问题需要梳理与辨析：,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,热风炉是工业企业常用的一种原料或产品烘干除去水分的烘干炉, 多以优质无烟块煤为燃料, 利用燃料燃烧产生的热烟气直接和原料或产品接触, 传导热量, 使原料或产品失去水分而干燥。所以, 热风炉的特征是使原料或产品失去水分而干燥, 属于工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078- 1996 ) 中干燥炉、窑( 第6 类) 。它既不属于加热炉又不属于热处理炉。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,热处理炉( 工业炉窑大气污染物排放标准第5 类) 是对金属或非金属原料工件

9、进行热处理的炉窑。热处理是指通过控制加热或冷却的速度使原料工件产生所需要的性能( 如硬度或延展性) , 所以热处理炉的特征是使原料工件产生所需性能的炉窑。工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078- 1996 ) 中把热处理炉分为金属热处理炉和非金属热处理炉两种。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,工业生产中金属热处理炉包括淬火炉和退火炉,退火是指将金属材料工件按照一定的速度加热到一定的温度、控制一定的时间后, 让其按照一定的速度慢慢冷却, 改变金属内部组织或品位, 以便于加工或获得预期的柔韧性、电性及磁性等。淬火是指将烧红了的铸件在水或油或其它液体里一浸, 立刻取出来, 快速冷却, 目的是提高合

10、金的硬度和强度。所以, 工业上常用的退火炉属于工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078- 1996 ) 中的热处理炉( 第5 类) 。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,加热炉( 工业炉窑大气污染物排放标准中第4 类) 一般是指给金属或非金属原料工件加热, 使其达到一定的温度, 以便于对原料工件进行加工制作的炉窑。所以加热炉的特征是使物质的温度升高到一定温度, 暂时改变其组织结构和性能, 目的是使原料工件在高温状态下易于加工造型。如钢厂对钢坯进行轧制、锻造之前, 要对钢坯加热, 使其变软易于轧制。工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078-1996 ) 中把加热炉分为金属压延、锻造加热炉和非金属

11、加热炉两种。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,熔炼炉和熔化炉分别是工业炉窑大气污染物排放标准(GB9078- 1996 ) 中第1 和第2 类工业炉窑, 熔炼炉包括炼铁高炉、炼钢炉、铁合金熔炼炉、有色金属熔炼炉等4 种, 熔化炉包括冲天炉、化铁炉, 金属熔化炉, 非金属熔化、冶炼炉等3 种。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,这两类炉只有一字之差, 区别就在这相差的一字上, “熔炼”是用火烧制或用加热等方法使物质熔化, 并趋于纯净、坚韧或浓缩。“熔化”是把固体物质加热到一定温度使变成液态的过程。所以, 熔炼炉的特征是使物料发生化学变化和物理变化, 改变物质的结构和组成, 使物质熔化, 并趋于纯净、坚

12、韧或浓缩。熔化炉的特征是使物料只发生物理变化, 物质由固态变成液态, 以便于造型铸件等操作, 不改变物质的化学组成。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,铁矿烧结炉属于工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078 -1995) 中第3类工业炉窑。 铁矿烧结炉包括烧结机和球团炉2 种, “烧结”是加热小块矿石或粉末使其粘结的意思, 铁矿烧结炉是把铁矿粉、焦末、白灰等原料混合烧结成大块矿的炉窑, 其主要特征是把小块粉状的各种原料烧结成大块, 以便于下一步高炉炼铁。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,非金属焙( 锻) 烧炉窑在工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078 - 1996 ) 中属于第7 类工业炉窑,

13、 “焙”是用微火烘烤之意,“焙烧”是对( 矿物等) 施以灼烧、加热而又不使熔化, 去除其中的挥发性组分, 以改变其化学组成或物理性质。“锻”本义是放在火里烧, “锻烧”是把物料加热到高温, 但不熔化, 目的是使产生有用的物理变化和化学变化, 以便转化或除去所含不需要的某种物质。如加热石灰石除去二氧化碳而生产生石灰。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,转炉和电弧炉在工业炉窑大气污染物排放标准(GB9078-1996 ) 中没有提到, 转炉是一种炼钢炉, 把炼铁高炉出来的生铁水注入转炉, 并加入适量的废钢等, 再向炉内吹入氧气, 氧气既作为脱碳、脱硫、脱磷的氧化剂, 氧化碳、硫、磷又能产生大量的热,

14、给转炉加热,转炉炉体呈圆筒形, 架在一个水平轴架上, 可以转动, 炼好的钢水易于倒出。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,电弧炉也是炼钢炉的一种, 它是利用正负两电极接近到一定距离时所产生的持续的火花放电( 即电弧) 产生高温来炼钢的一种炉。 气体放电形成电弧时能量很集中, 弧区温度在3000以上。电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等类型。所以转炉和电弧炉均属于炼钢炉, 即属于工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078- 1996) 中的第1 类熔炼炉。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,工业炉窑大气污染物排放标准( GB9078 1996) 中第9 类工业炉窑是陶瓷

15、搪瓷砖瓦窑, 可分为隧道窑和其他窑。隧道窑的特点是连续性、隧道步进式火焰加热, 产量大, 产品质量稳定,主要用于耐火材料, 陶瓷及化工粉体的烧制。隧道窑结构形式多种多样, 内衬可为重质耐火砖或轻质耐火砖型式, 窑顶可为拱卷结构或平吊顶结构, 外壳可为金属钢板结构或红砖外墙结构, 燃料可用天然气、液化气、油、煤气、煤等。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,工业炉窑大气污染物排放标准(GB9078 - 1996) 前言中注明: “本标准适用于除炼焦炉、焚烧炉、水泥工业以外使用固体、液体、气体燃料和电加热的工业炉窑的管理”,所以, 炼焦炉、焚烧炉、水泥工业的回转窑和立窑都属于工业炉窑, 只是这几种炉窑非

16、常复杂和重要, 被单列出来执行各自的标准。,第五节常见几种炉窑梳理与辨析,炼焦炉是将煤进行分解蒸馏制造焦炭的炉窑设备; 焚烧炉是用来处理危险废物等的一种设备, 通过控制危险废物在炉内焚烧的温度和停留时间, 使危险废物彻底氧化分解生产无害化物质的处理过程; 水泥工业熟料煅烧设备有回转窑和立窑两大类, 水泥工业回转窑是一个回转的卧室圆筒型水泥熟料煅烧设备, 是一个把经过粉磨配制好的生料, 在高温作用下烧成为熟料的炉窑; 水泥工业立窑是一个静止的立式圆筒型熟料煅烧设备。,第五节我国工业炉窑发展现状,1、工业炉窑技术及设备发展现状 我国硅酸盐炉窑发展历史源远流长，5000年前就出现烧制陶瓷的升焰窑，之

17、后又相继出现了利用山坡自然倾斜兴建龙窑、阶梯窑，以及景德镇的蛋形窑，明宋期间出现官窑。随着科学技术的发展，硅酸盐产品不断扩大，生产工艺更新，各种新型窑炉不断出现。,第五节我国工业炉窑发展现状,在硅酸盐工业中，常用的热工设备包括：原料煅烧设备有立窑（竖窑）、回转窑；制品烧成设备有间歇式的倒焰窑、梭式窑和连续式隧道窑；玻璃熔融设备有池窑、坩埚窑等。此外还有各种类型的原料、半成品干燥设备，如转筒干燥器、流态化烘干机、室式干燥器、隧道式干燥器、链式干燥器等。,第五节我国工业炉窑发展现状,在陶瓷、耐火材料工业中，由于隧道窑的连续操作，烟气和制品的余热可以得到充分利用，目前得到了广泛的应用。我国于20世纪

18、50年代建造第一条60m黏土砖隧道窑，之后建立了高铝、硅砖、镁砖隧道窑。随着直接结合碱性砖等优质耐火材料的出现，高温烧成温度为1750以上，甚至出现了达到1900的超高温隧道窑。,第五节我国工业炉窑发展现状,在结构上国外又出现断面大、长度短的顶燃式隧道窑。传统陶瓷行业中结合隧道窑工作原理，发展了辊道窑、推板窑等窑炉。而现代技术陶瓷领域出现诸如氮化硅、塞隆新材料，这种在非氧化气氛烧结的陶瓷制品又对传统炉窑的热工技术提出了新的挑战。,第五节我国工业炉窑发展现状,在原料煅烧方面，广泛采用的是立窑和回转窑，随着耐火原料二步煅烧技术的发展，在原料轻烧方面各种流态化技术取得了较大进展，如沸腾轻烧、悬浮轻烧

19、等。在原料死烧方面出现了温度达1900以上的高温竖窑和回转窑。为了利用回转窑烟气热量的充分交换，50年代出现带悬浮预热器，70年代由于窑外分解技术的出现，新型回转窑得到了迅速发展。,第五节我国工业炉窑发展现状,在钢铁冶金工业中，高炉是炼铁工业的主要热工设备。自高炉问世200多年来，随着人们对产量的要求和原料燃料条件的改善，以及鼓风能力的提高，高炉炉型也在不断地演变和发展。目前高炉炉型为五段式炉型，氧气转炉是转炉炼钢的主体热工设备。此外电弧炉是炼钢电炉的一种，目前随着连续铸钢技术、炉外精炼技术的发展，钢材质量、产量、劳动生产率都得到了大幅度改善。,第五节我国工业炉窑发展现状,目前在科研工作中也发

20、展了一些规模较小的炉子，如常见的无压烧结马弗炉、气氛烧结炉（氮化炉、碳管炉）、热压烧结炉、气压炉和热等静压炉。由于实验中烧结试样体积较小，炉膛尺寸也较小，因此在产品质量和能耗方面也很少顾及。但是，一旦试验产品试制成功而进入产业化阶段，就要全面考虑经济效益和社会效益等问题。,第五节我国工业炉窑发展现状,（2）工业炉窑应用现状 从目前我国工业炉窑应用情况来看，据统计，我国县以上企业共有工业炉窑约12万台，年耗能量共约25亿吨标准煤(其中燃料炉约6万台，占炉窑总数54%，耗能量约23亿吨标准煤；电类炉约5万台，占炉窑总数45%，电类炉及其他炉种耗能量约02亿吨标准煤)，占全国总耗能量四分之一左右。,

21、第五节我国工业炉窑发展现状,与发达国家相比，我国工业炉窑的技术装备水平差距较大。基本情况是：炉型落后；燃烧方式比较原始，热工检测和自动控制水平低；对环境污染严重；炉窑热利用率低(我国平均只30%左右，国外达50%以上)，能耗高(例如高炉的单位能耗平均比国外高1020、平炉高3040 、电孤炉高4050%、加热炉和热处理炉高153倍、水泥窑高50左右、玻璃池窑高0818倍、有色冶金炉窑平均高2080%)。,第五节我国工业炉窑发展现状,第七节我国工业炉窑节能减排工作势在必行,随着工业化的进程，能源需求量迅速增长，而能源储量却逐渐减少；化石燃料燃烧排放大量的粉尘COx、SOx和NOx，引起温室效应、

22、酸雨、臭氧层破坏等，大气环境严重恶化。我国工业炉窑的节能潜力大，必须采取有效措施来节能降耗。从节能角度来讲，工业炉窑的发展方向是从炉型结构的改进和炉窑容量的大型化、高效燃烧技术和燃烧装置的改进、采用先进的控制系统、余热的回收和利用、节能长寿的筑炉材料和加强炉体绝热保温等来实现节能。,第七节我国工业炉窑节能减排工作势在必行,我国以煤炭为主要能源，占能源构成的70%。在燃煤的工业炉窑中，产生黑烟、尘、二氧化硫、氮氧化物这四类污染物。我国每年约2300万吨粉尘和1800万吨SO2排入大气。黑烟：在燃烧过程中空气量供给不足，使得挥发分较高的煤所产生的游离碳粒无法被燃烬，从而产生大量黑烟，粒径在lm以下

23、；尘：由于煤中部分灰分随炉膛内的烟气流动排向大气而形成，粒径在lm到75m之间；二氧化硫：由于煤中的硫分经高温氧化而产生； NOx：高温下空气中的N2与O2结合而成。,第七节我国工业炉窑节能减排工作势在必行,为适应当前和今后环境污染治理的需要，国家发改委发布了当前国家鼓励发展的环保产业设备(产品)目录，在鼓励发展七大领域中，大气污染治理设备放在首位，包括工业炉窑除尘设备、电站烟气脱硫设备、有害气体净化设备、煤炭清洁燃烧设备等。从减排角度来讲，工业炉窑的发展方向是燃烧室内治理（在设计时充分考虑炉拱的角度、合理布置二次风口位置、保证煤中的水份和加入适当的固硫剂如石灰粉、采用富氧燃烧技术）、炉外污染的治理（干法除尘设备、湿法除尘设备、静电等其它除尘设备）。,第八节 课程安排及要求,本课程共32个学时，其中理论课26学时，具体包括第一章绪论2学时，第二章水泥工业窑炉的的基本结构、工作原理及设计方法6学时，间歇窑的基本结构、工作原理及设计方法2学时，第三章玻璃池窑的基本结构、工作原理及设计方法6学时，第四章隧道窑的基本结构、工作原理及设计方法6学时；第五章钢铁工业窑炉的的基本结构、工作原理及设计方法4学时，实践教学6学时。通过课程的学习，同学们应能系统地掌握工业窑炉设计的基本知识，具有分析和解决工业窑炉实际问题的能力。,