二、燃气燃烧装置

　　燃气燃烧装置，即燃气燃烧器，是燃气工业炉的重要装置之一。根据炉子生产目的、工作形式、结构形式等，比较不同燃气燃烧器的特性，正确设计、选择及合理安装使用燃烧器是非常重要的。
　　燃气工业炉与其它燃气器具不同，为了在限定的部分得到高温，就需要燃烧大量燃气。通常，采用鼓风式燃烧器。在温度较低的场合，如低温熔融炉、低温退火炉多采用引射式燃烧器。引射式燃烧器难以升到高温，但它无需送风、操作简单，在燃气工业炉上应用也较广泛。
　　鼓风式燃烧器分为预混空气和不预混空气两类。为使炉温均匀，一般采用多个鼓风式燃烧器，但也不宜过多，否则会使点火、熄火作业不便。

　　三、烟气排出系统

　　(一)排烟方式
　　为了使高温烟气在炉膛内充分循环、均匀加热物料，应合理选择排烟方式和烟气排出装置。
　　排烟方式与炉子的结构形式及工厂周围的环境有关。分为上、下排烟两种。
　　下排烟的炉子结构比较庞大，要占据较大的地下深度，布置烟道时可能受到车间设备基础及厂房柱基的限制；但它的优点为烟气引入地下，有利于车间卫生条件及操作环境，不妨碍车间地上管线的布置并便于吊车作业。
　　下排烟方式往往是多台炉子组成一个排烟系统。这样布置紧凑、经济合理，但烟道系统不易严密，可能影响烟囱正常抽力，当地下水位较高时还需设计烟道防水。
　　上排烟的炉子，炉体结构比较简单，造价低，施工方便，能充分利用较高的炉气温度，在得到同样数值的抽力时，烟囱高度可以降低。
　　排烟口的标准断面，可以按炉底面积决定，如表3—9—1，但燃气加热炉采用鼓风式燃烧器，炉内压力较大气压高，不妨把此值看作最小值。通常燃气加热炉可以按单位热负荷41868kJ／h(10000kcal／h)为15～20cm²估算。
 

　　(二)烟道与闸门
　　烟道是连接炉子与烟囱的烟气通道。在设计烟道时，首先要正确选择它的截面尺寸和结构形式，使其具有良好的气密性。
　　下排烟炉子的烟道，大都布置在地面300mm以下。通常用砖砌筑，拱顶采用双层的半圆拱顶。
　　根据需要，也可采用内衬硅藻土砖的金属烟道。它的防水性及严密性好，但造价高，消耗金属多，另外烟逭需要安装在特制的支架上，并应在烟道上设有膨胀调节装置。
　　为了调节炉膛内的压力，烟道上设有烟气闸门。按炉子大小、用途差异，可采用不同形式的闸门或插板。
　　(三)烟囱
　　烟囱是一种常用的排烟装置，其作用是在烟囱根部产生抽力(即形成负压)，使烟气从炉内排出。

　　四、炉门及提升装置

　　燃气工业炉的工作门及观察孔平时均需用炉门关闭起来，其目的是为了保持炉温，以减少炉内辐射和炉气溢出造成的热损失，以及减少因冷空气的吸入而恶化炉内气氛。因此，对炉门的要求是严密、轻便、耐用及隔热。对一些高温炉，炉门常附有水冷装置。炉门装在炉门框上，炉门框再固定在炉子的金属构架上。炉门在立装时应向门框倾斜10°角，以便炉门以自身的重量压紧在炉门框上，保证炉门的关闭严密性。
　　炉门的开闭多半是垂直升降的，而提升是借助于滑轮和滚子的作用，可用人工、电动或气动等方式实现。当炉门重量不大时，采用人工操作的扇形结构提升。若炉门很重，且启动次数频繁，可采用气动、电动或液动提升结构。炉门及其提升机构应固定在钢架上，并使炉门和炉墙不发生碰撞。

　　五、金属构架

　　为了使整个炉子成为一个牢固的整体，在长期高温工作条件下不致变形严重，工业炉炉膛外部必须设置由竖钢架、水平粱及连接杆组成的金属构架，其型式与炉型和砌砖结构有关。
　　金属构架相当于工业炉的骨架，它要能承受炉子拱顶的全部重量和侧压力，并把它们的作用力传给炉子基础；同时，炉门及提升结构、燃烧装置、冷却装置、冷却水管和其它一些附件都固定在金属构架上。此外，金属构架还起到抵抗砌体高温膨胀，保持砌体完整的作用。

　　六、余热利用装置

　　由燃气工业炉排出的烟气温度很高，带走大量余热，使炉子的热效率大大降低，表3—9—2仪以金属燃气加热炉为例。为了提高热效率，节约能源，应最大限度地利用废气余热。如图3—9—5示。
 

 

图3-9-5 加热炉余热利用的途径

表3-9-2 金属加热炉热效率

炉子类型	炉膛温度/℃	热有效利用率/％	废气平均出炉温度/％	废气带走的热损失/％
均热炉	1300～1400	20～30	1250～1350	55～60
轧制连续加热炉	1300～1450	30～40	700～1100	30～45
锻造室状炉	1300～1450	10～15	1100～1200	55～65
热处理室状炉	850～1100	15～20	800～950	35～50
热处理直通式炉	850～1000	25～35	500～700	25～35

　　目前余热利用主要有两个途径：用来预热燃烧用空气、燃气或预热物料；用来生产蒸汽或热水。
　　利用废气余热来预热，可以回收大部分烟气余热。热的空气、燃气或物料将这一部分热量带回了炉膛，这样可减少供给炉子的燃气量，直接节约燃料。另一方面，这一部分增加的热量是物理热，它并不增加排烟体积，减少了排烟热损失，所以增加物理热要比增加化学热的节能效果好。同时，空气、燃气或物料带入炉内的物理热越多，燃气的理论燃烧温度越高，有利于工业炉所需的高温。而且，空气或燃气预热后，燃气燃烧反应加快，火焰传播速度提高。一般来说，火焰缩短，有利于炉内传热，提高生产能力等。
　　利用烟气余热预热空气或燃气所采用的设备有换热器和蓄热室两种。
　　换热器的传热过程可以看作是器壁的稳态综合传热过程。根据气流方向特征，换热器分顺流、逆流、交叉流三种形式；根据材料不同，可分为金属换热器(管状、针状、片状、辐射等)及陶瓷换热器(管式和方孔等)。总的构造要求为传热系数大，避免局部过热，气密性好，流动阻力小，便于清扫，应有防胀装置等。
　　蓄热室是根据蓄热原理设计的，利用气流换向装置实现单个周期性工作的余热利用装置。其主要部分是用异型耐火砖砌成的格子砖，它是热量的传递者。为了连续加热空气，一个炉子至少应有一对蓄热室同时工作，一个通人废气，另一个通入冷空气；如果空气与燃气都进行预热，则需要两对蓄热室。
　　与换热器相比较，蓄热室的优点是：(1)预热温度高；(2)可以预热空气，也可用来预热燃气；(3)使用寿命比较长。它的缺点是：(1)由于周期性的换向，易造成预热温度波动；(2)如果是预热燃气，换向时易造成燃气损失；(3)整个蓄热室砌体庞大，需要复杂的换向设备。
　　目前，随着换热器材质和形式的不断改善，换热器在烟气余热利用上的应用日益广泛。
　　利用烟气余热生产蒸汽和热水，采用的设备是余热锅炉。在大型燃气工业炉，如金属加热炉系统中，换热器出来的废气温度仍有500～600℃，甚至更高。所以空气预热设备后面可以再安装余热锅炉，它能再回收约50％的烟气余热，使烟气温度进一步下降到150～250℃，使总的热效率进一步提高。对于烟气含尘量高的工业炉，直接在炉膛后安装换热器，会很快堵塞或损坏。余热锅炉安装在预热器前，可起到集尘作用。
　　与普通锅炉一样，余热锅炉也分为火管式和水管式两大类。所不同的是，余热锅炉一般烟气温度较低，同样受热面积时，单位时间产生的蒸汽量只有普通锅炉的三分之一，而且余热锅炉是工业炉的一个附属设备。因为烟气量和烟气温度往往波动，所以余热锅炉工况也是不稳定的。
　　余热锅炉的合理构造应满足下列要求；(1)轻便，占地而积小：(2)制造简单，金属材料用量少；(3)能抵抗温度的激烈变化；(4)一个锅炉机组的蒸发量不能太小：(5)蒸汽温度和压力变化时，不严重影响用户；(6)气密性好，流动阻力小，可用含尘量大的烟气。

　　七、炉子其它附件

　　炉子其它附件包括测量仪器、燃烧调节装置、安全装置等。
　　测量仪器是用来测量燃气流量、压力、温度；燃气和烟气的成分；炉内温度、压力；烟气温度、压力等参数所需的仪器仪表。调节进入炉内的热量，可通过调节燃气或空气量来实现。燃烧调节主要是控制炉内温度、气氛及炉压等。
　　此外，燃气工业炉上安装安全装置，对保证安全生产及避免意外损失都是必要的。