天然气与工业炉窑.doc

几种锅炉的特点比较
1、电锅炉：优点：可以实现零污染，容易实现全自动控制，占地面积小，无需能源运输费用。缺点：运行费用高。
2、煤锅炉：优点：运行费用低。缺点：污染严重，要缴纳排污费；劳动强度大；无法实现全自动操作；占地面积大，需要煤场、渣场、污水处理场地。
3、自产煤气锅炉：缺点：一次性投资大，煤气发生炉购置费和锅炉差不多，甚至比锅炉更贵；劳动强度大，煤气发生炉无法实现自动控制；占地面积更大，除锅炉占地外还要加一个煤气发生炉的占地。
4、燃油锅炉：优点：环保指标远远优于燃煤锅炉；占地面积小；可以实现自动控制，达到无人值守的目的。在燃轻油时，可以采取技术措施，减少氮氧化物的排放。缺点：燃油锅炉需要有油库，与燃天然气锅炉比，增加了油品运输费用和油库建设管理费用，而且油库也是一个安全隐患；烧重油时，重油还需要有加热系统保温管道才能流动，既有管理负担，也增加了运行费用。
5、燃气锅炉特点：其环保指标仅次于电锅炉；能很好地实现自动控制，达到无人值守；燃料无需运费，也不要运输管理；运行费用较用油和用电低，不缴排污费；且政府支持，无政策风险。

工业炉窑是社会生产中耗能的主要设备。它们所使用的能源包括除核能以外的所有能源。天然气作为新世纪的清洁能源，在工业炉窑中有极广泛的应用。
第一节、综述
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。
1、机械工业应用的工业炉有多种类型。如果应用的行业来分。
1) 在铸造车间，有熔炼金属的冲天炉、感应炉、电阻炉、电弧炉真空炉、平炉、坩埚炉等、有烘烤砂型的砂型干燥炉、铁合金烘炉和铸件退火炉等；
2) 在锻压车间，有对钢锭或钢坯进行锻前加热的各种加热炉，和锻后消除应力的热处理炉；
3) 在金属热处理车间，有改善工件机 械性能的各种退火、正火、淬火和回火的热处理炉；
4) 在焊接车间，有焊件的焊前预热炉和焊后回火炉；
5) 粉末冶金车间有烧结金属的加热炉等。
6) 汽车和家电行业的金属表面涂装固化炉等。
2、应用于冶金工业中有金属熔炼炉、矿石烧结炉和炼焦炉、轧钢加热炉；
3、应用于石油工业中有常压炉、减压炉、加氢炉、裂解炉、裂化炉、焦化炉；煤气工业的发生炉；
4、硅酸盐工业的水泥窑和玻璃熔化、玻璃退火炉、陶瓷窑炉；食品工业的烘烤炉等。
从上述介绍我们可以了解在哪些行业可能有哪些加热炉。除了极少数特殊工艺外，绝大多数工业炉都可以使用天然气。
第二节、热处理炉
热处理是将固态金属放在一定的介质中加热到特定的温度并保持一段时间后，再以不同的冷却方式冷却的工艺。热处理与其他加工工艺（如锻压、铸造、焊接、切削加工等）不同的是，它只改变金属材料的内部组织结构或表面的化学成分，就可获得所需要的使用性能，而不改变其形状和大小及整体化学成分。钢铁是工业上应用最广的金属，且其组织结构也非常复杂，因而钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
金属热处理大体上可分为整体热处理和表面热处理。
加热和冷却是热处理工艺的两个重要环节。保温的作用是使得零件内外温度趋于一致，并使晶粒均匀细化。
根据热源不同，加热的方法有燃料燃烧加热法（如燃油加热、气体燃料加热、燃煤加热等）、电加热法（如加热介质电阻加热、电热元件加热、工件感应加热等）、高能量密度能源加热法（如电子束加热、激光束加热、太阳能加热等）三大类。
冷却方式主要有气体冷却、液体冷却等。
除了金属（黑色金属和有色金属）需要进行热处理外，玻璃工业也离不开热处理。热成型后的玻璃制品必须经过热处理才能消除内应力。否则会不摔自破。
在热处理工艺中完成加热工序的设备就是热处理炉。
天然气与热处理炉
只有少数细小零件只适于感应加热，少数零件只需要表面加热时只能用感应加热。其余所有热处理炉对热能的需要都可以用天然气来满足。
热处理工艺对温度的要求根据工艺的不同，从200℃--1000℃。目前热处理工艺中采用的天然气燃烧技术主要有以下几种。有焰直接加热、无焰直接加热、平焰燃烧器直接加热、室式间接加热、匣式间接加热、天然气辐射管间接加热。
第三节、金属锻压加热炉
高速燃烧：由燃烧机喷射出来的天然气速度高达5—10m/s。高速气体对炉膛内的高温气体起到搅拌作用，从而使炉膛内温度均匀。
火焰封口：在一些连续生产的光亮热处理炉中。因为工件连续不断地进出炉口，炉口无法关闭，将导至氧气进入炉膛，破坏光亮效果。同时工件本身也会携带少量氧气入炉。一般是采用火焰封口，工件从炉口的火焰中穿过再入炉。炉外的氧气被挡在火焰外，工件携带的氧气也在穿过火焰时被耗尽。用天然气火焰封口既洁净又经济。
钢铁热变形是钢铁加工的主要工艺。主要用于金属结构件的制造。例如轴、弹簧、各种刃具、轴承、辊件、异型件等。它由加热炉和锻锤（或压力机）两种设备共同完成。
锻压加热炉种类：按所用燃料分为：燃煤加热炉、燃油加热炉、燃气加热炉。
天然气与锻造加热炉的优势
品质优势：天然气的洁净优势可以将排放物对环境的影响降到最低。有了这种优势，加热炉尾气可以直接排入厂房内而不至于影响车间生产环境。
结构优势：天然气锻造炉不需要依赖烟囱的抽力就能运行。只需要有高出炉顶2米左右的铁烟囱即可。这样一来既可以节省烟道和烟囱投资，又可以使炉子安装时不受烟道位置的限制。工艺流程布置更合理。
节能优势：天然气加热炉顶的短小烟囱很容易制成热交换器，将燃烧所需要的助燃风进行预热，从而提高热效率。
第四节、金属冷轧、冷镦、冷滚压加工与天然气
要使金属变形除了加热后进行锻压外，还有冷轧加工、冷镦、冷滚压。不论是钢铁还是有色金属都在生产中应用了冷轧、冷镦、冷滚压。
钢铁冷加工有：冷拔钢丝加工、冷拔钢管加工、冷轧钢板和冷轧钢带加工、标准紧固件冷镦、轴承滚子冷镦等。
有色金属冷加工有：铜板（带、条）冷轧、铝板（带、条）冷轧、拉铜丝和铝线等。
这些冷加工有一个共同的地方，就是在压力加工前必须对金属进行退火。金属冷加工通常在金属薄板和细线加工过程中要对金属进行多次退火。所以退火炉是金属冷压加工中必不可少的设备。
活动罩式退火炉有电热式与燃气式两种（金飞达）
电热罩式炉在温度控制精度和清洁环保都是很好的。但是电价高，使退火成本太高。
使用煤制气的稳定性有两个面，一是流量波动，二是热值波动。煤气发生炉操作中加煤时、旺火时和通炉时煤气产出量是不同的，因而引起流量变化。因煤炭市场供应的不确定性，厂家不可能每次都能买到同样的煤种，不同煤种生产出来的煤气热值变化很大。这种变化对产品质量的不良影响非常大。
只有天然气罩式炉无论经济性、环保、质量稳定都是最佳能源。
第五节、陶瓷窑炉
陶瓷生产是能源消耗非常大的工业生产，社会生活生产对陶瓷的需求也很大，导致陶瓷窑炉在社会上的保有量也很大。
1、陶瓷窑炉按产品分类
1) 生活陶瓷窑：卫浴（浴盆、脸盆、大便器）；餐具（杯、碗、盘、匙）、生活陶器（缸、钵、罐、壶）
2) 艺术陶瓷窑：紫砂壶、人物瓷雕、花瓶、工艺盘。
3) 建筑陶瓷窑：瓷鼓凳、地板砖、内墙砖、外墙砖、广场砖、仿古建筑构件。
4) 电瓷窑：高压绝缘子
5) 砖窑：耐火型材、红砖
2、按所用能源分类
1) 燃煤窑：从2000年开始全国己在大批淘汰这种落后的炉窑。
2) 燃油窑：陶瓷窑炉耗能大。除特殊情况外，一般都会选用低价位油品。如重油、焦油、筑路油、奥里油。燃油窑的劳动条件比燃煤窑好。可以实现自动控制。低价位油品含杂质多，所以火焰洁净度低，对高档产品的质量有严重影响。为此需要采取隔焰措施，从而提高了筑炉成本和生产成本。
3) 液化石油气窑：随着石油价格的飞涨，这种窑正逐渐被天然气窑取代。
4) 煤气窑：出于成本的考虑，几乎所有燃煤气的窑都不会使用城市煤气。而是自己配置煤气发生炉，用自产煤气供应煤气窑。
5) 天然气窑：这是随西气东输才得到大力发展的窑型。
6) 电热窑炉：仍有应用。环保、易于自控。一般都可用天然气窑取代。
3、天然气陶瓷窑炉的优势
1) 提高产品质量：
2) 降低建设成本：
3) 减轻劳动强度：
4) 性价比很好：液化石油气应用在陶瓷窑上性能与天然气相同，一公斤液化石油气的热值约是一立方天然气热值的1.2倍。但一公斤液化石油气的价格是一立方天然气的二倍以上。
第六节、玻璃窑炉
玻璃是我们非常熟悉的东西。我们的日常生活一刻也离不开玻璃。玻璃除在日常生活中有着极其广泛的应用之外，在高科技领域也有极其重要的地位。下面我们仅对日常常见的玻璃进行介绍。
玻璃生产中的加热工序
1. 熔化：将原料(石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等)放进熔窑中加热到1300—1600℃熔化成玻璃液。这是所有玻璃加工都必经的工序。
2. 退火：让热的玻璃制品按某一工艺要求的温度曲线进行冷却。己成型的玻璃制品虽然还有余热，但己经不能满足退火工艺的要求，需要将它们送进退火炉再次加热到所需温度，并保证工件按要求的温度曲线冷却。这也是所有玻璃加工都必经的工序。
3. 切断：机械成型的玻璃制品需要切割除去尾料（玻璃管、灯泡、保温瓶胆等）。在用金刚石划痕后，要用火焰对划痕部分局部加热，尾料自动与产品分离。
4. 熔封：机械成型中的双层玻璃产品（灯泡、保温瓶胆、双层保温杯）内外层熔接密封时，也必需对熔接部分进行局焰对断部火焰加热熔化连接。
5. 园口：切割后的断口有刃锋，必须用火进行局部加热熔化，使断口光整。
6. 保温：玻璃液由池窑出来后首先由粘性液态转变为可塑态，再转变成脆性固态。成型加工必须在玻璃可塑态时间内完成。为保证成型塑态所需要的温度，往往在玻璃液出窑后流到成型机前对它进行保温加热。有的薄壁玻璃管甚至是边成型边保温加热。
7. 异型玻璃成型：有一些异型板状曲面玻璃件。如汽车前脸玻璃、园柱型窗玻璃、小型球冠形锅盖等。是将浮法玻板经裁切后放在钢制曲面模型内，随模型一道送进加热炉。将玻璃加热到可塑态，玻璃靠自重下垂变形到与钢模曲面形状相同。
8. 玻璃刚化：某些玻璃制品为了增加其强度，需要进行刚化处理。就是将玻璃制品放进加热炉加热后按某种温度曲线进行冷却例如，汽车玻璃和锅盖玻璃都需要刚化。
第七节、其他炉窑
1、有色金属熔铸炉：有色金属种类很多，我们仅介绍市场应用最广的铜和铝的熔炉。
铜：在所有电器设备和元件、所有家电、所有空调设备中大量应用铜板、铜条、铜带、铜丝、铜管；用铜合金制造大量需要防锈的阀门、水嘴、密封件、轴瓦和铜合金工艺品。所有铜材和铜件生产中的第一步就是要将铜熔化。
铝：常见的铝应用中主要是铝板（带）、铝线 、建筑铝型材、压铸形状复杂的机械零件（汽车、摩托配件）。和铜的生产一样，所有这些铝件的加工第一步就是熔化。
可能使用铜铝熔化炉的厂家：铜材厂、铜板厂、铜管厂、电线电缆厂、阀门厂、轴瓦厂、滚动轴承厂（做铜保持器），其中制造板、管、线时除了将铜熔化需要熔炉外，还需要退火炉用来对铜进行多次退火才能轧拉。
铝板厂、铝线厂：需要熔化和退火
铝型材厂：这是铝产品大户。在这里铝先经过熔化，当流出的铝液冷却到粘稠状（或将铝棒再次加热到粘稠状），再送进成型机连续拉铸，生产出门窗用的铝型材。
压铸厂（精铸厂）：这是一个与汽车和摩托相关的产业。汽车和摩托上许多配件是用铝压铸而成（例如：摩托车发动机壳、摩托刹车把、汽车化油器、空气滤清器、雨刮器等等）
轮毂厂：与上述压铸不同，轮毂厂使用的是低压铸造（也就是在大气压下铸造）。生产轿车车轮的轮毂。
2、铜铝熔炉与天然气
铜铝熔化炉中目前仍以电炉为主，其次是燃油炉，只有少数地区在使用燃气作燃料。以天然气为燃料时相对于其他炉有更大的优势。
电熔炉和柴油熔炉比，天然气炉在运行费用上有明显的优势。
燃料油中含有硫，燃烧后这些硫会在产品表面留下一层白色粉状物。对某些要求较高的产品，这种白粉会影响外观质量。
在天然气铜熔炉因为天燃气火焰直接喷到铜液表面上，扩散式燃烧会消耗铜液表面的氧气，既保护了铜液，又不会产生杂质。
3、热风炉（机）
热风机应用非常广泛，在家电生产、汽车、摩托、食品加工、粮食储备、陶瓷原料制备、建筑物冬季采暖等等方面均有广泛应用。
热风机可以送出的热风的温度范围80℃--350℃连续可调。燃油、燃气热风机可以实现自动控制。
电冰箱的金属外壳、洗衣机金属外壳、家用空调机金属外壳、汽车金属覆盖件、摩托车金属结构件、自行车车架泥板等等，这一些工件都必须在外表面进行涂装或涂漆，或喷塑。
在批量生产的食品加工中用洁净热风对食品进行烘烤。用牛奶生产牛奶粉时，是将牛奶雾化在空中落下过程中与洁净的热风对流接触，当奶雾落到干燥罐底时己变成了奶粉。用相同的工艺可以制造豆奶粉等粉状食品。
粮食储备前必须进行干燥，所有的粮库都有粮食干燥设备。某些农村小粮库用的是燃煤热风干燥。更多的粮库是用燃油、燃气热风机干燥粮食。
农业中大棚种植业和养殖业冬季取暖己经普遍采用热风机直接将热风吹进大棚和养殖舍。对于大棚而言，热风中的二氧化碳有助于植物的光合作用
青饲料干燥、牲畜粪便干燥制有机肥、果渣干燥生产中都广泛使用热风机。
建筑瓷砖生产中，需要将瓷泥浆干燥成瓷泥粉末后再进行模压。所以所有的瓷砖烧成窑前都配有巨大的干燥塔。
商业建筑冬季取暖中大量使用热风机作大门热风幕或室内热风取暖。工厂车间采暖也不乏用热风机供暖的实例。
4、硫化机
橡胶制品由胶料压成型后，必经硫化才会有弹性、耐磨性等特征。在硫化过程中，网状交联的形成要在加热的条件下才得以进行。给橡胶制品加热硫化的设备就是硫化机。
硫化热源有多种，主要是用蒸汽锅炉提供蒸汽，分送到各台硫化机。其次是电阻加热。另外还有导热油锅炉。天然气在橡胶硫化工业中的应用就转化成了天然气在锅炉中的应用。
5、粉末冶金焙烧炉
将金属粉末在模具内压力成型后进行烧结，这就是粉末冶金。
粉末冶金的主要产品有硬质合金、磁性材料、含油轴承、金属陶瓷烧结作为粉末冶金生产过程中最重要的工序。