4.火焰爐內(nèi)熱過程分析4.1概述火焰爐：爐料（被加熱對(duì)象、物料）火焰、爐氣（燃燒產(chǎn)物）爐料（被加熱對(duì)象、物料）爐襯〔爐（內(nèi)）墻〕爐墻積熱爐（外）墻散熱火焰爐內(nèi)熱過程：①氣體流動(dòng)＋燃料燃燒＋傳熱過程＋傳質(zhì)過程②物理過程（主要）＋物理化學(xué)過程③以傳熱為中心（目的）火焰爐內(nèi)熱過程分析：①定性物理描述（物理本質(zhì)是什么？）②定量的數(shù)學(xué)描述不等溫空間流動(dòng)（相互影響）熱流場空間溫度場爐襯為主要邊界條件（耦合）流體力學(xué)基礎(chǔ)理論燃燒學(xué)爐子理論傳熱學(xué)傳質(zhì)學(xué)特殊規(guī)律＋耦合作用4.2爐內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)及再循環(huán)氣體射流運(yùn)動(dòng)爐膛內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)氣體回流運(yùn)動(dòng)氣體射流運(yùn)動(dòng)研究：傳統(tǒng)研究方法（實(shí)驗(yàn)研究方法）∵爐膛內(nèi)氣體射流≈紊流射流又∵紊流自由射流具有相似性∴實(shí)驗(yàn)路徑冷流體自由射流冷流體限制射流冷流體半限制射流冷熱流體射流差別模型實(shí)驗(yàn)理論（相似理論）數(shù)學(xué)模擬方法（數(shù)值計(jì)算方法）：結(jié)果分析數(shù)學(xué)模型物理模型爐子實(shí)際狀態(tài)分析簡化模擬結(jié)果分析數(shù)學(xué)模型物理模型爐子實(shí)際狀態(tài)典型化計(jì)算射流的研究情況（自由作業(yè)，影響平時(shí)成績）：查閱有關(guān)書目、資料，說明前人從那些角度研究射流？研究了那些射流形態(tài)？氣體回流運(yùn)動(dòng)研究：內(nèi)部再循環(huán)（自然再循環(huán)）結(jié)構(gòu)作用氣體再循環(huán)的方式外部再循環(huán)（結(jié)構(gòu)再循環(huán)）設(shè)備作用鈍體再循環(huán)再循環(huán)現(xiàn)象示意圖：氣體再循環(huán)的流動(dòng)特征（圖）氣體再循環(huán)指標(biāo)：再循環(huán)率，再循環(huán)倍率縮短火焰，減少火焰中小碳粒的濃度，提高火焰溫度爐氣再循環(huán)對(duì)燃燒的影響延長火焰，增加火焰中小碳粒的濃度，降低火焰溫度影響參數(shù)：火焰根部的溫度T可燃混合物中氧的濃度幾何特征4.3火焰的基本特征析熱特征（吸熱規(guī)律）輻射特征火焰（火炬）定義：熾熱的正在燃燒的氣流流股。特點(diǎn)：①溫度比周圍爐氣高。②有明亮輪廓的外形。③是爐氣的一部分。工程計(jì)算處理方法：①分別研究火焰和爐氣的作用。②將火焰和爐氣作為具有某種平均溫度的爐氣?；鹧娴膹埥腔鹧娴膸缀翁卣骰鹧娴男螤罨鹧娴拈L度張角：由幾個(gè)關(guān)系來說明：α（冷等溫自由射流）＜α（實(shí)際火焰）α（無旋射流）＜α（旋流火焰）形狀（由邊界面確定）：流速和空氣消耗系數(shù)棗核狀和空心截頭錐狀可見火焰長度（肉眼觀察）（定義之一：不完全燃燒程度qh＝1%－2%處）長度：三種指標(biāo)火焰的化學(xué)當(dāng)量長度Lst（軸線上空氣消耗系數(shù)n＝1時(shí)的位置）實(shí)際火焰長度Lf火焰的析熱特征（析熱規(guī)律）析熱規(guī)律之一： _____離燒嘴出口x處燃料不完全燃燒百分?jǐn)?shù)；在火焰開始端燃料不完全燃燒的熱量占燃料化學(xué)熱的百分?jǐn)?shù)；――火焰長度（即燃燒帶長度，從噴嘴出口至＝0處的長度）；P－－指數(shù)，代表燃燒速度的特性，P值越大表明燃燒進(jìn)行得愈快。析熱規(guī)律之二： ――燃盡程度x――沿火焰軸線的距離ma――經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)b――當(dāng)時(shí)，b＝1；當(dāng)時(shí)，b＝2火焰的發(fā)射率（黑度）火焰的輻射特征火焰溫度火焰的輻射熱流密度火焰的發(fā)射率（黑度）提高火焰發(fā)射率的主要途徑：火焰增碳（重油加入，碳?xì)浠锖俊鼰崃呀庑√苛舛取拧┰黾踊鹧嬷械男√苛５臐舛龋鹧孀詣?dòng)增碳焦?fàn)t煤氣預(yù)熱1100℃以上熱裂解小炭粒濃度↑ε↑使火焰中局部空氣不足熱裂解小炭粒濃度↑ε↑火焰中增碳輝焰火焰中無炭粒暗焰火焰溫度重油機(jī)械霧化噴嘴火焰溫度平展旋流火焰溫度火焰的輻射熱流密度：關(guān)于熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的服務(wù)面向：《熱能與動(dòng)力工程基礎(chǔ)>翁史烈主編高等教育出版社37.7元主要面向具體設(shè)備有關(guān)知識(shí)鍋爐與換熱器原理,工藝葉輪式動(dòng)力機(jī)械蒸汽輪機(jī);燃?xì)廨啓C(jī),壓氣機(jī),泵與風(fēng)機(jī)原理,工藝往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械內(nèi)燃機(jī),壓縮機(jī)原理,工藝制冷與空氣調(diào)節(jié)原理,工藝熱力發(fā)電技術(shù)發(fā)電廠主要輔助設(shè)備生產(chǎn)過程工業(yè)爐熱工設(shè)備工業(yè)爐原理,工藝

4.4爐內(nèi)傳熱4.4.1爐內(nèi)輻射傳熱爐氣溫度及爐溫的概念燃料的理論燃燒溫度:燃料的實(shí)際燃燒溫度:η=f(各種熱量交換因素)注：Aη小于1B爐氣向周圍環(huán)境散熱爐膛熱交換的復(fù)雜性：火焰火焰爐氣爐頂爐氣爐頂物料爐墻物料爐墻爐頂熱電耦火焰爐氣火焰爐氣爐爐墻墻物料物料

討論：①生產(chǎn)中，爐溫指測溫?zé)犭娕妓从车臏囟?；②爐溫是一個(gè)近似的概念，無確切定義（因測溫位置改變而變化）；③工程習(xí)慣：從爐頂或爐墻插入爐內(nèi)１００－３００ｍｍ；④爐溫是所測爐子空間的溫度場的某種平均值（時(shí)間的和空間的）⑤爐氣溫度測量方法：抽氣熱電偶法平均輻射溫壓爐料獲得的熱量：輻射溫壓：平均輻射溫壓：兩個(gè)例子：例１：對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行的連續(xù)加熱爐工業(yè)處理：端部供熱連續(xù)式加熱爐加熱段的爐溫平均值計(jì)算（完全燃燒，僅有熱交換）爐氣１２２爐氣１２２２爐料１逆流式：２爐料１爐氣爐氣12順流式：1爐料21爐料2聯(lián)想：逆流＼順流換熱器對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算公式例２：對(duì)溫度均勻的室狀爐，受熱物體表面溫度均勻時(shí)，爐圍伸展度（）的作用爐襯在爐膛傳熱中的作用爐襯發(fā)射率εl的作用爐襯溫度的作用爐襯常識(shí)：

材料

導(dǎo)熱系數(shù)

熱容量

發(fā)射率

表面溫度分析前提條件：穩(wěn)定工作的爐子，tl不變，不變，且間歇操作的爐子，tl變化，爐襯積熱※爐圍伸展度（）的作用分析：分析：

ω↑↑

↑時(shí)，ω↑（↑）↓

↓時(shí)，ω↑（↑）↑

ω↑爐氣厚度↑→↑，↑；爐氣可能充不滿爐膛，下層為冷氣層，↓

結(jié)論一：爐膛高度要適當(dāng)

結(jié)論二：爐膛高度不變，提高ω↑（凸起物→聯(lián)想肋片的作用）※爐襯發(fā)射率εl的作用分析：

對(duì)無影響

對(duì)無影響

↑↑↓→對(duì)影響很小

↑節(jié)能↑※爐襯溫度的作用lgm分析：

，↑↑

對(duì)影響不大

特別小時(shí)，可特別低，無惰性爐．爐氣在爐膛中的傳熱分析曲線ａ：均勻溫度場；均勻輻射熱交換曲線ｂ：對(duì)稱溫度場；均勻輻射熱交換曲線c:高溫區(qū)下移溫度場；直接定向輻射傳熱定向輻射曲線d:高溫區(qū)上移溫度場；間接定向輻射傳熱※均勻溫度場輻射傳熱導(dǎo)出條件：絕熱面應(yīng)用：計(jì)算用于計(jì)算機(jī)控制 實(shí)測；實(shí)測；采用熱電偶溫度，反算※定向輻射傳熱直接定向輻射傳熱說明：定向輻射的由來↑↑△ｑ↑原因：較低溫層的作用間接定向輻射傳熱來自爐氣的熱量 爐襯爐襯溫度升高爐襯對(duì)物料的輻射傳熱增加爐氣的三種輻射熱交換方式的比較4.4.2爐內(nèi)對(duì)流傳熱說明：①對(duì)流換熱作用在不同類型的爐子中不同爐子類型主要傳熱方式對(duì)流比例說明高溫火焰爐（＞1000℃）輻射熱交換１０－１５％爐氣速度１－３ｍ／ｓ低溫爐＜650℃對(duì)流換熱７０％以上②強(qiáng)化對(duì)流作用——高速射流加熱技術(shù)（射流沖擊加熱）適用范圍：內(nèi)部熱阻小的材料（小尺寸或?qū)嵝阅芎茫﹥?yōu)點(diǎn)：爐襯溫度可低一點(diǎn)；爐膛可低一點(diǎn)；爐子惰性小一點(diǎn)③可利用各種經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)嶒?yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算,加熱爐中的比計(jì)算結(jié)果要大一點(diǎn).4.5火焰加熱爐數(shù)學(xué)模型模型的類型模型以爐氣的溫度場狀態(tài)作為劃分標(biāo)準(zhǔn):數(shù)學(xué)模型零維模型一維模型二維模型三維模型Tg特征Tl\Tm特征Tg=constTg=f(x)=f(L)Tg=f(x,z)=f(L,H)Tg=f(x,y,z)=f(L,W,H)聯(lián)想傳熱學(xué)集總參數(shù)法一維平板導(dǎo)熱無限長柱體的導(dǎo)熱正六面體的導(dǎo)熱爐子熱工理論研究模型的用途爐子優(yōu)化設(shè)計(jì)爐子熱工計(jì)算機(jī)控制及自動(dòng)檢測數(shù)學(xué)模型的優(yōu)勢:費(fèi)用低,時(shí)間短,“隨心所欲”,有助于對(duì)爐子的全面認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)模型的問題:復(fù)雜場合難以用數(shù)學(xué)描述,需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,易犯“主觀”錯(cuò)誤。流體力學(xué)模型加熱爐數(shù)學(xué)模型的子模型燃燒模型傳熱