节能热处理燃烧加热设备技术条件

节能热处理燃烧加热设备技术条件

1 范围

本标准规定了用于金属热处理加热的高效燃烧设备的必备技术条件。

本标准适用于气体和液体燃料为能源的高效热处理加热设备。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T 7232 金属热处理工艺术语

GB/T 9452 热处理炉有效加热区测定方法

GB/T 12603 金属热处理工艺分类及代号

GB/T 13324 热处理设备术语

GB 15735 金属热处理生产过程安全卫生要求

GB/T 17358 热处理生产电耗计算和测定方法

GB/Z 18718 热处理节能技术导则

GB/T 19944 热处理生产燃料消耗计算和测定方法

3 术语和定义

GB/T 7232、GB/T 13324、GB/Z 18718确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1 一次能源 primary energy

直接从自然界获得，而且可以直接应用的燃料或动力。一般指煤炭、石油、天然气等化石燃料以及水力能。

3.2 二次能源 secondary energy

通常指一次能源经过加工制得，使用更方便、价值更高的能源，如汽油、柴油、煤气和电力等。

3.3 温室气体 greenhouse gases

太阳热辐射穿透大气，使地表温度升高。地表热能以长波方式向外辐射。此辐射又被大气中的二氧化碳和水蒸气吸收，使大部分长波辐射能被阻留在地表和下层大气，形成温室效应，造成全球性危害。大气中的二氧化碳和水蒸气被称为温室气体。

3.4 热值 calorific value

单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时放出的热量，有高热值和低热值之分。高热值是燃料燃烧热和水蒸气冷凝热的总和（燃烧总热值）；低热值是燃烧总热量减去冷凝热的差数（只是燃料的燃烧值）。固体和液体燃料的热值以kJ/kg表示，气体燃料的热值以kJ/m³表示。

3.5 燃料炉热利用系数 heat utilization coefficient

保留在炉膛内热量与所有输入炉内热量的比值（空炉测量或计算）。

3.6 炉子热效率 furnace calorific efficiency

加热工件的有效热量和所用燃料低热值的体积分数。

3.7 单位热耗指标 specific heat consumption

加热1kg金属所需热量，一般以kJ/kg表示。

3.8 离炉烟气 exhaust fume

燃料炉排出炉外，带有大量热的燃烧气体产物。

4 燃料的选择

4.1 液体（重油、柴油）和气体（天然气、液化石油气）燃料从能源利用率角度比用电高。因地制宜，适当地提倡热处理炉用燃料加热从节能和降低生产成本考虑是可取的。

4.2 在所有燃料中用天然气最便宜和方便。天然气又是产生温室气体最少的燃料（见附录A表A.1）。在天然气供应充足的地区，热处理能源应优先选择天然气。

4.3 用煤直接燃烧加热对环境危害大，炉温不易控制，且不符合煤的综合利用原则，不提倡煤作为热处理能源。

4.4 用电比用燃料简便，温度容易控制，在水电、核电资源丰富，电价较便宜地区，用电作为热处理能源也是一种正确选择。

5 热处理炉型选择

5.1 根据各种炉型的炉底热强度指标计算燃料消耗（见附录A图A.1及表A.2）作为选择燃烧加热炉的依据之一。

5.2 根据各种炉型的工件单位热耗指标（见附录A表A.3、表A.4、表A.5）作为选择燃烧加热炉的依据之二。

6 节能热处理燃烧炉的必备条件

6.1 燃料炉的热效率必须保证在30%以上。

6.2 燃料炉正常燃烧的空气过剩系数应控制在1.05～1.20范围（见附录A图A.2、图A.3及表A.5）。

6.3 燃料炉必须配备利用离炉烟气废热的空气预热器，空气预热温度应符合表1要求（见附录A图A.4），其结构原理参见附录A图A.5。

6.4 燃料炉开式燃烧器推荐用高速烧嘴见附录A图A.6，以提高炉温均匀性。其炉温均匀性应达到GB/T 9452中热处理炉按保温精度分类及其技术要求的规定。

6.5 热处理燃料炉应采用轻质耐火绝热炉衬，以减少炉子蓄热和散热损失（见附录A图A.9）。炉子外壁温升不应超过50℃。

6.6 热处理燃料炉推荐采用配备蜂窝蓄热再生式空气预热的双向交替工作烧嘴和辐射管（见附录A表A.6、图A.7、图A.8），力图使能源利用率达到80%以上。

6.7 采用离炉烟气废热多次利用措施，除用于较低温度热处理设备外，尚可用于清洗、烘干等辅助工序，以及蒸汽锅炉、洗浴、烹饪等生活设施。

7 燃烧炉的环境保护、安全卫生要求

7.1 燃料的安全使用应满足GB15735关于易燃易爆物注意事项和人员健康影响的规定。

7.2 提高燃料炉空气预热温度的节约燃料效果显著（见表1和附录A图A.4）。但在提高温度的同时，必须采取有效措施（见附录A图A.10～图A.12），以保证离炉烟气中的NO_x不超过GB15735规定的限量。

表1 规定的空气预热温度和燃料节约效果

附录A

（规范性附录）

燃料燃烧的各种指标

A.1 燃料燃烧的各种指标见表A.1～表A.6及图A.1～图A.12。有关热处理工艺的分类的规定，应符合GB/T 12603的要求。有关电能消耗及燃料消耗的计算应符合GB/T 17358及GB/T 19944的要求。

表A.1 各种燃料燃烧时排出的CO₂量

附录A

（规范性附录）

燃料燃烧的各种指标

A.1 燃料燃烧的各种指标见表A.1～表A.6及图A.1～图A.12。有关热处理工艺的分类的规定，应符合GB/T 12603的要求。有关电能消耗及燃料消耗的计算应符合GB/T 17358及GB/T 19944的要求。

表A.1 各种燃料燃烧时排出的CO₂量(www.xing528.com)

图A.1 箱式及台车式炉炉底热强度指标

1—炉温950℃燃煤热处理炉 2—炉温550～650℃燃煤热处理炉 3—炉温950℃燃油、燃煤气热处理炉 4—炉温550～650℃燃油、燃煤气热处理炉

表A.2 热处理炉的炉底热强度

图A.1 箱式及台车式炉炉底热强度指标

1—炉温950℃燃煤热处理炉 2—炉温550～650℃燃煤热处理炉 3—炉温950℃燃油、燃煤气热处理炉 4—炉温550～650℃燃油、燃煤气热处理炉

表A.2 热处理炉的炉底热强度

注：1.根据炉底（或容积）最大热强度算出的燃料消耗能量最大炉子最大消耗量。

2.较小的炉子用上限，较大的炉子用下限。

3.井式炉为容积热强度[kJ/（m³·h）]。

表A.3 热处理燃料炉工件单位重量燃料消耗

注：1.根据炉底（或容积）最大热强度算出的燃料消耗能量最大炉子最大消耗量。

2.较小的炉子用上限，较大的炉子用下限。

3.井式炉为容积热强度[kJ/（m³·h）]。

表A.3 热处理燃料炉工件单位重量燃料消耗

（续）

（续）

① 燃料用低落热值Q_d=36000kJ/m³的天然气。

② 不预热空气。

③ 退火时间小于24h。

① 燃料用低落热值Q_d=36000kJ/m³的天然气。

② 不预热空气。

③ 退火时间小于24h。

图A.2 空气系数与燃烧温度的关系

表A.4 热处理炉工件单位热消耗量

图A.2 空气系数与燃烧温度的关系

表A.4 热处理炉工件单位热消耗量

（续）

（续）

图A.3 空气系数与离炉烟气带走热损失的关系

图A.3 空气系数与离炉烟气带走热损失的关系

图A.4 空气预热温度与燃料节约率的关系

a）燃料油Q_d=40200kJ/m³ b）发生炉煤气Q_d=5650kJ/m3

表A.5 降低空气系数后的燃料节约率

图A.4 空气预热温度与燃料节约率的关系

a）燃料油Q_d=40200kJ/m³ b）发生炉煤气Q_d=5650kJ/m3

表A.5 降低空气系数后的燃料节约率

（续）

（续）

图A.5 换热器原理

a）反向流 b）平行流 c）横流

图A.5 换热器原理

a）反向流 b）平行流 c）横流

图A.6 几种直燃式高速烧嘴

表A.6 火焰辐射管类型及热工特性

图A.6 几种直燃式高速烧嘴

表A.6 火焰辐射管类型及热工特性

（续）

（续）

图A.7 再生燃烧器燃烧过程示意图

图A.7 再生燃烧器燃烧过程示意图

图A.8 再生式双向交替燃烧辐射管

图A.8 再生式双向交替燃烧辐射管

图A.9 耐火纤维毡（毯）密度为130kg/m³时，不同炉衬厚度的q值和t_b值

图A.9 耐火纤维毡（毯）密度为130kg/m³时，不同炉衬厚度的q值和t_b值

图A.10 空气预热温度对离炉烟气中NO_x量的影响

图A.10 空气预热温度对离炉烟气中NO_x量的影响

图A.11 少NO_x燃烧气体回流燃烧器

图A.11 少NO_x燃烧气体回流燃烧器

图A.12 烟气再循环燃烧和NO_x含量的关系

图A.12 烟气再循环燃烧和NO_x含量的关系