工业台车式天然气加热炉设计要点分析

工业炉设备按加热方式的不同主要分为电炉、燃气炉、燃油炉和燃煤炉等，污染较小且比较节能的加热方式主要有电炉和燃气炉。2014年中国与俄罗斯签订了燃气供应合同，极大的增加了我国天然气的供应量。本文根据与工业炉配套相关材料行业的发展，提出新型工业燃气炉结构，并经过细致的方案设计论证和计算，将设计整套图纸投产制作成一台大型变容式天然气加热炉，经制作安装完毕后一次性点火调试成功。设备相比传统结构降低了制作成本，在应用中取得了巨大的经济效益，本文阐述设计关键点的解决方案和投产后的使用效果，供同行业相关人士参考和借鉴。本文研究的台车式天然气加热炉主要用于高精度焊接件的去应力退火热处理。对传统设计的设备结构进行了很大的改进，设备设计总图如图1-1所示，设备主要参数如下：

设备结构：按设计思想和图纸制作安装完毕后调试中的设备实物效果图如图1-2所示。该台车式燃气炉设备主要由炉体、台车、炉门及密封机构、燃烧系统、电气控制系统和操作检修平台等组成。

1、炉体：炉体主要由型钢和钢板组合焊接、并在炉壳上安装保温隔热炉衬

炉体炉口位置的炉面板需要采用耐热钢制作。炉壳焊接用δ=6的Q235钢板焊接在型钢框架内侧形成箱体结构。对于型钢结构的选择需要通过弯曲强度计算并考虑放大安全系数，以满足炉体外表温度升高时能有足够的力学性能。在炉体钢结构框架内安装隔热保温炉衬，陶瓷纤维是近年应用比较广泛和稳定的保温材料，隔热保温炉衬采用硅酸铝耐火纤维复合砌筑结构形式，即标准纤维针刺毯折叠模块与普型纤维毯平铺层组合的结构形式。平铺层减小炉衬的热导率，起到隔热保温的效果，并有利于炉墙密封;折叠块交错叠铺并上下、左右方向压紧，增大纤维受力强度，抗高温收缩，耐热气流冲刷。该结构炉衬的优点是：低容重、低热容、蓄热量小，大大缩短了窑炉的升温时间;节能效果明显，低导热、绝热好，有效地节约了电耗成本并改善炉子的环境;良好的抗热震性和机械强度。

2、台车：台车由钢架、边框、砌体、行走机构及驱动装置等组成

台车钢架由台车钢板、上部横梁、下部纵梁焊接组成。横梁采用工字钢等距平行放置。间距按台车载重、砖衬和垫铁等总重量计算，横梁的作用主要是抵抗车体重载下宽度方向的挠度变形。纵梁由槽钢沿台车方向布置而成，台车车轮和驱动装置安装在纵梁上。纵梁的作用主要是抵抗车体长度方向的挠度变形。为保证车架横梁符合等强度设计原则，两组纵梁间距要适宜，手册标准是纵梁间距约为（0.55～0.65）×台车宽度。横梁的上面焊接厚度不小于10mm的Q235钢板。车面钢板将横梁联结成整体，将工件的重力分散传递给所有承重横梁，能有效减小车体的受力变形。台车边框内部砌筑台车衬，用来形成台车砌体的框架，台车面承重不变形，使台车四周始终与炉壁保持适当的间隙。台车砌体是由几种耐火及保温材料复合砌筑而成，底层铺δ=20的石棉板，石棉板上面砌筑硅藻土保温砖两层，再上面是2层轻质隔热砖，最后砌一层优质耐火砖，耐火砖上面放置垫铁，这种结构的砖衬重量轻，兼顾承重、耐热和隔热三方面特性，经实践验证，效果良好。台车行走机构采用大车轮电动自行走机构，采用大车轮可减少车轮的数量，提高轮压，消除爬车的可能。同时减小行走阻力，使驱动机构轻型化。

3、炉门及密封机构

炉门由型钢框架、钢板外壳、炉门保温衬等组成。框架采用型钢组合焊接框架，坚固耐用，不易变形。密封系统采用安全可靠的三边密封机构，通过电动推杆，导向器和密封刀等实现。台车到达变容位置后由行程开关控制台车停止，到位自动断电，连锁保护。通过炉门的移动，移动到位置后的密封刀自动停止和密封实现变容隔断，通过型钢框架支撑炉门钢结构，增加其强度和整体尺寸的稳定性，内部砌筑耐火纤维，与热气接触处均安装耐热钢钢板，台车行走稳定。每两个烧嘴一区。密封装置包括炉门密封、台车密封和后墙密封三处。所有密封采用可靠的机械手动密封加电动密封结合的方式。

4、燃烧系统

在炉膛两侧均匀布置14只烧嘴，每侧7只，天然气属于高热值较纯净的燃料，针对使用温度和燃料特点，大小火脉冲控制方式，根据隔断墙的位置，将炉体分成7区，后部安装排烟管道，利用换热器对冷空气进行预热，从而节约燃料，降低成本。换热器采用优质厂家的金属筒状辐射换热器。换热器出口安装高温烟阀，高温烟阀采用耐火材料制作，根据变容排出的烟气量时时调整阀板角度，节约燃料和炉温均匀的保证一个重要要求是较好的控制炉内压力，压力过大则炉门冒火，压力过小炉内会吸入冷空气，我们通过安装微差压变送器来测量和控制炉内压力，通过测得的炉膛压力信号调节电动烟阀。每个烧嘴配置烧嘴控制器、点火变压器，每个支管路空气管道和燃气管道分别通过电动调节阀和电磁阀自动控制，7区测温，烧嘴采用SZIC高速烧嘴，烧嘴配置陶瓷套管进行收口，火焰喷出速度可达150m/s，高速的火焰气流能充分对炉气进行搅拌，促进炉温均匀性。因为变容要求的存在，我们在供风系统的风机上安装变频控制，通过变频调节风量。

5、设备电气控制系统

自动控制系统由温度控制系统、燃烧控制系统、压力自控系统、故障报警系统和传动系统等组成。燃烧控制系统以燃烧控制器为核心，实现对高速烧嘴的自动点火、火焰监测指示、大小火控制、熄火报警保护等功能，压力自控系统通过燃气压力系统、空气压力系统，燃气压力系统实现控制。

结论

本文中阐述的天然气加热炉突破了传统的设计思想，炉膛容积可变，实现了一炉多用。且节能环保效果明显，为厂家节约大量设备投资和运行成本。变容方式灵活可靠，投产2年来设备运行十分稳定，达到了国内先进水平，值得大力推广和发展。

作者简介

马庭柱（1981-）男，哈尔滨工业大学材料工程专业硕士，黑龙江省金属学会成员，机械工程师，哈尔滨富城发工业炉公司总经理，黑龙江黑龙伟业碳纤维设备有限公司副总经理。从事工作的研究方向为各种工业炉、碳纤维设备、工业清洗机及粮食烘干机的设计及研发.