湘潭大学本科毕业论文
直接燃煤相比，炉子燃油节能最多，发生炉煤气次之，而燃煤最浪费能源。煤炉、煤气炉、油炉三种炉子能源消耗之比为1:0.96:0.61[1]。
（2）间接加热热风炉的特性
间接式热风加热装置主要适用于被干燥物料不允许被污染或应用于要求热风温度较低的热敏物料的干燥，如食品、制药、精细化工、合成树脂等行业。此种加热装置，即是将蒸汽、导热油、烟道气等做载体，通过多种形式的热交换器来加热空气。其工作原理可分为蓄热式和换热式两种。适用于热风干燥的热风间接加热装置有三种类型：烟道气间接加热装置；蒸汽间接翅片加热装置；热管加热装置；还有电加热热风装置。
间接式热风炉的最本质问题就是热交换。热交换面积越大，热转换率越高，热风炉的节能效果越好，炉体及换热器的寿命越长。反之，热交换面积的大小也可以从烟气温度上加以识别。烟温越低，热转换率越高，热交换面积就越大。
1.2 热风炉的应用
1.2.1 国内的发展和应用
目前国内高温热风炉主要有两类：一是用燃油燃气直接作热源，但是燃料贵，运行费用高，增加了干燥成本。二是用燃煤作热源，虽然燃料费用降下来了，但也存在着热效率低、使用寿命短、体积庞大等问题。
我国燃煤热风炉多采用火床燃烧，热风温度仍比国际先进水平差了200?C[2]
左右。
在一定程度上制约了我国中型高炉炼铁生产技术的发展，影响了高炉喷吹煤粉量和企业经济效益的进一步提高。为了获得高风温，国内基本上采用富化高炉煤气的措施；此外，烟气余热回收技术、热风炉自身预热法和配置预热空气炉法也是常用的措施。现代热风炉的发展方向是：①高风温，热风温度1250?C±50?C。②高热效率，总热效率≥85％。③长寿命，一代寿命≥25年[3]。
但是，随着我国石油和天然气的发展，燃油和天然气户式热风供暖方式开始发展。热风炉供暖已在我国的一些工业厂房、民用建筑和野外作业等场合使用，并显示了较好的效果。与锅炉供暖相比，热风炉供暖具有以下特点：
（1） 工程造价、运行和维修费用低。热风供暖无需供回水管道、散热器及循环泵等，仅散热器一项，节省工程造价的20%-30%；不用循环水，节省了用水、水处理及管道的清洗、除垢等费用；将热风直接送入供暖点及空间，热损失极少；管气窗不会发生积垢、堵塞、漏水、冻裂等现象，维修量极少。
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（2） 操作简单，易于调节。热风供暖升温快，可调性强，便于以地域、用热单位和家庭为供热单元进行管理、控制，操作方便，可随时关闭或运行。如环境温度发生变化不会影响正常运行。
（3） 热风炉为常压运行，安全可靠。无供热介质水，适宜于高寒缺水地区。在一些大型空间和需要排风的空间也适宜用热风炉供暖。
（4） 受空气物性的影响，输送热风的管路管径较大，不适宜远距离输送 [4]。 1.2.2 国外的发展和应用
在国外，以天然气和石油为热源中心的户式热风采暖方式得到广泛的应用。在北美地区很多别墅建筑都采用这种热风采暖方式。国外的燃气热风炉多采用自然循环、机力循环和强制给排气机力循环等燃气方式。各种循环方式都有其相应的特点。自然循环对流方式：其传热系数小。需要的传热面积大，因此这种热风炉的体积比较大，同时热风出口温度也比较高。因自然循环的风速小，烟气的热量很难传递给空气，所以造成自然循环烟气热风炉的体积过于庞大。为了提高传热系数，减小热风炉的体积。可以采用机力循环的方式。强制给排气机力循环方式：为了保证烟气畅通，可以采用鼓风式燃烧器形成强制给排气燃气热风炉。这种强制给排气的方式保证烟气与燃烧需要的空气畅通。对安全运行有可靠保障。在高炉热风炉方面，随着高炉送风温度和送风压力的提高，国外对热风炉的炉型结构和炉衬材料进行了大量研究工作，逐渐从内燃式热风炉向外燃式热风炉，内燃式热风炉从一般温度操作向高温度操作方向发展，炉衬材料也由普通粘土砖向高铝砖、莫来石砖、优质硅砖、硅线石砖和红柱石砖方面发展，取得了很好效果，大幅度提高了使用寿命。今后，国外热风炉仍将朝着改进现有炉型结构和耐火材料质量，开发新型热风炉和新型耐火材料，进一步提高使用寿命方向发展。
利用热风炉废气（主要指间接加热热风炉的废气）的热量来预热热风炉的煤气或助燃空气是有效节约能耗的措施之一。七十年代末开始研究利用热风炉废气的热量，发展十分迅速。日本设有废气热量利用装置的高炉占70%以上[5]。热管是一种新型高效率的热交换元件。它是传热技术中出现的一项重要技术成果。在六十年代首先被应用于航天领域，七十年代后在西方工业国家开始用于电子、机械、石油、化学等工业部门。由于能源紧张，近年来，以热管制造的热管式交换器得到了迅速的发展。
热管式热风炉是将热风炉产生的热量供给热管换热器，再由热管换热器直接供给被加热装置的供热设备。热管及热管换热器是热管式热风炉的核心部件。热管通过在全封闭真空管内工质的蒸发与冷凝来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可以任意改变、可以远距离传热以及可控温度等一系列优点，将大量的热量通过很小的截面积远距离、高效地传输而无需外加动力。热管的典型结构如图所示
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图1-1 热管的结构
1-热管壳体；2-吸液芯；3-蒸汽流；4-液体
热管是由壳体、吸液芯和工作液三个部分组成。管内抽成真空，充以液体，使之填满毛细材料的微孔并加以密封。管子的一端为蒸发段，另一端为冷凝段，根据需要中间可设一绝热段。蒸发段吸收热流体热量，并将热量传给工质，工质吸热后以蒸发与沸腾的形式变为蒸汽，在微小压差作用下流向冷凝段，同时凝结成的液体放出汽化潜热，并传给冷流体。冷凝液借助于毛细材料的毛细作用力或重力回流至蒸发段。工质如此循环的同时，也将热量由一端传向另一端。由于是相变传热，因此热管内部热阻很小，能以较小的温差获得较大的传热量。而且由于管内抽成真空，所以工质易于沸腾，热管启动迅速。在热管的冷热两侧均可加装翅片以强化传热。并且热管不受热源类型的限制。
1.3 本文的主要内容及意义
本文主要是依据燃烧学的基本理论设计一台实验用的热风炉，并对炉内的流动及燃烧过程进行数值模拟。在设计方面，要依据热风炉的功率和燃气的低位发热量来确定燃气和燃烧空气的量，并计算出燃烧的温度。为了在热风炉的出口处得到所需烟气的温度，按照能量守恒定律，计算出所需混合空气的量。再对热风炉进行结构设计。需要计算出燃气和燃烧空气的入口总面积，炉膛截面积和炉膛容积。然后选择耐火材料，并根据耐火材料的导热系数计算出耐火材料的厚度。在模拟方面，主要利用FLUENT软件建立热风炉的仿真模型，根据设计时确定的边界条件对炉内的流动及燃烧过程进行模拟计算。并将模拟的结果与普通热风炉的模拟结果进行对比。
本文所设计的热风炉的功率为30kW，烟气的出口温度为150?C—250?C。 依托本文设计的热风炉可开展一些基础实验，如：为换热器提供热源,并对换热器换热性能进行测定；分析热风炉的燃烧效率、烟气成分等；对热风炉的燃烧过程进行实验研究与
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最后，计算出热风炉的局部损失，选择能提供适当风量和压力的鼓风机。
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数值计算，提出高效低污染燃烧的改进措施等。此外，研究所得的结果也可为同类型热风炉在其它工业领域的应用提供一定的参考依据。
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第二章 热风炉设计
热风炉设计要追求的目标是高效、节能、长寿命，同时还要力求达到低成本、低动力消耗和方便维修。
2.1 热源选择
为了能够得到温度为150?C—250?C之间的烟气，可以通过燃煤，燃油，燃气还有电加热等方式。下面分别介绍一下各种不同热源的热风炉。 2.1.1 燃煤热风炉
煤的燃烧方法主要有两种：块煤的层状燃烧法和粉煤的悬浮燃烧法。目前大都采用块煤的层状燃烧法，即煤在炉排上保持一定的厚度进行燃烧。层状燃烧的燃烧层结构有一定的规律性。从上到下分为四个区域：新燃料区、挥发物析出和燃烧区、焦炭燃烧区和灰渣燃尽区。四个区域中燃烧的强度不同，新燃料区基本不燃烧，只是对燃料加温；灰渣燃尽区由于燃料的耗尽，燃烧强度也很低；焦炭燃烧区燃烧强度最大，耗氧量也最大。使用层状燃烧法时，燃料层的厚度、燃料的颗粒大小对燃烧的经济性有重要影响。因此，根据燃料种类和燃烧方式选用合理的燃料层厚度和颗粒度是保证燃料完全燃烧的关键。
但煤燃烧的稳定性很差，烟气中会含有大量的有害物质，用在直接加热热风炉上受到了很大的限制。 2.1.2 燃油热风炉
燃油热风炉以重油或者柴油为燃料，与燃煤热风炉相比，除燃油价格要贵一些之外，其他一切特点都要优于燃煤热风炉。不需要专人看管，炉温均匀，很容易进行自动控制，且基本上不污染环境，而对于一些热敏性较大，本身价格较高的被干燥物料来说，燃油热风炉则是保证产品质量和产量的基本要求。
重油和渣油含杂质较多，而且燃烧控制比较困难，存在不完全燃烧，因此大多用在间接加热。由于轻油易于完全燃烧，污染比较小，因此燃油设备大都采用直接加热方式，尤其是用于干燥农产品或温室加热的场合。 2.1.3 燃气热风炉
气体燃烧的空气污染和固体燃烧污染很少，具有基本无公害燃烧的综合特征，是一种比较清洁的燃料。气体燃烧锅炉燃气系统简单，可以进行燃烧调节，调整发热量，操
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