一、概述
在工业生产中，利用燃料燃烧产生的热量，或将电能转化为热能，从而买现对工件或物料进行熔炼、加热、烘干、烧结、裂解和蒸馏等各种加工工艺所用的热工设备，称为工业炉窑。工业窑炉主要由炉衬、炉架、供热装置（如燃烧装置、电加热元件）、预热器、炉前管道、排烟系统、炉用机械等部分组成。
目前，工业炉窑广泛应用于国民经济各行各业，如冶金、建材、化工、轻工、食品和陶瓷等行业。其品种多、耗能高、影响大，是工业加热的关键设备。其加热技术的发展与高效节能技术的采用，对于提高产品质量、降低生产成本、合理利用能源、改善劳动条件、实现文明生产等都有很大影响。
工业窑炉的类型繁多，在不同的行业需要满足不同的应用背景和生产工艺要求。工业窑炉一般应满足如下要求：
（1）炉温、气氛易于控制，保证热加工产品质量达到工艺要求；
（2）炉子生产率高；
（3）热效率高，单位产品能耗低；
（4）使用寿命长，砌筑和维护方便，筑炉材料消耗少；
（5）机械化、自动化程度高；
（6）基建投资少，占地面积小月、便于布置；
（7）对环境污染少，劳动条件好。
在实际应用中，应根据不同的工业窑炉和具体生产工艺要求，从设计、施工、运行操作和维护管理等各方面综合考虑，力求尽可能达到上述的基本要求。
目前，我国工业窑炉年耗煤达3亿多吨，约占我国工业用煤的40％。水泥、墙体材料窑炉每年消耗煤炭约2.24亿t，其中水泥窑约7 800座，年耗煤1.6亿t，平均能效比国外先进水平低20％以上；墙体材料窑炉约10万座，年耗煤6 400万t，平均能效比国外先进水平低30％以上。钢铁工业窑炉每年消耗煤炭约6 600万t，其中球团工序回转窑生产线20多条，平均
能效比国外先进水平低50％以上；石灰热工窑炉约350座，平均能效比国外先进水平低10％；耐火材料热工窑炉约1 900余座，平均能效比国外先进水平低10％～20％。
我国工业窑炉存在的主要问题是：技术水平低，装备陈旧落后、规模小；能耗高，大部分缺乏除尘脱硫污染控制设施，污染严重；运行管理水平低，管理粗放。
我国工业窑炉的节能潜力巨大，例如：钢铁厂余热资源据估计相当于1 000多万吨标准煤，其中65％是可以回收的，而目前只回收了总量的10％，仍有约500多万吨标准煤的能量可以回收利用。因此，如果全国的工业窑炉能够平均节能10％，则年节约的能源相当于1亿tee。
随着全球经济、资源和环境一体化趋势的发展，我国的工业炉窑技术及装置水平面临极大挑战，节能减排更是势在必行。因此，工业炉窑的发展必须走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的可持续发展道路。其主要趋势可概括如下：
（1）燃料方面
①合理组织工业窑炉气体燃料；
②合理使用西气东输工程给东部、中部地区送来的可观天然气；
③大力开发水电资源，有效地优化我国能源结构；
④大力实施洁净煤技术，其中煤气化是洁净煤燃烧的核心技术。
（2）技术方面
①选择合适炉型结构，提高机械化程度；
②不断改善燃料燃烧状况；
③采用新型炉用材料，优化炉衬结构；
④应用高效余热回收技术及装置。
（3）能源方面
应把握开源节流两手抓。根据我国能源形势，工业窑炉节能势在必行。
（4）环保方面
①调整燃料结构，尽可能选用天然气、油或煤转成气作燃料，或选用各种煤的清洁燃烧技术；
②采用先进燃烧技术，降低NOx的生成；
③节约能源、减少燃耗，减少工业窑炉燃料消耗量。
二、工业窑炉的分类与简介
常见工业窑炉及其用途见表1.2-1。工业窑炉的类型繁多，用途各异。工业窑炉的分类方法很多，实际应用中一般是按其某些主要特征来进行分类的。如按工艺特点分为加热炉和熔炼炉；按所使用能源种类分为燃料炉和电加热炉；按工作温度高低分为高温炉、中温炉、低温炉；按热工操作制度分为连续式工作窑炉和间歇式工作窑炉；按炉型特点分为室燃炉、步进炉、竖炉等；按工作制度分为辐射式工作制度窑炉、对流式工作制度窑炉和层式工作制度窑炉。 表1.2-1 常见工业窑炉及其用途
高钛渣炉型 | 炉种 | 用途 | 热源 |
加热炉 | 金属加热炉 | 推钢式连续加热炉 步进式炉 环形加热炉 罩式炉、辊底式炉 井式炉、室式炉 车台式加热炉 均热炉 | 金属轧制 金属轧制 金属轧制 轧材热处理 理疗裤热处理 pvc电线槽热处理、大型锻件 金属轧制 | 煤气、油 煤气、油 煤气、油 煤气、油、电 电、煤气、油 煤气、油 煤气、油 | www.44base
焙烧加热炉 | 倒粉炉、轮窑 隧道窑 立窑、回转窑 蚀头窑、龙窑 | 烧砖、瓦、陶瓷 砖、瓦、陶瓷 水泥 陶瓷、砖、瓦 | 煤 油、煤、煤气 煤、油 木柴、炭、煤 |
干燥加热炉 | 室式、立式、链带式干燥炉 滚筒式、沸腾式干燥炉 悬链式干燥式 | 铸型、泥芯、油漆 沙子等散料 油漆 | 煤、热风 煤气、煤 煤气、煤 |
熔炼炉 | 提取金属 | 高炉 冲天炉 | 炼铁 加热铁水 | 焦炭 焦炭、煤粉 |
| 精炼金属 | 金属接线盒平炉 转炉 电弧炉 感应电炉 反射炉 炼铜炉 坩埚炉 电阻炉 | 炼钢 炼钢 钢、有金属 钢、有金属 有金属 有金属 有金属 钢、有金属 | 煤气、油 化学热反应 电 电 煤气、油 电、油、煤气 焦炭 电 |
| 下续工序需要 | 单人被坩埚炉 池窑 链式炉 | 玻璃 玻璃 玻璃 | 煤、油 油、煤 煤气、油、煤 |
| | | | |
下面对工业窑炉的分类和用途简单介绍如下。
（一）按工艺特点分
工业窑炉按工艺特点可分为加热炉和熔炼炉两类。加热炉主要是用于完成物料的加热，提高物料的温度，改变物料的物理机械性能，而物料物态并没有改变。主要包括加热炉、步进炉、室状炉、罩式炉、辊底炉、干燥炉，石灰石、白云石的焙烧炉等。熔炼炉主要用于碳金属、合金、特种金属的熔炼和提温。
（二）按使用能源种类分
工业窑炉按所使用能源种类可分为燃料炉和电炉两种。燃料炉（又称火焰炉）是指借燃料燃烧释放的热量，对物料进行热加工的设备，一般分为燃煤窑炉、燃油窑炉和燃气窑炉等，在各种工业窑炉中燃料炉应用较为普遍。电炉是将电能转化为热能，从而用来加热物料的设备，一般分为电弧炉、电阻炉、感应炉、电子束炉和等离子炉等。
（三）按工作温度分
工业窑炉拄工作温度可分为高温炉、中温炉和低温炉三种。高温炉的工作温度在1 000℃以上，炉内物料与周围介质热交换以辐射传热为主。钢铁冶金企业中的各种熔炼炉和加热炉大多属于此类。中温炉的工作温度在650～1 000℃间，炉内物料与周围介质的热交换，辐射和对流各占一定比例。金属热处理过程的诸多炉子多属于中温炉。低温炉的工作温度低于650℃，炉内物料和周围介质热交换以对流换热为主。低温炉多用于干燥、有金属及其合金的加热，钢铁及有金属的回火处理等。
（四）按热工操作分
工业窑炉按热工操作可分为连续式炉和间歇式炉两种。连续式炉的热工特点是炉子连续生产，一般炉内沿炉长方向炉温连续变化，正常生产条件下，炉子各点温度不随时间变化。料坯在炉内运动，从装料门进入炉内，通过炉子不同温度区域完成加热过程，最后从出料门出炉.如推钢式连续加热炉、步进炉、环形炉、链式炉等。也有沿炉长方向炉温基本不变的，为直通式炉。间歇式炉（又称周期炉）的工艺特点是炉膛内不划分温度区段，炉子间歇生产；炉子成批装料进行加热或熔炼，在炉内完成加热或熔炼工艺后，成批出料。炉料在炉内不运动，炉温随时间变化，如均热炉、台车炉、罩式炉、井式炉等。
（五）按工作制度分
工业炉窑按工作制度可分为辐射式工作制度炉窑、对流式工作制度炉窑和层式工作制度炉窑三种。辐射式工作制度炉窑中辐射传热起主要作用，钢铁企业绝大部分高温火焰炉都属于辐射式制度炉窑，该炉窑的火焰黑度和炉墙在热交换中起重要作用。对流式工作制度炉窑中对流传‘热起主要作用。650℃以下的低温炉，炉内传热方式以对流为主。此类炉子特点为燃烧室：和炉膛分开，因此，组织好炉内气体再循环，是提高此类炉窑效率的重要途径。层式工作制度炉窑加热块状散料时，炉料充满整个炉膛空间，热气体在物料间通过，散料加热表面大小是变化的，气体辐射层很薄，在温度变化较大范围内很难严格区分辐射和对流传热各占多少。实际工作中，把这种热气体通过散料的炉子工作制度叫做层式工作制度，相应炉窑称层式工作制度炉窑，其中包括竖炉和流化态炉，后者又可分为沸腾料层炉和悬浮料层炉两种；炼铁高炉属层式工作制度中的竖炉。
（六）按：沪型特点分
这一分类方法包括室式炉、双室式炉、贯通炉、推杆炉、台车式炉、转底炉、环形炉、步进炉、链式炉、振底式炉、马弗炉、坩埚炉、井式炉、辊筒式炉、平炉、电弧炉、冲天炉
和热风炉等。
由以上分类可看出，各种窑炉都是按其某方面特点进行分类的，对某一特定窑炉来说，不只具有一个特点。因此，对同一窑炉由于分类着眼点不同，它可隶属于几种类型，如连续加热炉可既属加热炉，又属火焰炉、高温炉、连续式炉等。
通常根据哪种分类法来称呼一个炉窑也不完全相同，实际工作中，一般采用习惯叫法。根据炉子结构特点称呼一个炉子较多，如高炉、环形炉、辊底炉、车底炉、链式炉，也有根据炉子用途来称呼，如退火炉、渗碳炉、干燥炉等。
三、工业窑炉的节能技术途径
工业窑炉的类型繁多、用途多样。因此，工业窑炉的节能技术改造途径很多。在实际应用中，对于不同类型的窑炉需要根据具体情况采取合理的节能技术改造方案。 （一）工业窑炉的节能改造
目前，对现有工业窑炉进行节能改造是工业窑炉节能最主要和最有效的措施之一。其节能
改造的内容很多，主要有热源改造、燃烧系统改造、窑炉结构改造、窑炉保温改造、控制系统节能改造以及烟气余热回收利用改造等。
1.热源改造
通过改造工业窑炉的热源可以有效减少其能源消耗，其改造内容可因窑炉种类的不同而异。例如，将窑炉的燃料由燃油改为燃用工艺过程回收的燃气，有的将燃泔、燃气改造为电加热等。
2.燃烧系统改造
对于燃油和燃气窑炉，燃烧系统改造主要是采用新型燃烧器取代老式燃烧器。例如，采用平焰、双火焰、高速、可调焰等新型烧嘴，可节能5％～10％；有条件时可利用回收烟气的余热来预热助燃空气，采用机械化加煤或煤粉燃烧对燃煤窑炉进行改造等。
3.窑炉结构改造
工业窑炉的种类繁多，其结构也因行业、工艺的不同而异。随着科技的进步和能源环保政
策的实施与市场要求，工业窑炉的结构也在不断改进与更新。通过工业窑炉的结构改造，可以有效改善燃烧状况、缩小散热面积、增大窑炉的有效容积，从而达到减少能源消耗和提高产品质量和产能的目的。
4.窑炉保温改造
工业窑炉的保温状况与其能源消耗直接相关，特别是对于运行温度在数百甚至上千摄氏度以上的窑炉尤为重要。因此，采用新型保温材料或改善窑炉的保温状况是一项非常重要的节能措施，达到既减少燃料消耗，又改善操作环境的目的。例如，可将炉暗改造为由耐火砖或轻质耐火砖加耐火纤维和保温材料构成的复合结构；采用复合浇注料吊挂炉顶，减少炉顶散热等。以玻璃熔窑为例，由于玻璃熔窑的散热面积大、外表面温度高，其散热量约为总热量的20％～30％，尤其在用重油作燃料和使用电熔耐火材料后，散热损失更大。采用窑体保温后，燃料可节省15％～20％，火焰温度可提高20~30℃。
5.窑炉烟气余热利用改造
窑炉烟气余热的回收利用改造的途径很多，如采用合适的烟道换热器和余热锅炉等回收烟
气的余热，根据烟气余热的不同温度水平，可利用烟气预热助燃空气或利用余热发电等，既可有效降低排烟温度，也可收到良好的节能效果。
6.窑炉密封改造
窑炉密封改造的目的是提高其密封性以减少冷空气的渗入和热空气的泄漏所造成的热损失。例如可以尽可能减少开孔与炉门数量，采用浇注料炉衬结构外加炉墙钢板等。
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