工业炉的现状及发展趋势
工业炉是工业生产中利用燃料的燃烧热或电能的转化来加热材料或工件的热力装置。工业炉的主要组成部分是工业炉砌体、工业炉排烟系统、工业炉预热器和工业炉燃烧设备。
工业炉砌筑
砌筑功能在加热或冶炼过程中对工业炉施加高温负荷，减少热损失，抵抗化学腐蚀并赋予其特定的结构强度，以保证炉内的热交换过程。
砌体由防火层和隔热层组成。为保证砌体的强度和气密性，采用钢结构（称为炉架）将砌体固定在砌体周围。耐火层由规定尺寸的标准耐火砖制成，能承受直接的高温载荷和机械冲击，以及炉气或熔液的化学侵蚀。
砌体砖缝通常相互交错，在一定距离内留有适当尺寸的伸缩缝。砌筑用耐火泥的化学成分和热学性能必须与耐火砖相适应，并具有适合施工要求的稠度和可塑性。
耐火层的外侧为绝热层，用于使耐火层隔热，以减少炉壁内的热量损失，降低炉壁外表面温度。通常使用低密度和低导热率的标准隔热砖或棉和毛毡等纺织材料。
工业炉排烟系统
工业炉排烟系统是利用烟囱或机械设备将工业炉炉膛内的烟气从炉内排出的系统。在工业炉的正常使用中，排烟顺畅是一个重要条件。如果排烟不畅，炉内压力会升高，大量烟气会通过炉膛周围的缝隙逸出，影响炉膛的热损失和炉膛内气流的均匀分布。它降低了炉子的温度均匀性，恶化了操作环境。
烟道系统由吸收烟雾的烟道装置和排出烟气的烟道组成。常用的排烟装置有烟囱（图1烟囱排烟系统）、引风机或喷射管（图2机械烟囱排烟系统）。
烟囱排放的烟气是依靠流入烟囱的热烟密度产生的浮力来克服烟道阻力的，该浮力低于烟囱外空气的密度。烟气也可以通过感应风机排出。或者，也可以将喷射管安装在烟气系统的特定部位，利用高速喷射气产生的负压将烟气排出。烟囱排气不耗电，排气温度不受限制。如果烟阻很高，工业炉间歇运行，可以采用引风机或喷射管排烟。喷射管有利于去除热烟气，而引风机则有利于去除冷烟气。
烟囱分为砖烟囱、混凝土烟囱和钢烟囱。有两种类型的烟道：地下烟道和架空烟道。地下烟道以砖块为主，架空烟道宜采用钢板内衬耐火材料。
提高烟囱高度，增加烟道出口烟气流量，以减少烟气对环境的污染或在烟道内安装预热器以节约能源。需要制作。大于该地区的最大风速，或至少每秒3米，以防止烟气中的有害气体和烟雾扩散到地面。
工业炉预热器
利用工业炉排出的烟气的废热加热燃烧空气和气体燃料的装置。工业炉安装预热器后，可以通过热回收节省燃料，轻松提高炉温，提高加热速度。工业炉预热器可分为热交换式和蓄热式两种。
1、换热预热器
热交换预热器有两种类型：金属预热器和陶瓷预热器。它们都是利用从炉膛排出的烟气的废热，通过辐射热交换和对流热交换的方式加热预热器的壁面，然后以同样的方式流过壁面的空气或气体加热。
金属预热器的壁具有很高的导热性，壁很薄，壁不透气，空气可以预热到600°C左右，使其成为一种广泛使用的预热器。陶瓷预热器的壁面导热系数低，但可以承受更高的烟气温度，甚至可以将空气预热到600°C左右。
1920年代初期，铸铁管状或针状预热器主要用于工业炉。自 1940 年代以来，主要使用钢管预热器（图 1a）、圆柱形辐射预热器（图 1b）和喷嘴。带有预热器的块预热器（图 1c）和嵌入铸铁块中的钢管。
预热器中的烟气和空气流动方式可分为顺流、顺流和错流三种。从提高传热性能的角度考虑，采用逆流方式提高预热温度较好，但从降低壁温和延长预热器使用寿命的角度考虑，采用下游方式；下游和上游之间.射流预热器有自己的流动方式，预热后的气体通过内管上密密麻麻的小孔高速释放，冲刷外管的换热面，赋予流体边界层湍流特性。
蓄热式预热器
蓄热体（上图）是蓄热式预热器，是用耐火砖砌成的方格砖体。为使空气能连续预热，炉内必须装有两台蓄热器，各处于蓄热或预热工作状态。
传热过程如下：烟气被引入蓄热器，烟气中的一些热量被格子砖吸收（蓄热）。 10-30分钟后，烟气将自动关闭。相反，引入换向装置并引入空气。空气通过砖体的蓄热而被加热（预热）。此外，在 10 到 30 分钟后，关闭空气并引入烟道气。这是一个反转循环。加热炉所用蓄热器可将空气预热至600-700℃，寿命长。
工业炉燃烧设备
一种在以燃料为热源的工业炉中实现燃料燃烧过程的装置。根据火焰炉的加热要求，各种燃烧装置需要保证：
(1)确认燃料在规定的热负荷条件下完全燃烧。
(2)燃烧过程稳定，可连续向炉内供热。
(3)火焰的方向、形状、刚度和蔓延的容易程度满足炉型和加热工艺的要求。
(4)结构简单，使用方便，易于维护。
由于不同燃料的燃烧过程不同，燃烧设备的结构也不同。燃烧器可分为气体、液体和固体燃料几种类型。
1、气体燃料燃烧装置
它的主要功能，通常称为燃烧器，是将气体和空气按特定比例和特定混合条件送入炉膛进行燃烧（也可在燃烧器内燃烧），满足炉膛加热过程的火焰要求。根据燃烧器内燃气与空气的混合情况，分为火焰燃烧器和非火焰燃烧器。
火焰燃烧器的特点是燃气与空气不混合或仅部分混合，喷入炉内后边混合边燃烧，所以火焰长，轮廓清晰。使用火焰燃烧器时，增强燃烧和组织火焰的主要手段是将气体和空气分成若干小流，使气体和空气流以特定的角度交叉等。它是改变混合条件气体和空气。或使用旋转装置加速气流和加速混合。图 1 显示了一个带有单管的燃气燃烧器。
无焰燃烧器的一个特点是燃气和空气在燃烧器内混合均匀，从燃烧器喷出后可立即燃烧。火焰很短，没有清晰的火焰轮廓。工业窑炉常用的无焰燃烧器为喷射式燃烧器（图2），由于气体的射流作用，直接从大气中吸入所需的助燃空气，在混合管内混合均匀，然后与耐火.混合。燃烧反应在形成的燃烧通道内完成。
1960年代以来，出气速度在100m/s以上的高速燃烧器、圆盘形火焰的平架式燃烧器、燃烧器和预热器、排气口相继问世，以满足新型加热工艺的需要。烟气装置构成一个集成的自预热燃烧器。还开发了低氮氧化物燃烧器等多种新型燃烧设备，以减少有害气体NOX对环境的污染。
2、液体燃料燃烧装置
通常称为油嘴或喷嘴。由于燃油必须先喷洒再燃烧，因此燃油喷嘴除了具备典型燃烧装置的基本性能外，还必须具备优良的喷洒能力，以保证燃油的完全燃烧。按喷射方式可分为低压喷嘴、高压喷嘴、机械喷嘴、转杯喷嘴，其中低压喷嘴和高压喷嘴应用广泛。
低压喷嘴采用全部助燃空气作为喷射介质，根据气流的动量进行喷油。喷雾粒径为80-100微米，气压一般为2940-7840帕，燃烧时火焰一般为600-1400毫米。
高压喷嘴采用蒸汽或压缩空气作为喷射介质，压力一般高达（3-12）×105 Pa。由于喷雾介质压力高，喷雾速度为声速，所以高压喷嘴的喷雾能力低于低压喷嘴的喷雾能力，油嘴强，喷雾粒度可达到20-30微米，燃烧空气和相应的气流引导设备应增加输送通道。
3、固体燃料燃烧装置
在使用固体燃料的工业炉中，一般采用块煤层燃烧法和煤粉喷射燃烧法。采用块煤层燃烧法的燃烧装置称为燃烧室，分为人工煤燃烧室和机械煤燃烧室。块煤由人工或机械堆放在炉排上，助燃空气从炉排底部通过煤层到达炉排顶部，完成燃烧反应。图 3 显示了带有往复式炉排的机械煤燃烧室。
煤粉喷射燃烧法是将煤粉粉碎成50～60微米的粒径，向炉内喷入空气，在移动过程中通过煤粉燃烧器完成燃烧反应，形成特定火焰的方法。