毕业设计加热炉设计唐山津西钢铁厂蓄热式加热炉设计.doc

学学 号：号：xxxxxxxxxxxx 毕业设计说明书 graduate design 设计题目：唐山津西钢铁厂 80t/h 蓄热式加热炉设计 学生姓名：学生姓名： xxxxxx 专业班级：专业班级： xxxxxx 学学 院：院：冶金与能源学院冶金与能源学院 指导教师：指导教师： 2006 年年 06 月月 12 日日 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文）目录 目目 录录 摘 要1 abstract.2 引 言3 1 初步设计4 1.1 加热炉的初步设计4 1.1.1 技术条件和要求4 1.2 燃料的选 择.4 1.2.1 固体燃料4 1.2.2 液体燃料4 1.2.3 气体燃料5 1.3 炉型的选择5 1.3.1 炉子类型5 1.3.2 钢坯在炉内的放置及加热方式6 1.3.3 钢坯的装炉、出炉方式6 1.4. 燃烧装置的形式及其安放位置的确定.6 1.5 蓄热装置的形式及其安放位置的确定7 1.6 炉子供风及排烟系统的选择8 1.6.1 鼓风机8 1.6.2 排烟方式8 1.6.3 换向系统9 1.7 汽化冷却系统9 1.8 炉子方案示意图 10 2 技术设计11 2.1 燃料燃烧计算11 2.1.1 燃烧计算的目的及内容11 2.1.2 燃烧计算的已知条件11 2.1.3 燃料燃烧计算步骤12 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文）目录 2.2 炉膛热交换19 2.2.1 预确定炉膛主要尺寸19 2.2.2 各段平均有效射线行程20 2.2.3 炉气中 2 co和)( 2 汽ho分压.21 2.2.4 预确定各段炉气温度21 2.2.5 各段炉气的黑度21 2.2.6 各段炉墙和炉顶对钢坯的辐射角度系数23 2.2.7 按炉气温度计算导来辐射系数 c 的计算式：23 2.3 钢坯加热时间计算24 2.3.1 均热段钢坯加热有关参数24 2.3.2 加热段钢坯加热有关参数26 2.3.3 预热段钢坯加热有关参数27 2.4 炉膛基本尺寸的确定28 2.4.1 炉子的基本尺寸28 2.4.2 炉门数量和尺寸30 2.4.3 炉子结构及其操作参数31 2.5 燃料消耗量计算31 2.5.1 热量收入31 2.5.2 热量支出34 2.5.3 炉膛热平衡与燃料消耗量38 2.5.4 炉膛热效率38 2.6 燃烧装置的布置40 2.6.1 选择依据40 2.8.2 烧嘴布置40 2.7 砌体设计40 2.7.1 炉底的砌筑41 2.7.2 炉墙的浇注41 2.7.3 炉顶的砌筑41 2.7.4 炉子砌体膨胀缝的留设41 2.7.5 耐火材料温度计算42 2.8 炉子的钢结构43 2.9 炉底水管布置及强度计算44 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文）目录 2.9.1 炉底水管的规格44 2.9.2 炉底水管强度计算45 2.10 管道系统设计53 2.10.1 设计原则53 2.10.2 管道膨胀补偿装置53 2.10.3 流量的确定54 2.10.4 空(煤)气管道阻力计算及鼓风机选择.54 结 论64 翻 译65 致 谢65 参考文献66 河北 xx 大学 毕业设计（论文）摘要 1 摘 要 蓄热式燃烧技术是上世纪 90 年代国际燃烧领域研究开发并大力推广应用的 一项全新高效节能环保燃烧技术。随着加热炉技术的发展和新型炉用材料的不 断问世，加热炉的加热技术在近年来得到了飞速发展，其中尤为突出的是蓄热 式燃烧技术，备受国内外加热炉行业的关注1。 蓄热式加热炉采用空气煤气双预热的蓄热式技术。其空气煤气预热温度都 达到 1000。从课程设计计算的加热炉的热平衡可以知道，高温烟气余热带走 的热量占燃料炉供给总热量的 30-50，因此如何利用好这部分热量是加热炉 节能降耗的关键。而蓄热式燃烧技术对高温烟气的余热达到很高的回收率，其 热量回收率可达到 80。实现了高预热温度空气、燃气和低氧浓度（2%5% o2）条件下的稳定燃烧，具有大幅度降低烟气中排放量（100ppm）及 x no x no co2排放量减少 30%以上的双重优越性。2 关键词: 蓄热式加热炉；热平衡；空气煤气双预热 河北 xx 大学 毕业设计（论文）摘要 2 abstract the combustion technology of accumulation of heat is brand-new combustion technologies of energy saving of environmental protection her in last century the international combustion field research development of 90 decade can combine popularize application vigorously. it is developed fast that as heat furnace and the development of furnace technology to use, the heating technology of material that comes out continuously and heat furnace has gotten in recent years. what stick out particularly is that the type combustion technology of accumulation of heat gets the solicitude of domestic and international heating furnace circle. the heating furnace adopts the heating furnace of accumulation of heat that empty gas pair preheats. its air gas preheat temperature reach 1000 . from the hot balance of the heating stove of course design calculation, can know , the surplus tropics of high temperature of flue gas go to heat take fuel stove supply total heat 30- 50%, therefore how to be heating stove energy saving using this part of heat fall consume key. in addition, the type combustion technical surplus heat of accumulation of heat for the flue gas of high temperature reaches very high recovery to lead, its heat recovery rate can reach 80%. have realized preheat temperature air high , burn the steady combustion under air and the condition of low oxygen density ( 2% 5% o2 ). have reduce the discharge capacity in flue gas ( 100 ppm ) substantially and the co2 double superiority of discharge capacity that reduces 30% more. keywords: heating furnace of accumulation of heat, heat balance, air and gas pair preheated 河北 xx 大学 毕业设计（论文）引言 3 引 言 加热炉是钢材加工的重要设备，也是钢铁企业的主要能耗设备。自 1973 年石油危机以来，燃料费用猛增。随着工业产品市场竞争日益激烈和环保要求 越来越高，在保证产品质量的同时，如何降低燃料消耗和减少环境污染已经引 起普遍重视，钢铁工业更是如此。 多年来，加热炉技术人员一直在改进炉体结构、燃烧器、回收烟气余热、 优化加热工艺、控制和管理及采用新型保温材料等方面寻求各种节能措施，以 提高炉子的热效率。 从加热炉的热平衡可以知道，高温烟气余热带走的热量占各种燃料炉供给 总热量的 30-50%，因此如何利用好这部分热量是工业炉节能降耗的关键。 高效蓄热式燃烧系统是 90 年代以来，在发达国家开始普遍推广应用的一种 全新型燃烧技术。它具有高效烟气余热回收和高温预热空气以及低 n0x排放多 种优越性，主要用于冶金、化工、电力、机械、建材等工业部门中的各种工业 燃料炉，并已呈现出迅猛发展的势头。3 在查阅相关文献设计资料的基础上，综合考虑本设计采用高效蓄热式燃烧 技术，将助燃空气煤气双预热到 1000，并采用全架空炉底、不连续滑轨、汽 化冷却等较先进的技术。 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 4 1 初步设计 1.1 加热炉的初步设计 1.1.1 技术条件和要求 该加热炉为新建炉子，因此要充分保证技术的可靠性，成熟性，并尽可能 降低投资费用。 1. 加热炉型式：推钢式加热炉 2. 加热坯料：1801803300 3. 加热钢种：普碳钢 （含碳量 0.2） 4. 加热能力：80 ht/ 5. 燃料名称：高炉煤气 6. 燃料热值： 2831.75 3 /mkj 7. 炉底水管冷却方式：汽化冷却 8. 加热炉进出料方式：端进端出 1.2 燃料的选择 大多数加热炉中，一般都采用燃料作为能源。能源又有固体燃料、液体燃 料、和气体燃料之分。以下是各种燃料的优缺点： 1.2.1 固体燃料 固体燃料虽价格低廉，但是存在一系列缺点，如：能源的利用及热量的利 用效率不高、运输量大、燃烧过程不易调节、不易实现自动化、加热质量较差 炉型结构受燃烧条件限制较大、劳动强大、环境易受污染等。 如果将固体燃料制成粉煤进行燃烧，可使燃烧效率及燃烧温度大为提高， 并为劣质煤在较高温度加热炉上的应用开辟了前景。然而制造粉煤需要一套昂 贵而且构造较复杂的专门设备，并且总体上对环境的污染较为严重。 1.2.2 液体燃料 液体燃料主要是重油和渣油。使用液体燃料， （1）燃烧时温度波动小。炉 温高，调节范围大，有条件实现自动控制（2）储存运输方便，灰分少，损耗小； （3）燃烧装置可以安装在炉子的各个部位，易于实现不同工艺的要求。缺点是： 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 5 雾化动力消耗大，噪音大，价格较贵，且调节、控制系统较复杂，设备维护工 作量较大。尤其是油中硫、钒及其氧化物对金属具有较强的腐蚀性。 1.2.3 气体燃料 气体燃料是最理想的加热炉燃料，在加热炉燃烧工艺中显示出来的优越性 是固体燃料和液体燃料所不能比拟的。它除了具有液体燃料的主要优点外，还 有以下优点：(1) 过剩空气系数低，燃烧完全，容积热负荷高，燃烧过程容易 调节，易于实现自动控制。(2) 对工艺的适应性好，可满足不同温度要求和火 焰长度的要求。(3) 煤气可预热，有利于提高炉温，燃烧后无黑烟，无积灰， 环境干净，设备简单；但也有缺点：(1) 长距离输送和贮存困难，适用范围受 限制，煤气供应有赖于气源情况。(2) 有些煤气成分波动大较大，一般在同样 预热空气的条件下，热效率比油低。(3) 按一定比例与空气混合后有爆炸的危 险。 因此，综合考虑采用唐山津西铁厂自产的高炉煤气。其具体成分如下： （%） co 2 co 2 h 4 ch 2 n 20 20 1.6 0.48 57.92 1.3 炉型的选择 当燃料种类一定后，炉型的选择应综合考虑加热炉的类型、钢坯在炉内的 受热和放置情况以及装出料方式等因素。炉型的选择将直接关系到整个车间设 计及生产线的安排。 1.3.1 炉子类型 本次加热炉要求昼夜连续生产，并且加热品种单一、产量较大，而料坯又 适合推钢，因此采用推钢式连续加热炉，推钢式加热炉是轧钢车间历史较长使 用最广一种炉型，和其他炉型相比，它产量较高，结构简单，投资省，建造快， 维修也较方便。在采用空气和煤气双预热燃烧方式后，整个加热炉的燃烧为加 热炉两侧的换向燃烧，炉内气流流动方向为横向流动，没有沿纵向的气流流动。 在这种情况下，加热炉采用简单的平顶、平底炉型，并不再设置中间隔墙。加 热炉的所以烟气都经由炉墙壁上的蓄热烧嘴排出，加热炉不设另外的烟道，也 不设置冷却烟气、加热钢坯的预热段。 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 6 1.3.2 钢坯在炉内的放置及加热方式 在确定炉子类型之后，进一步确定钢坯在加热炉内的放置方式和加热方式。 由于采用推钢式加热炉，炉底为架空炉底，钢坯采用双排布置。因此钢坯为双 面加热 。 1.3.3 钢坯的装炉、出炉方式 连续加热炉的钢坯大多从炉尾端部进入，而钢坯的出炉方式有侧出料和端 出料两种方式。端出料加热炉虽然吸风或冒火较严重，但在车间布置上占有较 大又可以沿轧制辊道布置数座加热炉。侧出料时需要专门的出料装置，且只能 在辊道端点布置一座加热炉，但炉门位于零压线以上，从加热炉热工角度看， 性能优于端出料。合金钢及高速线材加热最好采用侧出料，以减少因炉门吸冷 风而造成的氧化。 唐山津西铁厂为适应以后的炉子及车间布置，其装、出炉方式采用端进端 出料方式。 1.4. 燃烧装置的形式及其安放位置的确定 燃料燃烧装置的基本作用是组织燃料在炉内的燃烧过程，达到完全燃烧， 并形成良好的气体力学条件，从而保证料坯在炉内的良好加热。燃料的燃烧方 式及燃烧装置的形式，一方面取决于燃料的种类、性质及工艺要求，另一方面 又很大程度上决定着炉型的结构。燃烧装置是任何以燃料燃烧为热源的加热炉 必不可少的装置。 选择燃烧方法以及相应的选用燃烧装置时，主要考虑的影响因素有：燃料 种类、燃料发热量、加热炉的热工制度、加热炉构造和热负荷、空气煤气预热 温度及其压力条件等。加热炉装置一般有如下要求： 1. 在加热炉所需要的热负荷条件下，在尽可能小的空气消耗系数下保证 燃料的完全燃烧。 2. 能根据炉温制度的变化的要求，在规定的供热能力变化范围内，保证 稳定的燃烧过程。 3. 按照炉型和加热工艺的要求，保证火焰有一定的外形尺寸以及必要的 气体力学条件。 4. 注意改善劳动条件，保证安全生产，便于操作和管理。 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 7 本设计采用外置分立蓄热式烧嘴，炉子每侧外部安装多个空气、煤气蓄热 式烧嘴，每个蓄热器里装有蜂窝状蓄热体，在通过烟气的半个周期内蓄热体蓄 热，经过换向后，被预热介质流经蓄热体时，被蓄热体释放的热量预热到 1000的高温，每个空气蓄热器与煤气蓄热器相邻不知，一个空气喷口和一个 煤气喷口组成一个烧嘴。烧嘴喷出口就成了各自蓄热器的烟气进口。这种蓄热 式燃烧器有如下突出特点： 其结构类似一般烧嘴，能直接安装在炉子侧墙上，并保持原炉墙厚度，而 不像内置式蓄热炉那样将炉墙加厚至一米多。 煤气蓄热体和空气蓄热体在炉外分开布置，但空气与煤气通道截然分开， 完全避免了煤气与空气互串的危险。 蓄热器中的蓄热体采用陶瓷蜂窝体，它具有比表面积大、耐高温、耐急冷 耐热性好、导热性能好、更换容易等优点；此外燃烧器采用合理结构，使得蜂 窝体的装入与卸出都很方便。 每个燃烧器前的煤气和空气连接管上都按有手动调节阀，从而使得各个燃烧 器、特别是上部与下部燃烧器的能力能够按需要进行调节。维修方便 ，在不影 响炉子正常生产的情况下可以更换蓄热体。 1.5 蓄热装置的形式及其安放位置的确定 在排烟口和烟囱之间的烟道上设置换热装置主要用来预热空气和煤气。其 目的有二：其一，在使用发热量较低的燃料时有利于燃烧，有利于提高炉温； 其二，在使用发热量较高的燃料时，则以节能降耗为主，提高燃烧效率，节约 燃料。 根据工作原理，空气、煤气换热装置可分为蓄热式和换热式两类。换热式 按所使用的材质的不同，又可分为金属换热器和陶瓷换热器。 金属换热器由低碳钢、渗铝钢、生铁、耐热钢等材料制成。当烟气温度高 于 1000时，可选用辐射式金属换热器。当烟气温度低于 1000时，可选用对 流式金属换热器。确定换热器的形式应根据烟气温度、换热器材质、热工参数 和经济上的合理性综合考虑。 陶瓷换热器主要由耐火粘土和碳化硅等耐火材料制成的元件组成。因此， 它可承受远比金属换热器更高的烟气温度，而且在如此高温下也能保证较长的 寿命。 采用蓄热室能使被预热的介质预热温度达 1000以上，一般预热后介质直 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 8 接进入炉内，沿程温降较小。蓄热室设置在炉墙两侧。蓄热体的种类由三类： 陶瓷小球、陶瓷拉西环和陶瓷蜂窝体蓄热体。其主要优缺点： 陶瓷小球蓄热体表面积较蜂窝体表面积小、阻力大、单位体积传热能力小 在前些年有所使用。随着我国耐材工艺的提高逐渐被蜂窝体蓄热体所代替。 蜂窝体蓄热体具有表面积大、阻力低、体积小等优点因此本次设计经过比 较选用蜂窝体蓄热体。其换向时间根据蓄热体装设量的多少而控制在约 20s 内。 1.6 炉子供风及排烟系统的选择 1.6.1 鼓风机 鼓风机有两类，一是定容风机，另一类是定压风机。 定容风机也称容积式风机，它在不同工况下的鼓风量变化不大，而风压随 外界阻力的改变而改变。这类鼓风机适于阻力可能变动而风量变化不大的炉子 如冲天炉、高炉等，而加热炉上很少使用。 定压风机与定容风机相反，它在不同工况下的风压变化不大，而风量随外 界阻力变化而有很大变化。离心式风机和轴流式风机都属于这一类。加热炉上 供燃烧用的一般都选用离心式风机，供通风的都采用轴流式风机。 1.6.2 排烟方式 加热炉的排烟方式分为自然排烟和机械排烟。前者指烟囱排烟、直接排放 和依靠自然抽力的排烟罩等；后者指排烟机排烟和引射排烟等。 1. 自然排烟 在自然排烟方式中，烟囱自然排烟是加热炉采用的一种主要排烟方式。烟 囱分为砖烟囱、钢筋混凝土烟囱、金属烟囱三种。目前设在车间外面的烟囱， 低于 60 米的大都用砖烟囱，高于 60 米的大都用钢筋混凝土烟囱。设在车间里 的大都采用金属烟囱。 设置在连续式加热炉炉尾的排烟罩，也大都采用自然排烟方式，排烟管可 就近引出厂房外，也可根据具体情况引入炉子的排烟系统或另用机械排烟。 2. 机械排烟 当炉子排烟系统阻力较大不便于自然排烟或由其他特殊要求时，可采用机 械排烟方式。机械排烟分为直接式和间接式两种。 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 9 直接排烟采用排烟机。一般排烟机使用温度为 200，最高不超过 250。 排烟温度超过 250时，可将烟气预先掺冷风降温后再进入排烟机。 间接排烟采用喷射器，通常喷射器用的喷射介质为蒸汽或鼓风机送风。采 用喷射器排烟可以不受烟气温度和烟气含尘量的限制，但动力消耗比排烟机增 加 1.52 倍。 本次设计的加热炉为蓄热式加热炉，排烟温度可以降低到 200以下，根 据系统需要采用排烟机排烟的方式。 1.6.3 换向系统 采用分侧分段换向系统，在加热炉每侧每段使用两座两位三通换向阀分别 对空气、煤气系统进行换向。解决了双侧集中换向存在的换向时炉内熄火时间 长、双蓄热方式下煤气浪费大、炉子两侧工作状态不平衡等问题，另外，采用 二位三通阀换向方式，炉子两侧的阀与管道对称，消除了炉子两侧热状态不均 的问题。 分侧二位三通阀换向的优点： 减少了换向过程中的煤气损耗； 加快了换向过程，增加了系统的安全性； 缩短了换向阀到烧嘴之间的管道长度和体积； 保证了加热炉两侧工作状态的平衡； 分担了设备故障风险，更利于安全生产。 炉侧和端墙采用立柱支撑。侧墙采用 2320等柱距，立柱采用组合槽钢结 构。 炉顶采用圈梁上加吊炉顶横梁组成的箱式结构。炉顶圈梁和吊炉顶横梁分 别采用组合槽钢和工字型钢，有用以吊挂炉顶锚固砖的小型工字钢、钢管构成 的吊挂机构件，用以吊挂炉顶的锚固砖。炉顶的操作、检修平台、上部管道、 换向阀，以及仪表用的走台均由炉子上部钢结构支撑。 1.7 汽化冷却系统 对炉子的某些金属部件进行冷却目的一是提高其强度和使用寿命，如水梁、 纵水管等；二是为了改善劳动条件，如：水冷炉门框等。 冷却方式有两种：汽化冷却和水冷却。汽化冷却与水冷却相比有如下优点： 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 10 1. 汽化冷却冷却效果好，可节约冷却系统用水； 2. 可以将冷却部件产生的热损失大部分转化成蒸汽来加以利用； 3. 汽化冷却采用软化水，所以管道不易有沉淀和结垢，使炉内金属构件 的寿命比水冷时提高很多。 尽管汽化冷却有以上优点，但存在汽化冷却投资高，对水质要求较高，产 生的蒸汽量不稳定等缺点。 由于炉子产量较高达到 80，综合考虑采用汽化冷却。 ht 汽化冷却用水参数： 1. 循环水要求 水 压： 0.3mpa； 入水温度： 32； 排水温度： 50 2. 汽化冷却用软水要求 水 压： 1.5mpa； 水 质： 硬度0.04mg/l； 硬 度： 0.04mg/l 1.8 炉子方案示意图 炉子方案示意图见图 1 1.齿条式推钢机 2.加热炉炉体 3.空气蓄热烧嘴 4.煤气蓄热烧嘴 5.空 气换向阀 6.煤气换向阀 7.煤气支管 图 1 分段分侧空煤气双蓄热式烧嘴加热炉示意图 图 1 分段分侧空煤气双蓄热式烧嘴加热炉示意图 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 11 2 技术设计 2.1 燃料燃烧计算 2.1.1 燃烧计算的目的及内容 燃烧计算包括如下内容： 燃料的低位发热量（ d q ） ； 单位燃料完全燃烧失的空气需要量( n l )； 单位燃料完全燃烧时的燃烧产物量（ n v ） ； 燃烧产物的成分及其密度（） ； 理论燃烧温度（l t ） 燃烧计算的目的是为加热炉设计提供必要的参数。计算空气需要量的目的 在于合理有效地控制燃烧过程，合理地选择燃烧设备及鼓风机和供风管道系统、 设计燃烧装置提供必要的依据。燃烧产物生成量及其密度的计算是设计烟道、 烟囱系统，选用引风机等必不可少的依据。 由燃烧产物成分的计算可以进行炉气黑度的计算，进而可做传热计算。 理论燃烧温度是计算炉温的重要原始数据之一。在炉子的热量总消耗已知 的情况下，根据燃料的发热量即可求出总的燃料消耗量。 2.1.2 燃烧计算的已知条件 燃烧计算中必需的已知条件如下： 1. 燃料的种类及成分： 燃料种类：高炉煤气和转炉煤气 高炉煤气成分：（） 2 h 4 ch 2 n co 2 co 20 20 1.6 0.48 57.92 转炉煤气成分：（） 2 h 4 ch 2 n co 2 co 55 6 1.8 0 37.2 2. 燃烧方法及空气消耗系数 n 由于采用蓄热式烧嘴，空气消耗系数取 n1.05 3. 空气、燃料的预热温度。 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 12 采用双预热空气煤气都预热到 1000。 2.1.3 燃料燃烧计算步骤 1. 换算燃料成分 对于固体、液体燃料，应先将已知的燃料成分（干燥成分、可燃成分 等）换算成应用成分，才能继续进行以后的一系列计算、 应用成分（）干成分（） 100 100 y w 应用成分（）可燃成分（） 100 100 yy wa 式中：为应用基水分的重量百分数；为应用基灰分的重量百分 y w y a 数。 当气体以干成分给出时，也应将其换算成湿成分。 将气体燃料的干成分换算为湿成分的换算系数 k 为： k100 100 2 s oh 而 100 00124 . 0 1 00124 . 0 2 2 2 干 干 oh ohs g g oh 100m3湿煤气中水蒸气的体积；m3 s oh2 相应温度下 1 m3 干气体中所包含的水蒸气的重量， 干 oh g 2 3 mg 具体数值可由附表查的。 由此可得高炉煤气的湿成分： gs cokco 22 gs cokco 100 00124 . 0 1 00124 . 0 2 2 2 干 干 oh ohs g g oh 总计100 由手册可查的 20时每立方米煤气所 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 13 包含的水蒸气量： 18.98 干 oh g 2 3 mg 则 100 00124 . 0 1 00124 . 0 2 2 2 干 干 oh ohs g g oh 100 98.1800124 . 0 1 98.1800124 . 0 2.30 k100 100 2 s oh 100 30 . 2 100 0.977 高炉煤气的湿成分为： gs cokco 22 0.97720 19.54 gs cokco 0.97720 19.54 gs hkh 22 0.9771.6 1.56 gs chkch 44 0.9770.48 0.47 gs nkn 22 0.97757.92 56.59 2.30 s oh2 总计100 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 14 转炉煤气的湿成分为： gs cokco 22 0.9776 5.86 gs cokco 0.97755 53.74 gs hkh 22 0.9771.8 1.76 gs nkn 22 0.97737.2 36.34 2.30 s oh2 总计100 2. 燃料低发热值的计算。 高炉煤气的低发热值可根据其化学成分计算： 127.7 107.6 358.8 s dw q s co s h2 s ch4 127.719.54107.61.56358.80.47 2831.75 3 /mkj 转炉煤气的低发热值根据其化学成分计算： 127.7 107.6 s dw q 2 s co s h2 127.753.74107.61.76 7051.2 3 /mkj 3 空气消耗系数的确定。 燃烧计算中应合理地选取空气过剩系数 n 。空气消耗系数的选取与燃料的 种类、燃烧方法以及燃烧装置的形式有关，参考如下： 固体燃料：n1.201.50 气体燃料：无焰烧嘴 n1.021.05；有焰烧嘴 n1.101.20 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 15 液体燃料：低压烧嘴 n1.101.15；高压烧嘴 n1.201.25 蓄热式烧嘴属有焰烧嘴，取 n1.11 4 单位燃料完全燃烧时空气需要量与燃烧产物量。 高炉煤气的空气需要量及燃烧产物量 理论空气需要量(): 0 l 0.0476(0.50.52-) g l0 g h2 g co g ch4 g o2 0.0476(0.51.60.52020.48-0) 0.560 33 /mm (10.00124) s l0 g l0 ho g 0.56(10.0012418.98) 0.573 33 /mm 实际空气需要量() n l g n l g ln 0 1.110.560 0.622 33 /mm s n l s ln 0 1.110.573 0.636 33 /mm 实际燃烧产物量() n v n v 2 co v oh v 22 o v 2 n v 式中： 2 co v01. 0)( 2 4 ss s cochco 2 ho v oh s n sss glhochh 24 00124 . 0 01 . 0 )2( 22 2 o v g ln 0 ) 1(21 . 0 2 n v01 . 0 )79( 2 g n s ln 所以得：(19.540.4719.54) 0.012 co v 0.396 33 /mm 2 ho v oh s n sss glhochh 24 00124 . 0 01 . 0 )2( 22 (1.5620.472.30)0.010.001240.63618.98 0.063 33 /mm 2 o v g ln 0 ) 1(21 . 0 0.21(1.11-1)0.560 0.013 33 /mm 2 n v01 . 0 )79( 2 g n s ln 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 16 (56.59790.636)0.01 1.068 33 /mm - 0.3960.0630.0131.068 n v 1.54 33 /mm 5 燃烧产物的成分与密度。 燃烧产物的成分： 2 co 100 2 n co v v 0.396/1.54100 25.72 2 ho 100 2 n oh v v 0.063/1.54100 4.09 2 o 100 2 n o v v 0.013/1.54100 0.84 2 n 100 2 n n v v 1.068/1.54100 69.35 总计100 燃烧产物的密度()： 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 17 1004 .22 28321844 2 2 2 2 noohco 100 4 . 22 53.692884 . 0 3209 . 4 1872.2544 1.419 3 mkg 6 理论燃烧温度 实际燃烧温度 l t s t 1000时空气的平均定压比热 1.4391 k cmkj/ 3 20时空气的平均定压比热 1.3256 ek c mkj/ 3 预热空气带入的物理热 n 1000-n20 k q k c ek c 1.111.43911000-1.111.325620 1567.97 3 /mkj 1000时煤气的平均定压比热 r c 100 1 )( 2422 2422 nchcocooh nchcocooh ccccc (1.72502.31.39856.591.41519.541.3311.562.7000.472.2 1519.54)/100 1.5736 mkj/ 3 20时煤气的平均定压比热 er c . 100 1 )( 2.4.2. 2422 nchcocooh nrechrecorecore2ohre ccccc (1.646319.541.299556.591.52702.31.302219.541.27 951.561.58350.47)/100 1.374 mkj/ 3 高炉煤气带入物理热量 1000-20 r q r c er c 1.57361000-1.37420 1546.12 3 /mkj 先假设温度为 2000，可查手册计算得燃烧产物的平均比热 p c 100 1 )( 22222222 nnoococoohoh vcvcvcvc 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 18 (1.94494.091.485169.531.57140.842.371525.72) /100 1.735 mkj/ 3 查得 2000时蒸汽分解度分别为： 5.5； 5.55 oh2 2 co 2 co f 2 co f 可得 f q )(10802)(12645 2222 hhoococo vfvf 126455.525.721.54/100108025.554.091.5 4/100 313.23 3 /mkj 可得理论燃烧温度： pn frkd l cv qqqq t 735. 154 . 1 23.31312.154697.156775.2831 2108 与假设温度 2000相比，理论温度高出 108，所以理论燃烧温度再假设为 2050。 当燃烧温度为 2050，可查手册计算得燃烧产物的平均比热 p c 100 1 )( 22222222 nnoococoohoh vcvcvcvc (1.96334.092.469969.531.57850.842.371525.72) /100 1.7506 mkj/ 3 由手册查得 2050时蒸汽分解度分别为 7.4； oh2 2 co 2 co f 2 co f 7.025 可得 f q )(10802)(12645 2222 hhoococo vfvf 126457.425.721.54/100108027.0254.091. 54/100 418.40 3 /mkj 可得理论燃烧温度： pn frkd l cv qqqq t 1.750654. 1 40.41812.154697.156775.2831 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 19 2050 于假设温度相同，所以理论燃烧温度取 2050。 实际燃烧温度（） s t s t ll t 0.722050 1476 式中： 炉温系数，一般由如下经验数据选取：l 室状加热炉： 0.750.8 l 均热炉： 0.680.73 l 连续加热炉：炉底强度 200300，0.750.8 hmkg 2 l 炉底强度 400600， 0.70.75 hmkg 2 l 热处理炉： 0.650.7 l 本次加热炉炉底强度为 570 所以可取 0.72 hmkg 2 l 2.2 炉膛热交换 炉膛热交换计算的主要目的是确定炉气经炉膛到炉料的总导来辐射系数 c 值，为钢坯加热计算提供必要的数据。工程上应用的计算式都是根据加热炉实 际工况进行假设简化后的理想情况下得出的公式。这些假设条件是：(1)炉气充 满炉膛，且在整个炉膛内的温度是均匀的。炉气对于炉膛和钢坯的辐射线和反 射线在任何方向上的吸收率相等；(2)炉壁和钢坯表面温度都是均匀的；(3)炉气 以对流传热方式传给炉壁的热流在数值上等于炉壁向外的散热。在炉膛辐射热 交换中炉壁只是辐射传热的中间体，既不获得热量也不失去热量，即炉壁的辐 射差额热流等于零。炉壁有效辐射等于炉气、钢坯辐射给它的热量；(4)炉膛看 作是一个封闭体系。 由计算可知加热炉的炉温高于 1000，且炉气为自然流动，所以炉膛热交 换以辐射传热为主。 2.2.1 预确定炉膛主要尺寸 1 炉子的宽度 取决于料坯的排数和长度，可利用下式来进行计算 bnl（n1）a (21) 式中: b 炉子的内宽，m a 每排料坯之间的间隙，一般去a0.20.3m 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 20 对某些小钢坯考虑到脱模后残留尾部的影响，a 值可适当取大些，但不应过大， 否则会造成下部热气体严重上浮，下加热不足影响加热质量。 因炉内为双排料，a 值取 0.25，可得加热炉炉宽 b（n1）a nl 23.300（21）0.25 7.35 m 2 炉膛各段高度 查表，对燃气中型加热炉，取1500，1800 h h 3 炉膛各段长度：设加热段长度为，预热段长度为。 h h 2.2.2 各段平均有效射线行程 炉气平均射线行程 s 决定于炉气容积大小，可按聂夫斯基的近似公式计算： s m (22)f v4 式中：v充满炉气的炉膛体积，m3； f包围炉气的炉膛内表面，； 气体辐射有效系数，一般取0.850.9 。 1. 计算各段充满炉气得炉膛体积， (23a) blhv (23b) blhv (23c) blhv 由上式可得： 1.5007.3511.025 v l l 3 m 1.5007.3511.025 v 加 l 加 l 3 m 1.5007.3511.025 均 v 均 l 均 l 3 m 2. 计算各段包围炉气的炉膛内表面 (24a) lbh2fk) ( (24b) lbh2fk) ( (24c) lbh2fk) ( 由上式可得： (21.57.35)10.35 k f 预 l 预 l (21.57.35)1.035 k f 加 l 加 l (21.57.35)1.035 k f 均 l 均 l 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 21 将计算结果分别带入式(2-2)，并取0.9，得： 3.83 加 s 加 加 f v4 9 . 0 预 预 l l 35.10 025.114 9 . 0 m 3.83 预 s 均 s 加 s m 2.2.3 炉气中和分压 2 co)( 2 汽ho 由燃料计算得： 25.72/1000.2572 大气压2 co p 4.09/1000.0409 大气压 oh p 2 2.2.4 预确定各段炉气温度 设加热段温度比加热终了时钢坯表面温度高 60，即： 501190601250 加g t 表终 t 设预热段温度950： 预g t 设均热段温度为 1250 2.2.5 各段炉气的黑度 1. 炉气的黑度是指实际气体的辐射能力与同温度下黑体气体辐射能 力的比值。气体中具有辐射能力的充分是 、 (汽)等三原子气体。2 cooh2 所以炉气的黑度是气体黑度与 (汽)黑度 之和，即： g 2 cooh2 oh2 (25) g 2 co oh2 式中：水蒸气黑度修正系数； 与(汽)共存时炉气黑度的修正系数。 2 cooh2 预热段炉气黑度 由 0.25723.830.985 sp 2 co大气压 查手册可得：0.21；2 co 0.04093.830.157 sp oh2大气压 由手册查得1.020.1220.16 oh2 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 22 0.115 2572 . 0 0409. 0 0409. 0 22 2 cooh oh pp p 0.29813.831.142，由手册查得：0.045 sp 大气压 所以，预热段炉气黑度： g 2 co oh2 0.210.160.045 0.325 2. 均热段炉气黑度 由 0.25723.830.985 spco 2 大气压 查手册可得：0.185；2 co 0.04093.830.157 sp oh2大气压 由手册查得1.020.120.124 oh2 0.137 0.25720.0409 0.0409 22 2 cooh oh pp p 0.29813.831.142 sp 大气压 由手册查得：0.044 所以，加热段炉气黑度： g 2 co oh2 0.1850.1240.044 0.265 2.2.6 各段炉墙和炉顶对钢坯的辐射角度系数 对于平顶加热炉： (26a) km k f fm h nlm 2 (26b) km k f fm h nlm 2 河北 xx 大学 毕业设计说明书（论文） 23 (26c) km k f fm h nlm 2 由式(26a)、(26b)、(26c)可得 0.6377 km 51.57.32 3.32 0.6377 km 1.57.352 3.32 0.6377 km 1.57.352 3.32 2.2.7 按炉气温度计算导来辐射系数 c 的计算式： (27) )1 ()1 ( )1 (1 43.20 ggmgkmg gkmmg gkm c 取钢坯的黑度0.8，由式(27)可得：m 预热段导来辐射系数 )259 . 0 1 (259 . 0 8 . 0)259 . 0 1 (6377. 0259 . 0 )259 . 0 1 (6377 . 0 1 8 . 0259 . 0 43.20 预 gkm c 9.948 )kh( 4 kj 加热段导来辐射系数 )312 . 0 1 (312