加热炉为三段式连续加热炉毕业设计论文.doc

第一章 综 述设计的加热炉为三段式连续加热炉规格：60万吨/年，平炉顶推送式连续加热炉，平炉顶推送式连续加热炉。年工作时间：7200h。按物料在炉内的运动的方式可分为：1步进式炉,其特征是料胚在炉的移动是靠炉底可动的步进梁做矩形轨迹的往复运动，把放置在固定梁上的料胚一步一步地由进料断送到不料端；2转底式环行加热炉，主要是用来加热圆钢坯和其他异型刚坯，也可以加热方坯。这种炉型也用于锻压车间；3链式加热炉，这种炉子用于叠扎薄板坯和板叠的加热或热处理；4辊底式加热炉等，但其内部结构均为相同，一般加热炉由以下各部分组成：炉膛，燃料系统，供风系统，排烟系统，冷却系统，余热利用系统等。其炉膛又是由炉墙，炉顶，炉底组成的一个空间是金属进行加热的地方。5推送式连续加热炉，就是钢坯在炉内是靠推钢机的推力沿炉底滑道不断的向前移动；而推送式加热炉与以上各炉相比有以下优点：（1）.单位投资的生产率高。（2）加热一吨钢材所需的工时低。（3）钢坯装炉和出炉非常方便。（4）炉底面积的效率高。（5）在各个温度区对加热速度都能较好的控制。由于温度是逐渐上升的，因此不需要先将炉子冷却就可以进行冷装炉。（6）很少会出现钢坯因出炉的先后不同的麻烦。（7）单位占地面积的生产率高。（8）炉子可以根据工件的合理长度来建造，因为该炉的加热长度超过室式炉的加热长度，故减小了切头切尾的损失，因此使轧机产量有所提高。其推送式连续加热炉，根据炉温制又可分为二段式加热炉，三段式加热炉，多点供热式加热炉。二段式连续加热炉 按炉温制度可分为加热期和预热期，炉膛也相应地分为加热段和预热段，加热薄料的小炉子也有单面加热的。一般多为二面加热，烧煤时设有端部的燃烧室，称为头炉，下加热的燃烧室设在二侧，称为腰炉。烧重油或煤气炉子在上下部的端墙上安装烧嘴，有时侧墙上也安装烧嘴。当坯料的厚度不大，可以采用的二段式炉，但当坯端面较厚时，加热终了后内外上下温度差较大，为了消除温差，必须延长加热时间，但受到物料表面温度的限制。如果表面温度过高，就会产生加热缺陷。这时二段式连续加热炉就不能适应要求。 三段式连续加热炉采取预热期，加热制，均热期的三段温度制度。在炉子的结构上也相应地分为预热段，加热段和均热段，一般有三个供热点，即上加热，下加热与均热段供热。断面尺寸较大物料的加热多采用三段连续加热炉。料坯由炉尾推入后，先进入预热段缓慢升温，出炉咽气温度850-950度，最高不超过1050度，料胚进入加热段后，强化加热表面迅速升温到出炉所要求的温度，允许物料内外有较大温差，最后物料进入温度稍低的均热段进行均热表面温度不再升高，而是使断面上的温度逐渐趋于均匀，均热段的温度一般为1250-1300度，即比物料出炉温度高约50度，现在连续加热炉的加热段及均热段的温度有提高的趋势，加热段超不过1400度，烟气出炉温度也相应提高，同时也很重视温度分布的均匀性，各段温度可以分段自动调节。 三段式的炉型的变化很多，但结构上有一些共同的基本点，炉顶轮廓曲线的变化是很大的，有曲线炉顶，有平炉顶。在加热高合金钢和容易脱碳钢时，预热段温度不允许铁高，加热段不能太长二预热段比一般情况下要长一些，才不至在钢内产生危险的温度应力。 选择合适的加热炉，其要求是：1生产率高在保证质量的前提下，物料加热速度越块越好，这样可以提高加热炉的生产率。2 加热质量好金属的扎制质量与金属加热质量有密切的关系。3燃料消耗低轧钢厂能量的消耗的10%-15%用于加热炉上，节省燃料对降低成本和节约能源都有重大意义，一般用单位燃烧消耗量来评价炉子的工作。 4 炉子寿命长由于高温作用和机械磨损，炉子不可避免会有损坏必须定期进行检修，应尽可能延长炉子的使用寿命，降低修炉的费用。5劳动条件好 要求炉子的机械化及自动化程度高，操作条件好，安全卫生，对环境无污染。 以上五个方面是对加热炉的要求，在对待具体炉子时，应辨证的看待各项指标之间的关系。如提高生产率,提高加热质量和降低燃料消耗量一般是统一的。但有时则有主要有次要。例如一些加热炉过去强调有较高的生产率，但随着能源问题的出则更多是着眼于节能，而适当降低炉子热负荷和生产率。在现今阶段注重节能远大于生产率，所以提高加热炉的节能做事是非常必要的。所以我设计的是蓄热式燃烧技术的加热炉1 蓄热式燃烧技术发展 蓄热式燃烧技术是一项传统技术，早在十九世纪中期就开始应用于高炉、热风炉、焦炉等规模大且温度高的炉子，但传统的蓄热室采用格子砖为蓄热体，传热效率低，蓄热室体积庞大，换向周期长，限制了它在其它工业炉上的应用。 1982年，英国hot work development公司和british gas研究院合作，成功开发第一座使用陶瓷小球作为蓄热体的新型蓄热式加热炉，节能效果显著。 新型蓄热室采用陶瓷小球或陶瓷蜂窝体作为蓄热体，其比表面积高达2001000m2/m3，比传统的格子砖高几十至几百倍，因此，极大地提高传热效率，使蓄热室的体积可以大为缩小。另外，由于换向装置和控制技术的提高，使得换向周期大为缩短，传统蓄热室的换向周期一般为30分钟至数小时，而新型蓄热室的换向周期仅为0.53分钟。新型蓄热室传热效率高和换向周期短，带来的效果是排烟温度低（200以下），被预热节制的预热温度高（约为炉温的8090%）,因此，废气余热得到接近极限的回收，蓄热室的温度效率可达85%以上，热回收效率达80%以上。 二十世纪九十年代以来，国际上在蓄热式燃烧技术的研究或应用方面取得很大进展，并把节能和环保结合起来，提升为“高温空气燃烧技术”（htac）1。 2 新型蓄热式燃烧技术原理 蓄热式高温空气燃烧技术原理如图1所示。 图1蓄热式htac技术原理示意图新型蓄热式燃烧呈对布置(a、b状态)，从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进蓄热式燃烧器b后，再经过蓄热式燃烧器b（陶瓷小球或蜂窝体）时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度（一般为炉膛温度的8090），被加热的高温热空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料，燃料在贫氧状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式燃烧器a排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式燃烧器a时将显热储存在蓄热式燃烧器a内的蓄热体，然后以低于150的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定频率进行切换，使得两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热状态交替工作，从而达到节能和降低nox排放量等目的。常用换向周期30180s。 3 蓄热体性能比较 陶瓷小球一般采用1525mm小球，材质要求稍低；蜂窝体壁薄、孔距小，能在较短时间积蓄和释放热量，但对材质要求高，要求材质抗高温蠕变性能稳定。需要指出，采用小球蓄热，热空气温度将比炉温低150200，而蜂窝体蓄热，热空气温度接近炉温。用20mm球体与100孔蜂窝体相比较，传热面积相差7倍，传热能力相差5倍，压力损失大三倍。4 新型蓄热式加热炉的技术优势 （1）节能潜力巨大，节能1530，同时大大缓解了大气的温室气体排放，co2的排放量降低约30。 （2） 蓄热式燃烧是一种先进的弥漫式燃烧方式，扩展火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，从而使得炉膛内温度分布均匀，不易形成局部高温，一方面提高了加热质量，另一方面延长了炉膛寿命。 （3）炉膛的平均温度增加，加强了炉内传热，在相同产量情况下，加热炉的尺寸可以缩小1020，对于相同尺寸的加热炉，蓄热式加热炉的产量可以提高1015，解决了旧炉改造的问题，提高了产量和旧炉子的装备水平。 （4）由于火焰不是在烧嘴产生的，而是在炉膛空间内才开始燃烧，因而燃烧噪声低。 （5）采用传统的节能燃烧技术，助燃空气预热温度越高，烟气中的nox含量越大；而采用蓄热式高温空气燃烧技术，在助燃空气预热温度高达1000情况下，由于燃料在贫氧（220）状态下燃烧，炉内nox生成量反而大大减少，nox排放量可达50150ppm，达到国家一级排放标准以上。 （6）炉膛内为贫氧燃烧，使得加热炉加热的钢坯氧化烧损大为减少，钢坯氧化烧损约降低0.3。 第二章 计算部分1由设计规模40万吨/年，确定工作时间数（出去本车间机器大修和检测的时间，机器每天24小时运行，定一年工作小时数为7200h），工作天数为300天。（1） 坯料规格：180（800-1200）（1300-2000）mm二、 加热炉性能参数：（1） 炉型：连续推钢式板坯加热炉（双排料）（2） 炉子内宽：4.524米（3） 坯料规格：180（800-1200）（1300-2000）mm（4） 加热钢种：碳素结构钢、低合金结构钢（5） 出钢温度：11501230（6） 加热能力：60t/h（坯料长度1.8米，双排）（7） 燃料：高焦混合煤气（2:1） 热值：18002000kcal/nm3 其中焦炉煤气： 焦油：30mg/nm3硫化物：2.75h，炉温制度：加1100加1280均热段12603. 加热时间2.25h，炉温制度：加10501200加1320均热段1300二、 加热200mm厚钢坯，加热时间2.5h，最高炉温可提高207冷却方式设汽包位置定于距离炉尾7米的炉顶上。汽包中心高度：以上部辅件最高点，不超过+8.50米。汽包中心标高初定为6.5米汽包尺寸：14009000 mm炉底管冷压力1.01.5mpa。冷却方式：汽化冷却汽化冷却系统要求采用低汽包，由软水站供水，供水 附： 汽包压力表2块汽包压力变送器1个汽包液位变送器1个汽包液位玻璃板液位计2个安全阀1个蒸汽管网调节阀1个上水调节阀1个放散阀1个热水表2个 蒸汽流量计 1个8 加热炉平面布置图说明（见附图）：加热炉平面布置图。（3828mm26900mm）（1） 因装钢辊道和出炉辊道利旧，炉子长度不宜超过31米。（2） 厂房立柱11#至13#间距为12米，13#立柱外1米为电磁站，无利用窨。立柱尺寸为：地坪以上：6002000mm地下1.4米：15002000mm地下1.8米：25003800mm地下2.3米：52004800mm（3） 天车滑轨高度为9.5米，汽包最高点应低于此高度。天车驾驶室靠近装钢辊道一侧，高度为8米。（4） 高压水除鳞机紧靠加热炉，所以炉子布置应尽量靠近厂房立柱。9加热炉主要设备材料表加热炉筑炉材料表序号材料名称型号规格与性能单位数量单重总重（t）备注1低水泥浇注料jr-60m3104.22.4t/m32502膨胀珍珠岩混合料m317.50.6 t/m310.53锚固砖lz-65块85112.25kg/块10.44炉墙用4锚固砖lz-65块194010.54 kg/块20.45炉顶用5无石棉硅钙板1000cm317.30.2 t/m33.466轻质粘土砖ng-1.0tz-3块331031.6 kg/块537粘土砖n-2a多种规格块595543.5 kg/块208.58抗渣浇注料mk-1m38.72.4t/m320.889自流快干防暴浇注料pn-sf9m311.182.4t/m326.8410烧嘴砖莫来石块34521 kg/块17.72高铝质11烧嘴砖莫来石块32544 kg/块17.41高铝质12pvc膨胀板t213高铝砖lz-55块2563.91.014硅酸铝纤维毯普通型m34.50.20.915硅酸铝纤维毯含锆型m30.30.20.0616红砖块365122.3（kg/块）8417硅藻土砖块50000.653.25合计t729.85加热炉主要金属材料表序号材料名称规格与性能单位数量单重(kg)总重（t）备注1无缝钢管f16820m79.272.995.78无缝钢管f13320m17655.389.75无缝钢管f503.5m16.24.0165无缝钢管f10810m5024.171.212炉皮钢板6mmm225047.111.76炉皮钢板20mmm256.41578.863工字钢36bm15465.68910.12工字钢10#m7911.260.8934槽钢25bm51731.33516.21槽钢20bm18125.7774.675耐热滑块4cr25ni20tire块1726.361.094耐热滑块2cr25ni20块2326.31.5骑卡式耐热滑块块1566锚固钩f20m2572.470.635炉墙吊挂锚固钩f10m19260.6171.188炉顶吊挂7抓钉个80000.050.4水管包扎8清渣炉门、框套825029检修炉门、框套43571.4310清渣炉门套81691.35211出料炉门个3250.32512其它3合计147.2蓄热式加热炉燃烧系统主要设备表序号设备名称型号规格与性能单位数量单重（t）总重（t）备注1旋塞阀x43w-10dn125个34每台配作1个法兰2旋塞阀x43w-10dn150个32每台配作1个法兰3煤气快速切断阀3z fig 120 cvdn100个24煤气快速切断阀3z fig 120 cvdn150个325空气蝶阀dn150个34每台配作1个法兰6空气蝶阀dn200个32每台配作1个法兰7波纹补偿器0.25yltn150x3jdn150个34无法兰8波纹补偿器0.25yltn200x3jdn200个32无法兰9三通换向阀swhxf-2.5dn250个32每台配作3个法兰10三通换向阀swhxf-1.5dn150个2每台配作3个法兰11橡胶柔性补偿器rbd900ii-350dn900个1带2个配套法兰12引风机y9-38no11.2d风量:5428560317nm3/h台113风压:44624570pa14电机:315m-415功率:132kw16蓄热式烧嘴swd1f-450460 nm3/h套3417蓄热式烧嘴swd1f-600600 nm3/h套3218球阀q11f-16c1/2”个6819球阀q11f-16c3/4”个6620球阀q11f-16c1”个6621不锈钢球阀q11f-16p3/4”个6622闸阀z44w-10dn200个4每台配作1个法兰24旋塞阀x43w-10dn50个20每台配作2个法兰25旋塞阀x13w-10dn15个2026金属软管ljrd20el-1000dn20根132点火烧嘴用27金属软管ljrd25el-600dn25根66点火烧嘴用28压缩空气过滤器dn25个129截止阀j41t-16dn25个230储气罐1.2m3个131金属硬密封蝶阀d343p-1dn100个2每台配作2个法兰32金属硬密封蝶阀d343p-1dn150个32每台配作2个法兰33止回阀h41t-16dn25个1每台配作2个法兰34除水器个1蓄热式加热炉燃烧系统主要材料表序号设备名称型号规格与性能单位数量单重（kg/m）总重（t）备注1无缝管dn100f1084m0.4610.260.0052无缝管dn125f1334m55.812.780.7133无缝管dn150f1594.5m190.217.153.264无缝管dn200f2196m275.831.548.75钢板管dn250f2733m82.819.981.6545钢板管dn250f2734m18.9626.630.5056钢板管dn300f3254m0.6231.770.027钢板管dn400f4265m82.852.174.328钢板管dn450f4783m0.3635.10.0139钢板管dn500f5295m101.264.876.56510钢板管dn500f5293m5538.922.1417钢板管dn600f6306m48.492.644.4847钢板管dn600f6304m30.661.761.898钢板管dn700f7204m5570.643.8858钢板管dn700f7206m511065.4069钢板管dn800f8206m3.6120.80.43510钢板管dn900f9206m1135.60.135611钢板管dn1100f11206m29.3164.84.82912镀锌管dn15dn80fm9 经济效益分析如下： （1）降低能耗； （2）降低氧化烧损效益； （3）能提高产量； （4）烟气中有害成份nox的排放浓度小，环保效益显著。10蓄热式加热炉应注意的问题 （1） 由于蓄热式燃烧方式使得加热炉的炉压较难控制，必须通过炉型的优化及控制系统的升级解决炉压控制问题 （2）排烟温度较低，必须注意烟气的露点腐蚀问题。 （3）采用大四通换向阀集中换向，造成燃烧间断时间较长；同时，使得加热炉两侧不对称布置，造成两侧燃烧间断时间不同，影响加热炉控制水平。 （4）换向过程为自动控制，编制控制程序时应避免向炉内单独供应燃料或空气的情况发生结 束 我选的课题是连续式加热炉，连续式加热炉在钢厂内普遍使用。在选择这