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机械毕业设计论文
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机械毕业设计684干燥机热源装置设计,机械毕业设计论文
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摘要 1 摘 要 作为热动力机械的热风炉于 20 世纪 70 年代末在我国开始广泛应用，它在许多行业已成为电热源和传统蒸汽动力热源的换代产品。 通过长时间的生产实践，人们已经认识到，只有利用热风作为介质和载体才能更大地提高热利用率和热工作效果。传统电热源和蒸汽热动力在输送过程中往往配置多台循环风机，使之最终还是间接形成热风进行烘干或供暖操作。这种过程显然存在大量浪费能源及造成附属设备过多、工艺过程复杂等诸多缺点。而更大的问题是，这种热源对于那种需要较高温度干燥或烘烤作业的要求 。 关键词： 热风炉 热源 装置 干燥 风机ntsAbstract 2 Abstract As the hot stove thermal power plant in the late 1970s in China began extensive application in many industries has become a source of electric power and steam heat of the traditional replacement. Production through a long period of practice, people have realized that only the use of hot air as a medium and larger carriers can increase thermal efficiency and effectiveness of the work. Traditional source of electric power and steam heat in the process of delivery are often targeted more than one cycle fan, so that the final or indirect form of heating or hot air for drying operation. This process obviously there are a lot of wasted energy and ancillary equipment too large, complex process, and many other shortcomings. The bigger problem is that this kind of heat for drying or require a higher temperature baking operations requirements. Key words: hot stove heat source devices drying fan nts目录 1 目 录 摘 要 . 1 ABSTRACT . 2 目 录 . 1 第一章 绪 论 . 1 1.1 本课题的提出及意义 . 1 1.2 本课题所涉及的内容国内 (外 )研究现状综述 . 2 1.3 本课题有待解决的主要关键问题 . 4 1.4 本章小结 . 4 第二章 热风炉的总体设计 . 5 2.1 热风炉简介及其分类 . 5 2.1.1.热风炉简介 . 5 2.1.2 热风炉的分类 . 5 2.2 热风炉的炉膛、炉栅的设计 . 5 2.2.1 保证燃料充分燃烧的条件 . 5 2.2.2 足够高的温度 . 6 2.2.3 足够的燃烧时间 . 7 2.3 干燥用炉灶的基本构道 . 7 2.4 炉排 . 8 2.4.1 条杆式炉排 . 8 2.4.2 平板式炉排 . 9 2.4.3 阶梯炉排 . 10 2.5 炉排面积及炉膛容积 . 11 2.6 本章小结 . 13 第三章 炉排及 炉膛各项参数的确定与计算 . 14 3.1 设计要求及数据 . 14 3.2 炉排、的设计方案 . 14 3.3 炉排的设计面积 . 14 ntsAbstract 2 3.4 炉膛的设计计算 . 15 3.4.1 炉膛的容积 . 15 3.4.2 炉膛高度 . 15 3.5 本章小结 . 16 第四章 热风炉的热交换器 . 17 4.1.热交换器的分类 . 17 4.1.1 分类简介 . 17 4.2 各种类型的间壁式热交换器 . 19 4.2.1 沉浸式热交换器 . 19 4.2.2 喷淋式热交换器 . 20 4.2.3 套管式热交换器 . 20 4.2.4 管壳式热交换器（又称列管式热交换器） . 21 4.3 热交换器 的设计计算 . 23 4.3.1 设计条件及数据 . 23 4.3.2 换热器总换热面积 F 计算 . 23 4.3.3 换热管设计 . 24 4.4 本章小结 . 26 总结 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 附录 . 30 nts第一章 绪论 1 第一章 绪 论 1.1 本课题的提出及意义 热风炉是干燥设备的主要工作部件之一，它作为干燥粮食的热源，其目的是把干燥介质由较低温度加热到较高温度，提高干燥介质吸收水分的能力，然后由送风系统将其输入到干燥室中以达 到干燥粮食的目的。 做为干燥设备配套的热源设备很多，通常是按消耗的燃料来分类，有燃 煤、燃油、燃气、电力等，按换热情况又可分为干燥介质直接加热和间接加热。譬如锅炉加热水形成水蒸汽，水蒸汽再通过散热器加热干燥介质，这就是两次间接加热，这种方式总的热效率很低，仅 40左右，在某些工厂生产中有多处用热点，为便于集中供热和管理，采用较多。 而粮食干燥是一项很耗能的作业，如干燥设备采用燃油直接加热热风炉作热源，作业费用很高。我们目前收获的主要粮食（稻谷、小麦、玉米）达数亿吨，若全部用燃油直接加热干燥设备干燥，则需油数百 万吨，这是一个很大的数目。因此用什么能源干燥粮食是一个非常重要的问题。由于我国有较丰富的煤资源，而煤的价格仅为油价的 1/10 左右。发热量是油的 1/2，因此从资源和经济的角度考虑以煤作为干燥设备的热源为宜。 间接加热的热空气清洁干净，热效率 60 70。而直接加热的因受烟尘的污染而影响产品质量，但热能利用很充分，热效率很高，对干燥时物料中混入少量烟尘而无影响时，可优先采用。 因此， 在粮食干燥、农副产品加工及许多工业部门 近年来 多 采用热风炉间接加热的系统 。 间接加热热风炉分为列管式、无管式、热管式三大类。热管式热风炉 近几年才在我国得到发展，由于其价格昂贵，与粮食干燥设备配套使用不普遍。中国农业大学成套设备研究所的科技人员立足我国国情，结合我国能源政策，研制推广了两大类一系列燃煤间接加热热风炉，它们分别属于无管式和列管式。 热源选择合理与否影响很大，涉及到设备的投资费用、热风温度、物料的干燥质量、干燥成本、环境保护、人员劳动强度、自动控制水平等。 目前，在我国粮食干燥系统中，粮食干燥主要采用燃煤热风炉提供热源。其主要部件换热器的热效率直接影响着热风炉的使用性能。为节约能源，降低钢材消耗量，提高可靠性，研究影响热风炉热效率的 因素是十分必要的 。 nts吉林大学学士学位论文 2 1.2 本课题所涉及的内容国内 (外 )研究现状综述 目前 , 我国由于一些条件的限制 ， 一般都采用固体燃料风炉 。 以卧式机烧热风炉 （ 以下简称卧式炉 ） 和立式手烧热风炉 （ 以下简称立式炉 ） 两种炉 为例 。 卧式炉的供热量比较大 , 一般在 251 万 2000 万 J/h。采用机械上煤 （ 链式或链斗式 ）， 机械添煤 （ 链条炉排或往复炉排 ） 和机械除渣 （ 螺旋输送或链板出渣机 ）， 大大改善了司炉工的操作条件和工作环境 ， 并能提高供热的稳定性 ，其热效率一般为 60%70%。 该炉整体结构为卧式 ， 主要由炉膛、沉降室、换热器 （ 多为列管式 ） 、除渣机 （ 螺旋输送或链板出渣机 ） 和上煤机等组成。一般是将炉体与换热器分开 ，便于维修和管理。例如河南省郑州市黄河锅炉辅机厂生产的 JLG 系列粮食烘干燃煤热风炉 ， 为该炉型的典型代表。但也有的卧式热风炉为提高炉膛内部热幅射的利用率，将换热器直接装在炉体之上 ， 成为一个整体。例如黑龙江省庆安约克谷物烘储设备有限公司生产的 JL I 型燃煤热风炉 ， 为该炉型的典型代表。 立式炉的供热量比较小 ， 一般在 627.6 万 K/h 以下。由于是人工上煤 ， 人工除渣 ， 所以除了司炉工的劳动强度较大外 ， 供热的稳定性也不如卧式机烧炉 ，这是手烧炉的主要 缺点。其热效率一般为 60%65%。 早期立式炉的送风形式是负压送风 ， 由于炉体是金属结构 ， 使用中如有泄漏 ， 容易使炉气带人干燥机内 ， 影响烘干品质。近几年黑龙江省农业仪器设备厂研制开发了一种新型的 LF 系列远红外立式热风炉。该炉的整体结构为立式 ， 炉体的上半部为金属结构 ， 内置换热器、烟管等 ， 炉体的下半部 （ 炉膛 ） 为耐火砖、耐火混凝土和普通混凝土结构 ， 并且采用正压送风形式 ， 从而彻底的克服了早期立式炉负压送风所带来的缺点 ， 同时大大地提高了该炉的使用寿命 , 也便于用户维修和保养。 自从 1975 年考贝提出用蓄热式热风 炉来代替换热式热风炉以来 ， 其基本原理至今没有改变 ， 但其结构和操作方法等却有了重大改进 。 由荷兰达涅利霍戈文首创的霍戈文内燃式热风炉是内燃式热风炉改造最成功的代表 ， 其主要特征为 ： 拱顶砌体呈悬链形直接由炉壳支承 ； 自立式滑动隔墙 ； 眼睛形火井和与之相配的矩形套筒式陶瓷燃烧器 ； 燃烧室下部隔墙增设绝热砖和耐热不锈钢板 ， 以减小燃烧室隔墙的温度梯度 。 霍戈文内燃式热风炉与同级外燃式热风炉相比 ， 具有体积小、占地少、材料用nts第一章 绪论 3 量少、投资省 (节省 30 % 35 %)等优点 ； 其卓越的生产效果 ， 可以满足高风温长寿的要求 。 近年来各 国新建的 2500 3m 级的高炉 ， 大多数都是采用霍戈文热风炉的设计标准 。 DCE 公司所设计的最大的热风炉是中国鞍钢新一号高炉的霍戈文高风温内燃式热风炉 ， 实现了 1200 C 以上的风温 。 它采用了矩形燃烧器、合理的隔墙、随温度变化的滑动结构、悬链式拱顶以及分块吸收膨胀等措施 ， 保证热风炉实现 25 年的长寿命 。 内燃式热风炉的缺点在于 ： 火井偏在一侧使气流分布不均匀 ,限制了进一步扩大直径 ， 另外 ， 燃烧室隔墙结构复杂 。 因此 ， 目前大于 4000 3m 的高炉只能采用外燃式热风炉 。 早在 20 世纪 20 年代 ， 哈特曼就提出了应用顶燃式热风炉的设想 ， 但未受到重视 ,直到 60 年代 ， 由于高风温的要求 ， 才开始了顶燃式热风炉的研究 。 不过 ， 国外的研究还停留在试验和方案阶段 ， 还未投入工业使用 。 顶燃式热风炉又称无燃烧室热风炉 ， 其结构特点是 ： 取消了燃烧室 ， 将燃烧器直接装在热风炉的拱顶 ， 以拱顶空间为燃烧室 。 它的结构充分吸收了内、外燃式热风炉的优点 。 顶燃式热风炉具有如下特点 ： 同内燃式热风炉相比 ， 取消了燃烧室和挡火墙 ， 扩大了蓄热室容积 ， 在相同的 容量条件下 ， 蓄热面积增加 25 % 30 %。结构稳定性增强 。 采用大功率短焰燃烧器 ， 直接安装在拱顶部位燃烧 ， 使高温热量集中在拱顶部位 ， 热损失减少 ， 有利于提高拱顶温度 。 其工作过程是一种典型的逆向强化换热过程 ， 提高了热效率 。 耐火材料稳定性提高 ， 热风炉寿命延长 。 布置紧凑 ， 占地面积小 ， 节约钢材和耐火材料 。 现代热风炉的发展方向是 ： 高风温 ,热风温度 1250 50 。 高热效率 ，总热效率 85 %。 长寿命 ， 一代寿命 25 年。 这对我国热风炉发展的意义在于 ： 研究开发大型热风炉自身预热技术 ，实现高炉煤气烧炉 情况下的高温 。 优化燃烧口设计结构和材质 ， 进一步提高燃烧口寿命 。 开发新型热风炉技术 ， 以缩小与国际先进热风炉的差距 ， 针对国情进行技术开发 ， 吸收外国先进经验 ， 开展大型、高风温热风炉的研究 ， 将是下一步的重点 。 nts吉林大学学士学位论文 4 1.3 本课题有待解决的主要关键问题 目前我国烧煤供热行业，基本用三种形式，主要有炉排的人工加煤燃烧炉、人工操作的煤粉炉、以及投资大而且操作比较困难的沸腾炉。 人工加煤是由炉工间隙手工加料或机械加料进入燃烧室燃烧，同时要进行人工清渣，这样存在两大问题： a.进入燃烧室的煤燃烧不充分，较大块煤不易烧透，热量未充 分发挥，热效率低，煤耗大。因为加入的煤量不稳定，充分燃烧的时间有长有短，在清渣是往往被清走。 b.燃烧过程的不稳定，进入烘干机的热量波动较大，使烘干物料的水分存在波动。在加煤时，煤燃烧进入烘干机的热量较少，随着煤的燃烧，热量逐渐增加。另外，清渣时也使烘干机的热量受到波动。该炉技术落后、原始，工人操作强度大，热效率极低、环境污染大。 煤粉炉供煤系统由喷煤或抛煤机完成。该法虽然节煤比较显著，但需要人工调整底火，劳动强度大、点火升温慢，而且喷煤或抛煤量忽大忽小，部分煤粉入炉后就被烟气带出冒黑烟，没有充分燃烧，浪费了 资源、污染了环境 。 沸腾炉投资比较大、建造周期长、辅助设备多，点火难、燃烧不充分，易结渣、排渣困难。 同时， 在我国粮食干燥系统中 ， 粮食干燥主要采用燃煤热风炉提供热源。其主要部件换热器的热效率 偏低 直接影响着热风炉的使用性能。 1.4 本章小结 本章讨论了课题的研究意义，分析了国内外研究现状，确定课题主要的研究内容和研究方法。 nts第二章 热风炉的总体设计 5 第二章 热风炉的 总体设计 2.1 热风炉简介及其分类 2.1.1.热风炉简介 热风炉是干燥设备的主要工作部件之一，它作为干燥粮食的热源，其目的是把干燥介质由较低温度加热到 较高温度，提高干燥介质吸收水分的能力， 然后由送风系统将其输入到干燥室中以达到干燥粮食的目的。粮食干燥是一项很耗能的作业，如干燥设备采用燃油直接加热热风炉作热源，作业费用很高。我们目前收获的主要粮食（稻谷、小麦、玉米）达数亿吨，若全部用燃油直接加热干燥设备干燥，则需油数百万吨，这是一个很大的数目。因此用什么能源干燥粮食是一个非常重要的问题。由于我国有较丰富的煤资源，而煤的价格仅为油价的 1/10 左右。发热量是油的 1/2，因此从资源和经济的角度考虑以煤作为干燥设备的热源为宜。 2.1.2 热风炉的分类 热风 炉是谷物在进行干燥处理时必不可少的供热设备，其种类很多，区分的方式也不同，一般有以下几种分类方式： (1)按燃料分类。有固体燃料热风炉、液体燃料热风炉和气体燃料热风炉。 (2) 按供热方式分类。有直接供炉气的热风炉、间接供炉气的热风炉。 (3) 按燃烧原理分类。有层燃式热风炉和悬燃式热风炉。 (4) 按司炉方式分类。有机烧式热风炉和手烧式热风炉。 (5) 按炉体结构分类。有卧式热风炉和立式热风炉。 (6) 按炉排的分布形式分类。有水平和倾斜炉排热风炉等。 目前， 在我国 一般都采用固体燃料风炉。 2.2 热风炉的 炉膛、炉栅的设计 2.2.1 保证燃料充分燃烧的条件 由燃料的燃烧过程可知，保证燃料充分燃烧（即接近完全燃烧）的条件是： nts吉林大学学士学位论文 6 2.2.1.1 空气足够，且与燃料接触良好 燃烧一定量的燃料，就需要一定量的空气，否则，燃料就不能完全燃烧。为保证燃料完全燃烧。实际供给的空气量sL，常比理论空气量0L大一些，即过剩空气系数 25.10 LL ss （对于层燃 炉，当直接用炉气干燥谷物时，取s=1.52，当采 用 间 接加热时，取s=1.31.5）。若s过小，则供气不足，燃烧不完全损失增大，若s过大，炉 温将降低，影响正常燃烧。 必须指出 ，在燃烧过程中，仅有足够的空气量是不够的，还必须设法使空气能与燃料充分地接触和混合，才能保证很好地燃烧。为此，常采取如下措施。 1增大燃料与空气的接触面。 为此，在层燃炉中，应将大块的燃料打成小块（但太小了会影响通风 ），在煤 粉炉中将煤磨成粉状，在油炉中将油雾化。 2 增强空气与可燃物质的混合。在炉膛上部增设二次风，既起到补充空气量的作用，也增强 了空气与挥发分的混合，有利充分然烧。 3保持适当且均匀的燃料层厚度。若燃料层过厚，影响通风，不完全燃烧损失增加若燃 料层过薄，会引起通风不均匀，影响空气与 燃料的混合，特别是当燃料层过薄且不均匀时，气流可能在某处冲击出“火口”，此时空气就从火口进入炉膛，导致过剩空气系数s过大，炉温降低，影响正常燃烧。对子手烧炉，正常的燃料层厚度为： 木柴 350500 毫米； 大块煤 150200 毫米，小块煤 60 100 毫米。 4加强拨火。拨火操作的目的在于疏松和平整燃料层，使通风均匀，避免火口，除去燃 料外表面在燃烧过程中形成的灰层 ，改善空气与燃 料的接触，促进燃料完全燃烧。 2.2.2 足够高的温度 如上所述，然料只有达到一定的温 度才能燃烧，而且温度愈高，燃烧进行愈快，容易燃烧完全。为此，手烧炉加燃 料及拨火时应动作迅速，避免炉门敞开时间过长，漏入冷空气过多，造成炉温降低，影响正常然烧。 nts第二章 热风炉的总体设计 7 2.2.3 足够的燃烧时间 由于燃料燃烧时需要一定的时间才能燃烬， 为此，炉膛 应有足够大的空间，并尽可能在 炉 膛内产生适当的涡流或扰动，以延长挥发分或可燃气体在炉膛内的停留时间。 2.3 干燥用炉灶的基本构道 炉灶的构造取决于炉灶的 用途、燃料的种类、单位时间燃料耗量的大小及机械化程度的不同而不同 。 直接用炉气干燥谷物的小型炉灶的基本构造如下图 1 所示， 它主要由炉膛、燃烬室 、沉降室 及混合室所组成，其工作过程如下燃料从炉门 4加入炉排 3，空气由灰门 2 经 炉排上的孔进人燃料层，使燃料燃烧。燃料燃烧后的灰渣（或称炉渣），大块的可从炉门扒出，细小的漏入灰坑，再从灰门扒出。二次空气先由炉排下 方的小孔 1 进入空气 隔层 7 预 热，然后山炉膛上 方的小孔 8 进入炉膛，使炉脸， 使炉膛中未烬的挥发分或由气流带上来的细小炭粒进一步燃烬。由燃烬室出来的烟气经沉降室及火花扑灭装置 9 而进人混合室，在混合室中，来自冷风口 10 的冷空气与净化后的热空气相混 合至干燥谷物所要求的温度，即可作为干燥介质 炉气，此炉气再由风机送入干燥室千燥谷物。如果采用间接加热干燥谷物，则用换热器取代混合室。炉灶从开始点火至正常燃烧这段时间，由于炉 温不高，燃烧不正常，烟气中有大量未燃烬的挥发分，不宜用来直接干燥 谷物（以避 免谷物被严重污染 ），应从烟囱 11 把它排到大气中去。此外，当干燥设备发生故障时，烟气也应从烟囱导出。 nts吉林大学学士学位论文 8 图 1 炉 灶的基本构造 I 炉膛 燃烬室 一沉降室 混 合室 1 二次 风进口 2 一灰 门 3 一炉 排 4 炉门 5 一红砖 6 耐 火砖 7 一空气隔层 8 二次 风出 9 一火花扑灭装置 10 冷 风口 11 一烟囱 12 炉气出 口 13 一清 灰门 2.4 炉排 炉排的作用是支持燃料层及使空气均匀地通过燃料层。由子炉排既要承受燃料层的重力，又要经受添加燃料、拨火及除灰渣时所用的铁锹和火钩的撞击，故 要求它具有足够的强度。炉 排常用铸铁铸成，可分为条杆式、平板式及阶梯式三种。 2.4.1 条杆式炉排 它由许多根条杆状炉条合并在一起而成。炉条长度一般为 300 1000 毫米，宽度 520 毫米 ，高度 50 100 毫米。每根炉条的两端及中间较厚，其余部分较薄，且较薄部分又是上宽下 窄，因此，当炉条合并起来以后，炉条之间就具有一定的通风缝隙（缝隙 宽度为 315 毫米，且排渣时不会堵塞。炉条的形状如图 2 所示。 nts第二章 热风炉的总体设计 9 图 2 炉条 炉排的通风缝隙的总面积（又称话截面 积）与整个炉排面积之比，称炉排通风截面比，又 称活截面系数，以 符号 FA 表 示。对于条杆式炉排，活截面积系数 FA 为 0.20.4，其具体数值与燃料种类及特性有关，例如，若燃料为木柴和泥煤， FA 0.280.4；若为褐煤， FA =0.280.3，若为烟煤， FA =0.20.3。而通过活截面的风速与过剩空气系数及炉排热强度有关，约为 0.31.3 米 秒。这种炉排通风阻 力小，适用 于燃烧挥发分高、颗粒大、灰分少的燃料。 2.4.2 平板式炉排 平板式炉排如图 3 所示，它适用于燃烧挥发分少、颗粒小、灰分多的燃料，如无烟 煤。 这种炉排用铸铁铸成板状，板上由 上小下大的长圆小孔，用作通 风及出灰。为增强平板的强度及冷却面积，在平板下面常具有加强筋。炉排的通风活截面积较小，活截面系数约为 0.080.15，而 通过长圆小孔的风速可达 5 米沙。 图 3 平板式炉 排 在设计炉 排时，除根据燃料种类及特点选择好炉排型式外，还必须注意如下几点。 1 炉排的位置应低于炉门，使燃料层表面略低于炉门下缘， 以便观察燃nts吉林大学学士学位论文 10 烧情况及安全地取出炉渣 。 2为使于操作，炉 排的宽度可大于长度（深度）。此外，当宽度大于 2米时，应设二个炉门，使每一扇炉门的宽度不超过 1 米。 3为避免从灰门进入的空气流将灰坑中的灰分吹进燃 料层，故进入灰门的气流速度不宜超过 3 米秒。 条杆式炉排及平板式炉排，一般都是水平安放（或稍微向内倾斜），故统称水平炉排或简称平炉排，平炉排结构简单，价格便宜，操作容易，对燃料的适应性广，故得到广泛应用。但这种护排有二个缺点：其一， 劳动强度大；其二，炉内燃 烧不稳定，热效率较低， 这是由周期性地加入新燃料所引起的：加入的新燃料要经过预热、干燥后才能燃 烧，故加入新 燃料后必使炉温降低，影响正常燃烧加入新燃料后，燃 料层厚度增加，进风阻力增大，进风量减少，而到加新燃料前的 燃烬阶段，燃料层变薄，进风阻力变小，进风量增多，使过剩空气系数s过大，影响正常徽烧。为克服平炉排上述缺点，可采用倾斜炉排或阶梯炉排。 2.4.3 阶梯炉排 如图 4 所示，将矩形炉板（炉栅）由上向下排列成阶梯状，即为阶梯炉排。为防止燃料从两块炉板之间漏下来，相邻两块炉板应有一定的叠 度（ 约重叠三分之一）。 设计时，应使阶梯炉排的倾角稍大 于 燃料的自然休止角。这样，当燃料 从加料斗 4 加入后，燃料就能自动下移到阶梯炉排的炉板上。当下部的燃料烧烬之后，上部的燃料就自动下移补充。燃料边燃烧边移动，是阶梯炉 排最大的特点。这个特点所带来的好处是燃烧过程的三个阶段在炉内同时进行（下部为燃烬阶段，中部 为燃烧阶段，上部为准备燃烧阶段），燃烧过程稳定，克服了平炉排中因周期性地加入新燃料而引起的不稳定因素。此外，利用加料斗，使燃料靠重力下移到炉排上，从而减轻了劳动强度。这种炉排出灰也较方便。 采用阶梯炉排的炉灶， 可燃烧褐谋、泥煤、木柴及农产品的废料，如燃烧谷壳（著慷） 的糠 灶就采用阶梯炉排。 nts第二章 热风炉的总体设计 11 图 4 阶梯炉排 1 一炉条横梁 2 一炉条 3 一矩形炉 板 4 一加料 斗 2.5 炉排面积及炉膛容积 炉排 面积lF及炉膛容积lV的大小取决于炉灶在单位时间燃烧的燃料量 rB及燃料特性。例如当燃烧的燃 料量 rB 一定时，需要的空气量sL亦一定，此时，若炉排面积lF过小，必 然使空气通过燃料层时的流速过高，使细碎的燃料被吹进炉膛，而且由于 流速过大，这些细碎的燃料及挥发分在炉膛停留的时间也很短，来 不及完全燃烧就排到沉降室，使炉灶的热效率下降。反之，若炉排面积lF过大，又会 使建造炉灶的金属耗量增大及降低炉温等缺点。同理，炉膛过大或过小， 也会降低炉灶热效率。 为使炉排面积和炉膛容积设计合理，常用由试验确定的炉排热强度 Fq ，和护膛热强度Vq来限制，并 据热强度的许可值来计算所需的炉排面积及炉膛nts吉林大学学士学位论文 12 容积。 炉排热强度 Fq 是指单位时间内，在单位炉排面积上燃料所放的热量，即： )/( 2 时米千卡 lygwrF FQBq （公式 1） 式中 ： rB 每小时进入炉灶的燃 料量（公斤时） ygwQ 燃 料的应用基高位发热量（千卡公斤） lF 炉排面积（ 2米 ） 炉膛热强度Vq是指单位时间内，在单位炉膛容积中燃料所放出的热量，即： )/( 3 时米千卡 lygwrV VQBq （公式 2） 式中 ： lV 炉膛容积（ 3米 ） Fq 、 Vq 选定后，就可据公式（ 公式 1） 及（公式 2）分别计算出 lF 、 lV ： )( 2米Fygwrl qQBF （公式 3） )( 3米Vygwrl qQBV （公式 4） 如 果 炉 膛 和 炉 排 的 截 面 积 相 等 ， 则炉膛 高度lH为：VFFygwrVygwrlll qqqQB qQBFVH /（米） （公式 5） 各种燃料的 炉排及炉膛热强度如表 l 所示。 表 1 所列的炉排和炉膛 热强度， 比锅炉装置中的炉排和炉膛热强度小一些，这是由于用作干燥的炉气要求尽最少含煤烟及炉灰微粒 所致。 表 1 炉排和炉膛的热 强 度 nts第二章 热风炉的总体设计 13 从表 1 可以看 出： Fq Vq，故炉膛高度VFl qqH 1。但我国近年来 设计的炉灶，如参加 1981 年 全国中小型粮食干燥 设备全年生产对比 的炉灶。其炉 膛高度lH均小于 1 ，为 0.710.85 米 （指直接用炉气干燥谷物的炉灶）。看来，这样的炉膛高度偏小，影响燃料正常燃烧，进而导致这些干燥机的单位热耗量都较大 2.6 本章小结 本章简述 了 热风炉的一些基本分类，热风炉的一些基本结构，以及热风炉的炉膛、炉排的设计方法及要求 。 nts吉林大学学士学位论文 14 第三章 炉排及炉膛各项参数的确定与计算 3.1 设计要求及数据 依据设计要求：热风炉总数出热量为 60 万大卡，即约合 2512080 kJ/h。燃料 采用标准煤， 每小时的燃烧量为 100kg， 标准煤的低位发热量为 29308 kJ/h.，高位发热量约合 30773.4 kJ/h ，即 7355.02 大卡 （ 1 千卡 /1 大卡 =4.184千焦 ） 。 3.2 炉排、的设计方案 选择 炉条长度 为 1000 毫米 （加上两头一共 1500 毫米） ，宽度 20 毫米 ，高度 50 毫米 ， 炉条之间就具有一定的通风缝隙（缝隙 宽度为 10 毫米）， 活截面积系数 FA 为 0.3，通过活截面的风速约为 1 米 秒。炉条的 设计如下图 3 所示。 图 3 炉条 3.3 炉排的设计面积 炉排面积： )(1 . 4 710500 10002.7355 23 米 Fygwrl qQBF rB 每小 时进入炉灶的燃 料量（公斤时） ygwQ 燃 料的应用基高位发热量（千卡公斤） nts第三章 炉排及炉膛各项参数的确定与计算 15 lF 炉排面积（ 2米 ） Fq 炉排 热强度 ，取 Fq 310 = 310500 （ 时米千卡 3/ ） 3.4 炉膛的设计计算 3.4.1 炉膛的容积 炉膛容积为： )(2 . 9 410250 1007 3 5 5 . 0 2 33 mq QBVVygwrl lV 炉膛容积（ 3米 ） Vq 炉膛热强度 ，取Vq 310= 310250 （ 时米千卡 3/ ） 3.4.2 炉膛高度 炉膛高度： 米2250500 VFlll qqFVH即当炉膛高度不小于 2 米时能保证 燃料的完全燃烧，为了减小炉膛的高度，设计 炉膛 的 截面积 大于炉排的面积，如图 4 设计炉膛高度为 1.7 米。 nts吉林大学学士学位论文 16 图 4 炉膛与炉排的截面积 3.5 本章小结 本章根据第二章的方法对炉膛进行了详细设计，并确定一些重要的基本尺寸。 nts第四章 热风炉的热交换器 17 第四章 热风炉的热交换器 4.1.热交换器的分类 4.1.1 分类简介 随着科学和生产技术的发展，各种工业部门要求热交换器的类型和结构要与之相适应，流体的种类、流体的运动、设备的压力和 温度等也都必须满足生产过程的要求。近代尖端科学技一长的发展（如高温高压、高速、低温、超低温等），又促使了高强度、高 效率的紧凑热交换器层出不穷。虽然如此，所有的热交换器仍可按照它们 的一些共同特征来加以区分。例如： l）按照用途来分：有预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等等。 2）按照制造热交换器的材料来分：有金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等等。 3）按照温度状况来分，有：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都 随时间改变， 4）按照热流体与冷流体的流动方向来分，有：顺流式（或称并流式）：两种流体平行地向着同一方向流动，如图 5 (a) ; 逆流式：两种流体也是平行流动，但它们的流动方向相反，如图 5 ( b ) ; 错流式（或称叉流式）：两种流体的流动方向互相垂直交叉，如图 5(c）。当交又次数在四次以上时，可很据两种流体流向的总趋势将其看成逆流或顺流，如图 5(d）及 5（ e） ; 混流式：两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部分，图 5(f)及 5（ s）所示就是一例。 nts吉林大学学士学位论文 18 图 5 流体的流动方式 (a）顺流（ b）逆 流 （ c）错流 (d）总趋势为逆流的四次错流 （ e） 的总趋势为顺流四次错流（ f）先顺后逆的的平行混流 （ g） 先逆后顺的串联漫流 5）按照传送热量的方法来分，有间壁式、混合式、蓄热式等三大类，这是热交换器最主要的一种分类方法。 间壁式：热流体和冷流体间有一固体壁面，一种流体恒在壁的一侧流动，而另一流体恒在壁的他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面而进行传递。 混合式（或称直接接触式）：这种热交换器内 依靠热流体与冷流体的直接接触而进行传热，例如工业上的冷水塔以及喷射式热交换器。蓄热式（或称回热式）：其中 也有固体壁面，但两种流体并非同时、而是轮流地和壁面接触。当热流体流过时，把热量储蓄于壁内，其温度逐渐升高；而当冷流体流过时，壁面放出热量，其温度逐渐降 低，如此反复进行，以达到热交换的目的。例如
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