湖北新冶钢170机组环形炉计算书

湖北新冶钢钢管公司湖北新冶钢钢管公司 170170 机组机组 21 4 2m 21 4 2m 环形炉蓄热式改造工程环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 北北京京寸寸长长技技术术有有限限公公司司 二二 00 六年六月六年六月 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 1 目目 录录 一 热平衡计算 2 二 加热能力计算 11 三 管道阻力计算 13 四 参考文献 19 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 2 第一部分 热平衡计算第一部分 热平衡计算 一 一 热量收入项目热量收入项目 1 燃料燃烧的化学能量 Kcal h y DW BQQ 1 式中 B 燃料消耗量 Nm3 h 燃料低位发热量 Kcal Nm3 y DW Q 设定 能耗为 1 5GJ t 产量为 G 60t h 已知煤气热值 5700KJ Nm3 y DW Q Nm3 h 按照 16000 Nm3 h 计算 15789 5700 60105 1 6 B Kcal h 21786909 186 4 570016000 1 Q 2 预热燃烧用空气带入的物理热量 Kcal h 02 LtBcQ kk 式中 ck tk 燃烧用空气的平均比热和预热温度 燃料燃烧时的空气过剩系数 L0 燃料燃烧时所需的理论空气量 Nm3 Nm3 助燃空气为常温 无预热 通过蓄热体预热空气的带入热量在支出项中消除 此部分热量不计 3 预热煤气带入的物理热量 Kcal h kkt BcQ 3 式中 ck tk 燃烧用煤气的平均比热和预热温度 煤气预热温度 tk 300 查表得煤气主要成分 湿 成分 XCOCO2H2N2H2O 体积百分数 27 33 6410 8351 924 2 计算质量百分数 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 3 87 30 182 42892 51283 104464 3 28 3 27 28 3 27 1 n i ii COco co MV MV g 46 6 182 42892 51283 104464 3 28 3 27 4464 3 1 22 2 n i ii COco co MV MV g 87 0 182 42892 51283 104464 3 28 3 27 283 10 1 22 2 n i ii HH H MV MV g 72 58 182 42892 51283 104464 3 28 3 27 2892 51 1 22 2 n i ii NN N MV MV g 05 3 182 42892 51283 104464 3 28 3 27 182 4 1 22 2 n i ii OHOH OH MV MV g 煤气的比热 324 0 100 368 0 05 3 314 0 72 58311 0 87 0 447 0 46 6 315 0 87 30 100 1 n i iik cgc Kcal h1555200300324 0 16000 3 kkt BcQ 4 钢氧化反应的化学热量 每公斤钢氧化反应的化学热量大致为 1350Kcal Kcal h 100 1350 4 Ga Q 式中 G 炉子产量 Kg h 氧化烧损率 a 当烧损率小于 1 时 此项可忽略不计 此部分热量不计 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 4 二 二 热量支出项目热量支出项目 1 炉料加热所需的热量 Kcal h 12 1 iiGQ 式中 炉料装炉和出炉时的热含量 Kcal Kg 1 i 2 i 以 20 钢为例 1300 0 164 214 Kcal Kg 2 i 0 1 i Kcal h 12840000 0214 1060 3 1 Q 2 出炉烟气带走的热量 Kcal h yyy tcBVQ 2 式中 单位燃料燃烧时产生的烟气量 Nm3 Nm3 y V 出炉烟气的平均比热和温度 y c y t 蓄热式加热炉该项支出热量由两部分组成 通过烧嘴排出炉外烟气带走热量 12 Q Kcal h 110 12 60 yyt cVQ 式中 V0 燃料燃烧理论烟气量 Nm3 h 查表得 0 340 Kcal Nm3 1y c 150 1y t Kcal h 489600150340 0 1600004 2 60 12 Q 通过炉尾烟道排出烟气带走热量 22 Q Kcal h 220 22 40 yy tcVQ 式中 V0 燃料燃烧理论烟气量 Nm3 h 查表得 0 65 Kcal Nm3 2y c 300 2y t Kcal h 254592030065 0 1600004 2 40 12 Q 489600 2545920 3035520 Kcal h 22 12 2 QQQ 3 燃料化学不完全燃烧损失的热量 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 5 Kcal h 100 4350 3 CO BVQ y 式中 CO 烟气中 CO 含量 环形炉在正常工作时 1 为完全燃烧 该项损失的热量可以忽略不计 4 炉子砌体散热或蓄热损失的热量 对于连续生产的炉子 砌体温度分别处于稳定状态下 通过炉墙 炉顶及架空炉底的 散热损失可按下式计算 Kcal h 0 4 FttKQ wn 式中 K 砌体内壁至空气的综合传热系数 Kcal m2 h 砌体内表面温度 n t 外界空气温度 w t F0 砌体的散热面积 m2 已知 炉墙为粘土浇注料 N 2 和溧珠高强隔热耐火砖 PG 0 8 复合结构 炉顶为粘土浇注料 N 2 为主要材料的复合结构 炉底为低水泥浇注料 LGL70 和溧珠高强隔热耐火砖 PG 0 8 复合结构 对于冶钢钢管公司的该环形炉 炉内可近似划分为两个温度段 1 低温段 炉内平均温度 1000 1n t 炉墙 厚度 S1q 0 465m 炉墙面积 F1q 61 5 m26 1 2 25 8 16 360 105 q q q q SR K 1 1 1 1 1 22 1 1000105 072 0 105 072 0 3 1 3 1 nq t 65 2 465 0 22 1 1 q K Kcal h162975 5 61 01000 65 2 1111 14 qwnqq FttKQ 炉顶 厚度 S1d 0 3m 炉顶面积 F1d 80 8 m2 360 105 4 8 6 12 22 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 6 d d d d SR K 1 1 1 1 1 22 1 10001022 0 11022 0 1 3 1 3 1 nd t 07 4 3 0 22 1 1 d K Kcal h328856 8 80 01000 07 4 1111 14 dwndd FttKQ 炉底 厚度 S1di 0 57m 炉底面积 F1di 80 8 m2 360 105 4 8 6 12 22 di di di di SR K 1 1 1 1 1 22 1 10001019 0 03 1 1019 0 03 1 3 1 3 1 ndi t 14 2 57 0 22 1 1 di K Kcal h172912 8 80 01000 14 2 1111 14 diwndidi FttKQ Kcal h664743172912328856162975 14 14 14 14 didq QQQQ 2 高温段 炉内平均温度 1250 2n t 炉墙 厚度 S2q 0 465m 炉墙面积 F2q 149 5 m26 1 2 25 8 16 360 255 q q q q SR K 2 2 2 2 1 345 1 1250105 072 0 105 072 0 3 2 3 2 nq t 89 2 465 0 345 1 2 q K Kcal h540069 5 149 01250 89 2 2222 24 qwnqq FttKQ 炉顶 厚度 S2d 0 3m 炉顶面积 F2d 196 m2 360 255 4 8 6 12 22 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 7 d d d d SR K 2 2 2 2 1 345 1 12501022 0 11022 0 1 3 2 3 2 nd t 483 4 3 0 345 1 2 d K Kcal h1098335196 01250 483 4 2222 24 dwndd FttKQ 炉底 厚度 S2di 0 57m 炉底面积 F2di 196 m2 360 255 4 8 6 12 22 di di di di SR K 2 2 2 2 1 345 1 125010516 0 7 010516 0 7 0 3 2 3 2 ndi t 36 2 57 0 345 1 2 di K Kcal h578200196 01250 36 2 2222 24 diwndidi FttKQ Kcal h22166045782001098335540069 24 24 24 24 didq QQQQ Kcal h28148772216604664743 24 14 4 QQQ 5 炉门和窥孔因辐射而损失的热量 Kcal h 60 100 88 4 4 5 F T Q L 式中 TL 炉门和窥孔处的炉温 K F 炉门和窥孔的面积 m2 角度修正系数 一小时内炉门和窥孔开启的时间 min 对于钢管公司 170 机组环形炉 只考虑进出料炉门 其它孔洞的散热损失均可 不计 根据图纸 进出料炉门的尺寸为 900 1350mm 炉门开启时间 在正常生产 的情况下 不考虑炉门关闭 按照全开计算 F 0 9 1 35 1 215 m2 查表 P 250 图 7 55 得 0 74 Kcal h236062 60 60 74 0 215 1 100 2731250 88 4 4 15 Q 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 8 Kcal h83065 60 60 74 0 215 1 100 273900 88 4 4 25 Q Kcal h31912783065236062 25 15 5 QQQ 6 炉门 窥孔 墙缝等因冒气而损失的热量 在一般的火焰炉计算中 本项热损失包括在第二项出炉烟气带走的热量中 不单 独计算 7 水封槽散热损失 已知 环形炉水封槽循环水量 A 28t h 常温时水温 t1 10 工作时水温 t2 50 水蒸发量 G 2t h 水比热 CP 1Kcal Kg T 100 水汽化潜热kgkcaliq 539 循环水散热量 Kcal h 2198000539100021 1050 100028 1000 1000 12 6 qp iGCttAQ 8 其它热损失 1 氧化铁皮带走的热量 氧化成铁皮比热为 0 21Kcal Kg Kcal hGatt Ga Q00273 0 100 21 0 3 1 17 式中 t 氧化铁皮的温度 氧化烧损率 Kcal h94 212130016000273 0 17 Q 2 其它未估计的热损失 Kcal h2134372 27 Q Kcal h2134585213437294 212 27 17 7 QQQ 热量总收入 Kcal h 23342109 155520021786909 54321 QQQQQQ 热量总支出 23342109 213458521980003191272814877303552012840000 7 6 5 4 3 2 1 QQQQQQQQ 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 9 Kcal h 炉子热效率 01 55 23342109 12840000 1 Q Q 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 10 热平衡计算统计表热平衡计算统计表 项项 目目符号符号数值数值总热量总热量各项比例各项比例总总 计计 燃料燃烧的化学热量 1 Q 2178690993 34 预热燃烧用空气带入的物理热量 2 Q 预热煤气带入的物理热量 3 Q 15552006 66 热量收 入项目 钢氧化反应的化学热量 4 Q 23342109 100 炉料加热所需的热量 1 Q 1284000055 01 出炉烟气带走的热量 2 Q 303552013 00 燃料化学不完全燃烧 3 Q 炉子砌体散热或蓄热损失的热量 4 Q 281487712 06 炉门和窥孔因辐射而损失的热量 5 Q 3191271 37 炉门 窥孔 墙缝等因溢气而损失的热 量 水封槽循环水的热损失 6 Q 21980009 42 热量支 出项目 其它散热损失 7 Q 2134585 23342109 9 14 100 注 1 散热损失包含和炉门 窥孔 墙缝等因溢气而损失的热量 7 Q 3 Q 2 炉子砌体散热或蓄热损失的热量 未考虑本环形炉因年久而增加的散热损失 考虑 1 1 的系数 也计入 4 Q 7 Q 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 11 炉子热效率炉子热效率 55 01 55 01 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 12 第二部分 加热能力计算第二部分 加热能力计算 本环形炉改造主要指标是最大产量达到 60t h 的要求 设计计算如下 一 一 加热时间计算加热时间计算 已知钢坯的直径为 190mm 长为 3600mm 单重 806 公斤 是碳钢或低合金钢 环形炉内钢材加热时间一般采用经验指标计算 加热碳素钢和低合金钢直径在 100 240mm 范围内时 可按 4 5 0 05d d 4 5 0 05 19 19 103 55 分 d 190mm 19cm 考虑低合金钢加热时间 可按 1 2 124 26 分 设产量 60 t h 时 每分钟出钢支数支 分 全炉布料 162 支 从进24 1 80660 100060 n 炉到出炉需化时分钟 130 24 1 162 t 由此可见 t 所以坯料在炉内能充分受热 二 二 炉子产量炉子产量 环形炉半径为 21 进出料口夹角为 14 5 环形炉有效炉长 m 全炉共装料 190 162 支 每支料重 806 公斤 63 360 5 14360 3 141621L 所以单位炉长的装钢量公斤 米 6 2072 63 806162 G 炉子产量 t GL p63 26 124 6 2072636060 因此 原环形炉的尺寸大小和坯料设置 坯料规格是能满足加热时间和炉子产量要 求 为了保证此次改造达标 在上述计算的基础上 在以下几方面进行考虑 三 三 炉膛尺寸的确定炉膛尺寸的确定 本环形炉中径 21m 炉宽 4 2m 净高 1 6m 为了准确控制各段炉温和灵活调整加热工艺制度 炉膛划分预热 加一 加二 加三 均热五段制 炉内各区段的划分是通过烧嘴的布置 炉内设置隔墙和压低预热段 的高度来实现 预热段压低到离炉底高为 1 0m 此处烟气流速为 1 1 1 2 Nm s 这 湖北新冶钢钢管公司 170 机组 21m 环形炉蓄热式改造工程 计算说明书 13 种措施可有效提高预热段中热烟气同冷钢坯之间的对流换热 有利于单耗的下降 四 四 炉子供热量及其分配炉子供热量及其分配 原环形炉设计时最大产量为 40 t h 单耗为 2 0GJ t 钢 总供热 80GJ h 炉内分预加 一加 二加 均热四段 加热量是四段均分 实际 生产时因炉尾烟气温度太高 影响预热器正常使用 预加只能关闭或少开 总的供热 量减少 产量随之也降低 本改造方案中提高总供热为 90GJ