热风炉的热工计算

1、热风炉的热工计算1燃烧计算煤气成分的确定:表1已知煤气（干）成分（%种类共计成分18.4251.40.255100（1）干煤气成分换算成湿煤气成分 若已知煤气含水的体积百分数，用下式换算:湿=Vf x （100 出0） / 100X 100%（1）若已知干煤气含水的重量（g/m3）则用下式换算：湿=Vf X 100/（ 100+ 0.124 gH2。） X 100%（2）以上两式中V湿一一湿煤气中各组分的体积含量，Vf 干煤气中各组分的体积含量，H2O 湿煤气中含水体积，gH?。干煤气中含水的重量，g/m3 （忽略机械水含量）查“空气及煤气的饱和水蒸汽含量（气压101325Pa）表”知30T时

2、煤气的饱和含水含 量为35.10 g/m 3，代入式（2）即得湿煤气成分，如表2。表2煤气成分整理表（）种类合计干成分18.4251.40.255100湿成分17.6323.961.340.1952.714.17100（2）煤气低发热量的计算。 煤气中含可燃成分的热效应见表 3表3 0.01m 3气体燃料中可燃成分的热效应可燃成分热效应/KJ126.36107.85358.81594.4643.55931.811227.74233.66煤气低发热量Qdw的计算:QDW = 126.36 CO+107.85H2+358.81 CH4+594.4 C2H4 +233.66 H2S KJ / m3=

3、126.36 X 23.96 +107.85 X 1.34+358.81 X 0.19=3240.2785 KJ / m3(3) 焦炉煤气的加入量计算：表4焦炉煤气成分种类共计成分3.5758253.53100理论燃烧温度估算：取炉顶温度比热风温度高200r，燃烧温度比拱顶温度约高80C。则 T里=T里 +200C +80C= 1480 r所要求的最低发热值：据经验公式：Ti = 0.158 Q低+770Q 低=(Ti -770) / 0.158 = 4494 KJ / m3加入焦炉煤气量：(Q焦大约为1700018500 KJ/ m3)Q焦 = 126.36 CO+107.85 H2+358

4、.81 CH4+594.4 C2H4=18190.47 KJ/m3V= ( Q低Qdw ) / ( Q焦低Qdw ) = (4494- 3240.2785) /(18190.47 3240.2785) 8.4 %故煤气干成分加入量为1 8.4 %= 91.6 %则混合煤气成分：VCO2 = 18.4 %X 91.6 % + 3.5 %X 8.4 %= 17.1484 %Vco = 25%X 91.6 % + 7%X 8.4 % = 23.488 %Vh2 = 1.4 %X 91.6 %+ 58%X 8.4 % = 6.1544 %VCH尸0.2 %X 91.6 %+ 25%X 8.4 % =

5、2.2832 %55%X 91.6 %+ 3%X 8.4 %= 50.632%VCnH亍3.5 %X 8.4 % = 0.294 %换算成混合湿煤气成分：V湿co2= Vfco2X 100/(100 + 0.124 gH2O) X 100%= 16.43 %V湿VFcX 100/(100 + 0.124 gH2O) X 100% = 22.51 %V湿 H2= VFh2X 100/(100 + 0.124 gH2O) X 100%= 5.9 %V湿ch= VfchX 100/(100 + 0.124 gH2O) X 100%= 2.19 %V湿N2= VFn2X 100/(100 + 0.12

6、4 gH2O) X 100% = 48.52 %V 湿 CnHr= VFCnHnX 100/ (100 + 0.124 gH2O ) X 100% = 0.28 %表5混合煤气成分整理表（咧种类CO2COH2CH4N2CnHmH2O共计干成分17.148423.4886.15442.283250.6320.294100湿成分16.4322.55.92.1948.520.284.18100煤气低发热量的计算:QDW = 126.36 CO + 107.85 出 + 358.81 CH4 + 594.4 C2H4 + + 233.66 H?S=126.36 X 22.5 + 107.85 X 5.

7、9 + 358.81 X 2.19 + 594.4 X 0.28=4431.6409 KJ / m3（为简化计算起见，式中将CmHn全部简化看成C2H4 确定成分计算。）（4）空气需要量和燃烧生成物的计算1）空气利用系数 亠=La / L。，燃烧混合煤气b空为1.11.5，计算中取1.10，计算见表6。表6燃烧产物体积100m3生成物的体积（m3）煤气组成湿气体积含量反应式需氧气的体积合计(m3)16.43CO2 f CO216.4316.4322.5CO + 1/2 O2 f CO211.2522.522.55.9H 2 + 1/2 O2 f H 2O2.955.95.92.19CH4 +

8、2O2f CO2 +2H2O4.382.194.386.5748.52N2f n248.5248.524.18H2O f h2o4.184.180.28C2H4 + 3O2 f2 CO20.840.560.561.12+ 2H2O当b空 = 1.0时，空气带入的21.1274.89974.899当b空 = 1.1时，过剩空气带入的2.1122.1127.499.60生成物总量（m3）2.11241.6815.02130.91189.72生成物成分（）1.0520.739.2269100注：为简化计算起见，表中将CmHn全部简化看成一C2H4确定成分计算2）燃烧1m3高炉煤气理论空气量Lo为：L

9、。= 21.12 / 21 = 1.006 m33 ）实际空气需要量Ln为：Ln = 1.10 X 1.006 = 1.106 m34 ）燃烧1m3高炉煤气的实际生成物量V产为：V产=1.90 m35 ）助燃空气显热Q空为：0空=C空X t空X Lo=1.302 X 20 X 1.006=26.196 KJ式中C空一助燃空气在t空时的平均热容，KJ/（ m3C）t空一助燃空气温度，C6）煤气显热Q煤为：Q煤=C煤X七煤X 1式中C煤一煤气在t煤时的平均热容，KJ/（ m3 C）t煤一煤气温度，CQ煤=1.357 X 30 X 1=40.71 KJ7）生成物的热量Q产为：Q产=（Q空+ Q煤 +

10、 Qdw ）/燃烧1m3煤气的生成物体积（64）=（26.196 + 40.71 + 4431.6409） / 1.90=2367.6558 KJ / m3（5）理论燃烧温度的计算：t理=（Q空 + Q煤 + Qdw ）/（ V产 C产）式中：t理一理论燃烧温度，°CC产一燃烧产物在t理时的平均热容，KJ/（ m3 C）由于C产的数值取决于t理，须利用已知的Q产，用迭代法和内插法求得t理，其过程如下：燃烧生成物在某温度的Q产，用下式计算：Q 产=WiCo2X VCO2+ Wh2oX Vh2O+ Wo2 X Vo2+ Wn2X Vn2 KJ/m式中：Wtco2> WtH20、Wt

11、Q2> WtN2 分别为气体 CO2、H2O、O2、2，在压力为 101KPa, 温度为t C时的焓值，KJ/ m3，可从附录表中查得：Vc°2、Vh20、V°2、Vn2分别为1m3生成物中该气体的含量，m3。先设理论燃烧温度为1200C、1300C、1400C、1500C， 查表得，在各温度下的焓值，见表 7。表 7 CO2、H2O、O2、N2在 1200C、1300C、1400C、1500C下的焓值KJ/ m3温度/C12002720.82120.41804.01724.513002991.132328.01907.131882.09140032762540212

12、92012150035222755.72295.32200.116003138.462999.542460.532354.60据表6的生成物成分，分别计算出各温度时的生成物热量。表 8CO2、H2O、O2、N2在 1200C、1300C、1400C、1500C下的生成物热量 KJ/ m3温度/ C1200563.21195.5019.841189.221968.581300620.06214.6420.981297.892153.571400678.13234.1923.421387.482324.21500730.11254.0825.251517.192526.63上述生成物的实际热量 Q

13、产为2367.6558 KJ/ m3，可见其理论燃烧温度介于1400C 1500C之间，按内插法求得理论燃烧温度 t理为：t理=1400+( 2367.6558 2324.2 )X 100/ (2526.63 2324.2 )1488E2简易计算已知：高炉有效容积2500 m3，每立方米高炉有效容积蓄热室应具有加热面积取80 m2(一般 8090m2), n=4座。(1) 热风炉全部加热面积为80X 2500=200000m2，则每座热风炉蓄热室所占加热面 积为：200000/4=5000 m2。(2) 热风炉内径：选取外壳直径 9m炉壳钢板厚度20mm绝热砖厚70mm填料层厚 80mm耐火砖

14、厚345mm故内径是：D=9.0 2X( 0.345+0.07+0.08+0.0020 ) =7.61m(3) 热风炉总断面积F1= (3.14 X 7.6平)十4=45.46 m2一般燃烧室占热风炉总断面积的 25%30%本例取28%则燃烧室面积：F2=45.46 X 0.28=12.73 m2，蓄热室横断面积为：F 3=45.46 12.73=32.73 m2蓄热室格子砖与炉墙和隔墙之间留有膨胀缝 20-30mm 一般此膨胀缝面积占热风炉炉 墙内空横断面积的2.0%-2.5%，今取2.5%，扣除膨胀缝面积后，格子砖所占横断面积 F4 为：F42(4) 燃烧室选苹果型(既复合型)，取半圆部分

15、片燃烧室断面58%则1 2 小小c2一0.58一12.73R2 =0.58 X 12.73 R=、=2.17m2 . -：取R =1.50m校核燃烧室断面积：F然=1/2 X 3.14 X 2.17+1/2 X 3.14 X 1.502+1.50 X 0.67 X 2=7.38+3.5325+2.01 =12.9225m2即近似于12.73 m2(5) 选用宝钢7孔格子砖，格子砖外形尺寸：221.7 X 256 mm一个七孔砖的面积：(0.256-0.064 )X 0.2217=0.0425664 m2蓄热室一层格孔砖数：31.59 - 0.0425664=742 (块)单个格子砖断面孔数为1

16、2个，蓄热室断面上总格孔数：742X 12=8904 (个)一米长格孔的加热面积：1 X 3.14 X 0.043=0.135 m2则格子砖的加热面积：f=0.135 X 8904=1202.04 m2格子砖高度：50000- 1202.04=41.60m（6）其他尺寸：1） 底板支柱及炉算子：热风炉炉壳底板为普碳钢板，地板钢板厚度为25mm炉算 子厚度加支柱高度为3000mm2） 炉墙中上部：炉壳20mm耐酸喷涂料60mm硅藻土砖115mm耐火纤维毡40mm轻 质高铝砖230mm高铝砖230mm=695mm炉墙下部：炉壳25mm耐酸喷涂料50mm硅藻土砖65mm轻质粘土砖114mm粘土砖34

17、5mm=599mm3）拱顶采用两个球面结合的拱顶结构，拱顶钢壳厚度为20mm取上部球形拱顶钢壳内径为3850mm砌体内半径为3040mm球顶中心角为120。，球顶砌体中心标高要低 60mm取下部球拱顶钢壳半径为11700mm砌体内半径为9115mm取下部球形曲面起点水平 面到上部球形砌体中心垂直高度为 2000mm拱顶耐火砌体从钢壳到内侧面依次为：钢壳20mm耐酸喷涂料50mm硅酸铝耐火纤维50mm硅藻土砖65mm硅酸铝耐火纤维50mm轻质粘土砖114mm轻质高铝砖114mm高密度高铝砖345mm=808mm拱顶采取大帽子结构，大帽子直径部分高度取5300mm炉墙伸入大帽子3800mm大帽子直

18、段部分砌体（不含炉墙）厚度（炉壳至内侧面）为：炉壳20mm喷涂料50mm硅藻土砖65mm硅酸铝耐火纤维毡40 mm轻质粘土砖114 mm+ 高铝砖 345 mm=798 mm拱顶曲面砌体空间高度与其下部砖体内直径比为（2000+3042）/9000=0.56,比较稳定。蓄热室格子砖上沿至拱顶上段球形砌砖中心距为3800mm格子砖上沿比燃烧室隔墙上沿低300mm以利于烟气进入蓄热室分布均匀。4）燃烧室隔墙及燃烧器：燃烧室井墙砌筑两层耐火砖加4毫米耐火合金钢和一层隔热砖，总厚度为577mm燃烧器采用磷酸盐耐热混凝土套筒式陶瓷燃烧器，燃烧器全高为 7525mm空气喷出口 24个，一次进风口 8个，空

19、气喷出口中心角为 60.。炉子总高度为：全高=格子砖上缘到球顶砌砖的中心距离+拱顶的内径半径+炉顶钢板 后+炉底钢板厚+ 格子砖高度+球顶与炉壳之间膨胀缝+支柱及炉算子高度+找水平泥层+炉 顶砌砖厚度H=3800+3850+20+25+41600+25+3000+808=53128mm=53.13m核检：H/D=53.13/9=5.9 它在46之间，是稳定的。3砖量计算有以上条件可知:七孔砖厚：150mm 41.60 - 0.15=277 （层） 则总砖量为：277X 742=205761 （块）大墙高度=53310-20-3850-3800-450-25=44405m 采用下列砖配合砌筑：楔形转型号长*宽*厚直型砖型号长*宽*厚上中部外层选用230*(75/65)*114230*150*114内层选用230*(75/55)*75230*150*75下部（18m以下）外层用砖114*(75/65)*230114*150*230内层用砖345*(75/55)*75345*150*75上中部砖量：总高度 44405-18000=26405mm外层总层数：26405- 114=231