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（为种类CO2COH2ch4N2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:V 湿=VfX（100匕0）/100乂 100%（1）若已知干煤气含水的重量（g/m3）则用下式换算：V湿=VfX100/ （ 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，gH2O 一一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10132

2、5Pa）表”知30 C时煤气的饱 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CO2COH2ch4N2H2O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COH2ch4C2H4C2H6C3H6C4H10H2s热效应/ KJ126.36107.85358.81594.4643.55931.811227.74233.66煤气低发热量QDW的计算： 3Qdw = 126.3

3、6 CO+107.85 H2+358.81 CH4+594.4 C2H4 + +233.66 H2s KJ / m= 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CO2COH2CH4CmHnN2成分3.5758253.53100理论燃烧温度估算：取炉顶温度比热风温度高200C ,燃烧温度比拱顶温度约高80c 0则 T里=% +200 C +80 C = 1480 c所要求的最低发热值：据经验公式：T里=0.158 Q低+770Q 低=(T里-770) /0.158=4

4、494 KJ/m3加入焦炉煤气量：(Q焦大约为1700018500 KJ/m3)Q焦=126.36 CO+107.85 H 2+358.81 CH4+594.4 C2H 4=126.36*7+107.85*58+358.81*25+594.4*3.53=18190.47 KJ/mV = 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18.4 % = 91.6 %则混合煤气成分：VCO2 =18.4 % X 91.6%+ 3.5 % X 8.4 %= 17.1484%VCo =25%X91.6

5、% + 7%X 8.4% = 23.488%Vh2 = 1.4 % X 91.6 % + 58% X 8.4 % = 6.1544 %VCh 0.2 % X 91.6%+ 25% X 8.4 % = 2.2832 %Vn2= 55% X 91.6 % + 3% X 8.4 % = 50.632 %VCnHF 3.5 % X 8.4 % = 0.294 %换算成混合湿煤气成分：V 湿 CO2= V=CoX 100/(100 + 0.124 gSO)义 100%= 16.43 %V湿c户 VFcoX 100/(100+0.124 gH2O) X 100% = 22.51 %V湿 H2= VFh2X

6、 100/(100+0.124 gH2O) X 100%= 5.9 %V 湿 CH4= V=CH4X 100/(100 + 0.124 gH2O)义 100% = 2.19 %V湿 N2= VFn2X 100/(100 + 0.124 gH 2O) X 100% = 48.52 %V 湿 CnHm= V=CnHrrX100/(100 + 0.124 gH2O) X 100% =0.28 %表5混合煤气成分整理表(衿种类CQCOH2CHN2CnHmH2O干成分17.148423.4886.15442.283250.6320.294100湿成分16.4322.55.92.1948.520.284.

7、18100煤气低发热量的计算:QDW = 126.36 CO + 107.85 H2 + 358.81 CH4 + 594.4 C2H4 + + 233.66 H 2s=126.36X22.5 + 107.85 X 5.9 +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C2H4一确定成分计算。）（4）空气需要量和燃烧生成物的计算1 ）空气利用系数 d = La / Lo ,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燃烧产物体积煤气 组成100 m3湿气 体积含量（m3）反应式需

8、氧气 的体积生成物的体积（m3）O2CO2H2ON2合计CO216.43CO2-CO216.4316.43CO22.5CO +1/2 O2一 CO211.2522.522.5H25.9H2 +1/2 O2- H2O2.955.95.9ch42.19CH4+2O2 - CO2 +2H2O4.382.194.386.57N248.52N2 一 N248.5248.52h2o4.18H2O - H2O4.184.18C2H40.28C2H4 + 3O2 - 2CO2+ 2H2O0.840.560.561.12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

9、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1 m3高炉煤气理论空气量Lo为：Lo =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：Q空=0空x t空x Lo= 1.302 X 20X1.006= 26.196 KJ式中C空一助

10、燃空气在t空时的平均热容，KJ/ ( m3 C) t空一助燃空气温度，C6 ) 煤气显热Q煤为：Q煤=。煤* t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 X30X1= 40.71 KJ7)生成物的热量Q产为：Q产=(、空+ Q煤+ Qdw ) /燃烧1 m3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(、空 + Q煤 + Qdw ) / ( V产 C 产)式中：t理一理论燃烧温度，CC产一燃烧产物在时的平均热容，KJ/

11、( m3 C)由于C产的数值取决于0 ,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 r=WCo：?X Vco+ Wh2cx Vh2O+ Wo2 x Vo2+ Wn2X VJ2 KJ/m式中：血。血26 施公 私2分别为气体 CO2、H2O、O2、N2 ,在压力为101KPa,温度为tc时的始值，KJ/m3,可从附录表中查得： VCO2 W2Q Vx 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 1200 C、1300 C、1400 C、1500 C,查表得，在各温度 下的始值，见表7。表 7 CO2、H2O、。2、N

12、2在 1200C、1300 C、1400 C、1500c下的始值 KJ / m3温度/C%u2喝12002720.82120.41804.01724.513002991.132328.01907.131882.0914003276254021292012150035222755.72295.32200.116003138.462999.542460.532354.60据表6的生成物成分，分别计算出各温度时的生成物热量Q产。表 8CO2、H2O、02、也在 1200C、1300C、1400C > 1500c下的生成物热量KJ / m3温度/CQo2qV 工Ha。Q%1200563.2119

13、5.5019.841189.221968.581300620.06214.6420.981297.892153.571400678.13234.1923.421387.482324.21500730.11254.0825.251517.192526.63上述生成物的实际热量Q产为2367.6558 KJ/ m3 ,可见其理论燃烧温度介于 1400c1500c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/ (2526.632324.2)= 1488C2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

14、 80m2 (一般 8090m2), n=4座。(1)热风炉全部加热面积为80X2500=200000m2,则每座热风炉蓄热室所 占加热面积为：200000/4=5000m2。(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耐火砖厚345mm故内径是：D1=9.0 -2X (0.345+0.07+0.08+0.0020 ) =7.61m(3)热风炉总断面积 Fi= (3.14X7.612) - 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=45.46X 0.28=12.73 m2 ,蓄热室横断面积为:F 3

15、=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：F4=32.73-45.46*2.5%=31.59m 22-0.5812.73 巴一：一=2.17m（4）燃烧室选苹果型（既复合型）1,取半圆部分片燃烧室断面58%W:12-nR2 =0.58 X 12.732取R' =1.50m校核燃烧室断面积：F燃=1/2 X3.14 X 2.17 2+1/2 X 3.14 X 1.502+1.50 X 0.67 X 2 =7.3

16、8+3.5325+2.01 =12.9225 m2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12个，蓄热室断面上总格孔数：742X12=8904（个）一米长格孔的加热面积：1 X3.14 X 0.043=0.135 m2则格子砖的加热面积：f=0.135 X8904=1202.04m2格子砖高度：50000+ 1202.04=41.60m（6）其他尺寸：1）底板支柱

17、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+火纤维 毡40mm+质高铝砖230mm高铝砖230mm=695mm炉墙下部：炉壳25mm耐酸喷涂料50mm+藻土砖65mm轻质粘土砖114mm粘土 砖 345mm=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司1中心角为120 ,球顶砌体 中心标高要低60mm®（下部球拱顶钢壳半径为 11700mm©体内半径为9115mm 取下部球

18、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+酸铝耐火纤维50mm硅藻土砖65mm+酸铝耐 火纤维50mm轻质粘土砖114mm轻质高铝砖114mm+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囚帽子直段部分砌体（不含炉墙）厚度（炉壳至内侧面）为：炉壳20mm喷涂料50mm+藻土砖65mm硅酸铝耐火纤维毡40 mm轻质粘土 砖 114 mm+5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=

19、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+2

20、5+3000+808=53128mm=53.13m核检：H/D=53.13/9=5.9 它在46之间，是稳定的3传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：277X742=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卜部（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：26