火焰炉加热炉课程设计

火焰炉课程设计计算说明书2023年5月23日目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章连续式加热炉的炉型选择 11.1段数的选择 1 1.2单面加热或双面加热的选择 1第二章燃料燃烧计算 12.1重油成分 1 2.2低发热值 12.3计算理论空气需要量 22.4计算实际空气需要量 22.5计算燃烧产物生成量及成分 22.6计算燃烧产物密度 22.7计算燃料理论燃烧温度 2第三章炉膛热交换计算 33.1预确定炉膛主要计算尺寸 33.1.1炉膛宽度 33.1.2炉膛各段高度 33.1.3炉膛各段长度 33.1.4炉顶结构 33.1.5出料方式 33.2计算各段（60°拱顶）平均有效射线行程 33.2.1计算各段充满炉气的炉膛体积 33.2.2计算各段包围炉气的炉壁内表面 43.3计算炉气中CO2和H2O（汽）分压 43.4预确定各段炉气温度 43.5计算各段炉气黑度 43.6计算各段炉墙和炉顶对金属的辐射角度系数 53.7计算各段炉气经炉壁对金属的导来辐射系数 5第四章金属加热计算 54.1计算3界面处金属加热有关参数 54.2计算2界面处金属加热有关参数 64.3计算1界面处金属加热有关参数 84.4计算0界面处金属加热有关参数 94.5计算各段平均热流 104.6计算各段金属加热时间 104.5.1预热段金属加热时间 104.5.2加热段（双面加热段）金属加热时间 114.5.3加热段实底床上金属加热时间 114.5.4总加热时间 114.5.5单位加热时间 11第五章炉子主要尺寸的确定 115.1炉子长度计算 115.2炉门数量和尺寸的确定 115.3炉膛各部分用耐火材料及尺寸的确定 115.4炉底水管布置及规格的确定 125.5炉体结构 125.6炉子结构和操作参数 12第六章炉膛热平衡与燃料消耗量计算 136.1炉膛热收入 136.1.1燃料燃烧化学热 136.1.2预热空气进入炉膛物理热 136.1.3金属氧化放热 136.2炉膛支出热 136.2.1加热金属带出物理热 136.2.2出炉膛废气带出物理热 136.2.3炉底水管冷却带出的物理热损失 146.2.4炉壁导热损失 156.2.5经炉门的散热损失 166.2.6其他损失 176.3炉膛热平衡与燃料消耗量 176.3.1炉膛热平衡 176.3.2燃料消耗量 176.4炉膛热平衡表 186.5炉子工作指标 18第七章煤气烧嘴的选用 197.1选择依据 197.2烧嘴类型 197.3烧嘴布置和烧嘴选型 19课程设计题目：连续加热炉的设计炉子的生产率：22t/h被加热金属材材质20#；尺寸160×160×2100（mm）金属加热参数：加热开始时的温度0℃加热终了时的温度1180℃加热终了时的端面温差45℃燃料重油燃料成分表%成分CyHyOyNySyWyAyΣ%90.36.50.30.30.42.00.2100空气预热温度300℃烟气出炉温度820℃第第页计算内容第一章连续式加热炉的炉型选择1、段数的选择连续加热炉按温热制度可分为二段、三段和多段。三段连续加热炉与二段连续加热炉比较有下列显著优点：①允许加热段有更高的炉温，可实现强化加热，提高炉子生产率；②因有均热段，料坯出炉时端面温差较小，加热质量高；③三段连续加热炉可按二段制度操作，以适应炉子生产率较大变化的要求。因此，在炉子设计时应尽量采用三段连续加热炉。但对于料坯尺寸较小或生产率不高的情况，就没有必要采用三段式炉型。一般当料坯厚度时，采用二段连续加热炉；当δ，最好采用三段连续加热炉，也可采用二段连续加热炉。本设计需设置实底床，且料坯厚度为280mm，故采用二段连续加热炉即可。2、单面加热或双面加热的选择双面加热比单面加热具有更高的炉子生产率，良好的加热质量。所以绝大多数连续加热炉都采用双面加热方式。第二章燃料燃烧计算1、成分（表2-1）CyHyOyNySyWyAyΣ90.36.50.30.30.42.00.21002、低发热值3、计算理论空气需要量计算实际空气需要量取计算燃烧产物生成量及成分（表2-2）合计生成量1.6898.8690.3070.7530.00311.621体积含量14.5376.322.646.480.03100计算混合燃烧产物密度计算燃料理论燃烧温度由，查表1-5得；设，查表1-5得设，因此，可满足连续加热炉加热工艺要求。第三章炉膛热交换计算1、预确定炉膛主要计算尺寸炉膛宽度查表3-16，对中型加热炉，取；取推钢比，代入式（8-1）计算得炉内物料摆放排数：取，单排将，取，代入式（8-4）得炉膛内宽对砌砖炉体结构，为砌筑施工方便，炉体宽度应为耐火砖宽度（116mm）的整数倍。经计算：2552÷116=22，满足为耐火砖宽度的整数倍的要求。所以，取B=2552mm炉膛各段高度查表2-2，对中型加热炉，取,炉膛各段长度设加热段长度为，预热段长度为。炉顶结构因上加热拟采用端供热，炉膛内宽，为降低投资确定为60°砖砌拱顶出料方式端出料2、计算各段（60°拱顶）平均有效射线行程计算各段充满炉气的炉膛体积计算各段包围炉气的炉壁内表面积把上述计算结果分别代入式（2-34），并取得：计算炉气中CO2和H2O（汽）分压由燃料燃烧计算（见表8-4）得：预确定各段炉气温度设加热段炉气温度比加热终了时金属表面温度高56℃，即：预热段炉气温度变化规律近似为线性，则5、计算各段炉气黑度6、计算各段炉墙和炉顶对金属的辐射角度系数对于60°拱顶，按式（2-16）得：7、计算各段炉气经炉壁对金属的导来辐射系数取（见表2-1），按式（2-4）得：金属加热计算首先将二段连续加热炉用四个界面分成三个区段，即：金属入炉处（炉尾）为0界面；预热段终了、加热段开始处为1界面；加热段双面加热终了向实底床（单面加热）过渡处为2界面；加热终了金属出炉处（侧出料炉门中心线处或端出料下滑坡与炉内滑道交点处）为3界面。则：0-1为预热段，1-2为加热段双面加热部分，2-3为加热段实底床（单面加热）部分。计算顺序为界面3、2、1、0。计算3界面处金属加热有关参数计算金属断面平均温度因为该处为实底床单面加热，所以金属断面平均温度是指上、下表面之间的平均值。可按双面对称加热近似计算，按式（3-8）可得：计算金属上表面热流查表3-1得20#钢平均温度为1148.5℃时的导热系数按式（3-24）计算：计算加热段炉气温度计算结果与假设加热段炉气温度误差不大，所以不必重新设定和计算，故取。计算2界面处金属加热有关参数设该处炉气温度计算该处金属表面温度计算傅立叶准数按经验取实底床长度，查表3-5，得0℃时20#钢的密度。由式（3-24）可知，金属在实底床上的加热时间：根据金属在实底段上加热终了出炉时的平均温度，查表3-7得20#钢的导温系数透热深度（双面加热）则：计算毕渥准数由式（3-25）得给热系数计算函数值根据，查表3-11得：所以：计算金属表面热流计算金属端面温差设，查表3-1得:计算金属中心温度和平均温度计算值与设定值相等，不必重新设定和计算，故取。计算金属热焓值根据，查表3-3的得计算1界面处金属加热有关参数计算炉膛热量利用系数查表1-5，当时，；当时，本题中只预热助燃空气，所以式（4-31）可写为计算加热段热量利用系数式中：设加热段流入预热段的炉气温度，查表1-5得温度下的比热计算金属在预热段的热焓增量为金属在炉膛中的总热焓增量取，计算金属平均温度设，查表3-3并计算得计算值与设定值相差不大，因此不必重新设定和计算，故取。计算金属表面热流对上式采用顺序渐近法求解：首先令所以取计算金属表面温度计算金属端面温差计算金属中心温度计算金属热焓值根据，查表3-3并计算得初始温度为0，无须重算计算0界面处金属加热有关参数金属表面热流计算各段平均热流预热段平均热流双面加热段平均热流6、计算各段金属加热时间预热段金属加热时间加热段（双面加热段）金属加热时间加热段实底床上金属加热时间总加热时间单位加热时间符合低碳钢的单位加热时间要求。第五章炉子主要尺寸的确定1、炉子长度计算有效长度按式（8-2）得：预热段长度加热段双面加热部分长度加热段单面加热部分（实底床）长度炉子总长按式（8-3），取A=1600mm，则炉门数量和尺寸的确定进料炉门对连续加热炉通常采用端进料方式所以其宽度等于炉膛内宽B炉门宽度炉门高度出料炉门端出炉门尺寸基本同进料炉门炉门宽度炉门高度操作炉门用作操作之用，如进出返回钢坯，清除氧化铁皮等。二段连续加热炉通常设在加热段实底床两侧。设4个操作炉门，两侧各2个。具体尺寸为464mm（宽）×450mm（高）。操作炉门坎标高一般同料坯滑轨标高。人孔供操作人员检修炉内设备时进出之用。开设位置通常在加热段（双面加热）。人孔下沿为车间地平面以上100mm，其结构一般为180°拱顶，尺寸一般为580（宽）×（800）（高）mm。炉膛各部分用耐火材料及尺寸的确定本炉炉体采用砌砖结构炉顶（60°拱顶）加热段：一级硅砖300mm+硅藻土砖120mm预热段：一级粘土砖300mm+硅藻土砖120mm炉墙：一级粘土砖348mm+硅藻土砖120mm。炉底水管布置及规格的确定纵水管中心距根数规格Φ121×20mm支撑水管中心距根数结构：单根横水管中间加一根水管立柱结构按同类型炉子经验选取横水管规格为φ127×20mm，立柱水管规格为φ121×20mm炉体结构6、炉子结构和操作参数有效炉底面积钢压炉底面积炉底利用系数有效炉底强度钢压炉底强度第六章炉膛热平衡与燃料消耗量计算基准温度取车间内环境平均温度，设t环=10℃1、炉膛热收入燃料燃烧化学热按式（4-1），设炉膛燃料消耗量为B（标m3/h），则预热空气进入炉膛物理热按式（4-2），查表1-5，金属氧化放热按式（4-4），取a=0.0152、炉膛支出热加热金属带出物理热按式（4-5），查表3-3出炉膛废气带出物理热按式（4-6），查表1-5得炉底水管冷却带出的物理热损失采用理论计算法。和计算公式均按(4-7)计算，即设纵水管和支撑水管冷却水入口温度均为，出口温度，管壁平均温度。纵水管支撑水管炉壁导热损失炉壁内表面平均温度的计算加热段预热段环境平均温度：炉壁导热损失的计算加热段炉顶（含双面加热部分、实底床部分和A长度部分）设：硅砖与硅藻土砖交界面处温度硅藻土砖外表温度则：硅砖的平均温度硅藻土砖平均温度那么所以：验算假设砌体平均温度的正确性：重算验算假设砌体平均温度的正确性：重算结果与重设数据相差很小(<0.5%)，不必再重算。那么，加热段炉顶硅砖与硅藻土砖交界处实际温度：t加顶外=96℃同理可计算出其他部位炉壁导热损失，计算结果列于表炉壁部位炉壁内表面积（m2）导热损失（kJ/h）炉壁外表温度（℃）加热段炉顶4426457796加热段炉墙10289294387预热段炉顶356981266预热段炉墙494866264合计2301.276×78经炉门的散热损失经炉门的辐射热损失经出料炉门的辐射热损失加热段炉气温度炉门开启面积取单位时间开启时间，遮蔽系数，则经进料炉门的辐射热损失取单位时间开启时间，遮蔽系数，则经炉门的溢气损失其他损失这些热损失包括炉底导热热损失、操作炉门散热热损失等。这里按经验选取3、炉膛热平衡与燃料消耗量炉膛热平衡式燃料消耗量4、