推钢式加热炉设计

设计说明书题目：推钢式两段连续加热炉设计专业：学生姓名：指导教师：评阅教师：目录111841.设计条件 1284651.1炉子生产率P=40t/h 179501.2被加热金属参数 1309861.3燃料 1256721.4助燃空气预热温度400℃ 1218021.5烟气出炉膛温度900℃ 1205152.热工计算 215462.1燃料燃烧计算 22142.1.1高焦混合煤气的干、湿成分换算 2184612.1.2计算混合煤气湿成分 2255242.1.3理论空气需要量L0 3131432.1.4实际空气需要量Ln 3146362.1.5计算燃烧产物生成量及成分 3301162.1.6计算混合煤气燃烧产物重度 345492.1.7计算燃料理论燃烧温度 4221382.2炉膛热交换计算 4215022.2.1预确定炉膛主要尺寸 4296192.2.2计算各段（60°拱顶）平均有效射线行程 567222.2.3计算炉气中CO2和H2O（汽）分压 5271972.2.4预确定各段炉气温度 5289972.2.5计算各段炉气黑度 5290432.2.6计算各段炉墙和炉顶对金属的角度系数 66492.2.7计算各段炉气经炉壁对金属的导来辐射系数 6261372.3金属加热计算 6214742.3.1计算3界面处金属加热有关参数 7272132.3.2计算2界面处金属加热有关参数 7194972.3.3计算1界面处金属加热有关参数 9107342.3.4计算0界面处金属加热有关参数 12282922.3.5计算各段平均热流 1239082.3.6计算各段金属加热时间 1222812.4炉子主要尺寸确定 13209832.4.1炉子长度计算 13142832.4.2炉门数量和尺寸的确定 13231772.4.3炉膛各部分用耐火材料及尺寸的确定 14286852.4.4炉底水管布置及规格的确定 1417882.4.5绘制炉体轮廓结构图 1424782.4.6炉子结构和操作参数 153292.5炉膛热平衡与燃料消耗量计算 15227402.5.1炉膛热收入Q入 1578812.5.2炉膛热支出Q出 1641222.5.3炉膛热平衡式与燃料消耗量 20142822.5.4炉膛热平衡表 21159412.5.5炉子工作指标 2184162.6煤气烧嘴选用 2127792.6.1选择依据 21316702.6.2烧嘴类型 22123312.6.3烧嘴布置和烧嘴选型 228752.7空气换热器设计计算 22263042.7.1已知数据 22227112.7.2设计数据 22218552.7.3设计方案 22134282.7.4设计计算 23291782.7.5结构设计 24233632.7.6确定换热器材质 25254132.7.7计算换热器运行经济指标 26172402.8空气管路阻力损失计算及鼓风机选择 28122302.8.1计算条件 2896582.8.2管路分段 28119292.8.3计算各区段空气流量、管道内径、规格及空气流速 28159932.8.4确定计算阻力损失的管路系统 2939162.8.5空气流路阻力损失计算表 30234702.8.6鼓风机选择 31147002.9烟道阻力损失及烟囱计算（引风机计算） 3164522.9.1计算条件 3125022.9.2分段 31224012.9.3各段烟道断面尺寸确定 31251932.9.4计算各段烟气温度 32117952.9.5计算各段烟气流速 32276202.9.6阻力损失计算 32241182.9.7烟囱计算 33本科生课程设计-PAGE20-本科生课程设计-PAGE1-1.设计条件1.1炉子生产率P=24t/h1.2被加热金属参数（1）材质：20#钢（2）尺寸：150×150×2400mm（3）加热开始入炉时的温度：20℃（4）加热终了出炉时的温度：1150℃（5）加热终了出炉时允许断面温差：40℃1.3燃料（1）类别：高焦混合煤气(3:2)（2）热值：9780kJ/Nm3（3）预热温度：15℃（4）成分组成：序号12345678成份COCO2CH4H2N2O2％26.814.00.61.257.00.4100％7.73.024.063.02.00.31001.4助燃空气预热温度350℃1.5烟气出炉膛温度800℃2.热工计算2.1燃料燃烧计算2.1.1高焦混合煤气的干、湿成分换算①根据混合煤气温度t混=15℃时，查表1-2得gH2O干=13.8g/Nm3(干气体)，干湿煤气的转换系数为：k==0.983②把k=0.983代入式M湿=k×M干，分别计算得高炉煤气和焦炉煤气湿成分，计算结果列于下表：高炉煤气和焦炉煤气湿成分（%）序号12345678成份COCO2CH4H2N2O2H2O％26.3513.770.591.1856.040.391.68100％7.572.9523.6061.931.970.301.681002.1.2计算混合煤气湿成分①计算高炉煤气和转炉煤气低发热值把上表中的高炉煤气和焦炉煤气的湿成分分别带入式Q低=126.15CO湿+107.26H2湿+356.51CH4湿+233.45H2S湿kJ/Nm3得：高炉煤气低发热值QD高﹦126.15×26.35+107.26×1.18+356.51×0.59﹦3660.96kJ/Nm3焦炉煤气低发热值QD焦﹦126.15×7.57+107.26×61.93+356.51×23.60=16011.20kJ/Nm3②计算配比系数已知配比系数x’=3:5=0.60③把配比系数x’=0.60代入式M混湿=x’M1+(1-x’)M2得混合煤气湿成分列于表中。混合煤气成分（%）COCO2CH4H2N2O2H2O合计混合煤气18.849.449.7925.4834.410.361.68100将上表中的混合煤气湿成分代入式Q低=126.15CO湿+107.26H2湿+356.51CH4湿+233.45H2S湿kJ/Nm3得：QD混﹦126.15×18.84+107.26×25.48+356.51×9.79=8600kJ/Nm32.1.3理论空气需要量L0把上表中混合煤气湿成分代入公式得L0==1.97Nm3/Nm32.1.4实际空气需要量Ln取n=1.2，有：Ln=nL0=1.2×1.97=2.36Nm3/Nm3Ln湿=（1＋0.00124×gH2O干）Ln=（1+0.00124×13.8）×2.36=2.40Nm3/Nm32.1.5计算燃烧产物生成量及成分把上表中混合煤气湿成分代入式，计算得燃烧产物单一成分生成量，再代入式、等计算得燃烧产物总量及成分百分含量，结果列于下表中。混合煤气燃烧产物生成量（Nm3/Nm3）及成分CO2’N2’O2’H2O’Vn’生成量（Nm3）0.382.210.080.483.15体积含量（%）12.0670.162.5415.241002.1.6计算混合煤气燃烧产物重度把上表中燃烧产物体积百分含量代入式ρ烟=kg/Nm3得：ρ烟==1.27kg/Nm32.1.7计算燃料理论燃烧温度由t空=350℃，查表1-5得：c空=1.296kJ/（Nm3.℃）；设t产=1800～2100℃,查表1-5得c产=1.672×0.40+1.714×0.60=1.697kJ/（Nm3.℃），设Q分=0，按式t理=得：t理==1871℃＞1800℃因此，可以满足连续加热炉加热工艺要求。2.2炉膛热交换计算计算目的是确定炉气经过炉壁对金属的导来辐射系数CgKM（kJ/(m2.h.K4)）。2.2.1预确定炉膛主要尺寸①炉膛宽度查表3-16，对中型加热炉，取H=550kg/(m2·h)；取推钢比E=200，代入式中计算得炉内物料摆放排数：=0.61＜1.2，取n=1。将n=1，取a＝0.25，代入式B=nl+(n+1)a得炉膛内宽：B=1×2.4+2×0.25=2.9m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（0.116m）的整数倍。经计算：2.9÷0.116=25，满足为耐火砖宽度的整数倍的要求。所以，取：B=2.9m=2900mm②炉膛各段高度查表2-2，对燃气中型加热炉，取H加上=1600mm，H预上＝900mm。③炉膛各段长度设加热段长度为L加（L加双+L床），预热段长度为L预。④炉顶结构因上加热拟采用端供热，炉膛内宽＜4m，为降低投资确定为60°砖砌拱顶。⑤出料方式：侧出料。2.2.2计算各段（60°拱顶）平均有效射线行程①计算各段充满炉气的炉膛体积，由公式得：V加=(H加上B-0.0434B2)L加=(1.6×2.9-0.0434×2.92)L加=4.28L加m3V预=(H预上B-0.0434B2)L预=(0.9×2.9-0.0434×2.92)L预=2.25L预m3②计算各段包围炉气的炉壁内表面积，由公式得：FK加=(2H加上＋1.78B)L加=（2×1.6＋1.78×2.9）L加=8.36L加m2F预底=(2H预上＋1.78B)L预=（2×0.9＋1.78×2.9）L预=6.96L预m2把上述计算结果分别代入式m，并取η=0.9，得：S加=0.9×=0.9×=1.84mS预=0.9×=0.9×=1.16m2.2.3计算炉气中CO2和H2O（汽）分压由燃料燃烧计算（表-混合煤气燃烧产物生成量（Nm3/Nm3）及成分）得：PCO2=12.06/100=0.1206大气压PH2O=15.24/100=0.1524大气压2.2.4预确定各段炉气温度①设加热段炉气温度比加热终了时金属表面温度高46℃，即：tg加=t表终+56=1150+46=1196℃②预热段炉气温度变化规律近似为线性，则：tg预=（）/2=（1206+800）/2=998℃2.2.5计算各段炉气黑度由公式εg=εCO2+εH2O、εCO2=0.71×(PCO2×S)1/3×(T/100)-0.55和εH2O=7.1×PH2O0.8×S0.6(T/100)-1得：①加热段炉气黑度=0.267②预热段炉气黑度=0.2392.2.6计算各段炉墙和炉顶对金属的角度系数对于60°拱顶，按公式得：①②2.2.7计算各段炉气经炉壁对金属的导来辐射系数查表2-1，取εM=0.8，按齐莫菲耶夫公式得：①加热段=10.65kJ/(m2.h.K4)②预热段=9.14kJ/(m2.h.K4)③加预界面处：kJ/(m2.h.K4)2.3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过度处为2界面；加热终了金属出炉处为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。2.3.1计算3界面处金属加热有关参数金属表面温度t表终=1150℃；金属断面温差设为Δt终=40℃；①计算金属断面平均温度因为该处为单面加热，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。按公式可得：t3均=t表终－0.7Δt终=1150－0.7×40=1122℃②计算金属上表面热流按公式计算：式中：λ3=28.8×3.6=104kJ/(m2·h·℃)（查表3-1得20#钢平均温度为1122℃时的导热系数）Δt终=40℃，2S=0.15m所以kJ/(m2·h)③计算计算加热段炉气温度由公式可得：=＝1196℃注：计算结果与假设加热段炉气温度相等，所以不必重新设定和计算，故取tg3＝1196℃2.3.2计算2界面处金属加热有关参数此时设炉气温度tg2=tg3=1196℃，求算金属表面温度t表2、断面温差Δt2和表面热流q2。①计算该处金属表面温度t表2按式计算式中：tg2和t表终已知，只要求出函数值，即可求出t表2a）计算傅里叶准数按经验取实底床长度L床=4.0m，查表3-5，得20℃时20#钢的密度ρ=7858kg/m3。。由公式可知，金属在实底床上的加热时间：0.47h根据金属在实底段上加热终了出炉时的平均温度t3均=1122℃，查表3-7得20#钢的导温系数a=0.021m2/h透热深度（双面加热）S=0.15/2=0.075m则：b）计算毕渥准数由公式得给热系数：kJ/(m2·h·℃)则：c）计算函数值根据，，查表3-11得：所以：=1100℃②计算金属表面热流q表2由公式得：==117478kJ/(m2.h)③计算金属断面温差按公式Δt2=℃计算：式中：λ2—金属在t2均温度下的导热系数，但t2均未知。设t2均=1070℃，查表3-1得：=28.2W/（m.K）=102kJ/（m2.h.℃）所以：Δt2=℃④计算金属中心温度和平均温度由公式得：t中2=t表2-Δt2=1100-42=1058℃t2均=t表2-0.7Δt2=1100-0.7×42=1071℃注：t2均计算值与设定值相差很小，取二者平均值，故取t2均=1070℃⑤计算金属热焓值i加根据t2均=1070℃，查表3-3得cp=0.6908kJ/(kg.℃)则：i加=t2均×cp=1070×0.6908=739kJ/kg2.3.3计算1界面处金属加热有关参数①计算炉膛热量利用系数按式计算：查表1-5，当t空=350℃时，C空=1.296kJ/(Nm3.℃)；当t废膛=800℃时，混合煤气燃烧产物比热C废膛=0.40×1.505+0.60×1.547=1.530kJ/(Nm3.℃)。Q低=8600kJ/Nm3，Ln=2.36Nm3/Nm3，Vn=3.15Nm3/Nm3。则：＝0.60②计算加热段热量利用系数按公式计算：式中：设加入段流入预热段的废气温度tg1=1254℃，查表1-5得tg2温度下的炉气比热Cg2=0.40×1.588+0.60×1.630=1.613kJ/(Nm3.℃)。所以：=0.34③计算金属在预热段的热焓增量按式计算式中：Δi总为金属在炉膛中的总热焓增量：Δi总=i终-i始=t3均cp-t始c始=1122×0.6908-20×0.4724=766kJ/kg加热段向预热段辐射的热量：Q辐=q辐F取q辐=50×104kJ/(m2h)，F≈B(H预上－2S)=2.9×（0.9－0.15）=2.2m2则：Q辐=50×104×2.2=110×104kJ/hΔi预==378kJ/kgi预=i始+Δi预=387kJ/kg④计算金属平均温度t1均设t1均＝640℃，查表3-3并计算得cp=0.6037kJ/(kg.℃)则：=641℃注：计算值与设定值相差很小，因此不必重新设定和计算，故取t1均＝640℃⑤计算金属表面热流q表1kJ/(m2.h)式中：加热段和预热段平均导来辐射系数：=9.895kJ/(m2.h.K4)加热段炉气温度：tg1＝tg2＝tg3＝1196℃加热段始端金属平均温度：640℃透热深度：S=0.075m查表3-1得t1均＝640℃温度下的导热系数：λ1=34.3W/（m.K）=124kJ/（m2.h.℃）对上式采用顺序渐近法求解：首先令=0，得：392036kJ/（m2.h）则：代回上式重新计算得：364969kJ/（m2.h）不断重复上述步骤，得如下结果：366885kJ/（m2.h）因为，不必再计算。所以：取q表1=366885kJ/（m2.h）⑥计算金属表面温度t表1t表1=t1均+=514+=714℃⑦计算金属平断面温差Δt1Δt1==111℃⑧计算金属中心温度t中1=t表1–Δt1＝714-111＝603℃⑨计算金属热焓值i预根据t1均＝640℃，查表3-3并计算得cp=0.6037kJ/(kg.℃)所以，i预=640×0.6037=386kJ/kg；Δi预=386-20×0.4724=377kJ/kg注：与假设所得Δi预很小，故计算正确，不必重新校核，i预=640×0.6037=386kJ/kg；Δi预=386-20×0.4724=378kJ/kg。2.3.4计算0界面处金属加热有关参数已知t废膛=800℃，t表0=t中0=t始0=20℃则金属表面热流：==121273kJ/(m2.h)2.3.5计算各段平均热流①预热段平均热流==210934kJ/(m2.h)②双面加热段平均热流=219009kJ/(m2.h)2.3.6计算各段金属加热时间①预热段金属加热时间=0.91h②加热段（双面加热段）金属加热时间金属在双面加热段的热焓增量：Δi加=i加－i预=739-386=353kJ/kg则=0.82h③加热段实底床上金属加热时间前面已计算得：τ床=0.47h④总加热时间=0.91+0.82+0.47=2.20h⑤单位加热时间c==0.147h/cm=8.80min/cm符合有关手册上连续式加热炉单位加热时间的要求（6-9min）。2.4炉子主要尺寸确定2.4.1炉子长度计算①有效炉长，按公式得：=18665mm②预热段长度=7721mm③加热段双面加热部分长度=6957mm④加热段单面加热部分（实底床）长度=3988mm⑤炉子总长取A=1600mm，则：L总=18665+1600=20265mm2.4.2炉门数量和尺寸的确定①进料炉门炉门宽度B进：B=2900mm炉门高度H进：H进=150×2.5=375mm进料炉门数量：1个（炉尾端部）②出料炉门炉门宽度B出：696mm（摆放4块料坯）炉门高度H出：450mm（3倍料坯厚度）出料炉门数量：2个（两侧各一个，对开门）注：为了出料方便，出料炉门坎标高要低于实底床合金耐热钢滑轨标高60-80mm③操作炉门设4个操作炉门，两侧各2个。具体尺寸为464mm（宽）×450mm（高）④人孔开设在加热段（双面加热），其下沿为车间地平面以上100-150mm，结构为180°拱顶，尺寸为580（宽）×（800-1000）（高）mm2.4.3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（60°拱顶炉顶）加热段：一级硅砖（或粘土砖）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120mm2.4.4炉底水管布置及规格的确定①纵水管中心距a：由mm，取a实=1600mm根数n：由n=l/a实=2400/1600=1.50，取n=2根。规格Ф×δ：查表15-4，纵水管规格取Ф121×20mm（跨度L=2320mm条件下）②支撑水管中心距b：b=2320mm根数m：由L加=6957mm，支撑水管根数m=6957/2320=3根，取m=3根。结构：单根横水管中间加一根水管立柱结构。规格：横水管Ф127×20mm，立柱水管Ф121×20mm2.4.5绘制炉体轮廓结构图17501750160032143.6830543.6812249.291600±0+8003977.0414317.3510009001700炉体结构尺寸简图炉体结构尺寸简图2.4.6炉子结构和操作参数①有效炉底面积F效=L效.B=18665×2900=54.13m2②钢压炉底面积F钢=L效.LM=18665×2400=44.80m2③炉底利用系数=0.83④有效炉底强度=443kg/(m2.h)⑤钢压炉底强度=536kg/(m2.h)2.5炉膛热平衡与燃料消耗量计算基准温度为车间内环境平均温度，设t环=10℃。2.5.1炉膛热收入Q入①燃料燃烧化学热Q烧按公式，设炉膛燃料消耗量为B（Nm3/h），则Q烧=BQ低=8600BkJ/h②预热空气进入炉膛物理热Q空查表1-5，C环=C空=1.296kJ/(Nm3.℃)，按公式Q空=BLn(C空t空–C环t环)=2.36×B×1.296×（350－10）=1040BkJ/h③金属氧化放热Q放按公式，取a=0.015Q放=5588Pa=5588×24000×0.015=2.012×106kJ/h④预热燃料带入的物理热所以，Q入=Q烧+Q空+Q燃+Q放=8600B+1040B+2.012×106=9640B+2.012×106kJ/h2.5.2炉膛热支出Q出①加热金属带出的物理热Q产按式Q产=P(C产t产-C料t料)查表，t产=t3均=1122℃时，c产=0.6932kJ/(kg.℃)；t料=20℃时，c料=0.4724kJ/(kg.℃)；所以，Q产=24000×(0.6932×1122-0.4724×20)=18.440×106kJ/h②出炉膛废气带出的物理热损失Q废膛按式计算式中：t废膛=800℃，t环=10℃，查表1-5得：C废膛”=1.505×0.40+1.547×0.60=1.530kJ/Nm3C废膛’=1.379×0.40+1.421×0.60=1.404kJ/Nm3Vn=3.15Nm3/Nm3所以Q废膛=3.15×（1.530×800-1.404×10）B=3811B③炉底水管冷却水带出的物理热损失Q水设纵水管和支撑水管冷却水入口温度均为t水入＝40℃；出口温度t水出＝60℃；管壁平均温度t平均＝（40+60）/2＋50＝100℃Q水纵＝k纵F纵Δt纵式中：C纵＝CgKM＝10.65kJ/(m2.h.K4)Tg均＝（1196+800）/2+273＝1271KT壁均＝100+273＝373Kk纵==307kJ/(m2.h.℃)Δt纵＝=968℃式中：F纵＝0.121×3.14×(7.721+6.957)×2＝11.15m2所以：Q水纵＝307×11.15×968＝3.31×106kJ/hQ水支＝k支F支Δt支C支＝CgKM加＝10.65kJ/(m2.h.K4)Tg加＝1196+273＝1469KT壁＝373Kk支==451kJ/(m2.h.℃)式中：F支＝（0.127×2.9×3.14+0.121×3.14×1.75）×3=5.46m2=1146℃所以：Q水支＝451×5.46×1146＝2.8×106kJ/hQ水＝Q水纵+Q水支＝3.31×106+2.8×106＝6.11×106kJ/h④炉壁导热损失按式kJ/h（A）炉壁内表面平均温度t壁表均的计算按式计算加热段（含实底床）：已知：Tg加=1196+273=1469K；T表加=(1150+714)/2+273=1205K；φKM加=0.439；εg加=0.267；εM加=0.8所以：=1089℃b）预热段已知：Tg预=(1196+800)/2+273=1271K；T表预=(20+714)/2+273=640K；φKM预=0.591；εg预=0.239；εM预=0.8所以：=772℃(B)环境平均温度：t环均=10℃(C)炉壁导热损失的计算a)加热段炉顶（含双面加热部分、实底床部分和A长度部分）已知：t壁表加均=1089℃；t环均=10℃；F壁加顶=B×L=2.9×（1.6+6.957+3.988）=36m2；S硅=0.3m；S藻=0.12m；λ硅=2.926+0.00272t硅均kJ/(m·h·℃)；λ藻=0.836+0.000836t硅均kJ/(m·h·℃)；设：硅砖与硅藻土砖交界处温度t加顶交=738℃，硅藻土砖外表温度t加顶外=98℃则：硅砖的平均温度t硅均=（1089+738）/2=913℃硅藻土砖平均温度t藻均=（98+738）/2=418℃那么：λ硅=2.926+0.00272×913=5.409kJ/(m·h·℃)；λ藻=0.836+0.000836×418=1.185kJ/(m·h·℃)；所以：=227523kJ/h验证假设砌体平均温度的正确性：可求得表面温度为：=914℃=418℃可见，计算结果与假设相差很小（＜0.5%），不必再重新计算。那么，加热段炉顶硅砖与硅藻土砖交界处实际温度：t加顶交=2t硅均-t壁表加=2×913-1089=738℃加热炉顶外表温度：t加顶外=2t藻均-t加顶交=2×418-738=98℃b)同理可计算出其他部位炉壁导热损失FK加=8.36L加=8.36×（1.6+6.957+3.988）=105m2F壁加=FK加-F壁加顶=105-36=69m2F预=6.96L预=6.96×7.721=54m2F预=2.9π×7.721×36/180=14m2F壁预=F壁预-F壁预顶=54-14=40m2计算结果列于下表：炉壁导热损失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3622764698加热段炉墙6943632398预热段炉顶145631467预热段炉墙4016089767合计1590.88×10682.5⑤经炉门散热损失Qf1Q门=Q辐+Q溢（A）经炉门的辐射热损失Q辐按式kJ/h计算a)经出料炉门的辐射热损失Q辐出料加热段炉气温度Tg加=1196+273=1469K炉门开启面积F=0.696×0.45×2=0.626m2取单位时间开启时间=1；遮蔽系数=0.6，则=357340kJ/hb)经进料炉门的辐射热损失Q辐进料=176705kJ/h所以，Q辐=Q辐出料+Q辐进料=357340+176705≈0.534×106kJ/h（B）经炉门的溢气损失Q溢因为采用了侧出料的方式，出料炉门开启面积较小，且操作炉门关闭，故溢气量较少，可忽略。⑥其他热损失Q它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Q它=0.03Q入＝289B+0.060×106kJ/h因此Q出=Q产+Q废膛+Q水+Q壁+Q门+Q它=18.440×106+3811B+6.11×106+0.88×106+0.534×106+289B+0.060×106kJ/h=26.024×106+4100BkJ/h2.5.3炉膛热平衡式与燃料消耗量①炉膛热平衡式Q入=Q出即：9640B+2.012×106=26.024×106+4100B5540B=24.012×106②燃料消耗量由炉膛热平衡式可得燃料消耗量B=24.012×106/6426=4334Nm3/h2.5.4炉膛热平衡表炉膛热收入炉膛热支出序号项目热量（×106kJ/h）%序号项目热量（×106kJ/h）%1燃料燃烧化学热37.27285.121加热金属物理热18.44042.112预热空气带入物理热4.50710.292出炉膛废气物理热16.51737.723金属氧化放热2.0124.593冷却水带出物理热6.1113.9544炉壁导热损失0.882.0155经炉门热损失0.5341.2166其它1.3123.00合计43.791100合计43.7931002.5.5炉子工作指标①单位燃耗：=135Nm3/t(钢)②单位热耗：=134×104kJ/t(钢)③炉膛热效率：×100%=42.11%④炉子热效率：×100%=49.47%注：为了给炉子提高生产率留有余量，在选择烧咀数量及燃烧能力时，加热炉所用燃料最低耗量可为计算值的1.1倍确定，即B实=1.2B计=1.2×3727.2=4473Nm3/h。2.6煤气烧嘴选用2.6.1选择依据①燃料种类：高、焦混合煤气；②煤气低发热值：8600kJ/Nm3③炉子最大燃料消耗量：B实=4473Nm3/h④炉子最大湿空气需要量：V空=2.40×4473=10735Nm3/h⑤预热空气温度：t空=350℃⑥供热量分配：上加热40%，下加热60%2.6.2烧嘴类型连续加热炉炉温高，炉温均匀性好，因此烧嘴燃烧火焰要有一定的长度和铺展面。根据各种煤气烧嘴的特性，决定采用低压涡流式烧嘴，即DW-I型煤气烧嘴。2.6.3烧嘴布置和烧嘴选型该炉炉宽2900mm，侧出料方式，可以采用端侧结合供热，以端供热为主。①上加热采用端侧结合供热供热量：4473×0.4=1789Nm3/h这种供热方式需要火焰有较长的长度，所以选用DW-I-8型煤气烧嘴。由表7-1可知。该型号烧嘴最大燃烧能力为350Nm3/h，则：需要烧嘴数量1789/350=5.1个，取7个。其中端烧嘴3个，侧烧嘴每侧2个，共4个。烧嘴安装间距2900/（3+1）≈725mm，满足烧嘴最小安装中心距的要求②下加热采用端侧结合供热下端供热与上端供热相同，安装7个DW-I-8型煤气烧嘴。下端供热的两侧供热量必须相同。根据侧烧嘴安装原则，采取交错安装方式，每侧2个，共4个。则每个烧嘴的燃烧能力（4473×0.6-350×3）/4=408Nm3/h查表7-1可选用DW-I-9型煤气烧嘴。2.7空气换热器设计计算2.7.1已知数据①出炉膛烟气温度（由工艺给出）：t废膛=800℃；②出炉膛烟气流量（按设计生产时燃料消耗量计算）：V废膛=3.15×3727.2=11741Nm3/h③进换热器空气温度：t空入=10℃；④烧嘴前要求空气预热温度：t空=350℃；⑤预热空气流量（按设计燃料消耗量B计算）：V空=2.36×3727.2=8796Nm3/h；2.7.2设计数据按说明确定①进换热器烟气温度（考虑烟道降温损失）：t烟入=750℃；②进换热器烟气流量（考虑炉尾溢气损失）取：V烟入=11000Nm3/h；③进换热器空气温度：t空入=10℃；④出换热器空气温度：t空出=380℃；⑤预热空气流量（考虑生产率提高10%的可能性）取：V空=10000Nm3/h；2.7.3设计方案①换热器种类：金属换热器②换热器结构：平滑直管金属换热器（带“一”字形扭带插入件）；③换热器规格：Ф57×3.5mm；④换热管布置：顺（直）排。换热中心距，x1=x2=0.114m；⑤换热器气流方向及流速：逆叉流。管外流烟气，设W烟=3Nm/s；管内流空气，设W空=8Nm/s。2.7.4设计计算①计算换热器烟气温度t烟出由式式中：取η=0.9，查表1-5得C烟入=1.530kJ/(kg.℃)，C烟出=1.488kJ/(kg.℃)，C空入=1.296kJ/(kg.℃)，C空出=1.296kJ/(kg.℃)所以：=433℃②计算换热器换热面积（A）计算预热空气在换热器中获得的能量Q空，按公式计算：Q空=V空（C空出t空出-C空入t空入）=10000（380×1.296-10×1.296）=480×104kJ/h（B）计算换热器中烟气与空气的平均温差Δt均由计算方案知，换热器中烟气与空气的流向采用逆叉流，所以，平均温压Δt均按式Δt均=εΔt·Δt逆均℃。计算Δt逆均按公式计算：Δt逆均==396℃（b）计算逆叉流修正系数按公式计算：P=（t空出-t空入）/（t烟入-t空入）=（380-10）/（750-10）=0.5R=（t烟入-t烟出）/（t空出-t空入）=（750-433）/（380-10）=0.87查图5-11（j）得：εΔt=0.98所以：平均温压Δt均=εΔt·Δt逆均=396×0.98=388℃（C）计算传热系数k按式计算（a）计算管外烟气侧给热系数α1α1=α1辐+α1对①计算辐射给热系数α1辐=f（S，t烟均）式中：mt烟均=（t烟出+t烟入）/2=（750+433）/2=592℃根据S=0.193m，t烟均=592℃，查表5-4得：α1辐≈26kJ/(m2·h·℃)②计算对流给热系数α1对α1对=（17.64+0.02362t烟均）·C·W烟0.65/d外0.35，kJ/(m2·h·℃)其中：t烟均=592℃，C=1+0.1×0.114/0.057=1.2，W烟=3Nm/s，d外=0.057mα1对=（17.64+0.02362×592）×1.2×30.65/0.0570.35=211kJ/(m2·h·℃)故：α1=α1辐+α1对=26+211=237kJ/(m2·h·℃)（b）计算管内空气侧给热系数α2故：α2对=（12.624+0.006688t空均）·W空0.8/d内0.2，kJ/(m2·h·℃)其中：t空均=（380+10）/2=195℃，W空=8Nm/s，d内=0.05mα2对=（12.624+0.006688×195）×80.8/0.050.2=134kJ/(m2·h·℃)由表5-3可见，由于管内插入“一”字形扭带插入件，对流给热系数是光管的1.81倍。故：α2=1.81×α2对=1.81×134=243kJ/(m2·h·℃)所以：传热系数K=237×243/（237+243）=120kJ/(m2·h·℃)由于换热器使用中可能产生积灰等现象，导致换热系数降低，影响空气预热温度，所以实际传热系数用计算出的K值乘以降低系数η加以修正。这里取η=0.85.则K实=ηk=0.85×120=102kJ/(m2·h·℃)将Q空=480×104kJ/h，Δt均=388℃，K实=102kJ/(m2·h·℃)，代回得换热器换热面积：F实=480×104/(388×102)=121m22.7.5结构设计①确定换热管长度由于该连续加热炉采用下排烟方式，换热器必须安装在地下烟道中，所以对于平滑直管换热器，换热管的长度取决于烟道的高度。首先确定烟道尺寸（A）计算烟道流通面积，m2式中：V烟=11000Nm3/h；查表6-1，取W烟=2Nm/s。则：=11000/（3600×2）=1.53m2（B）确定烟道尺寸根据=1.53m2，查表6-4（拱顶角180°）得烟道尺寸：1276（宽）×1590（高）mm（C）确定换热管长度根据换热管长度≈烟道高度，故取换热管长度l管=1600mm②计算换热管根数（A）计算单根换热管的换热面积由设计方案确定换热管采用Φ57×3.5mm钢管，则单根换热管换热面积，可按换热钢管管壁平均直径计算：f=（0.057+0.05）/2×3.14×1.6=0.269m2（B）计算换热管根数n总=F实/f=121/0.269=450根③换热管布置（A）计算垂直烟气流动方向断面上的换热管列数式中：V烟=11000Nm3/h；取W烟=3Nm/s；x1=2d外；d外=0.057m；l管=1.6m。故：=11.17根，取14根。（B）计算沿烟气流动方向上的换热管排数①计算空气流通截面上的换热管排数式中：V空=10000Nm3/h；取W空=8Nm/s；d内=（0.057-0.0035×2）=0.05m故=177根②计算沿烟气流动方向上的换热器排数Z2=n空/Z1=177/12=14.75根，取16根。③计算换热器行程数m=n总/（Z1Z2）=450/(14×16)=2.01，取m=2注：换热管决定根数450根，实际使用根数16×14×2=448根，相差（448-450）/450＜3%，不必重新计算。2.7.6确定换热器材质本换热器内气流为逆叉式，烟气入口处和空气出口处管壁温度最高，烟气出口处和空气入口处管壁温度最低，分别代入公式得563℃219℃t壁均=（563+219）/2=391℃查表5-5，换热管可采用两种材质，即表面渗铝碳钢管和碳钢管。换热器烟气出口处12-13排换热管采用表面渗铝碳钢管，其余换热管采用碳素钢管。2.7.7计算换热器运行经济指标①热效率由公式得②温度效率由公式得③换热器的烟气侧阻力损失该换热器管子排列为直（顺）排，阻力损失按式Pa计算其中：W0=2.39Nm/s；t均=（750+433）/2=592℃；由燃料燃烧计算得：ρ0=1.27kg/Nm3按式、、得阻力系数：且W=2.39（1+592/273）=8Nm/s查表8-7，计算得烟气运动粘度：=90.89×m2/s则Re==23.1×103查表6-8得：直排管束阻力修正系数Ф=1.08所以h直=1.08×4.58×2.392/2×1.27×（1+592/273）=57Pa④换热器空气侧阻力损失（A）局部阻力损失（a）空气入口扩张局部损失冷空气入口管道断面积f=3.14×0.6222/4=0.30m2冷空气入口风箱断面积F=0.0572×（16+1）×（14+1）=0.83m2冷空气入口空气流速W0=10.19Nm/s面积比f/F=0.30/0.83=0.37查表6-7，ζ53=0.40，按式得：=28Pa（b）预热空气由风箱进出换热管局部损失由图8-3可见，预热空气由风箱进出换热管共有4次，可近似认为阻力损失相等。换热管中空气流速=6.63Nm/s换热管中空气平均温度t均=（10+380）/2=195℃查表6-7，ζ1=0.5=97Pa（c）预热空气在下风箱90°拐弯阻力损失下风箱流动断面积F=0.83m2下风箱空气流动速度Nm/s下风箱空气平均温度t均=195℃查表6-7，ζ37b=2.0=27Pa（d）预热空气出口收缩局部损失出口管断面积f=3.14×0.8122/4=0.52m2预热空气温度t=380℃预热空气出口流速W0=5.34Nm/s热空气出口风箱断面积F=0.83m2面积比f/F=0.52/0.83=0.63查表6-7，ζ54=0.22=10Pa（B）摩擦阻力损失查表6-6，λ=0.04L=2×1.6=3.2m，d内=0.05m，W0=6.63Nm/st均=（10+3800）/2=195℃按公式得=103Pa由表5-3可见，由于管内插入“一”字扭带插入件，管内空气流动阻力损失是光管的3.19倍。故：h摩=3.19×103=329Pa所以h总=28+97+27+10+329=491Pa2.8空气管路阻力损失计算及鼓风机选择2.8.1计算条件①进换热器空气流量（鼓风量）：V空入=11000；②出换热器空气流量（考虑换热器漏风损失5%）：V空出=10000；③进换热器空气温度：t空入=10℃；④出换热器空气预热温度：t空出=380℃；⑤换热器前空气管道中空气流速：W前空=10Nm/s；⑥换热器换热管中空气流速：W空=8Nm/s；⑦换热器后空气管道中空气流速：W后空=6Nm/s；⑧空气量分配：上加热端烧嘴20%，上加热侧烧嘴20%（每侧各10%）。；下加热端烧嘴30%，下加热侧烧嘴30%（每侧各15%）。2.8.2管路分段根据管路分段原则，将上图所示空气管路系统分段如下：①风机出口到换热器入口；②换热器；③换热器出口到总管分岔处；④总管分岔处到上加热端烧嘴供风集管；⑤总管分岔处到下加热集管；⑥下加热集管到侧烧嘴2.8.3计算各区段空气流量、管道内径、规格及空气流速①风机出口到换热器入口V1=11000Nm3/hd1’=624mm，取D1=630×4mm，d1=622mmW1=10.06Nm/s②换热器出口到总管分岔处V2=10000Nm3/hd2’=768mm，取D2=820×4mm，d2=812mmW2=5.37Nm/s③总管分岔处到上加热烧嘴供风集管（流量占40%）V3=10000×0.4=4000Nm3/hd3’=486mm，取D3=478×3mm，d3=472mmW3=6.35Nm/s④总管分岔处到上加热侧烧嘴供风集管（流量占10%）V4=10000×0.1=1000Nm3/hd4’=243mm，取D4=245×3mm，d3=239mmW4=6.19Nm/s⑤总管分岔处到下加热烧嘴供风集管（流量占60%）V5=10000×0.6=6000Nm3/hd5’=595mm，取D5=630×4mm，d5=622mmW5=5.49Nm/s⑥下加热集管到侧烧嘴（一侧流量占15%）V6=10000×0.15=1500Nm3/hd6’=297mm，取D6=325×3mm，d6=319mmW6=5.22Nm/s2.8.4确定计算阻力损失的管路系统根据阻力损失计算原则，确定烟道下部侧烧嘴系统进行阻力计算（该管路系统损失最大），则该供风管路系统由下列区段组成： I段——鼓风机出口到换热器入口；II段——换热器III段——换热器出口到总管分岔处；IV段——总管分岔处到下加热集管；V段——下加热集管到侧烧嘴。2.8.5空气流路阻力损失计算表空气流路阻力损失计算表分段号1IIIIIIIVV分段名称2风机出口到换热器换热器换热器出口到主分岔处主分岔处到下加热集管端头下加热集管端头到下侧烧嘴通道尺寸分段长度L（mm）39另行计算见本章换热器设计计算9208管道规格（外径×壁厚mm）4630×4820×4630×4325×3管道内径（当量直径）d（m）50.6220.8120.6220.319气体流通横截面积F（m2）60.3040.5180.3040.080垂直管高度H（m）75+3-4+1气体参数种类8冷空气热空气热空气热空气密度ρ0（kg/m3）91.2931.2931.2931.293流量V0（Nm/h）10110001000060001500流速W0（Nm/s）1110.065.375.495.22平均温度t均（℃）1210376361347通道压力损失Pa摩擦损失摩擦阻力系数λ130.040.040.040.041467.8244.3245.2540.011539.2519.6558.2040.14局部损失阻力简图（略）阻力系数ζ=n×ji-来源（表6-7中序号）n-个数j-数值16ζ57=0.4ζ21b=2×0.7ζ21b=2×0.7ζ50=1.0ζ=0.3ζ21b=2×0.7ζ57=0.4ζ21b=2×0.7Σζ171.81.42.71.8h局=Σζ·h动18122.0862.05122.1872.02几何压头地区大气最高温度t大气（℃）19—393939大气密度（kg/m3）ρD=1.293/(1+βt大气)10—1.1311.1311.131气体密度（kg/m3）ρg=ρ0/(1+βt均)21—0.5440.5570.569h几=±9.81H(ρd-ρg)22—-17.28+22.52-5.51分段阻力损失h段=Σ（h摩+h局+h几）2316149164203107管道总阻力损失（Pa）h总=Σh段24161+491+64+203+107=10262.8.6鼓风机选择主要是额定压力和额定流量的选择。鼓风机工作时，额定压力主要用来克服下列阻力损失；①空气管路压力损失。由表知h管=1026Pa。②流量孔板压力损失。因自动化部分还未计算，在这里取h孔板=1000Pa。③流量调节蝶阀压力损失。因自动化部分还未计算，在这里取h阀=600Pa。④煤气烧嘴用空气压力损失。本设计选用DW-I型低压涡流式烧嘴，表7-2中给出的数值是该烧嘴在P煤气=800Pa，P空气=2000Pa，且空、煤气均不预热条件下的燃烧能力。而现在空气预热到350℃，煤气低发热值为8600kJ/m3（比8400kJ/m3高2%），所以，为了不降低烧嘴燃烧能力，必须提高空气压力。此时空气压力可按如下方式计算：6468Pa总压力损失：h总=h管+h孔板+h阀+h嘴=1026+1000+600+6468=9094Pa总流量：V空湿≈11000Nm3/h查表6-10，选用No.12.5D-3号鼓风机，P=9229Pa，V=12577Nm3/h，功率75kW。2