课程设计-热风炉设计计算

设计题目：热风炉设计计算一、热风炉的燃烧计算燃烧计算采用《热能工程设计手册》(汤蕙芬，范季贤主编，机械工业出版社，1999.3)P.60上所提供的计算方法来计算。选用燃煤的应用及成分为：Cy:52.69Hy:0.80Oy:2.36Ny:0.32Sy:0.47Ay:35.36My:8.00煤燃烧的理论空气量计算：标态下1Kg固体燃料完全燃烧所必须的理论空气量V0(Nm3/Kg):V0=0.0889(Cy+0.375Sy)+0.265(Hy-0.126Oy) (1-1)将Cy=52.69，Sy=0.47H-0.8和Oy=2.36代入上式(不需带％)，可得：V0=0.0889(52.69+0.375X0.47)+0.265(0.8-0.126X2.36)=4.83Nm3空气/Kg煤当空气量用质量表示时，理论空气量m0(Kg空气/Kg煤)为：m0=1.293V0 (1-2)将V0=4.83Nm3/Kg代入，可得：m0=1.293X4.83=6.25Kg空气/Kg煤煤燃烧的实际空气量和过剩空气量计算：煤燃烧的实际空气量计算：Vk=aV0=1.3X4.83=6.28Nm3空气/Kg煤 (1-3)mk=1.293X6.28=8.12Kg空气/Kg煤煤燃烧的过剩空气量计算：Vk=6.28-4.83=1.45Nm3空气/Kg (1-4)mk=8.12-6.25=1.87Kg空气/Kg煤标准状态下完全燃烧，无过剩空气时煤燃烧的烟气量计算：.二氧化物y(Nm3/Kg):RO2二氧化物包括CO2和SO2:VRO2=1.866Cy/100+0.7Sy/100 (1-5)将Cy=52.69和Sy=0.47代入上式，可得：VRo2=1.866X52.69/100+0.7X0.47/100=0.99Nm3/Kg煤CO2的分子量为44，空气的平均分子量为29，根据理想气体状态方程，CO2气体在标准状态下的密度为：44X1.293/29=1.962Kg/Nm3SO2的分子量为64，则SO2气体在标准状态下的密度为：64X1.293/29=2.854Kg/Nm3在本工况条件下，二氧化物是以co2^主，二氧化物气体在标准状态下的密度可以CO2气体密度来计算，即YRO2=1.962Kg/Nm3。当二氧化物气体用质量表示时，二氧化物气体量mRO2(Kg/Kg)为：mRO2=1.962Vro2 (1-6)mRO2=1.962X0.99=1.94KgCO2气体/Kg煤.水蒸气Vh2o0(Nm3/Kg)：VH2O0=0.111Hy+0.0124Wy+0.0161V。 (1-7)将Hy=0.80,My=8.00和V0=4.83代入上式，可得：VH2O0=0.111X0.80+0.0124X8.00+0.0161X4.83=0.27Nm3/Kg

H2O的分子量为18，则H2O蒸汽在标准状态下的密度为:18X1.293/29=0.80Kg/Nm3当水蒸汽用质量表示时，水蒸汽量mH2O(Kg/Kg)为：mH2O0=0.80Vh2o0 (1-8)mH2oo=0.80X0.27=0.22Kg水蒸汽/Kg煤.氮气Vn20(Nm3/Kg)：Vn20=0.79V0+0.008Ny (1-9)将Ny=0.32和V0=4.83代入上式，可得：Vn20=0.79X4.83+0.008X0.32=3.82Nm3/Kg煤N2的分子量为28，则N2气体在标准状态下的密度为：28X1.293/29=1.248Kg/Nm3当N2气体用质量表示时，N2气体mN2(Kg/Kg)为：mN20=1.248Vn2。 (1-10)mN20=1.248X3.82=4.77KgN2气体/Kg煤(1-11).煤燃烧的理论烟气量计算：(1-11)叮二VRO2+VH2O0+VN20将Vro2=0.99，Vh2o0=0.27和Vn20=3.82代入，可得:Vy0=0.99+0.27+3.82=5.08Nm3/Kg煤如用气体质量表示时，理论烟气量为:(1-12)m。=mRO2+mH2o0+mN20(1-12)将mRo2=1.94,山地0。=0.22和山归。=4.77代入，可得:

myO=1.94+0.22+4.77=6.93Kg烟气/Kg煤.理论烟气中的水蒸汽质量百分比和含湿量：(1-13)理论烟气中的水蒸汽质量百分比可用下式计算:①水0=mH2O0/m0(1-13)将my0=6.93和mH2O0=0.22代入，可得:气水0=0.22/6.93=3.2%理论烟气中的含湿量可用下式计算：d0二mH2o0/(m0_mH2O0) (1-14)将my0=6.93和mH2o0=0.22代入，可得：d0=0.22/(6.93-0.22)=0.033Kg水/Kg干烟气y.理论烟气中的含氧量为零。.理论烟气在标准状态下的密度：理论烟气在标准状态下的密度可用下式计算：Yy0=my0/Vy0 (1-15)将my0=6.93和Vy0=5.08代入，可得：Yy0=6.93/5.08=1.364Kg烟气/Nm3标准状态下完全燃烧，有过剩空气时煤的燃烧产物:二氧化物不随过剩系数a变化，其他均有变化。.水蒸汽Vh2o(Nm3/Kg)：Vh2o=Vh2o0+0.0161(a-1)V0 (1-16)将VH2o0=0.27，a=1.3和V0=4.83代入，可得：VH2o=0.27+0.0161X(1.3T)X4.83=0.293Nm3/Kg煤当水蒸汽用质量表示时，水蒸汽量mH2o(Kg/Kg)为：mH2o=0.80X0.293=0.23Kg水蒸汽/Kg煤.实际烟气量：完全燃烧，有过剩空气时的烟气量称为实际烟气量V0(Nm3/Kg煤)，y其计算式如下：Vy=Vy0+1.0161(a-1)V0 (1-17)将Vy0=5.08,a=1.3和V0=4.83代入，可得：Vy=5.08+1.0161X(1.3T)X4.83=6.38Nm3/Kg煤当烟气用质量表示时，烟气量my(Kg/Kg)为：m=m0+1.0161(a-1)m0 (1-18)my0=6.93，a=1.3和山。二6.25代入，可得：my=6.93+1.0161X(1.3-1)X6.25=8.84Kg烟气/Kg煤.实际烟气在标准状态下的密度：理论烟气在标准状态下的密度可用下式计算：Yy=my/Vy (1-19)将my=8.84和Vy=6.38代入，可得：Yy=8.84/6.38=1.386Kg烟气/Nm3.实际烟气中的水蒸汽质量百分比和含湿量：实际烟气中的水蒸汽质量百分比可用下式计算：气水=Mmy (1-20)将my=8.84和mH2o=0.23代入，可得：①尸水=0.23/8.84=2.6%实际烟气中的含湿量可用下式计算：dy=mH2O/(%-" (1-21)将my=8.84和mH2O=0.23代入，可得：d=0.23/(8.84-0.23)=0.027Kg水/Kg干烟气y.实际烟气中的含氧量：实际烟气中的含氧量是由代入的，已知过剩空气量为：△mk=8.12-6.25=1.87Kg空气/Kg煤，还已知氧气与空气的质量百分比为0.23，则氧气的绝对含量为：Mo2=0.23X1.87=0.430Kg氧气/Kg煤实际烟气中的含氧量由下式计算：①。=mo/m (1-22)将mo=0.430和my=8.84代入，可得：①。=0.430/8.84=4.9%体积百分比计算：①。’=e°X0.21/0.23=0.913①。 (1-23)将$=4.9%代入，可得： °o①。’=4.9%X0.913=4.4%热风炉的燃烧计算汇综表序号项目代号单位计算式计算结果1理论空气量V0Nm3空气/Kg煤(1-1)4.83m0Kg空气/Kg煤(1-2)6.252空气过剩系数a无量纲给出1.33实际空气量VkNm3空气/Kg煤(1-3)6.28mkKg空气/Kg煤(1-3)8.124过剩空气量AVkNm3空气/Kg煤(1-4)1.45AmkKg空气/Kg煤(1-4)1.87序号项目代号单位计算式计算结果5理论燃烧的二氧化物VRO2Nm3气体/Kg煤(1-5)0.99mRO2Kg气体/Kg煤(1-6)1.946理论燃烧的水蒸汽V0H2ONm3水蒸汽/Kg煤(1-7)0.27m0H2OKg水蒸汽/Kg煤(1-8)0.227理论燃烧的氮气V0N2Nm3氮气/Kg煤(1-9)3.82m°N2Kg烟气/Kg煤(1-10)4.778理论燃烧的烟气量V0yNm3氮气/Kg煤(1-11)5.08m0yKg烟气/Kg煤(1-12)6.939理论燃烧的水蒸汽质量百分比①，0y.水%(1-13)3.210理论燃烧的烟气含湿量d0yKg水/Kg干烟气(1-14)0.03311理论燃烧的烟气密度Y0yNm3/Kg(1-15)1.36412实际燃烧的水蒸汽VH2ONm3水蒸汽/Kg煤(1-16)0.293mH2OKg水蒸汽/Kg煤(1-16)0.2313实际燃烧的烟气量VyNm3氮气/Kg煤(1-17)6.38myKg烟气/Kg煤(1-18)8.8414实际燃烧的烟气密度Y0yNm3/Kg(1-19)1.38615实际燃烧的水蒸汽质量百分比①y.水%(1-20)2.616实际燃烧的烟气含湿量dyKg水/Kg干烟气(1-21)0.02717实际燃烧的氧气质量百分比①yo%(1-22)4.918实际燃烧的氧气体积百分比①，o%(1-23)4.4二、干燥热风含湿量和含氧量计算干燥热风是由直燃热风炉的烟气和环境空气混合而得到。计算所需的各项参数：由给出的已知参数和计算得到的各项参数如下：烟气温度：七二900笆，烟气含湿量：dy=0.027Kg水/Kg干烟气，烟气中水蒸汽质量百分比：①尸水=2.6%，烟气中氧气质量百分比：①=4.9%；yo环境空气温度：匕=6笆，环境空气含湿量：d0=0.004Kg水/Kg干空气，环境空气中水蒸汽质量百分比：①k水=0.4%，环境空气中氧气质量百分比：①ko=23%;间接干燥热风温度：七二450笆；烟气降温后的温度：基=450笆；环境空气升温后的温度：七二450笆，经间接换热后烟气温度降至260°C。干空气比热:0°C〜100°C之间平均比热：Cki=0.24Kcal/Kg・°C0°C〜260°C之间平均比热：Ck2=0.243Kcal/Kg・°C0C〜450C之间平均比热：Ck3=0.245Kcal/Kg・°C干烟气比热：0C〜260C之间平均比热：Cy2=0.244Kcal/Kg・°C0°C〜450C之间平均比热：Cy3=0.250Kcal/Kg・°C0°C〜900C之间平均比热：Cyi=0.255Kcal/Kg・°C水蒸汽比热：0C〜100C之间平均比热：Cs3=0.450Kcal/Kg・°C0°C〜260C之间平均比热：Cs2=0.456Kcal/Kg・°C0°C〜450C之间平均比热：Cs2=0.465Kcal/Kg・°C0°C〜900C之间平均比热：Csi=0.504Kcal/Kg・°C5.1Kg烟气(含水蒸汽)从900C降到450C放出的热量：900C,1Kg烟气的热焓：iyi=(1-①y水).ty1.Cy1+Oy水.(595+ty1.Cs1) (2-1)将①y水=0.026,ty1=900,Cy1=0.255和Cs1=0.504代入，可得：i=(1-0.026)X900X0.255+0.026X(595+900X0.504)y1二250.80Kcal/Kg450C,1Kg烟气的热焓：iy2=(1-①y水).ty2.Cy2+气水.(595+ty2.Cs2) (2-2)将①M=0.026,ty2=450,Cy2=0.250和Cs3=0.465代入，可得：i=(1-0.026)X450X0.250+0.026X(595+450X0.465)y2二161.05Kcal/KgAiy=iyi-iy2=250.80-161.05=89.75Kcal/Kg烟气6.1Kg环境空气(含水蒸汽)从6笆升到450笆吸收的热量：6^,1Kg环境空气的热焓：ik1=(1-①k水).tk1.Ck1+①k水.(595+tk1.Cs3) (2-3)将①k水=0.004,tk1=6,Ck1=0.24和Cs3=0.450代入，可得：ik1=(1-0.004)X6X0.24+0.004X(595+6X0.450)=3.83Kcal/Kg450°C,1Kg环境空气的热焓：/(1-气水)叫2七2+气水-(595+tk2-Cs2) (2-4)将①M=0.004,匕=450,Ck2=0.245和Cs2=0.465代入，可得：ik2=(1-0.004)X450X0.245+0.004X(595+450X0.456)=113Kcal/KgAik=ik3-ik1=113-3.83=109.2Kcal/Kg烟气7.1Kg450C干燥热风的热焓：1Kg450C干燥热风由Gy(Kg)的烟气和Gk=1-Gy(Kg)的环境空气混合得到，由热量平衡可得到如下的计算式：GyXAiy=(1-Gy)XAik (2-5)经整理，可得到下式：Gy=Aik/(Aik+Aiy) (2-6)将Aik=109.2和Aiy=161.05代入，可得：G=109.2/(109.2+1161.05)=0.404Kg(烟气)y・.・Gk=1-Gy=1-0.404=0.596Kg(环境空气)1Kg450°C干燥热风的热焓可由下式计算：ijGy.iy2+Gk.ik2 (2-7)将ik2=113,iy2=161.05,Gy=0.404和Gk=0.596代入，可得：i]=0.404X161.05+0.596X113=132.4Kcal/Kg干燥热风1Kg4500C干燥热风的含湿量：1Kg450C干燥热风的含湿量可用下式计算：d1，=(Gy.气，水+Gk.Qk,水)/[Gy.(1-①y,水)+Gk.(1-①k，水)] (2-8)将Gy=0.404,Gk=0.596,①尸水=0.026和①1＜水=0.004代入，可得：d1，二(0.404X0.026+0.596X0.004)/[0.404X(1-0.026)+0.596X(1-0.004)]=0.013Kg水/Kg干气体d]=(0.24X0.026+0.76X0.004)/[0.24X(1-0.026)+0.76X(1-0.004)]=0.0091Kg450C干燥热风的含氧量：1Kg450C干燥热风含氧量的质量百分比可用下式计算：少二(G.①+G.①k)/(G+G) (2-9)1yok0 yk将Gy=0.404,Gk=0.596,00=0.049和①％=0.23代入，可得：七二(0.404乂0.049+0.596乂0.23)/(0.404+0.596)七二15.7%1Kg450C干燥热风的含氧量的体积百分比可用下式计算：七，二15.7%X0.21/0.23=14.3% (2-10)

干燥热工计算参数汇综表参数名称代号单位数据来源参数值物料参数干燥器进煤量W届原t/h设计值200进煤湿基含水率31%测定20出煤湿基含水率32%计算值10干燥器进煤的设计煤温e1°C给出（与环境空气温度相同）6干燥器出煤的设计煤温e2°C计算和查图得到41煤的绝干比热CsKcal/Kg・°C查表0.37环境参数环境空气温度（年平均温度）t0C查表6环境空气含湿量（年平均值）d0Kg水/Kg干空气查表和查图0.004年平均最低温度t低C查表-16干燥热风参数干燥热风温度t1C给出260干燥热风含湿量d，iKg水/Kg干气体计算得到0.013干燥热风含氧量（体积百分比）©i%计算得到14.3干燥排风温度t2C设定：。2+20（需验证）70热风炉出口烟气参数热风炉出口烟气温度ty1C实测900热风炉出口烟气含湿量dyKg水/Kg干烟气计算得到0.027热风炉出口烟气含氧量（质量百分比）e0%计算得到4.9热风炉出口烟气含氧量（体积百分比）e,0%计算得到4.4三、物料衡算脱水量计算：用以下两式均可计算脱水量：W水=W原XCO1-O2)/(1-«2) (3-1)W水二W产X(«i-«2)/(1-O1) (3-2)现已知干燥器进煤量，即已知W原，可采用(3-1)计算脱水量。将W原二200,3j0.20,32=0.10代入，可得：W水=200X(0.2-0.10)/(1-0.10)=22.2t水/h=22.2X103Kg水/h干燥器出煤量计算：(3-3)干燥器出煤量就是产量，可用下式计算。(3-3)「W原-L将W原二200，W水=22.2代入，可得:W产=200-22.2=177.8t/h四、热量衡算和干燥热风质量流量计算蒸发水分所需的热量Q1：Q1=W水.(595+0.45t2-C水.91) (4-1)式中：595---水在0°C时的汽化热，(Kcal/Kg)；0.45---水蒸汽在0〜100C之间的平均比热，(Kcal/Kg・C)；t2---干燥排风温度，(C)；C水---水在0〜100C之间的平均比热，(Kcal/Kg-C)；91---干燥器进煤的煤温，一般有91=t0。将W水=22.2X103，t2-=70，C水=1和91=6代入，可得：Q1=22.2X103X(595+0.45X70TX6)=1369X104Kcal/h2.产品升温所需的热量Q2：Q2=W产.[Cs.(1-32)+C水.32].(02-01) (4-2)式中：02-—干燥器出煤的煤温，(°C)将W产=177.8X103,Cs=0.37,32=0.10,C水=1,9j6和。2-二41代入，可得：Q2=177.8X103X[0.37X(1-0.10)+1X0.10]X(41-6)二270X104Kcal/h干燥器外围热损失Q：3有保温的干燥器，外围的热损失一般用估算方法，用以下计算式：Q3=0.08X(Q1+Q2)=0.08X(1369X104+270X104)TOC\o"1-5"\h\z=131X104Kcal/h (4-3)干燥热风在干燥器内放出的热量总和：干燥热风在干燥器内放出的热量总和用下式计算：SQ=Q1+Q2+Q3=1770X104Kcal/h (4-4)单位质量的干燥热风在干燥器内热焓减少量计算：.干燥器进口的干燥热风热焓计算：i1=(0.24+0.45d1).t1+595d1 (4-5)将d1=0.009和tj260代入，可得：i1二(0.24+0.45X0.009)X260+595X0.009=68.81Kcal/Kg干空气.干燥热风在干燥器内放出热量后的热焓计算：i，2=(0.24+0.45d1).t2+595.d1 (4-6)将d1=0.009和七2二70代入，可得：i，2二(0.24+0.45X0.009)X70+595X0.009=22.44Kcal/Kg干空气.单位质量的干燥热风在干燥器内热焓减少量计算：Ai=i1-i，2 (4-7)将'=68.81和i，2=22.44代入，可得：Ai=46.37Kcal/Kg干空气1.干燥热风质量流量计算：在没有漏风损失的条件下，干燥系统中干燥热风的质量流量是保持不变的；而在不同部位，由于干燥热风的温度变化，可产生体积流量的变化。所以干燥热风质量流量计算是非常重要的。在没有漏风损失的条件下，干燥热风质量流量可用下式计算：Gz=(Q1+Q2+Q3/Ai (4-8)将Q"Q2，Q3，和Ai的值代入上式，可得：风机G=1770X104/46.37=38.17X104Kg/hz干燥器所需的总热量是以环境