步進(jìn)式加熱爐設(shè)計(jì)計(jì)算模板

1、二 步進(jìn)式加熱爐設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 熱工計(jì)算原始數(shù)據(jù)(1)爐子生產(chǎn)率：p=245t/h(2)被加熱金屬： 1)種類：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(20#鋼) 2)尺寸：25022003600 (mm)(板坯) 3)金屬開始加熱(入爐)溫度：t始=20 4)金屬加熱終了(出爐)表面溫度：t終=1200 5)金屬加熱終了(出爐)斷面溫差：t15(3)燃料 1)種類：焦?fàn)t煤氣 2)焦?fàn)t煤氣低發(fā)熱值：q低溫=17000kj/標(biāo)m3 3)煤氣不預(yù)熱：t煤氣=20表1-1 焦?fàn)t煤氣干成分(%)成分焦?fàn)t煤氣3.10.42.9957.925.41.3(4)出爐膛煙氣溫度：t廢膛=800(5)空氣預(yù)熱溫度(燒嘴前)：t空=350

2、2.2 熱工計(jì)算 2.2.1 焦?fàn)t煤氣干濕成分換算查燃料燃燒附表5， 由上式得 代入表21中，得表2-1 焦?fàn)t煤氣濕成分(%)成分co2o2c2h4coh2ch4n2h2o合計(jì)焦?fàn)t煤氣3.02900.30902.83368.793956.574124.81841.27022.2899100 2.2.2 計(jì)算焦?fàn)t煤氣低發(fā)熱值 = =17094.6830 kj/m誤差 計(jì)算值與設(shè)計(jì)值相差很小，可忽略不計(jì)。2.2.3 計(jì)算理論空氣需要量l0把表2-1中焦?fàn)t煤氣濕成分代入 =2.2.4 計(jì)算實(shí)際空氣需要量ln查燃料及燃燒，取n=1.1代入 標(biāo)m3/標(biāo)m3實(shí)際濕空氣消耗量 = =6.0999 標(biāo)m3/標(biāo)

3、m32.2.5 計(jì)算燃燒產(chǎn)物成分及生成量 標(biāo)m3/標(biāo)m3 =0.4231 標(biāo)m3/標(biāo)m3 標(biāo)m3/標(biāo)m3 = 1.2526 標(biāo)m3/標(biāo)m3 標(biāo)m3/標(biāo)m3 =3.7507 標(biāo)m3/標(biāo)m3 標(biāo)m3/標(biāo)m3 =0.0897標(biāo)m3/標(biāo)m3 燃燒產(chǎn)物生成總量 標(biāo)m3/標(biāo)m3 燃燒產(chǎn)物成分 將燃燒產(chǎn)物生成量及成分列于下表 表2-2 焦?fàn)t煤氣燃燒產(chǎn)物生成量（標(biāo)m3/標(biāo)m3）及成分（%）成分名稱合計(jì)生成量（標(biāo)m3）0.42311.25263.75070.08975.5161體積含量（%）7.670322.708167.99551.62611002.2.6 計(jì)算煤氣燃燒產(chǎn)物重度按燃燒產(chǎn)物質(zhì)量計(jì)算把表2-2中燃

4、燒產(chǎn)物體積百分含量代入 kg/m3 =1.2063kg/m32.2.7 計(jì)算燃料理論燃燒溫度由t空=350，查燃料與燃燒表得c空=1.30kj/標(biāo)m3， 由燃料與燃燒p38,得燃燒室(或爐膛)內(nèi)的氣體平衡壓力接近1個(gè)大氣壓(大多數(shù)工業(yè)爐如此),那么式中各組分的分壓將在數(shù)值上與各組分的成分相等)即 . .所以,由燃料與燃燒附表8, 附表9,得 ,所以 所以 誤差在誤差范圍內(nèi)，故不必再假設(shè)。因此，可滿足步進(jìn)式加熱爐加熱工藝要求2.3 爐膛熱交換計(jì)算2.3.1 預(yù)確定爐膛主要尺寸爐膛寬度 式中 料坯長度 mm； a料坯之間和料坯端頭與爐墻內(nèi)表面的距離，一般取300mm； n爐內(nèi)物料擺放排數(shù)，這里取雙

5、排； 對(duì)于砌磚爐體結(jié)構(gòu)，為砌筑施工方便，爐體寬度應(yīng)為耐火磚寬度（0.116m）的整數(shù)倍，經(jīng)計(jì)算，為滿足耐火磚的寬度整數(shù)倍的要求，所以取爐膛高度：由經(jīng)驗(yàn)考慮，參照鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料，對(duì)燃?xì)庵行图訜釥t，取爐膛高度分別為，。爐膛長度：設(shè)加熱段長度為l加，預(yù)熱段長度為l預(yù)，均熱段長度為l均；爐頂結(jié)構(gòu)：內(nèi)寬b4m,用平頂；出料方式：端出料；2.3.2 計(jì)算爐膛相關(guān)尺寸各段爐底面積 f加底=bl加=6.96l加m2 f預(yù)底=bl預(yù)=6.96l預(yù)m2 f=bl均=6.96l均m2各段爐墻（側(cè)墻）和爐頂（平頂）內(nèi)表面積 f加表=2h加上l加+ bl加= =11.52 l加m2 各段包圍爐氣內(nèi)表面積 f加

6、圍=8.12l加+11.72l加=19.84l加m2f預(yù)圍=8.12l預(yù)+10.12l預(yù)=18.24 l預(yù)m28.12+10.52=18.64m2各段充滿爐氣的空腔體積 v加= 8.121.8l加=14.616l加 m3v預(yù)= m3 2.3.3 計(jì)算各段平均有效射線行程查鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料，各種形狀的氣層中，沿不同方向的射線行程的長度并不都相等，計(jì)算輻射時(shí)要采用平均射線行程l m式中：氣體輻射有效系數(shù)，一般與氣體黑度，幾何形狀有關(guān)，取=0.850.9 f圍繞氣體的容積表面積 m2 v氣體所充滿的容積 m3 m m m2.3.4 計(jì)算爐氣中二氧化碳和水汽分壓由燃料燃燒計(jì)算，見表2-2，得p

7、co2=6.145/100=0.076703大氣壓 ph2o=19.132/100=0.227081大氣壓2.3.5 計(jì)算各段爐氣溫度由工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)知，爐溫與鋼材表面溫度之差為溫度位差，對(duì)于一般加熱爐，一般不超過 50100，這里取均熱段爐氣溫度比加熱終了時(shí)金屬表面溫度高50，即查火焰爐，取加熱段爐氣溫度 預(yù)熱段爐氣溫度變化規(guī)律近似為線性變化，即 2.3.6 計(jì)算各段爐氣黑度(1)查鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料, 均熱段 加熱段 預(yù)熱段 (2)求爐氣黑度預(yù)熱段(1050c)查表得, , 求 因?yàn)橛?jì)算同時(shí)含有和的燃燒生成物的黑度時(shí),由于的輻射光帶和吸收光帶有一部分重合,因而混合氣體的總輻射要比混合

8、氣體中所含單獨(dú)輻射的總和小一些，既 式中：黑度的修正值 查手冊(cè)圖7-66，1所以 1 加熱段（1300c） 同理： 查圖7-66得， 均熱段（1250c） 求查圖7-66得， 綜上所述：，2.3.7 計(jì)算各段爐墻和爐頂對(duì)金屬的角度系數(shù) 導(dǎo)來輻射系數(shù) c式中： ，爐氣、爐料的黑度 ，爐壁對(duì)爐料的角度系數(shù)，為爐料與爐壁的面積， 對(duì)于平頂，雙排料:=2.3.8 計(jì)算各段導(dǎo)來輻射系數(shù)對(duì)于鋼鐵，。取，代入得 =10.20 =9.657 =9.18 2.4 金屬加熱計(jì)算金屬加熱計(jì)算是連續(xù)加熱爐全部熱工計(jì)算的核心。按爐子有效長度分成三個(gè)區(qū)段(即預(yù)熱段、加熱段、均熱段)分別進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法簡述如下：預(yù)熱段和

9、加熱段采用熱流等于常數(shù)的邊界條件求解。均熱段計(jì)算有兩種方法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接確定均熱段實(shí)底段長度。選定均熱度求均熱時(shí)間。后一種方法用于均熱床架空的時(shí)候，它與實(shí)際情況相差很大，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)修正。2.4.1 均熱段該金屬加熱開始時(shí)，斷面溫度呈拋物線分布（設(shè)計(jì)手冊(cè)下，p89），取出爐時(shí)，鋼的斷面溫差為10，采用拋物線的理想平均值求法。加熱終了時(shí)，鋼坯的平均溫度在此溫度下，鋼的導(dǎo)熱系數(shù) 求熱流密度 式中：s鋼材厚度（m），對(duì)于雙面加熱，厚度取，均熱段爐氣溫度 =1201.46前面假設(shè)溫度為1250，誤差為 5% 故不必再重新假設(shè)。求熱焓在1193時(shí)，cp=0.68716kj/(kg)熱焓 i= cp*t=11

10、93.33*0.68716=820.0109 kj/kg2.4.2 加熱段設(shè)加熱段加熱終了時(shí)，金屬斷面溫差=50（1） 鋼坯平均溫度（2） 加熱段末端鋼坯表面熱流查設(shè)計(jì)手冊(cè)，在1167時(shí)， （3） 加熱段爐氣溫度 與前面假設(shè)爐氣溫度1300僅相差20 誤差 5%故不必再假設(shè)。（4） 均熱度 式中：均熱度金屬均熱開始時(shí)的表面與中心溫度差金屬均熱終了時(shí)的表面與中心溫度差 因?yàn)?查鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料p288，圖825，對(duì)于大平板：=0.2時(shí)，所以 （5） 加熱段內(nèi)鋼坯熱焓加熱段內(nèi)鋼坯平均溫度1167，查表cp=0.6894 kj/(kg)2.4.3 燃料利用系數(shù)及鋼坯熱焓分配(1) 加熱段燃料

11、利用系數(shù) 式中：， 代入得 ： =0.42（2）爐膛燃料利用系數(shù)本設(shè)計(jì)中只預(yù)熱助燃空氣，所以上式可以寫為 =0.6606(3) 金屬在爐膛中的總熱焓增量(4) 金屬在預(yù)熱段的熱焓增量 式中：，加熱段向預(yù)熱段輻射熱量； q輻射熱流，一般q=100000130000千卡/m，這里取q=110000千卡/m； f界面面積； f= (5) 求金屬平均溫度設(shè)t均3=550，查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表3-3得，cp=0.5736 kj/(kg) 則5%設(shè)計(jì)值與計(jì)算值相差很小，因此不必重算。2.4.4 預(yù)熱段熱流及加熱時(shí)間（1）預(yù)熱段始端熱流 （2）預(yù)熱段末端熱流式中： 加熱段導(dǎo)來輻射系數(shù)，=10.20加熱

12、段爐氣溫度，=1261.64 t均3加熱段始端鋼坯加熱溫度，t均3=525.4358 s熱透深度，s=0.125m 查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表3-1得，t均3=525.4358時(shí)，對(duì)上式采用順序漸進(jìn)法求解:首先令，代入上式得 ，反復(fù)迭代，得 ， 這里?。?） 計(jì)算金屬表面溫度 t表3（4）預(yù)熱段內(nèi)平均熱流 （5）預(yù)熱段內(nèi)加熱時(shí)間式中：金屬形狀系數(shù)；平板，圓柱，球體 2.4.5 加熱段內(nèi)熱流及加熱時(shí)間(1)加熱段熱流 平均熱流的計(jì)算,通常預(yù)熱段采用幾何平均值,加熱段采用對(duì)數(shù)平均值, (2)加熱時(shí)間 綜上所述: 總加熱時(shí)間: 注:由于步進(jìn)梁式加熱爐料坯之間有間隙,受熱面增大,加熱時(shí)間有所縮短,但單

13、位面積上料坯數(shù)量減少了,故它對(duì)生產(chǎn)率的影響,應(yīng)綜合考慮,修正加熱時(shí)間:爐膛(既間隙開口)對(duì)間隙內(nèi)爐底的角度系數(shù) 式中:料坯厚度; a 間隙寬;取間隙a約為料坯厚度的0.40.5倍, a=0.4250mm=100mm 所以: 因?yàn)?在假定金屬黑度=1的條件下,分析間隙內(nèi)料坯側(cè)面與爐膛及間隙內(nèi)爐底之間的輻射熱交換,可以導(dǎo)出有間隙和無間隙兩種條件下的金屬獲得熱量比,它的倒數(shù)即為有間隙和無間隙的加熱時(shí)間比;式中:t相對(duì)加熱時(shí)間,即有間隙和無間隙的加熱時(shí)間之比; a,b,分別為間隙寬,料坯寬度,料坯厚度; 各段加熱時(shí)間為:所以: 2.5 爐子主要尺寸確定2.5.1 長度計(jì)算(1)有效長度 式中: p爐子

14、生產(chǎn)率，p=245t/hb料坯寬度;b=2200mm g料坯平均單重(2) 預(yù)熱段長度 (3) 加熱段長度 (4)均熱段長度2.5.2 爐門數(shù)量和尺寸及爐膛各部分用耐火材料的確定(1) 連續(xù)式加熱爐爐門有進(jìn)料爐門,出料爐門,操作爐門,窺視爐門,人孔等;這些爐門數(shù)量和尺寸的確定總的原則是:在滿足操作要求的條件下,爐門數(shù)量越少,開門尺寸越小越好,這樣可以減少爐門的散熱損失,提高爐子的熱效率.主要爐門的確定如下:(a)裝料門:爐門寬度b進(jìn)：連續(xù)步進(jìn)梁式加熱爐通常都是采用端進(jìn)料,其寬度等于爐膛內(nèi)寬b,即b進(jìn)=b=8.12m 爐門高度h進(jìn)：是指步進(jìn)爐固定梁上表面至爐門上沿下表面之間的距離,對(duì)于步進(jìn)爐可取

15、大于料坯(方坯或板坯)厚度與步進(jìn)高度之和.這里取250mm+200mm=400mm;(b)出料門: 爐門寬度b:若采用側(cè)出料時(shí),則需很大爐門,且容易卡鋼,結(jié)構(gòu)和操作上都很困難.從尺寸上考慮,因板坯教寬,故多用端出料.其寬度等于爐膛內(nèi)寬b=8.12m,由于出料端溫度很高,所以出料門帶有水冷管. 爐門高度h進(jìn)：同裝料門一樣.(c)操作爐門: 用做操作之用，如進(jìn)出返回鋼坯，清除氧化鐵皮等。三段連續(xù)加熱爐一般設(shè)在均熱段和加熱段,每側(cè)23個(gè)操作爐門,爐門開孔尺寸以操作方便為準(zhǔn),通常為：464580mm(寬)400500mm(高),本題設(shè)6個(gè)操作爐門,兩側(cè)各3個(gè),具體尺寸 580mm(寬) 464mm(高

16、), 采用60。拱頂結(jié)構(gòu).(d)人孔結(jié)構(gòu)一般為180。拱頂,尺寸一般為580mm(寬)(8001000)mm(高),人孔與其它爐門不同,當(dāng)爐子正常工作時(shí),用耐火磚砌堵封嚴(yán),只有停爐檢修時(shí)才拆開.(2)爐膛各部分耐火材料的確定 爐頂: 當(dāng)b3.5m時(shí),一般采用吊頂.吊頂根據(jù)溫度條件多選用各種澆注料,與使用可塑料相比,可縮短修爐周期,提高爐子作業(yè)率,從而降低燃料消耗,p658頁,本設(shè)計(jì)采用耐火混凝土澆注料,它強(qiáng)度高,材料易得,施工方便,適用與無酸堿侵蝕及一般爐子或熱工設(shè)備內(nèi)襯,本設(shè)計(jì)在加熱段和均熱段采用磷酸耐火混凝土,它的最高使用溫度1450度;預(yù)熱段采用礬土水泥耐火混凝土,它的最高使用溫度135

17、0度,厚450mm,其熱導(dǎo)率可參考p25頁,圖19.爐墻:當(dāng)爐墻不太高時(shí),一般用232464mm粘土磚和116232mm絕熱磚雙層結(jié)構(gòu).上冊(cè)p349頁, 側(cè)墻一般厚464580mm;故本設(shè)計(jì)選用348mm(3塊)粘土磚和116mm(1塊)絕熱磚,其中絕熱磚選用硅藻土磚。2.5.3 步進(jìn)式加熱爐水梁的設(shè)計(jì)與選?。簠⒄障聝?cè)p107頁的布料情況,根據(jù)下冊(cè)p70頁,固定梁與活動(dòng)梁的中心距一般600mm,如果再小就會(huì)阻擋從爐子下部傳到料坯下表面的熱量,使固定梁和活動(dòng)梁的下表面加熱不充分,加劇了料坯與梁接觸部分的黑印,間距過大將會(huì)加大熱損失。鋼坯在水梁上的最小懸臂為200mm,一般取200350mm,這里

18、取a=300mm;綜上所述和前面的計(jì)算,這里取料坯端頭至爐墻的距離為300mm。 固定梁之間的距離為3000mm; 活動(dòng)梁之間的距離為1000mm; 固定梁的懸臂長度為300mm; 活動(dòng)梁的懸臂長度為300mm+1000mm=1300mm;驗(yàn)算:間距 : = 故間距1300mm在最大范圍內(nèi),合理 本設(shè)計(jì)取4根固定梁,4根活動(dòng)梁,如圖所示 300mm 300 300 160 1000mm 1000mm 1000mm 固定梁 活動(dòng)梁 活動(dòng)梁 固定梁 爐膛中心線圖2-1步進(jìn)式加熱爐梁分布本設(shè)計(jì)采用雙排料，上圖僅繪出對(duì)稱圖形的一半，另一半對(duì)稱排列在爐膛中心線的右側(cè)2.6 爐膛熱平衡與燃料消耗量計(jì)算基準(zhǔn)

19、溫度為車間內(nèi)環(huán)境平均溫度，設(shè)其為202.6.1 爐膛熱收入q入爐料燃燒化學(xué)熱q燒設(shè)爐膛燃料消耗量為b(標(biāo)m3/h)，則預(yù)熱空氣進(jìn)入爐膛物理熱q空， 查表,空氣在350c時(shí)c=1.296 kj/標(biāo)m3c,金屬氧化放熱q放 式中: g爐子產(chǎn)量,kg/時(shí)a 氧化燒損率%,氧化燒損率一般為13%,這里取1.5%, 則: 2.6.2 爐膛熱支出q出 加熱金屬帶出物理熱q 式中: t,t分別為產(chǎn)品出爐溫度和物料入爐平均溫度c,c分別為產(chǎn)品在0t和物料在0t之間的平均比熱容,由時(shí)鋼的比熱為c產(chǎn)=0.68716 kj/(kg)，則，=9.840kj/h 出爐膛廢氣帶出的物理熱損失q 式中: 單位燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生

20、的煙氣量 t爐膛廢氣溫度c, c分別為廢氣在0t和0t之間的平均比熱容 t=800， t=20 壁導(dǎo)熱損失 式中:t壁爐壁內(nèi)表面溫度, t環(huán)爐子周圍環(huán)境溫度 s各層耐火材料砌筑厚度 各層耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù) 0.014爐墻外表面向周圍大氣傳熱熱阻, f爐壁外表面積(a) 爐膛內(nèi)表面平均溫度的計(jì)算a) 加熱段已知 =0.5119 g加=0.266125 m加=0.8,代入得(b) 預(yù)熱段已知:=0.5929 g預(yù)=0.26044 m預(yù)=0.8(c)均熱段已知: g均=0.23716 m均=0.8 (b)環(huán)境平均溫度: =20(c)爐膛導(dǎo)熱損失的計(jì)算1）爐墻導(dǎo)熱損失的計(jì)算本設(shè)計(jì)爐墻選用348mm(3

21、塊)粘土磚和116mm(1塊)絕熱磚,其中絕熱磚選用硅藻土磚。預(yù)熱段爐墻導(dǎo)熱損失 查工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)p308 設(shè)交界處則：黏土磚平均溫度 硅藻土磚平均溫度則： 所以：驗(yàn)算 與假設(shè)結(jié)果相差無幾，故不必再假設(shè)。那么：預(yù)熱段爐墻粘土磚與硅藻土磚交界處實(shí)際溫度： 預(yù)熱段爐墻外表溫度： 同理可計(jì)算出其他部位爐墻導(dǎo)熱損失，計(jì)算結(jié)果列于下表: 表2-3 爐墻導(dǎo)熱損失爐壁部位爐壁內(nèi)表面積(m2)導(dǎo)熱損失(kj/h)爐壁外表溫度()預(yù)熱段爐墻117.408509627.5579加熱段爐墻285.351324956.55985均熱段爐墻54270441.923912）爐頂導(dǎo)熱損失的計(jì)算本設(shè)計(jì)在加熱段和均熱段采用磷酸

22、耐火混凝土,它的最高使用溫度1450度；預(yù)熱段采用礬土水泥耐火混凝土,它的最高使用溫度1350度。厚450mm,其熱導(dǎo)率可參考p25頁,圖19。爐頂導(dǎo)熱損失可仿照爐墻導(dǎo)熱損失的計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果填入下列表格中。表2-4爐頂導(dǎo)熱損失爐壁部位爐壁內(nèi)表面積(m2)導(dǎo)熱損失(kj/h)爐壁外表溫度()預(yù)熱段爐頂158.89693757.1981加熱段爐頂304.871397250.984均熱段爐頂68.52343152.0388所以：爐子水冷構(gòu)件的吸熱損失 爐子水冷構(gòu)件采用雙層絕熱包扎，它的熱損失包括兩個(gè)方面：梁的吸熱損失和立柱的吸熱損失。其中計(jì)算立柱的吸熱損失時(shí)，首先要確定立柱在各個(gè)加熱段內(nèi)的分布及根

23、數(shù)，具體見cad圖。（a）均熱段已知 查鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料下冊(cè)， （b）加熱段由前面的計(jì)算得， （c）預(yù)熱段 經(jīng)爐門的散熱損失=+(a)經(jīng)爐門的輻射熱損失查鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料p325，=4.88(，千卡/時(shí) 式中：爐門處的爐溫，k 角度修正系數(shù)，查手冊(cè)圖7-55， 單位時(shí)間內(nèi)爐門開啟時(shí)間，分鐘 a)經(jīng)出料爐門的輻射熱損失均熱段爐氣溫度 =1225+273=1498k爐門開啟面積 查手冊(cè)圖7-55，知：取，則 b)經(jīng)進(jìn)料爐門的輻射熱損失所以=+=(b)經(jīng)爐門的溢氣損失查鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料p325， 其中：式中：冒出氣體的平均比熱，千卡/標(biāo)流量系數(shù)，厚墻取0.82，薄墻取0.62

24、，爐門的高，米 b爐門的寬，米周圍空氣的重度，公斤/t冒出煙氣的溫度，冒出煙氣在該溫度下的重度，公斤/氣體膨脹系數(shù)，查鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)資料，p325，在一般火焰爐的熱平衡計(jì)算中，本項(xiàng)熱損失常包括在第二項(xiàng)出爐煙氣帶走的熱量中，不單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。 故本項(xiàng)熱損失可以忽略。其他熱損失這些熱損失包括爐底散熱損失，操作爐門散熱熱損失等。這些熱損失一般小于熱收入量的5%，可直接取熱收入量的2%3%即可。 =0.03因此 =+2.6.3 爐膛熱平衡式與燃料消耗量爐膛熱平衡式 即： =16.506 b=11336.57燃料消耗量由爐膛熱平衡式可得燃料消耗量標(biāo)2.6.4 爐膛熱平衡表 將上述計(jì)算計(jì)算數(shù)據(jù)總結(jié)，列表如

25、下表2-5 爐膛熱平衡表爐膛熱收入爐膛熱支出序號(hào)項(xiàng)目熱量%序號(hào)項(xiàng)目熱量%1燃料燃燒化學(xué)熱201.6982.21加熱金屬物理熱98.4040.102預(yù)熱空氣帶入物理熱22.949352出爐膛廢氣物理熱73.57303金屬氧化放熱20.748.453冷卻水帶出物理熱58.92444爐壁導(dǎo)熱損失4.541.8555經(jīng)爐門熱損失2.61.0666其它2.360.96合 計(jì)245.37100合 計(jì)245.371002.6.5 爐子工作指標(biāo)單位燃耗:標(biāo)/噸單位熱耗: (鋼)爐膛熱效率:爐子熱效率:注：為了給爐子提高生產(chǎn)率留有余量，在選擇燒嘴數(shù)量及燃燒能力時(shí)，爐子實(shí)際燃料消耗量可為計(jì)算值的1.1倍，即2.7

26、 煤氣燒嘴的選用2.7.1 選擇依據(jù)燃料種類: 焦?fàn)t煤氣；煤氣低發(fā)熱值:17790.4993 kj/標(biāo)m3；爐子最大燃料消耗量: b=12470.7標(biāo)m3/h；爐子最大濕空氣需要量: 預(yù)熱空氣溫度：=350；供熱分配:加熱段:上加熱40.3%,下加熱42.9%;均熱段: 上加熱6.5%,下加熱10.3%; 總計(jì): 上加熱46.8%,下加熱53.2%;2.7.2 燒嘴布置和燒嘴選型連續(xù)加熱爐爐溫高，爐溫均勻性好，因此燒嘴燃燒火焰要有一定的長度和鋪展面。故決定選用火焰可調(diào)式燒嘴。.該加熱爐上加熱采用端燒嘴和爐頂平焰燒嘴和側(cè)燒嘴;下加熱采用側(cè)燒嘴供熱.下加熱:這里取16個(gè)燒嘴,其燃燒能力為600標(biāo)m

27、/h，型號(hào)為mty600。上加熱: 加熱段采用側(cè)燒嘴, 這里取8個(gè)燒嘴, 其燃燒能力為600標(biāo)m/h:，由于加熱段較長，加熱段分兩段，一段取側(cè)燒嘴4個(gè)，一段取頂燒嘴5個(gè)。 均熱段采用爐頂平焰燒嘴, 其燃燒能力為150標(biāo)m/h 這里取6個(gè)燒嘴,分三排,每排2個(gè),燒嘴間距為: 取2800mm滿足最小安裝間距.2.8 空氣換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算2.8.1 已知數(shù)據(jù)出爐膛煙氣溫度(由工藝給出)：t廢膛=800出爐膛煙氣流量：進(jìn)換熱器空氣溫度:t混氣=20燒嘴前要求空氣預(yù)熱溫度t混=3504 熱空氣流量(按設(shè)計(jì)燃料消耗量b計(jì)算)： 2.8.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)換熱器煙氣溫度（考慮煙道降溫?fù)p失）：=750；進(jìn)換熱器煙氣

28、流量：m-換熱器前煙氣溢氣損失系數(shù),一般m=0.050.3.取m=2,則:=50029；進(jìn)換熱器空氣溫度： t混氣=20； 換熱器空氣溫度(考慮熱網(wǎng)管道降溫?fù)p失)：=380；預(yù)熱空氣流量(考慮生產(chǎn)率提高10%的可能性):v=59008標(biāo)m3/h； 2.8.3 設(shè)計(jì)方案換熱器種類：金屬換熱器換熱器結(jié)構(gòu)：平滑直管金屬換熱器（帶“十”字形紐帶插入件）；換熱器規(guī)格：；熱器布置：順（直）排。換熱管中心距，m換熱器氣流方向及流速:逆叉流.管外流煙氣,設(shè);管內(nèi)流空氣,設(shè) 2.8.4 設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算換熱器煙氣溫度 式中：換熱器利用系數(shù)，取其為0.9； 分別為煙氣和空氣的平均比熱，查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料1-5可

29、得，分別為: , ,1.296 kj/(m3)、1.296 kj/(標(biāo)m3)計(jì)算換熱器換熱面積（a）計(jì)算預(yù)熱空氣在換熱器中獲得的熱量=（b）計(jì)算換熱器中煙氣與空氣的平均溫壓（） （c）計(jì)算傳熱系數(shù)k， 式中，分別為煙氣側(cè)和空氣側(cè)的給熱系數(shù)換熱器器壁熱阻，對(duì)于金屬換熱器，很小，又很大，故值可忽略不計(jì)。則 (a)計(jì)算管外煙氣側(cè)給熱系數(shù)=+a)計(jì)算輻射給熱系數(shù)=， 式中： 查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表5-4得 kj/(m2hc)b)計(jì)算對(duì)流給熱系數(shù) 故 =+=2112.25）(b) 計(jì)算管內(nèi)空氣側(cè)給熱系數(shù)因?yàn)榭諝庵腥託怏w含量極少,其輻射給熱系數(shù)可忽略不計(jì),只須計(jì)算=（12.624+0.006688

30、），）其中，由于管內(nèi)插入“十”字形紐帶插入件，對(duì)流給熱系數(shù)是光管的2.08倍。故 kj/(m2hc)所以 傳熱系數(shù) kj/(m2hc)由于換熱器使用中可能出現(xiàn)積灰等現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)降低，影響空氣預(yù)熱溫度，所以實(shí)際傳熱系數(shù)用計(jì)算出的k值乘以降低系數(shù)加以修正。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，此處取則 kj/(m2hc)將kj/(m2hc)代入則換熱器換熱面積2.8.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定換熱管長度首先確定煙道尺寸（a）計(jì)算煙道流通面積， 式中：進(jìn)入煙道煙氣流量，=50029標(biāo)m3/h ；煙道中煙氣流量，查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-1，取。則 (b) 確定煙道尺寸根據(jù)，查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料6-4（拱頂角180）煙道

31、尺寸： 2552mm（寬）3180mm（高）(c) 確定換熱管長度根據(jù)換熱管長度煙道高度，并考慮換熱管的熱膨脹性,故換熱管長度3000mm計(jì)算換熱管根數(shù)（a）計(jì)算單根換熱管的換熱面積由設(shè)計(jì)方案確定換熱管采用75.53.75mm鋼管，則單根換熱管換熱面積：（b）計(jì)算換熱管根數(shù)換熱管布置（a）計(jì)算垂直煙氣流動(dòng)方向斷面上的換熱管列數(shù)式中： 煙氣流量按=50029標(biāo)m3/h ； 流經(jīng)換熱器的煙氣流速，取=3標(biāo)m/s； 垂直煙氣流動(dòng)方向斷面上的相鄰換熱管間距，=2=0.151m； 換熱管外徑，=0.0755m； 換熱管長度，=3 m。故： 取20根(b)計(jì)算沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向上的換熱管排數(shù)(a)計(jì)算空氣流通

32、截面上的換熱管排數(shù)式中： 空氣流量，按設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)=59008標(biāo)m3/h； 流經(jīng)換熱器的空氣流速，取=8標(biāo)m/s；換熱管內(nèi)徑，=（0.0755-0.00375*2）=0.068m故： （b）計(jì)算沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向上的換熱器排數(shù) 取28排（c）計(jì)算換熱器行程數(shù)取m=2,其結(jié)構(gòu)布置見下圖圖2-2 換熱器結(jié)構(gòu)簡圖2.8.6 確定換熱器材質(zhì)計(jì)算換熱器最高壁溫本換熱器內(nèi)氣流為逆叉式，煙氣入口處和空氣出口處管壁溫度最高，煙氣出口處和空氣入口處管壁溫度最低。即分別有：查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表5-5，換熱管可采用兩種材質(zhì)，即表面滲鋁碳鋼管和碳鋼管。換熱管煙氣出口處1213排換熱管采用表面滲鋁碳鋼管，其余換熱管采用碳

33、素鋼管。2.8.7 計(jì)算換熱器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)熱效率溫度效率換熱器煙器側(cè)阻力損失該換熱器管子排列為直排，阻力損失即：其中，煙氣流速：； 煙氣平均溫度： 由燃料燃燒計(jì)算得： 阻力系數(shù) 其中: n沿氣流方向的管子排數(shù),2行程,n=282=56,所以:且 已知燃料燃燒計(jì)算中煙氣成分,查表,計(jì)算運(yùn)動(dòng)黏度:則 查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-8得：直排管束阻力修整系數(shù)所以 換熱器空氣側(cè)阻力損失（a）局部阻力損失a)空氣人口擴(kuò)張局部損失冷空氣人口管道斷面積 冷空氣人口風(fēng)箱斷面積 冷空氣人口氣體流速 面積比 查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-7，則b)預(yù)熱空氣由風(fēng)箱進(jìn)出換熱管局部損失2行程時(shí),預(yù)熱空氣由風(fēng)箱進(jìn)出換熱管

34、共4次，可近似認(rèn)為阻力損失相等.換熱管中空氣流速 換熱管中空氣平均溫度 查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-7，c) 預(yù)熱空氣在下風(fēng)箱90拐彎阻力損失下風(fēng)箱流動(dòng)斷面積 下風(fēng)箱空氣流動(dòng)速度：下風(fēng)箱空氣溫度 查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-7，d) 預(yù)熱空氣出口收縮局部損失出口管斷面積 預(yù)熱空氣溫度 t空=380預(yù)熱空氣出口流速 熱空氣出口風(fēng)箱斷面積 面積比 f/f=2.29/3.47=0.66查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-7，(b) 摩擦阻力損失查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-6，(輕微氧化金屬管道) 則 所以: 2.9 空氣管路阻力損失計(jì)算及鼓風(fēng)機(jī)選擇2.9.1 計(jì)算條件進(jìn)換熱器空氣流量（鼓風(fēng)量）：；出

35、換熱器空氣流量（考慮換熱器漏風(fēng)損失5%）：；進(jìn)換熱器空氣溫度（當(dāng)?shù)卮髿馄骄鶞囟龋?；出換熱器空氣預(yù)熱溫度：；換熱器前空氣管道中空氣流速（查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-1）：；換熱器換熱管中空氣流速（換熱器設(shè)計(jì)值）：；換熱器后空氣管道中空氣流速（查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-1）：；空氣量分配：上加熱端燒嘴40.3%和爐頂燒嘴6.5%；下加熱側(cè)燒嘴53.2%(每側(cè)各26.6%) 2.9.2 管路分段根據(jù)管路分段原則，將下圖中所示空氣管路系統(tǒng)分段如下： 機(jī)出口到換熱器入口； 換熱器； 換熱器出口到總管分岔處 風(fēng)管分岔處到上部加熱燒嘴供風(fēng)集管； 總風(fēng)管分岔處到下加熱供風(fēng)集管 加熱集管到側(cè)燒嘴。 2.

36、9.3 各區(qū)段空氣流量、管道直徑、規(guī)格及空氣流速風(fēng)機(jī)出口到換熱器人口 換熱器出口到總管分叉處總風(fēng)管分岔處到上加熱燒嘴供風(fēng)集管(流量占46.8%)風(fēng)管分岔處到下加熱集管(流量占53.2%)；加熱集管到側(cè)燒嘴(一側(cè)占26.6%)；2.9.4 確定計(jì)算阻力損失的管路系統(tǒng)根據(jù)阻力損失計(jì)算原則，確定按到下部側(cè)燒嘴管路系統(tǒng)進(jìn)行阻力計(jì)算（該管路系統(tǒng)阻力最大）。則該供風(fēng)管路系統(tǒng)由下列區(qū)段組成：段鼓風(fēng)機(jī)出口到換熱器入口；段換熱器；段換熱器出口到總管分叉處；段總管分叉處到下加熱集管；段下加熱集管到側(cè)燒嘴。 2.9.5 計(jì)算阻力損失采用表格計(jì)算方法，見下表a) 換熱器出口后的風(fēng)路，采用管外包扎。包扎后的熱風(fēng)管路散熱

37、降溫可查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-5。預(yù)熱溫度小于400度,包扎后按散熱降溫1.5度/米計(jì)算.b) 第3欄和第7欄是按管路布置圖6預(yù)先設(shè)計(jì)的?！?”表示氣流上升，“-”表示氣流下降。c) 第9欄0時(shí)的密度根據(jù)氣體種類查閱火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表1-5。d) 第10欄0時(shí)的流量根據(jù)上述空氣流量分配求得。e) 第11欄0時(shí)的流速按第10欄和第6欄數(shù)據(jù)求得。f) 第9欄0時(shí)的密度根據(jù)氣體種類查閱火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表1-5。g) 第10欄0時(shí)的流量根據(jù)上述空氣流量分配求得。h) 第9欄0時(shí)的密度根據(jù)氣體種類查閱火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表1-5。i) 第9欄0時(shí)的密度根據(jù)氣體種類查閱火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參

38、考資料表1-5。分段名稱2風(fēng)機(jī)出口到換熱器換熱器換熱器出口到主分叉處主分叉處到下加熱集管端頭下加熱集管到均熱下側(cè)燒嘴通道尺寸分段長度l(m)39另行計(jì)算9208管道規(guī)格（外徑壁厚mm）415206172061320610206管道內(nèi)徑（當(dāng)量直徑）d(m)51.5081.7081.3081.008氣體流通橫截面積f(m2)61.7852.2901.3430.798垂直管高度h(m)7+5+3-4+1氣體參數(shù)種類8冷空氣熱空氣熱空氣熱空氣密度0（kg/標(biāo)m3）91.2931.2931.2931.293流量v0（標(biāo)m3/h）10590085608629822.8614911.43流速w0(標(biāo)m/s)

39、119.186.805.35.19平均溫度t均（）1220373.25351.5330.5通道阻力損失pa 摩擦損失摩擦阻力系數(shù)130.040.040.040.041458.4770.7741.5438.501513.9614.9225.411222局部損失阻力系數(shù)：i來源n個(gè)數(shù)j數(shù)值16171.81.42.661.6718105.2599.08110.5064.30幾何損失地區(qū)大氣最高溫度（）19414141大氣密度(kg/m3）201.1241.1241.124氣體密度(kg/m3）210.5460.5650.58522-17.011+21.935-5.2876分段阻力損失(pa)2311

40、9.21346.7496.991578571.23j) 第10欄0時(shí)的流量根據(jù)上述空氣流量分配求得。表2-6 阻力損失表k) 第11欄0時(shí)的流速按第10欄和第6欄數(shù)據(jù)求得。l) 第12欄為各段氣體的平均溫度，對(duì)于管道絕熱包扎的降溫按1.5/m計(jì)算。第段的平均溫度：末端溫度：第段的平均溫度：末端溫度：第段的平均溫度： 末端溫度：m) 第13欄值查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-6。n) 第14欄速度頭由第9、11、12欄中數(shù)據(jù)求得。o) 第3、12、14欄數(shù)據(jù)相乘，再除以第5欄數(shù)據(jù)，結(jié)果填入第15欄。l) 第16欄局部系數(shù)查火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料表6-7。標(biāo)明局部阻力系數(shù)，相同系數(shù)合并相加。m) 將

41、以上同一分段中的局部阻力系數(shù)總和填入第17欄。n) 將第14欄與第17欄數(shù)據(jù)乘積填入第18欄。o) 第19欄數(shù)據(jù)年最高大氣溫度取41。p) 按第20 欄公式計(jì)算大氣密度。q) 第21欄由第9、12欄數(shù)據(jù)代入求得。r) 第22欄由第7、20、21欄數(shù)據(jù)代入求得。氣流向上流動(dòng)用“-”表示，向下流動(dòng)用“+”表示。s) 將分段的第15、18、22欄數(shù)據(jù)相加填入第23欄。t) 將換熱空氣側(cè)阻力損失見第5節(jié)換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)，填入第23欄換熱器分段中。u) 把各段壓力損失相加得到總阻力損失，填入第24欄h總=792.02pa2.9.6 鼓風(fēng)機(jī)的選擇主要是額定壓力和額定流量的選擇鼓風(fēng)機(jī)工作時(shí)，額定壓力主要用來克服下列阻力損失：空氣管路壓力損失。由上表得=792.02pa.流量孔板壓力損失.因自動(dòng)化部分還未計(jì)算,在這里取=1000pa流量調(diào)節(jié)蝶閥壓力損失,因自動(dòng)化部分還未計(jì)算,這里取=600pa氣燒嘴用空氣壓力損失.本設(shè)計(jì)選擇的是調(diào)焰燒嘴,查出的數(shù)值是該燒嘴在且空、煤氣均不預(yù)熱條件下的燃燒能力。而現(xiàn)在空氣預(yù)熱溫度到350。煤氣低發(fā)熱值為17790.4993kj/標(biāo)m