加熱爐設(shè)計唐山津西鋼鐵廠蓄熱式加熱爐設(shè)計

1、學(xué)學(xué) 號：號：XXXXXXXXXXXX 畢業(yè)設(shè)計說明書 GRADUATE DESIGN 設(shè)計題目：唐山津西鋼鐵廠 80t/h 蓄熱式加熱爐設(shè)計 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： XXXXXX 專業(yè)班級：專業(yè)班級： XXXXXX 學(xué)學(xué) 院：院：冶金與能源學(xué)院冶金與能源學(xué)院 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 2006 年年 06 月月 12 日日 目目錄錄 摘 要.1 ABSTRACT.2 引 言.3 1 初步設(shè)計.4 1.1 加熱爐的初步設(shè)計.4 1.1.1 技術(shù)條件和要求.4 1.2 燃料的選 擇.4 1.2.1 固體燃料.4 1.2.2 液體燃料.4 1.2.3 氣體燃料.5 1.3 爐型的選擇.5 1.3.1 爐

2、子類型.5 1.3.2 鋼坯在爐內(nèi)的放置及加熱方式.6 1.3.3 鋼坯的裝爐、出爐方式.6 1.4. 燃燒裝置的形式及其安放位置的確定.6 1.5 蓄熱裝置的形式及其安放位置的確定.7 1.6 爐子供風(fēng)及排煙系統(tǒng)的選擇.8 1.6.1 鼓風(fēng)機.8 1.6.2 排煙方式.8 1.6.3 換向系統(tǒng).9 1.7 汽化冷卻系統(tǒng).9 1.8 爐子方案示意圖 .10 2 技術(shù)設(shè)計.11 2.1 燃料燃燒計算.11 2.1.1 燃燒計算的目的及內(nèi)容.11 2.1.2 燃燒計算的已知條件.11 2.1.3 燃料燃燒計算步驟.12 2.2 爐膛熱交換.19 2.2.1 預(yù)確定爐膛主要尺寸.19 2.2.2 各

3、段平均有效射線行程.20 2.2.3 爐氣中 2 CO和)( 2 汽HO分壓.21 2.2.4 預(yù)確定各段爐氣溫度.21 2.2.5 各段爐氣的黑度.21 2.2.6 各段爐墻和爐頂對鋼坯的輻射角度系數(shù).23 2.2.7 按爐氣溫度計算導(dǎo)來輻射系數(shù) C 的計算式：.23 2.3 鋼坯加熱時間計算.24 2.3.1 均熱段鋼坯加熱有關(guān)參數(shù).24 2.3.2 加熱段鋼坯加熱有關(guān)參數(shù).26 2.3.3 預(yù)熱段鋼坯加熱有關(guān)參數(shù).27 2.4 爐膛基本尺寸的確定.28 2.4.1 爐子的基本尺寸.28 2.4.2 爐門數(shù)量和尺寸.30 2.4.3 爐子結(jié)構(gòu)及其操作參數(shù).31 2.5 燃料消耗量計算.31

4、 2.5.1 熱量收入.31 2.5.2 熱量支出.34 2.5.3 爐膛熱平衡與燃料消耗量.38 2.5.4 爐膛熱效率.38 2.6 燃燒裝置的布置.40 2.6.1 選擇依據(jù).40 2.8.2 燒嘴布置.40 2.7 砌體設(shè)計.40 2.7.1 爐底的砌筑.41 2.7.2 爐墻的澆注.41 2.7.3 爐頂?shù)钠鲋?41 2.7.4 爐子砌體膨脹縫的留設(shè).41 2.7.5 耐火材料溫度計算.42 2.8 爐子的鋼結(jié)構(gòu).43 2.9 爐底水管布置及強度計算.44 2.9.1 爐底水管的規(guī)格.44 2.9.2 爐底水管強度計算.45 2.10 管道系統(tǒng)設(shè)計.53 2.10.1 設(shè)計原則.53

5、 2.10.2 管道膨脹補償裝置.53 2.10.3 流量的確定.54 2.10.4 空(煤)氣管道阻力計算及鼓風(fēng)機選擇.54 結(jié) 論.64 翻 譯.65 致 謝.65 參考文獻.66 摘 要 蓄熱式燃燒技術(shù)是上世紀(jì) 90 年代國際燃燒領(lǐng)域研究開發(fā)并大力推廣應(yīng)用的 一項全新高效節(jié)能環(huán)保燃燒技術(shù)。隨著加熱爐技術(shù)的發(fā)展和新型爐用材料的不 斷問世，加熱爐的加熱技術(shù)在近年來得到了飛速發(fā)展，其中尤為突出的是蓄熱 式燃燒技術(shù)，備受國內(nèi)外加熱爐行業(yè)的關(guān)注1。 蓄熱式加熱爐采用空氣煤氣雙預(yù)熱的蓄熱式技術(shù)。其空氣煤氣預(yù)熱溫度都 達到 1000。從課程設(shè)計計算的加熱爐的熱平衡可以知道，高溫?zé)煔庥酂釒ё?的熱量占燃

6、料爐供給總熱量的 30-50，因此如何利用好這部分熱量是加熱爐 節(jié)能降耗的關(guān)鍵。而蓄熱式燃燒技術(shù)對高溫?zé)煔獾挠酂徇_到很高的回收率，其 熱量回收率可達到 80。實現(xiàn)了高預(yù)熱溫度空氣、燃氣和低氧濃度（2%5% O2）條件下的穩(wěn)定燃燒，具有大幅度降低煙氣中排放量（100ppm）及 x NO x NO CO2排放量減少 30%以上的雙重優(yōu)越性。2 關(guān)鍵詞: 蓄熱式加熱爐；熱平衡；空氣煤氣雙預(yù)熱 ABSTRACT The combustion technology of accumulation of heat is brand-new combustion technologies of energy

7、 saving of environmental protection her in last century the international combustion field research development of 90 decade can combine popularize application vigorously. It is developed fast that as heat furnace and the development of furnace technology to use, the heating technology of material t

8、hat comes out continuously and heat furnace has gotten in recent years. What stick out particularly is that the type combustion technology of accumulation of heat gets the solicitude of domestic and international heating furnace circle. The heating furnace adopts the heating furnace of accumulation

9、of heat that empty gas pair preheats. Its air gas preheat temperature reach 1000 . From the hot balance of the heating stove of course design calculation, can know , the surplus tropics of high temperature of flue gas go to heat take fuel stove supply total heat 30- 50%, therefore how to be heating

10、stove energy saving using this part of heat fall consume key. In addition, the type combustion technical surplus heat of accumulation of heat for the flue gas of high temperature reaches very high recovery to lead, its heat recovery rate can reach 80%. Have realized preheat temperature air high , bu

11、rn the steady combustion under air and the condition of low oxygen density ( 2% 5% O2 ). Have reduce the discharge capacity in flue gas ( 100 ppm ) substantially and the CO2 double superiority of discharge capacity that reduces 30% more. Keywords: heating furnace of accumulation of heat, heat balanc

12、e, air and gas pair preheated 引 言 加熱爐是鋼材加工的重要設(shè)備，也是鋼鐵企業(yè)的主要能耗設(shè)備。自 1973 年石油危機以來，燃料費用猛增。隨著工業(yè)產(chǎn)品市場競爭日益激烈和環(huán)保要求 越來越高，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，如何降低燃料消耗和減少環(huán)境污染已經(jīng)引 起普遍重視，鋼鐵工業(yè)更是如此。 多年來，加熱爐技術(shù)人員一直在改進爐體結(jié)構(gòu)、燃燒器、回收煙氣余熱、 優(yōu)化加熱工藝、控制和管理及采用新型保溫材料等方面尋求各種節(jié)能措施，以 提高爐子的熱效率。 從加熱爐的熱平衡可以知道，高溫?zé)煔庥酂釒ё叩臒崃空几鞣N燃料爐供給 總熱量的 30-50%，因此如何利用好這部分熱量是工業(yè)爐節(jié)能降耗的關(guān)

13、鍵。 高效蓄熱式燃燒系統(tǒng)是 90 年代以來，在發(fā)達國家開始普遍推廣應(yīng)用的一種 全新型燃燒技術(shù)。它具有高效煙氣余熱回收和高溫預(yù)熱空氣以及低 N0 x排放多 種優(yōu)越性，主要用于冶金、化工、電力、機械、建材等工業(yè)部門中的各種工業(yè) 燃料爐，并已呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的勢頭。3 在查閱相關(guān)文獻設(shè)計資料的基礎(chǔ)上，綜合考慮本設(shè)計采用高效蓄熱式燃燒 技術(shù)，將助燃空氣煤氣雙預(yù)熱到 1000，并采用全架空爐底、不連續(xù)滑軌、汽 化冷卻等較先進的技術(shù)。 1 初步設(shè)計 1.1 加熱爐的初步設(shè)計 1.1.1 技術(shù)條件和要求 該加熱爐為新建爐子，因此要充分保證技術(shù)的可靠性，成熟性，并盡可能 降低投資費用。 1. 加熱爐型式：推鋼式

14、加熱爐 2. 加熱坯料：1801803300 3. 加熱鋼種：普碳鋼 （含碳量 0.2） 4. 加熱能力：80 ht/ 5. 燃料名稱：高爐煤氣 6. 燃料熱值： 2831.75 3 /mkJ 7. 爐底水管冷卻方式：汽化冷卻 8. 加熱爐進出料方式：端進端出 1.2 燃料的選擇 大多數(shù)加熱爐中，一般都采用燃料作為能源。能源又有固體燃料、液體燃 料、和氣體燃料之分。以下是各種燃料的優(yōu)缺點： 1.2.1 固體燃料 固體燃料雖價格低廉，但是存在一系列缺點，如：能源的利用及熱量的利 用效率不高、運輸量大、燃燒過程不易調(diào)節(jié)、不易實現(xiàn)自動化、加熱質(zhì)量較差 爐型結(jié)構(gòu)受燃燒條件限制較大、勞動強大、環(huán)境易受污

15、染等。 如果將固體燃料制成粉煤進行燃燒，可使燃燒效率及燃燒溫度大為提高， 并為劣質(zhì)煤在較高溫度加熱爐上的應(yīng)用開辟了前景。然而制造粉煤需要一套昂 貴而且構(gòu)造較復(fù)雜的專門設(shè)備，并且總體上對環(huán)境的污染較為嚴(yán)重。 1.2.2 液體燃料 液體燃料主要是重油和渣油。使用液體燃料， （1）燃燒時溫度波動小。爐 溫高，調(diào)節(jié)范圍大，有條件實現(xiàn)自動控制（2）儲存運輸方便，灰分少，損耗??； （3）燃燒裝置可以安裝在爐子的各個部位，易于實現(xiàn)不同工藝的要求。缺點是： 霧化動力消耗大，噪音大，價格較貴，且調(diào)節(jié)、控制系統(tǒng)較復(fù)雜，設(shè)備維護工 作量較大。尤其是油中硫、釩及其氧化物對金屬具有較強的腐蝕性。 1.2.3 氣體燃料

16、氣體燃料是最理想的加熱爐燃料，在加熱爐燃燒工藝中顯示出來的優(yōu)越性 是固體燃料和液體燃料所不能比擬的。它除了具有液體燃料的主要優(yōu)點外，還 有以下優(yōu)點：(1) 過?？諝庀禂?shù)低，燃燒完全，容積熱負(fù)荷高，燃燒過程容易 調(diào)節(jié)，易于實現(xiàn)自動控制。(2) 對工藝的適應(yīng)性好，可滿足不同溫度要求和火 焰長度的要求。(3) 煤氣可預(yù)熱，有利于提高爐溫，燃燒后無黑煙，無積灰， 環(huán)境干凈，設(shè)備簡單；但也有缺點：(1) 長距離輸送和貯存困難，適用范圍受 限制，煤氣供應(yīng)有賴于氣源情況。(2) 有些煤氣成分波動大較大，一般在同樣 預(yù)熱空氣的條件下，熱效率比油低。(3) 按一定比例與空氣混合后有爆炸的危 險。 因此，綜合考慮

17、采用唐山津西鐵廠自產(chǎn)的高爐煤氣。其具體成分如下： （%） CO 2 CO 2 H 4 CH 2 N 20 20 1.6 0.48 57.92 1.3 爐型的選擇 當(dāng)燃料種類一定后，爐型的選擇應(yīng)綜合考慮加熱爐的類型、鋼坯在爐內(nèi)的 受熱和放置情況以及裝出料方式等因素。爐型的選擇將直接關(guān)系到整個車間設(shè) 計及生產(chǎn)線的安排。 1.3.1 爐子類型 本次加熱爐要求晝夜連續(xù)生產(chǎn)，并且加熱品種單一、產(chǎn)量較大，而料坯又 適合推鋼，因此采用推鋼式連續(xù)加熱爐，推鋼式加熱爐是軋鋼車間歷史較長使 用最廣一種爐型，和其他爐型相比，它產(chǎn)量較高，結(jié)構(gòu)簡單，投資省，建造快， 維修也較方便。在采用空氣和煤氣雙預(yù)熱燃燒方式后，整個

18、加熱爐的燃燒為加 熱爐兩側(cè)的換向燃燒，爐內(nèi)氣流流動方向為橫向流動，沒有沿縱向的氣流流動。 在這種情況下，加熱爐采用簡單的平頂、平底爐型，并不再設(shè)置中間隔墻。加 熱爐的所以煙氣都經(jīng)由爐墻壁上的蓄熱燒嘴排出，加熱爐不設(shè)另外的煙道，也 不設(shè)置冷卻煙氣、加熱鋼坯的預(yù)熱段。 1.3.2 鋼坯在爐內(nèi)的放置及加熱方式 在確定爐子類型之后，進一步確定鋼坯在加熱爐內(nèi)的放置方式和加熱方式。 由于采用推鋼式加熱爐，爐底為架空爐底，鋼坯采用雙排布置。因此鋼坯為雙 面加熱 。 1.3.3 鋼坯的裝爐、出爐方式 連續(xù)加熱爐的鋼坯大多從爐尾端部進入，而鋼坯的出爐方式有側(cè)出料和端 出料兩種方式。端出料加熱爐雖然吸風(fēng)或冒火較嚴(yán)

19、重，但在車間布置上占有較 大又可以沿軋制輥道布置數(shù)座加熱爐。側(cè)出料時需要專門的出料裝置，且只能 在輥道端點布置一座加熱爐，但爐門位于零壓線以上，從加熱爐熱工角度看， 性能優(yōu)于端出料。合金鋼及高速線材加熱最好采用側(cè)出料，以減少因爐門吸冷 風(fēng)而造成的氧化。 唐山津西鐵廠為適應(yīng)以后的爐子及車間布置，其裝、出爐方式采用端進端 出料方式。 1.4. 燃燒裝置的形式及其安放位置的確定 燃料燃燒裝置的基本作用是組織燃料在爐內(nèi)的燃燒過程，達到完全燃燒， 并形成良好的氣體力學(xué)條件，從而保證料坯在爐內(nèi)的良好加熱。燃料的燃燒方 式及燃燒裝置的形式，一方面取決于燃料的種類、性質(zhì)及工藝要求，另一方面 又很大程度上決定著

20、爐型的結(jié)構(gòu)。燃燒裝置是任何以燃料燃燒為熱源的加熱爐 必不可少的裝置。 選擇燃燒方法以及相應(yīng)的選用燃燒裝置時，主要考慮的影響因素有：燃料 種類、燃料發(fā)熱量、加熱爐的熱工制度、加熱爐構(gòu)造和熱負(fù)荷、空氣煤氣預(yù)熱 溫度及其壓力條件等。加熱爐裝置一般有如下要求： 1. 在加熱爐所需要的熱負(fù)荷條件下，在盡可能小的空氣消耗系數(shù)下保證 燃料的完全燃燒。 2. 能根據(jù)爐溫制度的變化的要求，在規(guī)定的供熱能力變化范圍內(nèi)，保證 穩(wěn)定的燃燒過程。 3. 按照爐型和加熱工藝的要求，保證火焰有一定的外形尺寸以及必要的 氣體力學(xué)條件。 4. 注意改善勞動條件，保證安全生產(chǎn)，便于操作和管理。 本設(shè)計采用外置分立蓄熱式燒嘴，爐子

21、每側(cè)外部安裝多個空氣、煤氣蓄熱 式燒嘴，每個蓄熱器里裝有蜂窩狀蓄熱體，在通過煙氣的半個周期內(nèi)蓄熱體蓄 熱，經(jīng)過換向后，被預(yù)熱介質(zhì)流經(jīng)蓄熱體時，被蓄熱體釋放的熱量預(yù)熱到 1000的高溫，每個空氣蓄熱器與煤氣蓄熱器相鄰不知，一個空氣噴口和一個 煤氣噴口組成一個燒嘴。燒嘴噴出口就成了各自蓄熱器的煙氣進口。這種蓄熱 式燃燒器有如下突出特點： 其結(jié)構(gòu)類似一般燒嘴，能直接安裝在爐子側(cè)墻上，并保持原爐墻厚度，而 不像內(nèi)置式蓄熱爐那樣將爐墻加厚至一米多。 煤氣蓄熱體和空氣蓄熱體在爐外分開布置，但空氣與煤氣通道截然分開， 完全避免了煤氣與空氣互串的危險。 蓄熱器中的蓄熱體采用陶瓷蜂窩體，它具有比表面積大、耐高溫

22、、耐急冷 耐熱性好、導(dǎo)熱性能好、更換容易等優(yōu)點；此外燃燒器采用合理結(jié)構(gòu)，使得蜂 窩體的裝入與卸出都很方便。 每個燃燒器前的煤氣和空氣連接管上都按有手動調(diào)節(jié)閥，從而使得各個燃燒 器、特別是上部與下部燃燒器的能力能夠按需要進行調(diào)節(jié)。維修方便 ，在不影 響爐子正常生產(chǎn)的情況下可以更換蓄熱體。 1.5 蓄熱裝置的形式及其安放位置的確定 在排煙口和煙囪之間的煙道上設(shè)置換熱裝置主要用來預(yù)熱空氣和煤氣。其 目的有二：其一，在使用發(fā)熱量較低的燃料時有利于燃燒，有利于提高爐溫； 其二，在使用發(fā)熱量較高的燃料時，則以節(jié)能降耗為主，提高燃燒效率，節(jié)約 燃料。 根據(jù)工作原理，空氣、煤氣換熱裝置可分為蓄熱式和換熱式兩類

23、。換熱式 按所使用的材質(zhì)的不同，又可分為金屬換熱器和陶瓷換熱器。 金屬換熱器由低碳鋼、滲鋁鋼、生鐵、耐熱鋼等材料制成。當(dāng)煙氣溫度高 于 1000時，可選用輻射式金屬換熱器。當(dāng)煙氣溫度低于 1000時，可選用對 流式金屬換熱器。確定換熱器的形式應(yīng)根據(jù)煙氣溫度、換熱器材質(zhì)、熱工參數(shù) 和經(jīng)濟上的合理性綜合考慮。 陶瓷換熱器主要由耐火粘土和碳化硅等耐火材料制成的元件組成。因此， 它可承受遠比金屬換熱器更高的煙氣溫度，而且在如此高溫下也能保證較長的 壽命。 采用蓄熱室能使被預(yù)熱的介質(zhì)預(yù)熱溫度達 1000以上，一般預(yù)熱后介質(zhì)直 接進入爐內(nèi)，沿程溫降較小。蓄熱室設(shè)置在爐墻兩側(cè)。蓄熱體的種類由三類： 陶瓷小球

24、、陶瓷拉西環(huán)和陶瓷蜂窩體蓄熱體。其主要優(yōu)缺點： 陶瓷小球蓄熱體表面積較蜂窩體表面積小、阻力大、單位體積傳熱能力小 在前些年有所使用。隨著我國耐材工藝的提高逐漸被蜂窩體蓄熱體所代替。 蜂窩體蓄熱體具有表面積大、阻力低、體積小等優(yōu)點因此本次設(shè)計經(jīng)過比 較選用蜂窩體蓄熱體。其換向時間根據(jù)蓄熱體裝設(shè)量的多少而控制在約 20s 內(nèi)。 1.6 爐子供風(fēng)及排煙系統(tǒng)的選擇 1.6.1 鼓風(fēng)機 鼓風(fēng)機有兩類，一是定容風(fēng)機，另一類是定壓風(fēng)機。 定容風(fēng)機也稱容積式風(fēng)機，它在不同工況下的鼓風(fēng)量變化不大，而風(fēng)壓隨 外界阻力的改變而改變。這類鼓風(fēng)機適于阻力可能變動而風(fēng)量變化不大的爐子 如沖天爐、高爐等，而加熱爐上很少使用

25、。 定壓風(fēng)機與定容風(fēng)機相反，它在不同工況下的風(fēng)壓變化不大，而風(fēng)量隨外 界阻力變化而有很大變化。離心式風(fēng)機和軸流式風(fēng)機都屬于這一類。加熱爐上 供燃燒用的一般都選用離心式風(fēng)機，供通風(fēng)的都采用軸流式風(fēng)機。 1.6.2 排煙方式 加熱爐的排煙方式分為自然排煙和機械排煙。前者指煙囪排煙、直接排放 和依靠自然抽力的排煙罩等；后者指排煙機排煙和引射排煙等。 1. 自然排煙 在自然排煙方式中，煙囪自然排煙是加熱爐采用的一種主要排煙方式。煙 囪分為磚煙囪、鋼筋混凝土煙囪、金屬煙囪三種。目前設(shè)在車間外面的煙囪， 低于 60 米的大都用磚煙囪，高于 60 米的大都用鋼筋混凝土煙囪。設(shè)在車間里 的大都采用金屬煙囪。

26、設(shè)置在連續(xù)式加熱爐爐尾的排煙罩，也大都采用自然排煙方式，排煙管可 就近引出廠房外，也可根據(jù)具體情況引入爐子的排煙系統(tǒng)或另用機械排煙。 2. 機械排煙 當(dāng)爐子排煙系統(tǒng)阻力較大不便于自然排煙或由其他特殊要求時，可采用機 械排煙方式。機械排煙分為直接式和間接式兩種。 直接排煙采用排煙機。一般排煙機使用溫度為 200，最高不超過 250。 排煙溫度超過 250時，可將煙氣預(yù)先摻冷風(fēng)降溫后再進入排煙機。 間接排煙采用噴射器，通常噴射器用的噴射介質(zhì)為蒸汽或鼓風(fēng)機送風(fēng)。采 用噴射器排煙可以不受煙氣溫度和煙氣含塵量的限制，但動力消耗比排煙機增 加 1.52 倍。 本次設(shè)計的加熱爐為蓄熱式加熱爐，排煙溫度可以降

27、低到 200以下，根 據(jù)系統(tǒng)需要采用排煙機排煙的方式。 1.6.3 換向系統(tǒng) 采用分側(cè)分段換向系統(tǒng)，在加熱爐每側(cè)每段使用兩座兩位三通換向閥分別 對空氣、煤氣系統(tǒng)進行換向。解決了雙側(cè)集中換向存在的換向時爐內(nèi)熄火時間 長、雙蓄熱方式下煤氣浪費大、爐子兩側(cè)工作狀態(tài)不平衡等問題，另外，采用 二位三通閥換向方式，爐子兩側(cè)的閥與管道對稱，消除了爐子兩側(cè)熱狀態(tài)不均 的問題。 分側(cè)二位三通閥換向的優(yōu)點： 減少了換向過程中的煤氣損耗； 加快了換向過程，增加了系統(tǒng)的安全性； 縮短了換向閥到燒嘴之間的管道長度和體積； 保證了加熱爐兩側(cè)工作狀態(tài)的平衡； 分擔(dān)了設(shè)備故障風(fēng)險，更利于安全生產(chǎn)。 爐側(cè)和端墻采用立柱支撐。側(cè)

28、墻采用 2320等柱距，立柱采用組合槽鋼結(jié) 構(gòu)。 爐頂采用圈梁上加吊爐頂橫梁組成的箱式結(jié)構(gòu)。爐頂圈梁和吊爐頂橫梁分 別采用組合槽鋼和工字型鋼，有用以吊掛爐頂錨固磚的小型工字鋼、鋼管構(gòu)成 的吊掛機構(gòu)件，用以吊掛爐頂?shù)腻^固磚。爐頂?shù)牟僮?、檢修平臺、上部管道、 換向閥，以及儀表用的走臺均由爐子上部鋼結(jié)構(gòu)支撐。 1.7 汽化冷卻系統(tǒng) 對爐子的某些金屬部件進行冷卻目的一是提高其強度和使用壽命，如水梁、 縱水管等；二是為了改善勞動條件，如：水冷爐門框等。 冷卻方式有兩種：汽化冷卻和水冷卻。汽化冷卻與水冷卻相比有如下優(yōu)點： 1. 汽化冷卻冷卻效果好，可節(jié)約冷卻系統(tǒng)用水； 2. 可以將冷卻部件產(chǎn)生的熱損失大部

29、分轉(zhuǎn)化成蒸汽來加以利用； 3. 汽化冷卻采用軟化水，所以管道不易有沉淀和結(jié)垢，使?fàn)t內(nèi)金屬構(gòu)件 的壽命比水冷時提高很多。 盡管汽化冷卻有以上優(yōu)點，但存在汽化冷卻投資高，對水質(zhì)要求較高，產(chǎn) 生的蒸汽量不穩(wěn)定等缺點。 由于爐子產(chǎn)量較高達到 80，綜合考慮采用汽化冷卻。 ht 汽化冷卻用水參數(shù)： 1. 循環(huán)水要求 水 壓： 0.3MPa； 入水溫度： 32； 排水溫度： 50 2. 汽化冷卻用軟水要求 水 壓： 1.5MPa； 水 質(zhì)： 硬度0.04mg/L； 硬 度： 0.04mg/L 1.8 爐子方案示意圖 爐子方案示意圖見圖 1 1.齒條式推鋼機 2.加熱爐爐體 3.空氣蓄熱燒嘴 4.煤氣蓄熱燒

30、嘴 5.空 氣換向閥 6.煤氣換向閥 7.煤氣支管 圖 1 分段分側(cè)空煤氣雙蓄熱式燒嘴加熱爐示意圖 圖 1 分段分側(cè)空煤氣雙蓄熱式燒嘴加熱爐示意圖 2 技術(shù)設(shè)計 2.1 燃料燃燒計算 2.1.1 燃燒計算的目的及內(nèi)容 燃燒計算包括如下內(nèi)容： 燃料的低位發(fā)熱量（ d Q ） ； 單位燃料完全燃燒失的空氣需要量( n L )； 單位燃料完全燃燒時的燃燒產(chǎn)物量（ n V ） ； 燃燒產(chǎn)物的成分及其密度（） ； 理論燃燒溫度（L t ） 燃燒計算的目的是為加熱爐設(shè)計提供必要的參數(shù)。計算空氣需要量的目的 在于合理有效地控制燃燒過程，合理地選擇燃燒設(shè)備及鼓風(fēng)機和供風(fēng)管道系統(tǒng)、 設(shè)計燃燒裝置提供必要的依據(jù)。

31、燃燒產(chǎn)物生成量及其密度的計算是設(shè)計煙道、 煙囪系統(tǒng)，選用引風(fēng)機等必不可少的依據(jù)。 由燃燒產(chǎn)物成分的計算可以進行爐氣黑度的計算，進而可做傳熱計算。 理論燃燒溫度是計算爐溫的重要原始數(shù)據(jù)之一。在爐子的熱量總消耗已知 的情況下，根據(jù)燃料的發(fā)熱量即可求出總的燃料消耗量。 2.1.2 燃燒計算的已知條件 燃燒計算中必需的已知條件如下： 1. 燃料的種類及成分： 燃料種類：高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣 高爐煤氣成分：（） 2 H 4 CH 2 N CO 2 CO 20 20 1.6 0.48 57.92 轉(zhuǎn)爐煤氣成分：（） 2 H 4 CH 2 N CO 2 CO 55 6 1.8 0 37.2 2. 燃燒方法及空

32、氣消耗系數(shù) n 由于采用蓄熱式燒嘴，空氣消耗系數(shù)取 n1.05 3. 空氣、燃料的預(yù)熱溫度。 采用雙預(yù)熱空氣煤氣都預(yù)熱到 1000。 2.1.3 燃料燃燒計算步驟 1. 換算燃料成分 對于固體、液體燃料，應(yīng)先將已知的燃料成分（干燥成分、可燃成分 等）換算成應(yīng)用成分，才能繼續(xù)進行以后的一系列計算、 應(yīng)用成分（）干成分（） 100 100 y W 應(yīng)用成分（）可燃成分（） 100 100 yy WA 式中：為應(yīng)用基水分的重量百分?jǐn)?shù)；為應(yīng)用基灰分的重量百分 y W y A 數(shù)。 當(dāng)氣體以干成分給出時，也應(yīng)將其換算成濕成分。 將氣體燃料的干成分換算為濕成分的換算系數(shù) k 為： k100 100 2 s

33、 OH 而 100 00124 . 0 1 00124 . 0 2 2 2 干 干 OH OHs g g OH 100m3濕煤氣中水蒸氣的體積；m3 s OH2 相應(yīng)溫度下 1 m3 干氣體中所包含的水蒸氣的重量， 干 OH g 2 3 mg 具體數(shù)值可由附表查的。 由此可得高爐煤氣的濕成分： gs COkCO 22 gs COkCO 100 00124 . 0 1 00124 . 0 2 2 2 干 干 OH OHs g g OH 總計100 由手冊可查的 20時每立方米煤氣所包含的水蒸氣量： 18.98 干 OH g 2 3 mg 則 100 00124. 01 00124 . 0 2 2

34、 2 干 干 OH OHs g g OH 100 98.1800124 . 0 1 98.1800124 . 0 2.30 k100 100 2 s OH 100 30 . 2 100 0.977 高爐煤氣的濕成分為： gs COkCO 22 0.97720 19.54 gs COkCO 0.97720 19.54 gs HkH 22 0.9771.6 1.56 gs CHkCH 44 0.9770.48 0.47 gs NkN 22 0.97757.92 56.59 2.30 s OH2 總計100 轉(zhuǎn)爐煤氣的濕成分為： gs COkCO 22 0.9776 5.86 gs COkCO 0.

35、97755 53.74 gs HkH 22 0.9771.8 1.76 gs NkN 22 0.97737.2 36.34 2.30 s OH2 總計100 2. 燃料低發(fā)熱值的計算。 高爐煤氣的低發(fā)熱值可根據(jù)其化學(xué)成分計算： 127.7 107.6 358.8 s dw Q s CO s H2 s CH4 127.719.54107.61.56358.80.47 2831.75 3 /mkJ 轉(zhuǎn)爐煤氣的低發(fā)熱值根據(jù)其化學(xué)成分計算： 127.7 107.6 s dw Q 2 s CO s H2 127.753.74107.61.76 7051.2 3 /mkJ 3 空氣消耗系數(shù)的確定。 燃燒計

36、算中應(yīng)合理地選取空氣過剩系數(shù) n ?？諝庀南禂?shù)的選取與燃料的 種類、燃燒方法以及燃燒裝置的形式有關(guān)，參考如下： 固體燃料：n1.201.50 氣體燃料：無焰燒嘴 n1.021.05；有焰燒嘴 n1.101.20 液體燃料：低壓燒嘴 n1.101.15；高壓燒嘴 n1.201.25 蓄熱式燒嘴屬有焰燒嘴，取 n1.11 4 單位燃料完全燃燒時空氣需要量與燃燒產(chǎn)物量。 高爐煤氣的空氣需要量及燃燒產(chǎn)物量 理論空氣需要量(): 0 L 0.0476(0.50.52-) g L0 g H2 g CO g CH4 g O2 0.0476(0.51.60.52020.48-0) 0.560 33 /mm

37、(10.00124) s L0 g L0 HO g 0.56(10.0012418.98) 0.573 33 /mm 實際空氣需要量() n L g n L g Ln 0 1.110.560 0.622 33 /mm s n L s Ln 0 1.110.573 0.636 33 /mm 實際燃燒產(chǎn)物量() n V n V 2 CO V OH V 22 O V 2 N V 式中： 2 CO V01 . 0 )( 2 4 ss s COCHCO 2 HO V OH s n sss gLHOCHH 24 00124 . 0 01 . 0 )2( 22 2 O V g Ln 0 ) 1(21 . 0

38、 2 N V01 . 0 )79( 2 g n s LN 所以得：(19.540.4719.54) 0.012 CO V 0.396 33 /mm 2 HO V OH s n sss gLHOCHH 24 00124 . 0 01 . 0 )2( 22 (1.5620.472.30)0.010.001240.63618.98 0.063 33 /mm 2 O V g Ln 0 ) 1(21 . 0 0.21(1.11-1)0.560 0.013 33 /mm 2 N V01 . 0 )79( 2 g n s LN (56.59790.636)0.01 1.068 33 /mm - 0.3960

39、.0630.0131.068 n V 1.54 33 /mm 5 燃燒產(chǎn)物的成分與密度。 燃燒產(chǎn)物的成分： 2 CO 100 2 n CO V V 0.396/1.54100 25.72 2 HO 100 2 n OH V V 0.063/1.54100 4.09 2 O 100 2 n O V V 0.013/1.54100 0.84 2 N 100 2 n N V V 1.068/1.54100 69.35 總計100 燃燒產(chǎn)物的密度()： 1004 .22 28321844 2 2 2 2 NOOHCO 100 4 . 22 53.692884 . 0 3209 . 4 1872.254

40、4 1.419 3 mkg 6 理論燃燒溫度 實際燃燒溫度 l t s t 1000時空氣的平均定壓比熱 1.4391 k cmkJ/ 3 20時空氣的平均定壓比熱 1.3256 ek c mkJ/ 3 預(yù)熱空氣帶入的物理熱 n 1000-n20 k Q k c ek c 1.111.43911000-1.111.325620 1567.97 3 /mkJ 1000時煤氣的平均定壓比熱 r c 100 1 )( 2422 2422 NCHCOCOOH NCHCOCOOH ccccc (1.72502.31.39856.591.41519.541.3311.562.7000.472.2 1519

41、.54)/100 1.5736 mkJ/ 3 20時煤氣的平均定壓比熱 er c . 100 1 )( 2.4.2. 2422 NCHCOCOOH NreCHreCOreCOre2OHre ccccc (1.646319.541.299556.591.52702.31.302219.541.27 951.561.58350.47)/100 1.374 mkJ/ 3 高爐煤氣帶入物理熱量 1000-20 r Q r c er c 1.57361000-1.37420 1546.12 3 /mkJ 先假設(shè)溫度為 2000，可查手冊計算得燃燒產(chǎn)物的平均比熱 p C 100 1 )( 22222222

42、 NNOOCOCOOHOH VcVcVcVc (1.94494.091.485169.531.57140.842.371525.72) /100 1.735 mkJ/ 3 查得 2000時蒸汽分解度分別為： 5.5； 5.55 OH2 2 CO 2 CO f 2 CO f 可得 f Q )(10802)(12645 2222 HHOOCOCO VfVf 126455.525.721.54/100108025.554.091.5 4/100 313.23 3 /mkJ 可得理論燃燒溫度： pn frkd l CV QQQQ t 735. 154 . 1 23.31312.154697.15677

43、5.2831 2108 與假設(shè)溫度 2000相比，理論溫度高出 108，所以理論燃燒溫度再假設(shè)為 2050。 當(dāng)燃燒溫度為 2050，可查手冊計算得燃燒產(chǎn)物的平均比熱 p C 100 1 )( 22222222 NNOOCOCOOHOH VcVcVcVc (1.96334.092.469969.531.57850.842.371525.72) /100 1.7506 mkJ/ 3 由手冊查得 2050時蒸汽分解度分別為 7.4； OH2 2 CO 2 CO f 2 CO f 7.025 可得 f Q )(10802)(12645 2222 HHOOCOCO VfVf 126457.425.72

44、1.54/100108027.0254.091. 54/100 418.40 3 /mkJ 可得理論燃燒溫度： pn frkd l CV QQQQ t 1.750654. 1 40.41812.154697.156775.2831 2050 于假設(shè)溫度相同，所以理論燃燒溫度取 2050。 實際燃燒溫度（） s t s t lL t 0.722050 1476 式中： 爐溫系數(shù)，一般由如下經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。篖 室狀加熱爐： 0.750.8 L 均熱爐： 0.680.73 L 連續(xù)加熱爐：爐底強度 200300，0.750.8 hmkg 2 L 爐底強度 400600， 0.70.75 hmkg 2

45、L 熱處理爐： 0.650.7 L 本次加熱爐爐底強度為 570 所以可取 0.72 hmkg 2 L 2.2 爐膛熱交換 爐膛熱交換計算的主要目的是確定爐氣經(jīng)爐膛到爐料的總導(dǎo)來輻射系數(shù) C 值，為鋼坯加熱計算提供必要的數(shù)據(jù)。工程上應(yīng)用的計算式都是根據(jù)加熱爐實 際工況進行假設(shè)簡化后的理想情況下得出的公式。這些假設(shè)條件是：(1)爐氣充 滿爐膛，且在整個爐膛內(nèi)的溫度是均勻的。爐氣對于爐膛和鋼坯的輻射線和反 射線在任何方向上的吸收率相等；(2)爐壁和鋼坯表面溫度都是均勻的；(3)爐氣 以對流傳熱方式傳給爐壁的熱流在數(shù)值上等于爐壁向外的散熱。在爐膛輻射熱 交換中爐壁只是輻射傳熱的中間體，既不獲得熱量也

46、不失去熱量，即爐壁的輻 射差額熱流等于零。爐壁有效輻射等于爐氣、鋼坯輻射給它的熱量；(4)爐膛看 作是一個封閉體系。 由計算可知加熱爐的爐溫高于 1000，且爐氣為自然流動，所以爐膛熱交 換以輻射傳熱為主。 2.2.1 預(yù)確定爐膛主要尺寸 1 爐子的寬度 取決于料坯的排數(shù)和長度，可利用下式來進行計算 Bnl（n1）a (21) 式中: B 爐子的內(nèi)寬，m a 每排料坯之間的間隙，一般去a0.20.3m 對某些小鋼坯考慮到脫模后殘留尾部的影響，a 值可適當(dāng)取大些，但不應(yīng)過大， 否則會造成下部熱氣體嚴(yán)重上浮，下加熱不足影響加熱質(zhì)量。 因爐內(nèi)為雙排料，a 值取 0.25，可得加熱爐爐寬 B（n1）a

47、 nl 23.300（21）0.25 7.35 m 2 爐膛各段高度 查表，對燃氣中型加熱爐，取1500，1800 H H 3 爐膛各段長度：設(shè)加熱段長度為，預(yù)熱段長度為。 H H 2.2.2 各段平均有效射線行程 爐氣平均射線行程 S 決定于爐氣容積大小，可按聶夫斯基的近似公式計算： S m (22)F V4 式中：V充滿爐氣的爐膛體積，m3； F包圍爐氣的爐膛內(nèi)表面，； 氣體輻射有效系數(shù)，一般取0.850.9 。 1. 計算各段充滿爐氣得爐膛體積， (23a) BLHV (23b) BLHV (23c) BLHV 由上式可得： 1.5007.3511.025 V L L 3 m 1.500

48、7.3511.025 V 加 L 加 L 3 m 1.5007.3511.025 均 V 均 L 均 L 3 m 2. 計算各段包圍爐氣的爐膛內(nèi)表面 (24a) LBH2FK) ( (24b) LBH2FK) ( (24c) LBH2FK) ( 由上式可得： (21.57.35)10.35 K F 預(yù) L 預(yù) L (21.57.35)1.035 K F 加 L 加 L (21.57.35)1.035 K F 均 L 均 L 將計算結(jié)果分別帶入式(2-2)，并取0.9，得： 3.83 加 S 加 加 F V4 9 . 0 預(yù) 預(yù) L L 35.10 025.114 9 . 0 m 3.83 預(yù)

49、S 均 S 加 S m 2.2.3 爐氣中和分壓 2 CO)( 2 汽HO 由燃料計算得： 25.72/1000.2572 大氣壓2 CO P 4.09/1000.0409 大氣壓 OH P 2 2.2.4 預(yù)確定各段爐氣溫度 設(shè)加熱段溫度比加熱終了時鋼坯表面溫度高 60，即： 501190601250 加g t 表終 t 設(shè)預(yù)熱段溫度950： 預(yù)g t 設(shè)均熱段溫度為 1250 2.2.5 各段爐氣的黑度 1. 爐氣的黑度是指實際氣體的輻射能力與同溫度下黑體氣體輻射能 力的比值。氣體中具有輻射能力的充分是 、 (汽)等三原子氣體。2 COOH2 所以爐氣的黑度是氣體黑度與 (汽)黑度 之和，

50、即： g 2 COOH2 OH2 (25) g 2 CO OH2 式中：水蒸氣黑度修正系數(shù)； 與(汽)共存時爐氣黑度的修正系數(shù)。 2 COOH2 預(yù)熱段爐氣黑度 由 0.25723.830.985 SP 2 CO大氣壓 查手冊可得：0.21；2 CO 0.04093.830.157 SP OH2大氣壓 由手冊查得1.020.1220.16 OH2 0.115 2572. 00409 . 0 0409. 0 22 2 COOH OH PP P 0.29813.831.142，由手冊查得：0.045 sp 大氣壓 所以，預(yù)熱段爐氣黑度： g 2 CO OH2 0.210.160.045 0.325

51、 2. 均熱段爐氣黑度 由 0.25723.830.985 SPCO 2 大氣壓 查手冊可得：0.185；2 CO 0.04093.830.157 SP OH2大氣壓 由手冊查得1.020.120.124 OH2 0.137 0.25720.0409 0.0409 22 2 COOH OH PP P 0.29813.831.142 sp 大氣壓 由手冊查得：0.044 所以，加熱段爐氣黑度： g 2 CO OH2 0.1850.1240.044 0.265 2.2.6 各段爐墻和爐頂對鋼坯的輻射角度系數(shù) 對于平頂加熱爐： (26a) KM K F FM H nLM 2 (26b) KM K F

52、 FM H nLM 2 (26c) KM K F FM H nLM 2 由式(26a)、(26b)、(26c)可得 0.6377 KM 51.57.32 3.32 0.6377 KM 1.57.352 3.32 0.6377 KM 1.57.352 3.32 2.2.7 按爐氣溫度計算導(dǎo)來輻射系數(shù) C 的計算式： (27) )1 ()1 ( )1 (1 43.20 ggMgKMg gKMMg gKM C 取鋼坯的黑度0.8，由式(27)可得：M 預(yù)熱段導(dǎo)來輻射系數(shù) )259 . 0 1 (259. 08 . 0)259. 01 (6377 . 0 259 . 0 )259 . 0 1 (637

53、7 . 0 1 8 . 0259 . 0 43.20 預(yù) gKM C 9.948 )Kh( 4 kJ 加熱段導(dǎo)來輻射系數(shù) )312 . 0 1 (312 . 0 8 . 0)312 . 0 1 (6377 . 0 312 . 0 )312 . 0 1 (6377 . 0 1 8 . 0312 . 0 43.20 預(yù) gKM C 8.702 )Kh( 4 kJ 均熱段導(dǎo)來輻射系數(shù)與加熱段輻射導(dǎo)來系數(shù)相等： 8.702 預(yù)均gKMgKM CC )Kh( 4 kJ 2.3 鋼坯加熱時間計算 首先將三段連續(xù)加熱爐用四個界面分成三個區(qū)段，即：鋼坯入爐處(爐尾) 為 0 界面；預(yù)熱段終了、加熱段開始處為

54、1 界面；加熱段終了、均熱段開始處 為 2 界面；均熱終了鋼坯出爐處為 3 界面。則：01 為預(yù)熱段，12 為加熱段， 23 為均熱段。計算順序為界面 3、2、1。 2.3.1 均熱段鋼坯加熱有關(guān)參數(shù) 已知鋼坯表面溫度和最大斷面溫差，求算均熱段爐氣溫度。 計算依據(jù)(由加熱工藝給出)： 鋼坯表面溫度1190 表終 i 鋼坯最大斷面溫差50 終 i 1. 均熱段為（第三類邊界條件）所以其熱傳導(dǎo)微分方程式的解為： (31) as s a tt tt g g ， 表 均 表 2 (32) as s a tt tt g g ， 中 均 中 2 式中： 爐氣溫度，； g t 加熱終了時鋼坯表面溫度，； 表

55、 t 加熱終了時鋼坯中心溫度，； 中 t 加熱開始時鋼坯斷面平均溫度，。 均 t 若鋼坯加熱開始時斷面溫度呈拋物線分布，則鋼坯斷面平均溫度可按 下式求得： 0.7 (33) 均 t 表 t 終 t 已知：1190，50由式(33)可得： 表 t 終 t 11900.7501155 3 t 2. 計算鋼坯表面熱流 (34) s t q 2 2 終 表 )h(kJ 式中： 鋼坯在加熱終了時平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，； )h(kJm 鋼坯在加熱終了時的斷面溫差，； 終 t 2s透熱深度，m 。 查表可得鋼坯平均溫度為 1155時的導(dǎo)熱系數(shù) 29.353.6105.66 )h(kJm 又已知50，2s0.

56、18m，故由式(3-4)可得： 終 t 18 . 0 5066.1052 3 表 q )h(kJ 3. 計算均熱段爐氣溫度 爐氣溫度可按下式計算： (35) 273 100 100 4 4 表表 T C q t gkm g 由式(35)可得1258 273 100 2731190 521 . 8 58700 100 4 4 3 g t 計算結(jié)果與假設(shè)均熱段爐氣溫度相差很小(125012584)，可以不必 重新設(shè)定和計算，故取1258 3g t 4. 鋼坯在均熱段加熱時間： (36) 表 qK is i 式中： s透熱深度，m； 鋼坯密度， 3 mkg 鋼坯在加熱過程中熱焓增量，； i kgkJ

57、 鋼坯形狀系數(shù)： i K 平板：1 i K 圓柱：2 i K 球體：3 i K 通過鋼坯表面熱流密度， 表 q)h(kJ 假設(shè)均熱段開始時鋼坯斷面溫差為 150，則其斷面平均溫度為 1190-0.71501085 1085時鋼坯的比熱0.6879 p c )(kJ kg 1155時鋼坯的比熱0.6904 p c )(kJ kg 鋼坯熱焓增量0.690411550.6879108561 i kgkJ 1155時鋼坯密度為 7497 3 kg m 由式(36)可計算出鋼坯在均熱段加熱時間 0.45 h1174001 61749709 . 0 2.3.2 加熱段鋼坯加熱有關(guān)參數(shù) 加熱段終了鋼坯表面溫

58、度為 1190，150由式(33)可得 終 t 11900.71501085 3 t 計算鋼坯表面熱流 查表可得鋼坯平均溫度為 1085時的導(dǎo)熱系數(shù) 28.353.6102.06 )h(kJm 又已知加熱段150，2s0.18m，故由式(3-5)可得： 終 t 09. 0 15006.1022 2 q )h(kJ 1. 計算加熱段爐氣溫度 由式(33)可得 1248 273 100 2731085 702 . 8 170100 100 4 4 2 g t 計算結(jié)果與假設(shè)加熱段爐氣溫度相差很小(125012482)，可以不必重 新設(shè)定和計算，故取1248 3g t 2 鋼坯在加熱段加熱時間： 加

59、熱段開始時鋼坯溫度 900 斷面溫差為 100，則其斷面平均溫度為 900-0.7100830 830時鋼坯的比熱0.7034 ， p c )(kJ kg 1085時鋼坯的比熱0.6879 p c )(kJ kg 鋼坯熱焓增量0.687910850.7034830162.6 i kgkJ 830時鋼坯密度為 7618 ，1085時鋼坯密度為 7497 3 kg m 3 kg m 所以加熱段鋼坯平均密度7557.5 3 kg m 由式(36)可計算出鋼坯在均熱段加熱時間 1.06 h1170101 6 .162 5 . 755709 . 0 2.3.3 預(yù)熱段鋼坯加熱有關(guān)參數(shù) 查表可得鋼坯平均溫

60、度為 830時的導(dǎo)熱系數(shù) 25.93.693.24 )h(kJm 又已知預(yù)熱段90，2s0.09m，故由式(3-5)可得： 終 t 09 . 0 9024.932 1 q )h(kJ 1. 計算預(yù)熱段爐氣溫度 由式(35)得： 953 273 100 273800 948 . 9 58700 100 4 4 1 g t 計算結(jié)果與假設(shè)加熱段爐氣溫度相差很小(9539503)，可以不必重新 設(shè)定和計算，故取953 3g t 2. 鋼坯在預(yù)熱段加熱時間： 預(yù)熱段終了時鋼坯溫度比加熱段開始時低 30即：預(yù)熱段終了溫度為 870 斷面溫差為 100，則其斷面平均溫度為 870-0.7100800 鋼坯