環(huán)形加熱爐設(shè)計(jì).doc

內(nèi)蒙古科技大學(xué)目錄一、燃料燃燒計(jì)算11.1燃料成分11.2空氣需要量和燃燒產(chǎn)物量及其成分的計(jì)算21.3燃燒產(chǎn)物密度計(jì)算31.4理論燃燒溫度的計(jì)算3二、鋼坯加熱時(shí)間的計(jì)算42.1預(yù)熱段計(jì)算42.2加熱段計(jì)算62.3均熱段計(jì)算82.4爐體長度的確定102.5加熱時(shí)間的確定11三、爐子基本尺寸的確定153.1爐膛寬度的確定153.2爐膛高度的確定15四、熱平衡計(jì)算及燃料消耗量的確定174.1熱量收入項(xiàng)174.2熱量支出項(xiàng)19五、設(shè)計(jì)總結(jié)27六、參考資料27一、燃料燃燒計(jì)算1.1燃料成分已知的天然氣成分見表1.1表1.1 天然氣成分天然氣種類CH4 CO2COH2N2CmHnO2H2O體積分?jǐn)?shù)（%）7.09.22117.142.60.60.22.31.2空氣需要量和燃燒產(chǎn)物量及其成分的計(jì)算理論空氣需要量（1-1）式中，為燃料中各成分的體積分?jǐn)?shù)?？諝膺^剩系數(shù)取n=1.1實(shí)際空氣需要量 （1-2）燃燒產(chǎn)物量 （1-3） （1-4）式中， ，為燃料中各成分的體積分?jǐn)?shù)。 （1-5）式中， ，為燃料中各成分的體積分?jǐn)?shù)；為實(shí)際空氣需要量，m3/m3；為1 m3干氣體所吸收的水蒸氣的重量，g/m3。 （1-6）式中 燃料中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)； 實(shí)際空氣需要量，m3/m3。 （1-7）式中 空氣過剩系數(shù)，取n=1.1； 理論空氣需要量，m3/m3。所以燃燒產(chǎn)物成分 （1-8） （1-9） （1-10） （1-11）1.3燃燒產(chǎn)物密度計(jì)算 （1-12）式中， ，為燃燒產(chǎn)物中各成分的體積分?jǐn)?shù)，%。1.4理論燃燒溫度的計(jì)算空氣預(yù)熱溫度t1 =400時(shí) （1-13）式中 燃料低位發(fā)熱量，kj/m3， =18004.18 kj/m3； 空氣的物理熱量，kj/m3；燃燒產(chǎn)物量，m3/m3。燃燒產(chǎn)物中的空氣含量 （1-14）式中 過剩空氣系數(shù)，n=1.1； 理論空氣需要量，m3/m3；燃燒產(chǎn)物量，m3/m3。查冶金加熱爐設(shè)計(jì)與實(shí)例圖2-3，得到理論燃燒溫度=1835二、鋼坯加熱時(shí)間的計(jì)算將環(huán)形加熱爐按爐長方向分為三個計(jì)算段，每段爐氣溫度取平均值并視作不變，進(jìn)行分段計(jì)算加熱時(shí)間和爐長2.1預(yù)熱段計(jì)算爐膛的內(nèi)表面積： （2-1）式中 爐膛高度，m，設(shè)預(yù)熱段高度H=1.3m； 爐膛寬度，m，設(shè)爐膛寬度B=6.5m；爐膛長度，m；預(yù)熱段長度，m。氣層有效厚度： （2-2）式中 氣體的輻射有效系數(shù)，取=0.9； 充滿氣體的容器體積，m3；容器的內(nèi)壁面積，m2；預(yù)熱段長度，m。 （2-3）式中 爐氣中CO2的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。 （2-4）式中 爐氣中H2O的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。當(dāng) 時(shí) （2-5）所以該溫度時(shí)的爐氣黑度為 （2-6）當(dāng)時(shí) （2-7）所以該溫度時(shí)的爐氣黑度為 （2-8） 式中 爐氣中CO2的黑度； 爐氣中H2O的黑度； 和水蒸氣分壓有關(guān)的校正系數(shù)，=1.06。砌體對鋼坯的角度系數(shù) （2-9）式中 鋼坯的受熱表面積，m2； 爐壁的內(nèi)表面積，m2。綜合輻射系數(shù) 預(yù)熱段溫度800 （2-10） 預(yù)熱段溫度1280 （2-11）式中 爐氣黑度； 鋼坯黑度；砌體對鋼坯的角度系數(shù)。2.2加熱段計(jì)算爐膛的內(nèi)表面積： （2-12）式中 爐膛高度，m，設(shè)加熱段高度H=1.5m； 爐膛寬度，m，設(shè)爐膛寬度B=6.5m；爐膛長度，m；加熱段長度，m。氣層有效厚度： （2-13）式中 氣體的輻射有效系數(shù)，取=0.9； 充滿氣體的容器體積，m3；容器的內(nèi)壁面積，m2；加熱段長度，m。 （2-14）式中 爐氣中CO2的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。 （2-15）式中 爐氣中H2O的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。當(dāng) 時(shí) （2-16）所以該溫度時(shí)的爐氣黑度為 （2-17）當(dāng)時(shí) （2-18）所以該溫度時(shí)的爐氣黑度為 （2-19） 式中 爐氣中CO2的黑度； 爐氣中H2O的黑度； 和水蒸氣分壓有關(guān)的校正系數(shù)，=1.06。砌體對鋼坯的角度系數(shù) （2-20）式中 鋼坯的受熱表面積，m2； 爐壁的內(nèi)表面積，m2。綜合輻射系數(shù) 預(yù)熱段溫度1280 （2-21） 預(yù)熱段溫度1350式中 爐氣黑度； 鋼坯黑度；砌體對鋼坯的角度系數(shù)。2.3均熱段計(jì)算爐膛的內(nèi)表面積： （2-22）式中 爐膛高度，m，設(shè)均熱段高度H=1.2m； 爐膛寬度，m，設(shè)爐膛寬度B=6.5m；爐膛長度，m；均熱段長度，m。氣層有效厚度： （2-23）式中 氣體的輻射有效系數(shù)，取=0.9； 充滿氣體的容器體積，m3；容器的內(nèi)壁面積，m2；均熱段長度，m。 （2-24）式中 爐氣中CO2的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。 （2-25）式中 爐氣中H2O的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。當(dāng) 時(shí) 所以該溫度時(shí)的爐氣黑度為 （2-26）當(dāng)時(shí) （2-27）所以該溫度時(shí)的爐氣黑度為 （2-28） 式中 爐氣中CO2的黑度； 爐氣中H2O的黑度； 和水蒸氣分壓有關(guān)的校正系數(shù)，=1.06。砌體對鋼坯的角度系數(shù) （2-29）式中 鋼坯的受熱表面積，m2； 爐壁的內(nèi)表面積，m2。綜合輻射系數(shù) 均熱段溫度1350 （2-30）均熱段溫度1280 （2-31）式中 爐氣黑度； 鋼坯黑度；砌體對鋼坯的角度系數(shù)。預(yù)熱段和均熱段交界處取平均值 （2-32）加熱段和均熱段交界處取平均值 （2-33）2.4爐體長度的確定最大生產(chǎn)率 預(yù)選爐底強(qiáng)度 加熱面積 （2-34） 又 （2-35） 有 爐長L的確定 （2-36）實(shí)際爐長 （2-37）式中 環(huán)形爐中徑，m。爐膛有效面積 （2-38）式中 鋼坯長度，m；有效爐長，m。2.5加熱時(shí)間的確定要求每小時(shí)加熱的鋼坯數(shù)為233根每根鋼坯的質(zhì)量為加熱時(shí)間的計(jì)算（1） 預(yù)熱時(shí)間的計(jì)算 （2） 加熱時(shí)間的計(jì)算 （3） 均熱時(shí)間的計(jì)算所以爐內(nèi)放置的鋼坯根數(shù)為 2331.136=265根在加熱完了時(shí)鋼坯的溫差為20，則加熱段終了時(shí)鋼坯的平均溫度為： （2-39）在此溫度下鋼坯的熱含量查鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料上冊 第47 頁 得：查相同資料第 48 頁得熱導(dǎo)率：加熱段終了進(jìn)入鋼坯表面的熱流為： （2-40）加熱段：加熱段終了處了爐氣溫度： （2-41） =1355.6 預(yù)熱段終了和加熱段開始處的鋼坯表面溫度先按700計(jì)算，然后再進(jìn)行校核。交界處熱流為： （2-42） =439857.951 鋼坯的溫度差為： （2-43）鋼坯的平均溫度： 此溫度下= 347.8 kj/kg （2-44） 加熱段內(nèi)鋼坯的熱含量增加值為： （2-45） 加熱段內(nèi)的平均熱流為： （2-46）鋼坯在加熱段內(nèi)的時(shí)間為： （7-61）加熱段的長度為： （2-47）均熱段：均熱段完了取岀爐時(shí)鋼坯的溫差為10，則均熱終了時(shí)鋼坯的平均溫度為： （2-48）在此溫度下鋼坯的熱含量，查鋼鐵廠工業(yè)設(shè)計(jì)參考資料上冊 第47 頁 得：熱導(dǎo)率，查鋼鐵廠工業(yè)設(shè)計(jì)參考資料上冊 第48 頁 得：均熱段終了進(jìn)入鋼坯表面的熱流為： （2-49）均熱段終了處的爐氣溫度： （2-50） 加熱段終了和均熱段開始處鋼坯的表面溫度按1200計(jì)算，然后再進(jìn)行校核。交界處的熱流為： （2-51） =159097.9594 鋼坯內(nèi)的溫度差為： （2-52）鋼坯的平均溫度為： （2-53）此溫度下= 754.7 kj/kg均熱段內(nèi)鋼坯的熱含量增加值為： （2-54）均熱段內(nèi)的平均熱流為： （2-55）鋼坯在均熱段內(nèi)的時(shí)間為： （7-71）均熱段的長度為： （2-56）預(yù)熱段：預(yù)熱段內(nèi)鋼坯的熱含量增加值為： （2-57） 預(yù)熱段爐長為： （） （2-58）鋼坯在預(yù)熱段內(nèi)的時(shí)間為： () （2-59）預(yù)熱段內(nèi)的平均熱流為： （2-60）預(yù)熱段開始處即裝料爐門口處的熱流為： （2-61）裝料爐門口處爐氣溫度為： （2-62） =201三、爐子基本尺寸的確定3.1爐膛寬度的確定 （3-1）式中 鋼坯長度，m。設(shè)計(jì)中實(shí)取爐寬為6.5m。3.2爐膛高度的確定（1）預(yù)熱段爐膛高度預(yù)熱段爐膛的有效高度 （3-2）式中 系數(shù)，A=0.55； 爐膛寬度，m；爐氣溫度，。預(yù)熱段爐膛的全高 （3-3）式中 爐膛的有效高度，m； 鋼坯的厚度，m。設(shè)計(jì)中實(shí)取預(yù)熱段爐膛高度為1.4m。（2）加熱段爐膛高度加熱段爐膛的有效高度 （3-4）式中 系數(shù)，A=0.65； 爐膛寬度，m；爐氣溫度，。加熱段爐膛的全高 （3-5）式中 爐膛的有效高度，m； 鋼坯的厚度，m。設(shè)計(jì)中實(shí)取加熱段爐膛高度為1.7m。（3）均熱段爐膛高度均熱段爐膛的有效高度 （3-6）式中 系數(shù)，A=0.55； 爐膛寬度，m；爐氣溫度，。 （3-7）式中 爐膛的有效高度，m； 鋼坯的厚度，m。設(shè)計(jì)中實(shí)取均熱段爐膛高度為1.5m。四、熱平衡計(jì)算及燃料消耗量的確定4.1熱量收入項(xiàng)（1）燃料燃燒的化學(xué)熱量 （4-1）式中 燃料消耗量，m3/h；燃料的低發(fā)熱量，kj/m3。（2）燃料帶入的物理熱量 （4-2）式中 燃料消耗量，m3/h；燃?xì)獾钠骄葻崛荩琸j/(m3)；燃?xì)獾念A(yù)熱溫度，。因燃料未進(jìn)行預(yù)熱，故可忽略。（3）空氣預(yù)熱帶入的物理熱量 （4-3）式中 燃料消耗量，m3/h；空氣過量系數(shù)；理論空氣需要量，m3/ m3；空氣的平均比熱容，kj/(m3)；空氣預(yù)熱溫度，。（4）霧化用蒸汽帶入的熱量 （4-4）式中 燃料消耗量，m3/h；理論空氣需要量蒸汽消耗量，kg/ kg；水蒸氣的溫度，；水蒸氣的平均比熱容，kj/(kg)。（5）鋼氧化反應(yīng)的化學(xué)熱量 （4-5）式中 由于鐵的氧化而放出的熱量；爐子小時(shí)產(chǎn)量，t/h；鋼坯氧化燒損率，kg/ kg。4.2熱量支出項(xiàng)（1）鋼加熱所需的熱量 （4-6）式中 爐子小時(shí)產(chǎn)量，t/h；鋼坯出爐時(shí)的熱含量，kj/kg；鋼坯裝爐時(shí)的熱含量，kj/kg。（2）出爐煙氣帶走的熱量 （4-7）式中 燃料消耗量，m3/h；燃燒產(chǎn)物量（煙氣量），m3/ m3；煙氣出爐時(shí)的溫度，；出爐溫度時(shí)，煙氣的平均比熱容，kj/( m3)。（3）燃料化學(xué)不完全燃燒損失的熱量 （4-8）式中 燃料消耗量，m3/h；燃燒產(chǎn)物量（煙氣量），m3/ m3；CO，H2的混合發(fā)熱值，kj/ m3；煙氣中未完全燃燒成分的百分?jǐn)?shù)。（4）燃料因機(jī)械不完全燃燒損失的熱量 （4-9）式中 燃料消耗量，m3/h；燃料因機(jī)械不完全燃燒而損失的百分?jǐn)?shù)；燃料的低發(fā)熱量，kj/m3。（5）爐體砌筑散熱或蓄熱損失的熱量爐墻、爐頂?shù)纳釗p失 （4-10）式中 砌體內(nèi)壁至空氣的綜合傳熱系數(shù)，kj/（m2h）；砌體內(nèi)表面溫度，；外界空氣溫度，；砌體的散熱面積，m2。爐底的散熱損失（環(huán)形加熱爐為實(shí)爐底） （4-11）式中 形狀系數(shù)，圓形爐底取4； 爐底材料的導(dǎo)熱系數(shù)，kj/（mh）； 爐底面積，m2； 爐底的最小寬度，m；砌體內(nèi)表面溫度，；外界空氣溫度，。爐體砌筑材料組成見表8.3。表8.3 爐體砌筑材料組成爐墻重質(zhì)澆注料耐火纖維380mm100mm爐頂重質(zhì)澆注料輕質(zhì)澆注料耐火纖維板240mm90mm30mm爐底耐磨澆注料輕質(zhì)粘土磚輕質(zhì)保溫磚耐火纖維 續(xù)表230mm210mm140mm50mm各砌筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)：重質(zhì)澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)輕質(zhì)澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)輕質(zhì)保溫磚的導(dǎo)熱系數(shù)輕質(zhì)粘土磚的導(dǎo)熱系數(shù)耐火纖維板、耐火纖維的導(dǎo)熱系數(shù)1）爐墻散熱計(jì)算設(shè)爐膛溫度為t1=1300，環(huán)境溫度為t4=20，爐墻外表面溫度為t3，砌筑材料各層的溫度分別為t2，通過的熱流為q，各層的砌筑材料的厚度分別為S1、S2、導(dǎo)熱系數(shù)分別為1、2。通過方程組迭代求出未知量計(jì)算結(jié)果匯總見表8.4表8.4 計(jì)算結(jié)果匯總表材料厚度SS1S2m0.3800.100導(dǎo)熱系數(shù)123.830.51溫度tt1t2t3t413009338220熱流qq781.32）爐頂散熱計(jì)算設(shè)爐膛溫度為t1=1300，環(huán)境溫度為t5=20，爐頂外表面溫度為t4，砌筑材料各層的溫度分別為t2，t3，通過的熱流為q，各層的砌筑材料的厚度分別為S1、S2、S3，導(dǎo)熱系數(shù)分別為1、2、3。通過方程組迭代求出未知量計(jì)算結(jié)果匯總見表8.5表8.5 計(jì)算結(jié)果匯總表厚度SS1S2S3m0.2400.0900.030導(dǎo)熱系數(shù)1233.870.740.081 續(xù)表溫度tt1t2t3t4t51300115992611420熱流qq2010.33）爐底散熱計(jì)算設(shè)爐膛溫度為t1=1300，環(huán)境溫度為t6=30，爐頂外表面溫度為t5，砌筑材料各層的溫度分別為t2、t3、t4，通過的熱流為q，各層的砌筑材料的厚度分別為S1、S2、S3、S4，導(dǎo)熱系數(shù)分別為1、2、3、4，形狀系數(shù)為S=4，爐底最小寬度為B=6.5m。通過方程組迭代求出未知量計(jì)算結(jié)果匯總見表8.6表8.6 計(jì)算結(jié)果匯總表厚度SS1S2S3S4m0.2300.2100.1400.050導(dǎo)熱系數(shù)12341.1100.5010.7420.081溫度tt1t2t3t4t5t61320115683468810430 續(xù)表熱流qQ796.8（6）爐門和窺孔因輻射而散失的熱量 （4-12）式中 爐門和窺孔處的爐溫，K； 爐門或窺孔的面積，m2； 角度修正系數(shù)； 一小時(shí)內(nèi)爐門或窺孔的開啟時(shí)間，min。爐門散熱窺孔散熱（7）爐門、窺孔、墻縫等因冒氣而損失的熱量在熱平衡計(jì)算中，本項(xiàng)熱損失通常包括在第二項(xiàng)出爐煙氣帶走的熱量中，不單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。 （4-13）（8）爐子水冷構(gòu)件吸熱損失的熱量 （4-14）式中 爐子小時(shí)產(chǎn)量，t/h；耗水量，t/t； 回水溫度，； 來水溫度，。（9）其他熱損失 （4-15）式中 燃料消耗量，m3/h；燃料的低發(fā)熱量，kj/m3；占燃料燃燒熱的1.5%。熱收入=熱支出 （4-16） （4-17） （4-18）熱量總和 （4-19）實(shí)際單位熱耗 （4-20）式中 燃料消耗量，m3/h；燃料的低發(fā)熱量，kj/m3；爐子小時(shí)產(chǎn)量，t/h。為了便于比較和評價(jià)爐子工作，通常都將熱量的收支各項(xiàng)及其在總熱量中所占比例列成熱平衡表，見表8.7表4.1 熱平衡表類型項(xiàng)目數(shù)值（kj/h）比例（%）熱 收 入 項(xiàng)燃料燃燒的化學(xué)熱量7399543082.38燃料帶入的物理熱量00.00空氣預(yù)熱帶入的物理熱量1003936211.37鋼氧化反應(yīng)的化學(xué)熱量42322504.8霧化用蒸汽帶入的熱量00.00熱 支 出 項(xiàng)鋼加熱所需的熱量4236848041.5出爐煙氣帶走的熱量3449334833.7燃料化學(xué)不完全燃燒損失的熱量1609442415.7燃料因機(jī)械不完全燃燒損失的熱量00.00爐體砌筑散熱或蓄熱損失的熱量59384275.4爐門和窺孔因輻射而散失的熱量6570430.60爐門、窺孔、墻縫等因冒氣而損失的熱量00.00爐子水冷構(gòu)件吸熱損失的熱量20900002.05其他熱損失11099311.09考慮到燃料在燒嘴處留有一定的余量，取強(qiáng)化系數(shù)為1.2，則實(shí)際需要的燃料量為：五、設(shè)計(jì)總結(jié)