步进式加热炉设计计算-模板(共34页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 步进式加热炉设计计算2.1 热工计算原始数据(1)炉子生产率：p=245t/h(2)被加热金属： 1)种类：优质碳素结构钢(20#钢) 2)尺寸：25022003600 (mm)(板坯) 3)金属开始加热(入炉)温度：t始=20 4)金属加热终了(出炉)表面温度：t终=1200 5)金属加热终了(出炉)断面温差：t15(3)燃料 1)种类：焦炉煤气 2)焦炉煤气低发热值：Q低温=17000kJ/标m3 3)煤气不预热：t煤气=20表1-1 焦炉煤气干成分(%)成分焦炉煤气3.10.42.9957.925.41.3(4)出炉膛烟气温度：t废膛=800(5)空气预热温度

2、(烧嘴前)：t空=3502.2 燃烧计算 2.2.3 计算理论空气需要量L0把表2-1中焦炉煤气湿成分代入 =2.2.4 计算实际空气需要量Ln查燃料及燃烧，取n=1.1代入 标m3/标m3实际湿空气消耗量 = =6.0999 标m3/标m32.2.5 计算燃烧产物成分及生成量 标m3/标m3 =0.4231 标m3/标m3 标m3/标m3 = 1.2526 标m3/标m3 标m3/标m3 =3.7507 标m3/标m3 标m3/标m3 =0.0897标m3/标m3 燃烧产物生成总量 标m3/标m3 燃烧产物成分 将燃烧产物生成量及成分列于下表 表2-2 焦炉煤气燃烧产物生成量（标m3/标m3

3、）及成分（%）成分名称合计生成量（标m3）0.42311.25263.75070.08975.5161体积含量（%）7.670322.708167.99551.62611002.2.6 计算煤气燃烧产物重度按燃烧产物质量计算把表2-2中燃烧产物体积百分含量代入 Kg/m3 =1.2063Kg/m32.2.7 计算燃料理论燃烧温度由t空=350，查燃料与燃烧表得C空=1.30kJ/标m3， 由燃料与燃烧P38,得燃烧室(或炉膛)内的气体平衡压力接近1个大气压(大多数工业炉如此),那么式中各组分的分压将在数值上与各组分的成分相等)即 . .所以,由燃料与燃烧附表8, 附表9,得 ,所以 所以 误差

4、在误差范围内，故不必再假设。因此，可满足步进式加热炉加热工艺要求2.3 炉膛热交换计算2.4 金属加热计算金属加热计算是连续加热炉全部热工计算的核心。按炉子有效长度分成三个区段(即预热段、加热段、均热段)分别进行计算。计算方法简述如下：预热段和加热段采用热流等于常数的边界条件求解。均热段计算有两种方法根据经验直接确定均热段实底段长度。选定均热度求均热时间。后一种方法用于均热床架空的时候，它与实际情况相差很大，应根据经验修正。2.4.1 均热段该金属加热开始时，断面温度呈抛物线分布（设计手册下，P89），取出炉时，钢的断面温差为10，采用抛物线的理想平均值求法。加热终了时，钢坯的平均温度在此温度

5、下，钢的导热系数 求热流密度 式中：S钢材厚度（m），对于双面加热，厚度取，均热段炉气温度 =1201.46前面假设温度为1250，误差为 5% 故不必再重新假设。求热焓在1193时，Cp=0.68716kJ/(kg)热焓 i= Cp*t=1193.33*0.68716=820.0109 kJ/kg2.4.2 加热段设加热段加热终了时，金属断面温差=50（1） 钢坯平均温度（2） 加热段末端钢坯表面热流查设计手册，在1167时， （3） 加热段炉气温度 与前面假设炉气温度1300仅相差20 误差 5%故不必再假设。（4） 均热度 式中：均热度金属均热开始时的表面与中心温度差金属均热终了时的表面

6、与中心温度差 因为 查钢铁厂工业炉设计参考资料P288，图825，对于大平板：=0.2时，所以 （5） 加热段内钢坯热焓加热段内钢坯平均温度1167，查表Cp=0.6894 kJ/(kg)2.4.3 燃料利用系数及钢坯热焓分配(1) 加热段燃料利用系数 式中：， 代入得 ： =0.42（2）炉膛燃料利用系数本设计中只预热助燃空气，所以上式可以写为 =0.6606(3) 金属在炉膛中的总热焓增量(4) 金属在预热段的热焓增量 式中：，加热段向预热段辐射热量； q辐射热流，一般q=千卡/m，这里取q=千卡/m； F界面面积； F= (5) 求金属平均温度设t均3=550，查火焰炉设计计算参考资料表

7、3-3得，cP=0.5736 kJ/(kg) 则5%设计值与计算值相差很小，因此不必重算。2.4.4 预热段热流及加热时间（1）预热段始端热流 （2）预热段末端热流式中： 加热段导来辐射系数，=10.20加热段炉气温度，=1261.64 t均3加热段始端钢坯加热温度，t均3=525.4358 S热透深度，S=0.125m 查火焰炉设计计算参考资料表3-1得，t均3=525.4358时，对上式采用顺序渐进法求解:首先令，代入上式得 ，反复迭代，得 ， 这里取（3） 计算金属表面温度 t表3（4）预热段内平均热流 （5）预热段内加热时间式中：金属形状系数；平板，圆柱，球体 2.4.5 加热段内热流

8、及加热时间(1)加热段热流 平均热流的计算,通常预热段采用几何平均值,加热段采用对数平均值, (2)加热时间 综上所述: 总加热时间: 注:由于步进梁式加热炉料坯之间有间隙,受热面增大,加热时间有所缩短,但单位面积上料坯数量减少了,故它对生产率的影响,应综合考虑,修正加热时间:炉膛(既间隙开口)对间隙内炉底的角度系数 式中:料坯厚度; a 间隙宽;取间隙a约为料坯厚度的0.40.5倍, a=0.4250mm=100mm 所以: 因为,在假定金属黑度=1的条件下,分析间隙内料坯侧面与炉膛及间隙内炉底之间的辐射热交换,可以导出有间隙和无间隙两种条件下的金属获得热量比,它的倒数即为有间隙和无间隙的加

9、热时间比;式中:t相对加热时间,即有间隙和无间隙的加热时间之比; a,b,分别为间隙宽,料坯宽度,料坯厚度; 各段加热时间为:所以: 2.5 炉子主要尺寸确定2.5.1 长度计算(1)有效长度 式中: P炉子生产率，P=245t/hb料坯宽度;b=2200mm g料坯平均单重(2) 预热段长度 (3) 加热段长度 (4)均热段长度2.5.2 炉门数量和尺寸及炉膛各部分用耐火材料的确定(1) 连续式加热炉炉门有进料炉门,出料炉门,操作炉门,窥视炉门,人孔等;这些炉门数量和尺寸的确定总的原则是:在满足操作要求的条件下,炉门数量越少,开门尺寸越小越好,这样可以减少炉门的散热损失,提高炉子的热效率.主

10、要炉门的确定如下:(a)装料门:炉门宽度B进：连续步进梁式加热炉通常都是采用端进料,其宽度等于炉膛内宽B,即B进=B=8.12m 炉门高度H进：是指步进炉固定梁上表面至炉门上沿下表面之间的距离,对于步进炉可取大于料坯(方坯或板坯)厚度与步进高度之和.这里取250mm+200mm=400mm;(b)出料门: 炉门宽度B:若采用侧出料时,则需很大炉门,且容易卡钢,结构和操作上都很困难.从尺寸上考虑,因板坯教宽,故多用端出料.其宽度等于炉膛内宽B=8.12m,由于出料端温度很高,所以出料门带有水冷管. 炉门高度H进：同装料门一样.(c)操作炉门: 用做操作之用，如进出返回钢坯，清除氧化铁皮等。三段连

11、续加热炉一般设在均热段和加热段,每侧23个操作炉门,炉门开孔尺寸以操作方便为准,通常为：464580mm(宽)400500mm(高),本题设6个操作炉门,两侧各3个,具体尺寸 580mm(宽) 464mm(高), 采用60。拱顶结构.(d)人孔结构一般为180。拱顶,尺寸一般为580mm(宽)(8001000)mm(高),人孔与其它炉门不同,当炉子正常工作时,用耐火砖砌堵封严,只有停炉检修时才拆开.(2)炉膛各部分耐火材料的确定 炉顶: 当B3.5m时,一般采用吊顶.吊顶根据温度条件多选用各种浇注料,与使用可塑料相比,可缩短修炉周期,提高炉子作业率,从而降低燃料消耗,P658页,本设计采用耐火

12、混凝土浇注料,它强度高,材料易得,施工方便,适用与无酸碱侵蚀及一般炉子或热工设备内衬,本设计在加热段和均热段采用磷酸耐火混凝土,它的最高使用温度1450度;预热段采用矾土水泥耐火混凝土,它的最高使用温度1350度,厚450mm,其热导率可参考P25页,图19.炉墙:当炉墙不太高时,一般用232464mm粘土砖和116232mm绝热砖双层结构.上册P349页, 侧墙一般厚464580mm;故本设计选用348mm(3块)粘土砖和116mm(1块)绝热砖,其中绝热砖选用硅藻土砖。2.5.3 步进式加热炉水梁的设计与选取：参照下册P107页的布料情况,根据下册P70页,固定梁与活动梁的中心距一般600

13、mm,如果再小就会阻挡从炉子下部传到料坯下表面的热量,使固定梁和活动梁的下表面加热不充分,加剧了料坯与梁接触部分的黑印,间距过大将会加大热损失。钢坯在水梁上的最小悬臂为200mm,一般取200350mm,这里取a=300mm;综上所述和前面的计算,这里取料坯端头至炉墙的距离为300mm。 固定梁之间的距离为3000mm; 活动梁之间的距离为1000mm; 固定梁的悬臂长度为300mm; 活动梁的悬臂长度为300mm+1000mm=1300mm;验算:间距 : = 故间距1300mm在最大范围内,合理 本设计取4根固定梁,4根活动梁,如图所示 300mm 300 300 160 1000mm 1

14、000mm 1000mm 固定梁 活动梁 活动梁 固定梁 炉膛中心线图2-1步进式加热炉梁分布本设计采用双排料，上图仅绘出对称图形的一半，另一半对称排列在炉膛中心线的右侧2.6 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，设其为202.6.1 炉膛热收入Q入炉料燃烧化学热Q烧设炉膛燃料消耗量为B(标m3/h)，则预热空气进入炉膛物理热Q空， 查表,空气在350C时C=1.296 kJ/标m3C,金属氧化放热Q放 式中: G炉子产量,kg/时a 氧化烧损率%,氧化烧损率一般为13%,这里取1.5%, 则: 2.6.2 炉膛热支出Q出 加热金属带出物理热Q 式中: t,t分别为产品出炉

15、温度和物料入炉平均温度C,C分别为产品在0t和物料在0t之间的平均比热容,由时钢的比热为C产=0.68716 kJ/(kg)，则，=9.840KJ/h 出炉膛废气带出的物理热损失Q 式中: 单位燃料燃烧时产生的烟气量 t炉膛废气温度C, C分别为废气在0t和0t之间的平均比热容 t=800， t=20 壁导热损失 式中:t壁炉壁内表面温度, T环炉子周围环境温度 S各层耐火材料砌筑厚度 各层耐火材料的导热系数 0.014炉墙外表面向周围大气传热热阻, F炉壁外表面积(A) 炉膛内表面平均温度的计算a) 加热段已知 =0.5119 g加=0. M加=0.8,代入得(b) 预热段已知:=0.592

16、9 g预=0.26044 M预=0.8(c)均热段已知: g均=0.23716 M均=0.8 (B)环境平均温度: =20(C)炉膛导热损失的计算1）炉墙导热损失的计算本设计炉墙选用348mm(3块)粘土砖和116mm(1块)绝热砖,其中绝热砖选用硅藻土砖。预热段炉墙导热损失 查工业炉设计手册P308 设交界处则：黏土砖平均温度 硅藻土砖平均温度则： 所以：验算 与假设结果相差无几，故不必再假设。那么：预热段炉墙粘土砖与硅藻土砖交界处实际温度： 预热段炉墙外表温度： 同理可计算出其他部位炉墙导热损失，计算结果列于下表: 表2-3 炉墙导热损失炉壁部位炉壁内表面积(m2)导热损失(kJ/h)炉壁

17、外表温度()预热段炉墙117.408.5579加热段炉墙285.35.55985均热段炉墙54.923912）炉顶导热损失的计算本设计在加热段和均热段采用磷酸耐火混凝土,它的最高使用温度1450度；预热段采用矾土水泥耐火混凝土,它的最高使用温度1350度。厚450mm,其热导率可参考P25页,图19。炉顶导热损失可仿照炉墙导热损失的计算，将计算结果填入下列表格中。表2-4炉顶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()预热段炉顶158.89.1981加热段炉顶304.87.984均热段炉顶68.52.0388所以：炉子水冷构件的吸热损失 炉子水冷构件采用双层绝热包扎

18、，它的热损失包括两个方面：梁的吸热损失和立柱的吸热损失。其中计算立柱的吸热损失时，首先要确定立柱在各个加热段内的分布及根数，具体见CAD图。（A）均热段已知 查钢铁厂工业炉设计参考资料下册， （B）加热段由前面的计算得， （C）预热段 经炉门的散热损失=+(A)经炉门的辐射热损失查钢铁厂工业炉设计参考资料P325，=4.88(，千卡/时 式中：炉门处的炉温，K 角度修正系数，查手册图7-55， 单位时间内炉门开启时间，分钟 a)经出料炉门的辐射热损失均热段炉气温度 =1225+273=1498K炉门开启面积 查手册图7-55，知：取，则 b)经进料炉门的辐射热损失所以=+=(B)经炉门的溢气损

19、失查钢铁厂工业炉设计参考资料P325， 其中：式中：冒出气体的平均比热，千卡/标流量系数，厚墙取0.82，薄墙取0.62，炉门的高，米 b炉门的宽，米周围空气的重度，公斤/t冒出烟气的温度，冒出烟气在该温度下的重度，公斤/气体膨胀系数，查钢铁厂工业炉设计资料，P325，在一般火焰炉的热平衡计算中，本项热损失常包括在第二项出炉烟气带走的热量中，不单独进行计算。 故本项热损失可以忽略。其他热损失这些热损失包括炉底散热损失，操作炉门散热热损失等。这些热损失一般小于热收入量的5%，可直接取热收入量的2%3%即可。 =0.03因此 =+2.6.3 炉膛热平衡式与燃料消耗量炉膛热平衡式 即： =16.50

20、6 B=11336.57燃料消耗量由炉膛热平衡式可得燃料消耗量标2.6.4 炉膛热平衡表 将上述计算计算数据总结，列表如下表2-5 炉膛热平衡表炉膛热收入炉膛热支出序号项目热量%序号项目热量%1燃料燃烧化学热201.6982.21加热金属物理热98.4040.102预热空气带入物理热22.949352出炉膛废气物理热73.57303金属氧化放热20.748.453冷却水带出物理热58.92444炉壁导热损失4.541.8555经炉门热损失2.61.0666其它2.360.96合 计245.37100合 计245.371002.6.5 炉子工作指标单位燃耗:标/吨单位热耗: (钢)炉膛热效率:炉

21、子热效率:注：为了给炉子提高生产率留有余量，在选择烧嘴数量及燃烧能力时，炉子实际燃料消耗量可为计算值的1.1倍，即2.7 煤气烧嘴的选用2.7.1 选择依据燃料种类: 焦炉煤气；煤气低发热值:17790.4993 kJ/标m3；炉子最大燃料消耗量: B=12470.7标m3/h；炉子最大湿空气需要量: 预热空气温度：=350；供热分配:加热段:上加热40.3%,下加热42.9%;均热段: 上加热6.5%,下加热10.3%; 总计: 上加热46.8%,下加热53.2%;2.7.2 烧嘴布置和烧嘴选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。故决定选用火焰可调式烧嘴。

22、.该加热炉上加热采用端烧嘴和炉顶平焰烧嘴和侧烧嘴;下加热采用侧烧嘴供热.下加热:这里取16个烧嘴,其燃烧能力为600标m/h，型号为MTY600。上加热: 加热段采用侧烧嘴, 这里取8个烧嘴, 其燃烧能力为600标m/h:，由于加热段较长，加热段分两段，一段取侧烧嘴4个，一段取顶烧嘴5个。 均热段采用炉顶平焰烧嘴, 其燃烧能力为150标m/h 这里取6个烧嘴,分三排,每排2个,烧嘴间距为: 取2800mm满足最小安装间距.2.8 空气换热器设计计算2.10 烟道阻力损失及烟囱计算（引风机选择）2.10.1 计算条件进烟道烟气量：=50029标m3/h；进烟道烟气温度：t=800烟气密度：2.1

23、0.2 绘制排烟系统图见下图2-3 排烟系统简图2.10.3 分段段炉尾竖烟道；段竖烟道到换热器入口；段换热器；段换热器出口到烟囱（或引风机）入口。2.10.4 各段烟道断面尺寸确定首先预确定烟道中的烟气流速，查火焰炉设计计算参考资料表6-1取然后计算截面积，根据截面积确定烟道尺寸。 段：计算每条竖烟道的断面尺寸（共3条竖烟道）。，选用断面尺寸为24361044mm故 f1=2.4361.044=2.543 m2段：，选用180拱，查火焰炉设计计算参考资料表6-4得，烟道尺寸为2552(宽)3180（高）mm故： 断面积 当量直径 2.859m段：烟道尺寸同段2.10.5 计算各段烟气温度段：

24、已知竖烟道入口烟气温度为800，查火焰炉设计计算参考资料表6-5取温降6/m。该段烟气平均温度： 末端温度： 段：查火焰炉设计计算参考资料6-5取温降4/m。该段烟气平均温度： 末端温度： 段：换热器另行计算,出换热器烟气温度为368。 平均温度: 段：考虑到换热器漏风和烟道闸板处吸入冷空气等因素，需要增加烟气量并降低烟气温度。设进入烟气中的冷空气为原烟气流量的10%，则烟气量由50029增加到500291.1=55031.9。设比热不随烟气温度变化，那么该段烟气平均温度：末端温度：2.10.6 计算各段烟气流速段：段：段： ,换热器另行计算, 段：2.10.7 阻力损失计算（表格化计算）(见

25、下页) 2.10.8 烟囱计算 计算烟囱出口直径取烟囱出口流速 确定烟囱平均直径 取 为了使烟囱稳定,应使一般取所以: 计算烟囱中烟气平均温度 （见上述烟道计算），预设烟囱高度为，查工业炉设计参考资料表9-19，取烟囱温降1.0 /m，则分段号1分段名称2炉尾竖烟道竖烟道换热器换热器换热器到烟囱或排烟机入口通道尺寸分段长度L(m)32.59另行计算15断面尺寸（mm）4243610442552318025523180断面积F(m2)52.5437.4127.412当量直径d(m)61.4612.8592.859垂直管高度H(m)7-2.5气体参数种类8燃烧烟气燃烧烟气燃烧烟气密度0（kg/标m

26、3）91.20631.20631.2063流量V0（标m3/h）10166624989854967流速W0(标m/s)111.821.872.06平均温度T均（）12792.5767300.9通道阻力损失Pa摩擦损失摩擦阻力系数130.050.050.05147.808.0355.38150.671.261.411局部损失阻力系数：i来源n个数j数值16170.52.66.1183.920.8932.82几何损失地区大气最高温度（）19414141大气密度(kg/m3)201.1241.1241.124气体密度(kg/m3)210.310.320.5722+19.96分段阻力损失(Pa)232

27、4.5321.56110.5834.23管道阻力损失(Pa)2424.53+21.56+110.58+34.23=190.9表2-7 确定烟气在烟囱中的摩擦阻力损失系数查火焰炉设计计算参考资料表6-6，取 确定大气最高温度在本设计中，取本地最高气温 确定烟气密度由燃料燃烧计算得 烟囱计算高度因烟囱计算高度与预设值45m相差很小，所以不必重新计算。 确定烟囱实际高度根据经验，取烟囱的实际高度 2.10.9 引风机选择计算排烟温度下的烟气体积 由烟囱阻力损失计算中可知，进入烟囱底部的烟气温度，高于一般排烟机的排烟温度，（最高为），所以必须采取掺大气方法降温，设掺大气后混合烟气温度，大气温度，按下式计算掺大气后烟气实际体积：引风机选择根据，查表612，可选Y548No.12.5c7，功率为的二台风机。本设计题目为产量为245t/h（燃焦炉煤气）板坯步进梁式连续加热炉设计，其中板坯尺寸为25022003600mm,单重:15.5t。通过查阅各种资料并根据论文分析得出步进式加热炉较推钢式加热炉具有较广的发展空间。在计算方面，根据各种书籍及经验选取，由于钢坯尺寸较大，所设计加热炉有效长为63875mm,其中预热段为19568mm,加热段为37546mm,均热段为8439mm。炉子热效率为48.79。炉子采用上排烟，出料方式为端进端出。 专心-专注-专业