加热炉设计说明书————环形加热炉.pdf
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1、 目录 一、燃料燃烧计算.1 1.1 燃料成分.1 1.2 空气需要量和燃烧产物量及其成分的计算.1 1.3 燃烧产物密度计算.2 1.4 理论燃烧温度的计算.3 二、钢坯加热时间的计算.3 2.1 预热段计算.3 2.2 加热段计算.5 2.3 均热段计算.7 2.4 炉体长度的确定.9 2.5 加热时间的确定.10 三、炉子基本尺寸的确定.14 3.1 炉膛宽度的确定.14 3.2 炉膛高度的确定.15 四、热平衡计算及燃料消耗量的确定.16 4.1 热量收入项.16 4.2 热量支出项.18 五、设计总结.26 六、参考资料.26 内蒙古科技大学 1 一、燃料燃烧计算 1.1 燃料成分
2、已知的天然气成分见表1.1 表 1.1 天然气成分 天然气种类 CH4 CO2 CO H2 N2 CmHn O2 H2O 体积分数(%)0.3 12.0 26.6 2.4 56.4 0 0 2.3 1.2 空气需要量和燃烧产物量及其成分的计算 理论空气需要量 244.84(0.520.53.5)4.84(0.5 2.4%2 0.3%0.5 26.6%)0.73084OnmLHCHCOC H(1-1)式中,2H,CO,4CH,CmHn,为燃料中各成分的体积分数。空气过剩系数取 n=1.1 实际空气需要量 33n0LnL1.1 0.730840.7674(mm)(1-2)燃烧产物量 222233n
3、COH ONOVVVVV(mm)(1-3)22426.6%12.0%0.3%0.389COVCOCOCH (1-4)式中,CO,2CO,4CH,mnC H为燃料中各成分的体积分数。24222230.01280.012 0.3%2.4%2.3%0.0128 7874 0.010.0531H OnmnVCHC HHH SH OL 内蒙古科技大学 2(1-5)式中,4CH,mnC H,2H O,2H,2H S为燃料中各成分的体积分数;nL为实际空气需要量,m3/m3;2H Og干为 1 m3干气体所吸收的水蒸气的重量,g/m3。220.7856.4%0.780.76741.1626NVNLn (1-
4、6)式中 2N燃料中氮气的体积分数;nL实际空气需要量,m3/m3。33200.2067(1)0.2067(1.1 1)0.73840.01526/OVnLmm (1-7)式中 n空气过剩系数,取 n=1.1;0L理论空气需要量,m3/m3。所以33nV0.3890.05311.16260.0152621.620(mm)燃烧产物成分 22COCOnV0.389100%100%24.0%V1.620 (1-8)22H OH OnV0.0531100%100%3.28%V1.620 (1-9)22NNnV1.1626100%100%71.77%V1.620 (1-10)22OOnV0.015261
5、00%100%0.95%V1.620 (1-11)1.3 燃烧产物密度计算 2222COH ONO34418283222.444 24 18 3.2828 71.7732 0.9522.4 1001.408(kg m)气 (1-12)式中,2CO,2H O,2N,2O为燃烧产物中各成分的体积分数,%。内蒙古科技大学 3 1.4 理论燃烧温度的计算 空气预热温度 t1=400 摄氏度 nn33QQ8904000.320.7674i()4.18VV1.6200.6206104.18(kj m)2549.9kj/m用低空 (1-13)式中 Q用低燃料低位发热量,kj/m3,Q用低=8904.18 k
6、j/m3;Q空空气的物理热量,kj/m3;nV燃烧产物量,m3/m3。燃烧产物中的空气含量 0Ln(n1)L0.1 0.7674V100%100%4.74%V1.620 (1-14)式中 n过剩空气系数,n=1.1;L0理论空气需要量,m3/m3;nV燃烧产物量,m3/m3。查冶金加热炉设计与实例图 2-3,得到理论燃烧温度t理=1835 二、钢坯加热时间的计算 将环形加热炉按炉长方向分为三个计算段,每段炉气温度取平均值并视作不变,进行分段计算加热时间和炉长 2.1 预热段计算 炉膛的内表面积:yyF2(HB)L2(1.36.5)L15.6L (2-1)式中 H炉膛高度,m,设预热段高度 H=
7、1.3m;B炉膛宽度,m,设炉膛宽度 B=6.5m;内蒙古科技大学 4 L炉膛长度,m;yL预热段长度,m。气层有效厚度:yy1.36.5L4VS3.61.95(m)F15.6L (2-2)式中 气体的辐射有效系数,取=0.9;V充满气体的容器体积,m3;F容器的内壁面积,m2;yL预热段长度,m。25COPS0.24 1.950.468 10(Pa m)(2-3)式中 2COP炉气中 CO2的分压,Pa;S 气层有效厚度,m。25H OPS0.0328 1.950.06396 10(Pa m)(2-4)式中 2COP炉气中 H2O 的分压,Pa;S 气层有效厚度,m。当t800气 时 22C
8、OH O0.17,1.04,0.097 (2-5)所以该温度时的炉气黑度为 00.171.040.0970.263 (2-6)当t1280气时 22COH O0.14,1.04,0.056 (2-7)所以该温度时的炉气黑度为 00.141.040.0560.199 (2-8)式中 2CO炉气中 CO2的黑度;2H O炉气中 H2O 的黑度;和水蒸气分压2COP有关的校正系数,=1.04。砌体对钢坯的角度系数 内蒙古科技大学 5 12F6ly6=0.385F2ly2金壁(H+B)(1.3+6.5)(2-9)式中 F金钢坯的受热表面积,m2;F壁炉壁的内表面积,m2。综合辐射系数 预热段温度 80
9、0 02L0120244.88C(1)4.880.263 0.80.2630.385(1 0.263)1.88kj(mh K)(2-10)预热段温度 1280 02L0120244.88C(1)4.880.199 0.80.1990.358(1 0.199)1.531kj(mh K)(2-11)式中 0炉气黑度;2钢坯黑度;12砌体对钢坯的角度系数。2.2 加热段计算 炉膛的内表面积:yyF2(HB)L2(1.56.5)L16L (2-12)式中 H炉膛高度,m,设加热段高度 H=1.5m;B炉膛宽度,m,设炉膛宽度 B=6.5m;L炉膛长度,m;yL加热段长度,m。内蒙古科技大学 6 气层有
10、效厚度:yy1.56.5L4VS3.62.19(m)F16L (2-13)式中 气体的辐射有效系数,取=0.9;V充满气体的容器体积,m3;F容器的内壁面积,m2;yL加热段长度,m。25COPS0.242.190.5256 10(Pa m)(2-14)式中 2COP炉气中 CO2的分压,Pa;S 气层有效厚度,m。25H OPS0.03282.190.0718 10(Pa m)(2-15)式中 2COP炉气中 H2O 的分压,Pa;S 气层有效厚度,m。当t1280气 时 22COH O0.135,1.06,0.065 (2-16)所以该温度时的炉气黑度为 00.1351.060.0650.
11、204 (2-17)当t1350气时 22COH O0.125,1.06,0.061 (2-18)所以该温度时的炉气黑度为 00.1251.060.0610.190 (2-19)式中 2CO炉气中 CO2的黑度;2H O炉气中 H2O 的黑度;和水蒸气分压2COP有关的校正系数,=1.06。砌体对钢坯的角度系数 12F57.27360.3452F165.93金壁 (2-20)式中 F金钢坯的受热表面积,m2;内蒙古科技大学 7 F壁炉壁的内表面积,m2。综合辐射系数 预热段温度 1280 02L0120244.88C(1)4.880.204 0.80.2040.345(1 0.204)1.66
12、kj(mh K)(2-21)预热段温度 1350 02L0120244.88C(1)4.88 0.19 0.80.190.345(1 0.19)1.58kj(mh K)式中 0炉气黑度;2钢坯黑度;12砌体对钢坯的角度系数。2.3 均热段计算 炉膛的内表面积:yyF2(HB)L2(1.26.5)L15.4L (2-22)式中 H炉膛高度,m,设均热段高度 H=1.2m;B炉膛宽度,m,设炉膛宽度 B=6.5m;L炉膛长度,m;yL均热段长度,m。气层有效厚度:yy1.26.5L4VS3.61.82(m)F15.4L (2-23)式中 气体的辐射有效系数,取=0.9;内蒙古科技大学 8 V充满气
13、体的容器体积,m3;F容器的内壁面积,m2;yL均热段长度,m。25COPS0.24 1.820.4368 10(Pa m)(2-24)式中 2COP炉气中 CO2的分压,Pa;S 气层有效厚度,m。25H OPS0.0328 1.820.0597 10(Pa m)(2-25)式中 2COP炉气中 H2O 的分压,Pa;S 气层有效厚度,m。当t1350气 时 22COH O0.14,1.06,0.055 所以该温度时的炉气黑度为 00.141.060.0550.198 (2-26)当t1280气时 22COH O0.16,1.06,0.054 (2-27)所以该温度时的炉气黑度为 00.16
14、1.060.0540.217 (2-28)式中 2CO炉气中 CO2的黑度;2H O炉气中 H2O 的黑度;和水蒸气分压2COP有关的校正系数,=1.06。砌体对钢坯的角度系数 12F28.63860.3724F76.895金壁 (2-29)式中 F金钢坯的受热表面积,m2;F壁炉壁的内表面积,m2。综合辐射系数 均热段温度 1350 内蒙古科技大学 9 02L0120244.88C(1)4.88 0.198 0.80.1980.3724(1 0.198)1.56kj(mh K)(2-30)均热段温度 1280 02L0120244.88C(1)4.88 0.2170.80.2170.3724
15、(1 0.217)1.67kj(mh K)(2-31)式中 0炉气黑度;2钢坯黑度;12砌体对钢坯的角度系数。预热段和均热段交界处取平均值 120.5(1.5311.66)1.596C (2-32)加热段和均热段交界处取平均值 0120.5(1.581.56)1.57C (2-33)2.4 炉体长度的确定 最大生产率 60/Gt h 预选炉底强度 2230/()Pkgmh 加热面积 60 1000260230 xiGfP 2m (2-34)又 6.5 1xixifl (2-35)内蒙古科技大学 10 有 26040.1346.5xil m 炉长 L 的确定 0.140.13440.1340.1
16、44.268xixiLll m (2-36)实际炉长 LD3.14 1547.1(m)实 (2-37)式中 D环形炉中径,m。炉膛有效面积 2SL l44.2686265.6(m)效效 (2-38)式中 l钢坯长度,m;L效有效炉长,m。2.5 加热时间的确定 每根钢坯的质量为 223311(0.144)60.0612447800 0.0612477.45125477.45mshd hmmkg60 10买小时加热钢坯的根数为 根 加热时间的计算(1)预热时间的计算 21330.02617900 0.1614.3 0.0571.780.0261ch(2)加热时间的计算 内蒙古科技大学 11 21
17、26.50.01917700 0.183.9 0.0570.6630.0191ch(3)均热时间的计算 2112328.40.02177700 0.170.76 0.0570.110.02171.780.6630.112.553chh 加热总时间为=所以炉内放置的钢坯根数为 1252.553=319 根 在加热完了时钢坯的温差为 20,则加热段终了时钢坯的平均温度为:13500.5 201340zjpt (2-39)在此温度下钢坯的热含量查钢铁厂工业炉设计参考资料上册 第 47 页 得:834.7/zjikj kg 查相同资料第 48 页得热导率:0108.3/()zjkjm hC 加热段终了
18、进入钢坯表面的热流为:122()2 3.14 108.3(12801330)8622.48lnln0.004zjttq 2/()kjmh (2-40)加热段:加热段终了处了炉气温度:44012273100()273100zzjjzjpqttC 448622.481350273100()2731.596*4.187100 (2-41)=1357.49 预热段终了和加热段开始处的钢坯表面温度先按 700计算,然后再进行校核。交界处热流为:内蒙古科技大学 12 44012273273()()4.187100100zzyqykzjyttqqC 4412802737002731.596()()4.187
19、100100 (2-42)=328811.85 2/()kjmh 钢坯的温度差为:/2328811.850.057/(2 26.74.187)83.83kzzkjyyjttqr (2-43)钢坯的平均温度:7000.5 83.83658.085kjpt 此温度下kji=347.8 kj/kg (2-44)加热段内钢坯的热含量增加值为:834.7347.8486.9(/)zkjjjiiikj kg (2-45)加热段内的平均热流为:20328811.858622.4888036.06(/)328811.852.3 lg2.3 lg8622.48kzjjjpkjzjqqqkj mhCqq (2-4
20、6)钢坯在加热段内的时间为:20.663h(7-61)加热段的长度为:2/0.66344.268/2.55311.50jLLm (2-47)均热段:均热段完了取岀炉时钢坯的温差为10,则均热终了时钢坯的平均温度为:12500.5 101245zjrpt (2-48)在此温度下钢坯的热含量,查钢铁厂工业设计参考资料上册 第 47 页 得:208.54.187873/zjrikj kg 热导率,查钢铁厂工业设计参考资料上册 第 48 页 得:025.964.187108.68/()zjrkjm hC 内蒙古科技大学 13 均热段终了进入钢坯表面的热流为:122()2 3.14 108.686(12
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