三段式连续加热炉设计—学士学位毕业设计
沈阳化工大学本科毕业论文题 目： 35/t三段燃气式加热炉院 系： 机械工程学院 专 业： 热能与动力工程 班 级： 学生姓名： 论文提交日期： 2011年 6月 22日论文答辩日期： 2011年 6月 26日毕业设计（论文）任务书机械工程学院（系）热能与动力工程专业 毕业设计（论文）题目： 35/t三段式燃气加热炉毕业设计（论文）内容： 设计计算说明书一份；绘制图纸折合A0号图3张;英文翻译 设计（论文）专题部分： 炉顶吊挂结构指导教师： 签字 年 月 日教研室主任： 签字 年 月 日院长（系主任） 签字 年 月 日毕业论文开题报告论文题目：35t/h三段式燃气加热炉专 业：热能与动力工程 学生姓名： 指导教师：战洪仁日 期： 1．选题的目的、意义加热炉是轧钢厂的主要耗能设备之一，其能耗占轧钢工序能耗的60%-70%，其能耗水平直接影响轧钢生产成本。
因此降低加热炉能耗是轧钢节能的主要方向和目标我国冶金行业轧钢加热炉有几千座，包括近年新建及改造的蓄热式加热炉, 在运行、使用过程或多或少地存在问题，其能耗水平相差很大，有的加热炉单耗达70-80kg/t，节能潜力十分巨大我国目前的加热炉设备水平相对落后，只有发达国家80年代时的技术水平，总体情况是：炉型落后，燃烧方式原始，热工控制水平不高，环境污染严重，能源利用率低因此，提高炉子热效率，降低炉子的单位燃耗对于我国的工业发展有着重要的意义所以，加热炉的优化设计在现代工业中越来越重要低耗，高效，低污染将是这加热炉次设计的主要内容2．课题的基本内容本次课题主要需要完成的内容有：加热炉的热工设计计算以及CAD绘制的加热炉图纸加热炉热工设计计算内容包括：1.燃料燃烧计算2.炉膛热交换计算3.金属加热计算4.炉子主要尺寸确定5.炉膛热平衡与燃料燃烧计算6.煤气烧嘴的选择7.空气换热器设计计算8.空气管路阻力损失及鼓风机选择绘制的图纸包括一张加热炉图纸和4张零件图3．完成期限和主要措施（12年27/2—12年1/4）（12年2/4—12年22/4）（12年23/4—12年6/5）（12年7/5—12年3/6）（12年4/6—12年17/6）（12年18/6—12年24/6）基础理论学习、研究、查阅相关资料确定结构、初步计算工业炉窑的各种参数专题的确立（论述）及计算绘图及编写设计说明书整理资料、毕业答辩答辩4．预期达到的目标加热炉的设计是对我们大学所学的只是的综合性考查，它是以热工理论为指导，综合大学所学的知识，再根据前人的经验和理论，设计出更低耗节能的新型加热炉。
通过本次设计，我们要学会：1. 通过本次设计，加深对本专业知识的了解，提高知识的综合性应用能力2. 培养分析问题和解决问题的能力，通过本次设计，增强自己的创新意识3. 更深的了解目前加热炉的发展情况，对加热炉原理以及结构有一个更深层次的认识，从而为以后的工作学习打下基础5．论文提纲一. 文献综述二. 设计说明书1. 连续加热炉段数的选择2. 单面加热或双面加热的选择3. 配料在炉内摆放排数的选择4. 出料方式的选择5. 炉膛基本尺寸的确定6. 炉顶的计算三. 计算说明书1. 燃料燃烧计算2. 炉膛热交换计算3. 金属加热计算4. 炉子主要尺寸的确定5. 炉膛热平衡与燃料消耗计算6. 煤气烧嘴的选择7. 空气换热器设计计算四. 英文文献五. 专题部分指导教师意见：指导教师： （亲笔签名） 年 月 日毕业设计指导小组审查意见：年 月 日沈阳化工大学学士学位论文内容摘要随着我国国民经济的增长和工业化进程的加快，工业产业对能源的需求大幅度的提高伴随着不可再生能源的逐渐枯竭，能源的供给面临着更大的挑战据统计，我国的能源利用率处于很低的水平，生产一个单位的国内生产总值的能源消耗率是发达国家的三倍甚至是四倍。
在工业生产中，加热炉的燃料利用率更低因此，一个低能耗，低污染的工业加热炉将是产品需求的发展趋势衡量一个加热炉技术水平的好坏，还应该从炉型结构、加热元价、燃烧装置与燃烧系统、余热回收与利用、筑炉材料与结构、热工测量与控制以及环境保护等方面进行分析在我国，热处理行业是一个新兴产业，整体水平处于发展阶段，很多技术并不成熟，与发达国家的差距巨大，设备陈旧，性能老化，热损失大，热能利用率低因此，我国的热处理设备在节能降耗方面存在很大的潜力空间加热炉设计的进步对工业发展有着不可限量的作用，因此燃料的燃烧利用率是加热炉设计者应该考虑的重点为了提高炉子的热工性能，回收烟气余热是最简单而有效的方式因此设置预热器是非常有必要的，在工业炉的设计上预热空气和煤气不仅能节约燃料，而且还能提高燃料温度改善燃烧过程另外燃料的发热量越低，炉尾的烟气温度越高，空气系数越大时采用预热器回收的燃料转换越高本次设计的是三段式连续加热炉，并且要求燃料和其他能源的消耗要低，投资和运费要低，污染物排放要符合环境保护的要求在本次设计的过程中，为了节约能源，提高炉子的热效率，利用了烟气的余热来预热助燃的空气，经过计算以后，明显地发现提高了燃料的理论燃烧温度，降低了燃料的使用量，另外在炉墙方面，采用绝热材料，从而降低了炉墙和炉顶的散热损失。
在设计的时候根据燃烧的计算，炉膛热交换的计算，金属加热时间及热平衡的计算，来设计加热炉炉膛的基本尺寸，最后确定加热段，预热段和均热段的炉体耐火材料绘制了炉子的设计图关键词：加热炉；低能耗；低污染；高效率AbstractWith the development of our national economy and the acceleration of the process of industrialization, the industrial demand for energy increased greatly. With the gradual depletion of non-renewable energy, the energy supply is facing bigger challenge. According to statistics, China's energy utilization rate at a low level, the production of one unit of GDP energy consumption rate is three times that of developed countries is four times. In industrial production, the utilization rate of fuel lower heating furnace. Therefore, a low energy consumption, low pollution of industrial heating furnace will be demand for the product development trend.A measure of a heating furnace technology level is good or bad, it should be from the furnace structure, the heating element valence, the combustion device and the combustion system, heat recovery and utilization, furnace building material and structure, thermal measurement and control and environmental protection and other aspects of analysis. In our country, the heat treatment industry is an emerging industry, the overall level in the development stage, a lot of technology is not mature, the difference with the developed country is huge, obsolete equipment, aging, large heat loss, low heat energy utilization rate. Therefore, heat treatment equipment of our country in energy-saving aspects exist great potential space.Heating furnace design progress and industrial development has a limitless role, so the combustion of the fuel utilization rate of heating furnace designers should consider the focus. In order to improve the thermal performance of the residual heat of the flue gas, recycling is the most simple and effective way. Therefore setting the preheater is very necessary, in the industrial furnace designed to preheat the air and gas can not only save fuel, but also can improve the temperature of the fuel to improve the combustion process. Additional fuel calorific content is low, the furnace tail gas with higher temperature, air coefficient is bigger when the preheater recycled fuel conversion more high.This design is the three section type continuous heating furnace, and the requirement of fuel and other energy consumption is low, investment and freight to the low, pollutant emission to meet the environmental protection requirements. In the design process, in order to save energy, improve the thermal efficiency of the furnace, use of flue gas waste heat to preheat the combustion air, after calculation, found significantly increased fuel theoretical combustion temperature, reducing the fuel consumption, in addition to the furnace wall, the insulating material, thereby reducing the furnace wall and furnace heat loss.When designing based on combustion calculation, furnace heat exchange calculation, metal heating time and heat balance calculation, to the design of the heating furnace basic size, finally determine the heating section, a preheating section and the heat balance in the furnace body of refractory material of the furnace design drawing.Keywords: Heating furnace; low energy consumption; low pollution; high efficiency沈阳化工大学学士学位论文目录引言 1一.文献综述 11.1我国的能源现状及可持续发展 11.2家热炉的结构功能及发展概况 21.3我国加热炉在使用中存在的问题 51.4加热炉运行的建议 81.5总结 9二.设计计算书 10 设计计算数据 10热工计算 10 （1）燃料燃烧计算 10（2）炉膛热交换计算 12（3）炉内金属加热计算 14（4）炉底水管确定及布置 19（5）炉膛热平衡及燃烧计算 20（6）煤气烧嘴的选择 25（7）空气换热器设计计算 26三.专题 34四.参考文献 37五.附录 38附录一 原始数据 38附录二 英文文献原文 39附录三 英文文献翻译 43附录四 毕业实习报告 47沈阳化工大学学士学位论文 综述综述1.1 我国的能源现状及可持续发展我国目前是世界上第二的能源出产国及第一大的能源消耗国。
其中煤炭消耗占70%左右，而且在随后的几十年里中国热然会以煤炭为主要的能源结构，同时，天然气和石油等能源消耗比也在逐渐提升做为世界上第一大的能源消耗国，我国的能源消耗主要靠国内供应，能源自给率为94%煤炭是我国的主要能源供应，其次是石油，虽然我国的水利资源非常丰富，但是使用率不足6%，煤炭和石油等不可再生能源一旦枯竭，必然会影响到我国的经济发展和国家建设所以，中国的能源发展要坚持节约发展，清洁发展和安全发展节约优先，中国把资源节约作为基本国策，坚持能源开发与节约并举、节约优先，积极转变经济发展方式，调整产业结构，鼓励节能技术研发，普及节能产品，提高能源管理水平，完善节能法规和标准，不断提高能源效率依靠科技中国充分依靠能源科技进步，增强自主创新能力，提升引进技术消化吸收和再创新能力，突破能源发展的技术瓶颈，提高关键技术和重大装备制造水平，开创能源开发利用新途径，增强发展后劲保护环境中国以建设资源节约型和环境友好型社会为目标，积极促进能源与环境的协调发展坚持在发展中实现保护、在保护中促进发展，实现可持续发展随着中国社会主义经济发展的逐渐加快，我国面临的能源问题日益突出，无论是国内的能源供应，还是对国外的能源应用都面临着巨大的压力。
节能，环保，新能源成了当今社会面临最主要的问题我国能源的利用现状是许多领域成粗犷式增长目前我国的单位生产值能耗大约是世界平均水平的2倍多，我国单位的GDP的能耗是日本的7倍，美国的6倍甚至是印度的2.8倍每公斤标准煤产生的国内生产总值仅为0.36美元，而世界平均的为1.86美元目前我国的能源利用效率仅为33%，比发达国家低约10个百分点电力，钢铁，有色，石化，建材，化工，轻工，纺织等八个行业的单位能耗比世界先进水平高出40%，而这八个行业的能耗占工业总能耗的73%左右国内的能源缺乏和发展的粗犷直接导致了能源和主要资源对外依存度上升，无疑加大了我国的能源风险，同时，对环境的影响也是非常巨大的，对社会主义的可持续发展构成了严重的威胁从上面可以看出，想要解决我国的能源问题，就必须调整产业结构，产品结构依靠创新技术，创建新的能源生产模式和消费模式，发展新型的节能经济社会1.2家热炉的结构功能及发展概况加热炉是站钢厂的主要设备之一，加热炉的主要任务是把将要进行轧制的金属坯料加热到一定温度，使金属软化，以满足下工序轧制的要求在轧钢生产中，必须将金属坯料加热到一定温度，使它具有一定的可塑性，才能进行轧制。
对金属坯料的加热主要靠“加热炉’当前冶金工业企业使用的加热炉按不同的分类方法可分为多种型式：从加热制度角度可分为两段式加热炉、三段式加热炉、五段式加热炉；从钢坯料在炉内的移动方式分有步进式加热炉、退钢式加热炉和环形加热炉；从燃烧介质中类分有煤气——空气加热炉、重油加热炉和电加热炉等1.2.1加热炉的主要技术指标加热炉除达到工艺要求外，节能环保是重要指标钢铁企业数量最多、耗能最大的是连续式加热炉所以为了反映加热炉的经济合理性，必须有一些可以反映加热炉性能的指标1) 炉子热效率 钢坯加热需要的物理热与燃料化学热之比炉子热效率不等于炉膛热效率效率的高低表明向炉子提供的热量被有效利用的程度，它是一个经济指标(2）换热器温度效率 （预热空气（或煤气）温度-20℃）/(废气进入预热器的温度-20℃)，是预热器的重要指标3) 推钢炉管底比 炉底纵水管、横水管、立柱裸露总面积与炉底面积之比4) 过钢炉底应力 每平方米过钢炉底面积每小时的产量,kg/m2h5) 单位燃料消耗 加热单位重量代表规格钢坯到目标温度需要的燃料化学热,KJ/kg6) 烧损率 钢坯加热后失去的重量与加热前的重量之比。
7) 空气过剩系数 燃料燃烧时，实际空气供给量与理论空气需要量之比8) 蓄热式燃烧 采用蓄热室作为烟气余热回收装置，燃烧和排烟两种状态交替工作，可将助燃空气和煤气加热到1000℃以上，排烟温度降到200℃以下，如果空气和煤气都预热，称为双蓄热；如果仅空气预热，称为单蓄热1.2.2 炉型的选择及节能设计综合技术①加热炉炉型选择应与车间生产规模及轧线工艺设备装备水平相适应炉子的水平要与轧机相匹配②新建的热轧、中厚板车间必须采用步进梁式炉，不再选择推钢式炉但为了利用短料，某些厚板车间设置一座推钢炉作为补充有的特厚板车间还设置均热炉和车底炉用于加热钢锭，由于均热炉辅助设备和厂房投资大，需要与其他可选择炉型比较后确定板坯加热炉尤其是热轧炉必须满足热装的要求③对于普钢棒线炉优先选择步进式炉，也可以采用推钢炉坯料厚度大于130mm时，不宜采用步进底式炉，因为断面大，又是单面加热，断面温差过大，不易保证产品的尺寸精度棒线步进炉一般为侧进侧出的悬臂辊道方式，如果坯料宽度超过400mm或特大特重坯料，采用悬臂辊比较困难，宜采用端进端出、装出钢机的方式④特钢棒线炉必须用步进梁式炉，以减少断面温差、烧损、脱碳，表面无划伤。
也比较容易做到不同间隔布料，缩短均热段停留时间，实现高温快出⑤园坯、管坯加热优先选择环形炉，布料允许的话也可以采用步进梁式炉⑥薄板坯连铸连轧保温炉可采用辊底炉或步进梁式炉1.2.3 加热炉的烧嘴选择加热炉的烧嘴是加热炉的主要设备之一，它是实现燃料燃烧的工具我国采用的烧嘴主要有：平焰烧嘴 调焰烧嘴 蓄热烧嘴在设计加热炉时，必须要选择合适的烧嘴，否则炉子就不能充分发挥作用，也打不到节能减排的目的①根据燃料种类、炉型选择合适的烧嘴，使其在正常工作范围内具有良好的火焰特性，保证钢坯的均匀加热及低NOx排放常规烧嘴的调节比不应小于1：5，蓄热烧嘴不小于1：3，在调节比范围内不应产生回火和脱火②对于同一烧嘴使用多种燃料时，必须注意不同燃料的华白数和燃烧势接近，如果相差较大，则不能共用否则极易发生脱火或回火③烧嘴产生的NOx浓度应符合GB16297-1996《大气污染物排放标准》表2的规定，根据总的排放量确定烟囱高度，标准不低于二级④加热炉上常用烧嘴的NOx生成量限制如下:(废气中含氧量均为3%)平焰烧嘴 <140ppm调焰烧嘴 <140ppm蓄热烧嘴 <130ppm燃烧产生的废气中开始时主要是NO，但很快转化为NO2，氮氧化合物分析仪上NOx含量为总含量，按1ppm=2mg/m3换算⑤脉冲控制燃烧技术适应热负荷的变化，调节灵活，有利于钢坯温度的均匀。
对产量变化大、物料规格多且变换频繁、热装的加热炉，可全炉或局部采用脉冲方式由于脉冲时，燃料瞬间中断，对炉压、风压、煤气压力都有冲击，所以单个烧嘴的能力不宜过大1.3我国加热炉在使用中存在的问题 近几年是我国钢铁产业的大发展时期，大型钢铁企业因产品结构调整，新建或改建项目大部分是热带，中厚板及冷轧，镀锌，彩涂等地方中小型和民营钢铁企业多是建设和生产棒线材，窄中宽及型钢等产品随着近年来钢铁产量的迅速增长，钢铁工业占全国总能耗的比重越来越高，到2007年，钢铁工业的总能耗占全国能耗的14.71%由于现代钢铁产品产量，品种的升级，深加工能力不断增长，轧钢工序能耗在不断增加加热炉是轧钢厂的主要耗能设备之一，其能耗占轧钢工序能耗的60%-70%，其能耗水平直接影响轧钢生产成本因此降低加热炉能耗是轧钢节能的主要方向和目标我国冶金行业轧钢加热炉有几千座，包括近年新建及改造的蓄热式加热炉, 在运行、使用过程或多或少地存在问题，其能耗水平相差很大，有的加热炉单耗达70-80kg/t，节能潜力十分巨大不仅如此，加热炉在运行过程中也存在着很多问题，如燃烧，冷却系统，钢坯加热不均，氧化烧损，热工制度，炉压等等。
下面就对其中常见的一些问题进行说明1) 煤气压力、热值波动煤气压力、热值波动次数跟公司检修和煤气用量大小相关, 由于较难预知其变化, 因此调控较困难各种中板厂，型材厂和高线厂均反映存在煤气压力、热值波动的问题, 煤气管网的压力和热值波动, 直接导致空燃比失调, 引起加热炉燃烧不完全或排烟热损失增多, 造成加热炉燃耗增加2) 烧嘴堵塞、腐蚀漏气和烧嘴砖烧损烧嘴堵塞、腐蚀漏气的原因是煤气净化不佳, 含尘、硫、焦油和苯等杂质高冬季长期往管道通入蒸汽, 造成管道末端、加热炉烧嘴煤气通道堵塞或腐蚀漏气烧嘴砖烧损的原因是由于烧嘴砖在急冷急热和高温条件下工作, 烧损严重烧嘴堵塞、腐蚀漏气和烧嘴砖烧损严重直接导致加热能力下降, 燃烧不完全增加, 影响燃耗与安全3) 换热器损坏, 影响换热各轧钢厂的换热器无论是煤气还是空气换热器,都会出现不同程度的损坏如空气换热器的第一排导气管封死,减少了均热段端烧的风量;煤气换热器腐蚀老化严重,造成煤气泄漏自燃,在无备件的情况下,只好将煤气换热器甩掉,煤气不预热,直接输送到烧嘴,影响煤气燃烧,综合燃耗也将有所上升加热炉换热器使用时间长,性能下降,预热空气温度降低,对燃烧和节能有一定的影响。
4) 炉头、炉墙冒火, 增加散热损失加热炉侧墙密封性差, 在轧制小规格产品时, 轧制节奏慢,侧墙基本上无冒火现象; 轧制大规格时, 轧制节奏较快, 炉压较高, 造成侧墙冒火加热侧炉墙与炉顶预制块之间出现缝隙, 造成窜火、透红现象, 尽管从炉外进行局部修补, 但炉外砌筑效果不好, 可能再次出现透火情况5) 炉底结渣严重近年由于轧钢产量持续增加, 加热炉负荷进一步提高, 加之加热炉炉压不好控制, 吸冷风较严重, 导致炉底结渣严重实炉底部分结渣形成不规则的浪丘, 向炉头方向延伸到出钢滑道, 有时影响正常出钢6) 其他加热炉使用水冷, 且冷却水的水温偏高, 造成两方面的后果,一是炉内水管容易结垢; 二是带走炉膛内的热量, 增加热耗无论是蓄热式加热炉还是常规推钢式和步进式加热炉, 由于长期在高产、高温、超负荷状况下工作, 其使用寿命越来越短同时指出蓄热式炉蓄热体板结、损坏和阀门故障、使用寿命等问题需进一步改进研究针对这些问题，可以采用以下对策进行解决1) 煤气压力、热值波动问题可以采用煤气稳压装置, 规划时就应考虑建设煤气柜来缓解煤气供需平衡; 在加热炉使用燃料问题上采用单一煤气, 或做好煤气混合比例稳定煤气热值;增加热值仪加强煤气热值监控; 检修时错开各加热炉检修时间, 这样来缓解煤气压力和热值波动问题; 在加热炉控制方面可采用最佳燃烧控制技术解决煤气压力、热值波动影响燃烧的问题。
解决煤气压力、热值波动影响燃烧的问题2) 烧嘴问题可以利用干法代替湿法减少煤气含水, 加强净化, 提高脱硫脱焦效率; 定期检修清理烧嘴内粘结物, 选择高性能耐高温材料; 在轧钢许可情况下, 尽可能降低出钢温度,减少待轧时间; 对于蓄热式烧嘴选择急冷急热、热震稳定性好的蓄热体; 优化加热工艺制度等震稳定性好的蓄热体; 优化加热工艺制度等3) 换热器问题主要是控制排烟温度在110℃以上, 防止酸腐蚀, 定期排水除去煤气积水, 防止超温过烧, 从材料角度可选择耐高温耐腐蚀的换热器4) 炉头炉墙冒火可控制炉内压力为低于20Pa的微正压, 损坏炉墙采取灌浆修补, 炉底结渣可定期清理, 同时采取措施减少氧化烧损5) 提高自动化水平, 减少人工操作, 利用汽化冷却或无水冷替代水冷方式, 加强管理,防止加热炉超温、超负荷运行等1.4加热炉运行的建议(1) 加强加热炉管理, 定期检修, 合理安排各厂的检修时间2) 稳定煤气热值, 合理控制空燃比, 加强炉墙保温, 合理控制炉内压力, 防止冒火, 尽可能降低排烟温度3) 加强余热利用,利用余热预热空气和煤气、生产蒸汽、发电等,并做好能源的梯级利用4) 在保证轧制的情况下, 优化加热工艺制度, 尽可能降低出钢温度, 缩短钢坯在炉时间, 降低钢坯氧化烧损和加热炉单耗。
5) 推广应用新节能技术, 如热送热装、直接轧制、蓄热式燃烧等技术, 可实现较大幅度的节能1.5本次毕业设计内容一个节能型的炉子设计是基本条件，但生产中，料坯规格、产量、加热工艺是变化的，因此操作节能是重要环节，比如待轧时，视待轧时间长短，调整均热段和（或）加热段的设定温度等操作工应做到勤观察炉况，勤调整热工参数并且总结好的经验，总之要做到精细操作 炉子设计应以节能环保为中心，积极采用国内外行之有效的各种技术，包括蓄热燃烧技术、脉冲燃烧技术、汽化冷却技术、低热惰性炉衬、低NOx烧嘴、空煤气预热器等大力研发具有自主知识产权的低NOx烧嘴、无焰燃烧器、富氧和全氧燃烧器、蓄热式辐射管烧嘴、全纤维炉衬板坯加热炉、全脉冲燃烧控制的步进炉等，设计出具有中国特色的现代化工业炉根据燃料条件、产品种类、平面布置选择各类技术，融合于一体根据以上的分析，本次设计的三段式燃气式加热炉，并将炉顶结构作为专题进行了分析研究47沈阳化工大学学士学位论文 计算说明书推钢式三段连续式加热炉设计计算一﹑设计计算数据：1﹑炉子用途：热轧前金属加热2﹑炉子生产率：P=35t/h3﹑被加热金属：（1）种类：20#（2）尺寸：100×100×2200mm（3）金属开始加热时的温度：t=0℃（4）金属加热终了表面温度：t=1250℃（5）金属加热终了横断面温差：△t≤30℃4﹑燃料 （1）种类：干混合煤气 （3）煤气湿成分：见表1表1 煤气湿成分成分COCOCHCHOHN焦炉煤气9.11.924.23.20.359.61.6高炉煤气24.514.70.7---0.54.051.65﹑出炉膛烟气温度：t=800℃6﹑空气预热温度：t=120℃二.热工计算（1）燃料燃烧计算 a．焦炉煤气和高炉煤气干湿成分换算①设混合气体不预热，t=10℃则 g=9.8/标 得：k= =0.988②把k=0.988带入 换算出湿成分 表2表2 燃料湿成分 成分种类COCOCHCHHNO合计焦炉煤气8.991.8823.93.1658.881.580.31.3100高炉煤气24.214.520.69---4510.55.1100b.计算混合煤气湿成分①计算焦炉煤气和高炉煤气的低发热值=356.5×23.9+634.73×3.16+107.26×58.88+126.15×8.99=17976kJ/=126.5×24.2+356.51×0.69+107.26×4=3728kJ/②混合煤气低发热值高焦比为 4:6 则配比系数 x == 则 =13227kJ/③计算混合煤气湿成分 表3表3 混合煤气湿成分 成分种类COCOCHCHHNO合计混合煤气14.066.0916.162.1140.5918.050.372.57100c.计算理论空气需要量==3.17标/标d.计算实际空气需要量 取n=1.1=3.17×1.1=3.49标/标=（1+0.00124×9.8）×3.49=3.53标/标e.计算燃烧产物生成量及成分 表4表4 燃烧产物生成量 成分名称生成量（标）0.412.940.070.764.18体积含量（）9.8170.331.6718.18100f.计算混合煤气燃烧产物重度 ==1.24kg/标g.计算燃料燃烧理论燃烧温度由=120℃ 查表得 =1.296kj/（标·℃）设 = 1800~2100℃查表得 ==1.686设=0因此 可满足连续加热的工艺要求.（2）炉膛热交换计算a.预确定炉膛主要计算尺寸① 对于中型加热炉，取H=600kg/（） 取推钢比 E=200计算炉内物料摆放排数 取n=2则 B=2×2.2+2×0.2=4.8为施工方便，取耐火砖宽度0.116m的整数倍所以 取B=5800mm②炉膛各段高度查表得 对于中型炉 预确定各段高度 ③炉顶结构因为炉膛宽度超过拱顶的设计要求 ，所以炉顶采用平顶吊挂结构④出料方式端出料b.计算各段平均有效射线行程①计算各段充满炉气的炉膛体积②计算各段包围炉气的炉壁表面积 ③各段平均有效射线行程 c.计算炉气中的和（汽）分压① 大气压② 大气压d.计算各段炉气的温度①设均热段炉气温度比金属加热终了时其表面温度高50℃②设加热段炉气温度比金属加热终了时其表面温度高150℃③设预热段炉气温度呈近似线性变化，则预热段炉气平均温度e.计算各段炉气黑度f.计算各段炉墙和炉顶对金属的辐射角度系数g.计算各段炉气经炉壁对金属的导热辐射系数①均热段导热来福系数②加热段导热来福系数③预热段导热来福系数④均热段与加热段界面处⑤加热段与预热段界面处（3）炉内金属加热计算a.计算3界面处金属加热有关参数①金属表面温度②金属断面最大温差③金属断面平均温度④金属在炉内总热焓增量其中： 20#钢在1229℃时 平均比热则 ⑤炉气向金属表面传热热流其中 ： s=0.05m20#钢在1229℃时导热系数 则 ⑥均热段炉气温度 故 取1286℃b.计算2界面处金属加热有关参数①炉气温度②金属表面温度③炉气向金属表面传热热流④金属断面温差其中： s=0.05m设 查表得 ⑤金属中心温度⑥金属断面平均温度 不必重新设故取 ⑦金属在预热段和加热段的热焓增量查表得 则 c.计算1界面处金属加热有关参数①炉膛热量利用系数②加热段热利用系数取 炉气平均比热空气平均比热实际空气消耗量实际废弃生成量则 ③金属在预热段的热焓增量其中 按经验取 则 ④金属平均温度由以上计算得设 则 ⑤炉气向金属表面传热热流其中 则 经过循环计算得 ⑥金属表面温度⑦金属断面温差⑧金属中心温度⑨金属热焓值 d.计算0界面处金属加热有关参数炉气出炉温度 金属温度 则 炉气向金属表面传热热流e.计算各段炉气向金属表面传热平均热流①预热段平均热流②加热段平均热流f.计算炉内金属加热时间①预热段金属加热时间②加热段金属加热时间③均热床金属加热时间其中 ④炉内金属总加热时间⑤单位加热时间g.计算炉子长度①炉子有效长度②预热段长度③加热段长度④均热段长度h.炉子结构和操作参数①有效炉底面积：②钢压炉底面积：③炉底利用率：④有效炉底强度：⑤钢压炉底强度：i.炉门数量及尺寸确定①进料炉门 取 ②出料炉门出料方式选择端出料 所以出料炉门尺寸同进料炉门③操作炉门 4个 每侧2个④人孔 ⑤炉顶由于炉膛宽度过宽 所以选择平顶吊挂结构炉顶⑥炉墙炉墙选用浇筑结构耐火浇注料+轻质浇注料（4）炉底水管布置及规格确定①纵水管中心距 取 根数 取②横水管横水管中心距③支撑水管中心距 根数 取（5）炉膛热平衡与燃料消耗计算基准温度取车间内环境平均温度 设a.炉膛热收入①设 炉膛燃料消耗量为 则②预热空气进入炉膛物理热③金属氧化放热 取 则 b.炉膛热支出①加热金属带出物理热 ②出炉膛废弃带出的物理热损失 其中 所以 ③炉底水管冷却水带出的物理热损失 设 纵水管和支撑水管冷却水入口温度均为 出口温度 管壁平均温度 （A）纵水管带出物理热查表得： 其中 所以 （B）支撑水管带出的物理热 查表得： 其中 所以 故 ④炉壁导热损失 （A）炉壁内表面平均温度 的计算 a). 加热段 已知 所以 b).预热段 已知 所以 c). 均热段 已知 所以 （B）环境平均温度：（C）炉壁导热损失的计算已知： 设 硅砖与硅藻土砖交界面处温度 硅藻土砖外表温度 则 那么 所以 验算架设砌体平均温度的正确性与预设值相差较大 需要重新计算重新设设 进过计算 验算相差较小 故 同理计算出其他部位的炉壁导热损失炉壁部位炉壁内表面积（）导热损失（）炉壁外表温度（℃）预热段炉顶3714224966预热段炉壁239534066加热段炉顶2518076962加热段炉壁22159076114均热段炉顶20138634106均热段炉壁1069317105合计13786.5（平均）⑤经炉门的散热损失 （A）经炉门的辐射热损失a).经出料炉门的辐射热损失加热段炉气温度 出料炉门开启面积 取单位时间开启时间 遮蔽系数则 b).经进料炉门的辐射热损失所以（B）.其他热损失因此 c.炉膛热平衡式与燃料消耗量①炉膛热平衡式即 ②燃料消耗量d.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%123456燃料燃烧化学热预热空气物理热金属氧化放热66.132.392.93492.53.44.1123456加热金属物理热出炉膛物废气理热冷却水带出物理热炉壁导热损失经炉门热损失其它29.524.1911.420.7852.1822.0841.333.9161.13.11.6合计71.454100合计71.454100e.炉子工作指标①单位热燃耗②单位热耗③炉膛热效率④炉子热效率⑤炉子实际燃料消耗量（6）煤气烧嘴的选择a.选择依据①燃料种类：干混合煤气②煤气低发热值：③炉子最大燃料消耗量：④炉子最大混合空气需要量：⑤预热空气温度：⑥供热量分配：上供热40% 下供热60%b.烧嘴类型 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。
根据烧嘴的特性，决定选用低压涡流式烧嘴，即DW-I型煤气用烧嘴c.烧嘴布置和烧嘴选型因为该炉膛宽5800mm，端出料方式，所以采用侧供热上加热：供热量因为该加热炉为双排加热，炉膛宽度过宽，所以需要加热火焰有一定的长度所以选用DW-I-9型煤气用烧嘴该烧嘴最大燃烧能力为烧嘴安装数量： 取6个烧嘴安装间距： 满足最小安装中心距下加热：同上加热（7）空气换热器设计计算a.已知数据①出炉膛烟气温度：②出炉膛烟气流量：③进换热器的空气温度：④烧嘴钱要求空气预热温度：⑤预热空气流量：b.设计数据①进换热器烟气温度：②进换热器烟气流量：③进换热器空气温度：④出换热器空气温度：⑤预热空气流量：c.设计方案①换热器种类：金属换热器②换热器结构：平滑直管金属换热器③换热管规格：④换热管布置：顺（直）排，换热管中心距 ，⑤换热器气流方向及流速：逆叉流，管外流烟气 设 管内流空气，设 d.设计计算①计算换热器烟气温度式中：—换热器热利用系数，取；查表： ②计算换热器换热面积（A）计算预热空气在换热器中获得的热量 （B）计算换热器中烟气与空气的平均温压a).计算b).计算逆叉流修正系数查表得 所以 （C).计算传热系数ka).计算管外烟气侧给热系数 Ⅰ.计算辐射给热系数 根据 查表得 Ⅱ.计算对流给热系数 其中 故 b).计算管内空气侧给热系数 其中 查表可得 由于管内插入“一”字形纽带插入件，对流给热系数是光管的1.81倍。
故 所以 传热系数 由于换热器使用中可能产生积灰等现象，导致换热系数降低，影响空气预热温度，所以实际传热系数用计算出的k值乘以降低系数加以修正 取 将 带入 e.结构设计①确定换热管长度由于该连续加热炉采用下排烟方式，换热器必须安装在底下烟道中，所以对于平滑直管换热器换热管长度取决于烟道的高度首先确定烟道尺寸（A）计算烟道流通面积其中： 则： （B）确定要到尺寸根据，查表可得烟道尺寸 （C）确定换热管长度根据换热管长度≈烟道高度 即:②计算换热管根数（A）计算单根换热管的换热面积由于设计方案，确定换热管采用钢管则单根换热管换热面积可按换热钢管管壁平均直径计算（B）计算换热管根数③换热管布置（A）计算垂直烟气流动方向断面上的换热管列数其中： 所以 取整（B）计算沿烟气流动方向上的换热管排数 a)计算空气流通截面上的换热管排数其中： 则 b)计算沿烟气流动方向上的换热管排数 取整c)计算换热器行程数 取整f.确定换热器材质①计算换热器最高壁温本换热器内气流为逆叉流，烟气入口处和出口处壁温温度最高，烟气出口处和空气入口处管壁温度最低。
则 查表得，换热管可采用两种材质，即表面渗铝碳钢管和碳钢管换热器烟气出口处12~13排换热管采用表面渗铝碳钢管，其余换热管采用碳素钢管g.计算换热器运行经济指标①热效率②温度效率沈阳化工大学学士学位论文 专题 三.专题 炉顶吊挂及钢结构炉膛宽度较大的炉子，通常采用吊挂平顶结构吊挂平顶有整体浇注，异形耐火砖吊挂结构，预制块吊挂结构等等本次设计加热炉由于宽度过宽，所以选择平顶吊挂结构的炉顶，吊挂结构为预制块吊挂结构由于吊挂结构不同，作用在吊挂梁上的受力分布及大小不同当吊挂横梁只承受吊挂横梁本身及被吊挂的耐火材料重量时，由于吊挂梁上受力比较均匀，可按中间有均布负荷的简支梁计算一．预制块的尺寸设计及钢结构设计计算 根据设计加热炉宽度及加热温度预设预制块长度6050mm，520mm宽的凸型预制块，材料为磷酸盐耐火混凝土，重量约为2000kg吊挂结构受力情况的简化图如下图所示具体尺寸预设为，吊挂梁支点间距L=6800mm，受力点间距C=4800mm，a=1000mm吊挂横梁设计拟采用2根槽钢组合结构。
设计计算：①计算中间数据 a.计算每根槽钢的最小高度 b.查表得 选用22a号槽钢，单重，高度，大于 c.计算吊挂横梁的单重 加上吊钩附件取 d.计算预制块的单重e.计算总单重 f.取槽钢的许用应力 g.取槽钢的弹性模数 h.查表得 22a槽钢的惯性矩②计算横梁的最大弯矩③计算吊挂横梁断面系数④计算吊挂横梁的最大挠度⑤校核 a.断面系数的校核查表得 22a号槽钢的断面系数 ，2根槽钢组合后的断面系数远远大于计算值（），可用 b.挠度校核吊挂横梁的挠度工程上的要求，该吊挂横梁最大挠度计算值，可用由上述计算结构可知，选用2跟22a号槽钢构成的组合件作为该炉的吊挂横梁可以满足工程要求混凝土预制块：目前工业炉上采用的耐火混凝土吊顶预制块一般为凸字型结构并在预制块中埋设钢筋，吊钩和钢筋焊接在一起耐火混凝土材质与炉温有关，最高温度为1350~1400℃，采用磷酸盐耐火混凝土；最高炉温为1000~1100℃，可采用矾土水泥耐火混凝土根据本加热炉的炉温，选择浇注材料为磷酸盐耐火混凝土吊挂时，沿炉长方向排列，每块预制块独立吊挂，同一预制块几个吊钩受力均匀这种吊挂炉顶结构的优点是，施工简单，更换维修容易，使用寿命较长。
沈阳化工大学学士学位论文 参考文献参考文献[1] 陆钟武.火焰炉.沈阳：东北大学，1994.[2] 韩昭沧. 燃料及燃烧[M].北京：冶金工业出版社，1991.[3] 赵渭国.杜涛.火焰炉设计计算参考资料[M].沈阳：东北大学出版社，2002.[4] 陆钟武.宁宝林.工业炉热工及构造[M].沈阳：东北大学出版社,1987. [5] 杨世铭.陶文铨.传热学.北京：高等教育出版社，1998.[6] 王秉铨.工业炉设计手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2002.[7] 汤学忠.热能转换与利用（第二版）.北京：冶金工业出版社，2004.[8] 赵渭国.杜涛，王爱华.火焰炉设计 [M].沈阳：东北大学，2005.[9] 张子建.蓄热室加热炉的发展[J].河北冶金，2005，146（2）[10] 凌雁.“加热炉节能技术的发展”[J]冶金能源，1999，18（2）；26-30[11] 潘家俊，。
