【正文】 河北聯(lián)合大學輕工學院　　畢業(yè)設計目錄熱軋板廠10t/h蓄熱式步進加熱爐設計畢業(yè)設計目　　錄引 言 11 緒論 2 2 2蓄熱式燃燒技術的發(fā)展 2 蓄熱式（高溫空氣）燃燒技術的特點 3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 4 國外研究現(xiàn)狀 4 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 5 蓄熱式加熱爐發(fā)趨勢及展展望 6 開發(fā)與應用高溫空氣燃燒技術的前景 62 初步設計 8 燃料的選擇 8 加熱工藝的確定 9 爐型選擇 10 料坯布置方式及加熱方式的選擇 12 料坯的裝出爐方式 12 選擇燃燒裝置的形式及其安裝位置的確定 13 換熱裝置的形式及其換向系統(tǒng)的確定 14 爐子供風和排煙系統(tǒng) 15 爐底水管的確定 15 爐子的鋼結構及冷卻系統(tǒng)的確定 17 183 技術設計 19 19 19 燃料所需空氣量計算 20 單位燃燒產(chǎn)物的計算 20 理論燃燒溫度的計算 21 22 爐膛尺寸的確定 22 金屬出爐參數(shù)的確定 23 算各段爐氣平均有效射線行程 23 預定各段爐氣溫度 24 計算各段爐氣黑度 24 各段爐頂和爐墻對金屬的輻射角度系數(shù) 24 計算各段爐氣的平均綜合輻射系數(shù) 25 金屬加熱計算 25 溫度制度的確定及邊界條件 26 均熱段爐氣溫度校核 26 金屬加熱的各段熱流密度計算 27 金屬加熱時間的計算 28均熱段加熱時間 31 爐子主要尺寸的確定 31 計算爐子長度 31 爐子結構和操作參數(shù) 31 爐門數(shù)量和尺寸的確定 32 爐膛各部分用耐火材料及其尺寸的確定 33 爐底水管結構尺寸 34 爐底水管強度計算 35 爐底水管布置特點 36 爐底水管強度計算原則 36 固定梁和步進梁的強度計算 37 43 爐膛熱收入項 44 爐膛熱支出項 44 爐膛熱平衡及燃料消耗量的計算 55 列爐膛熱平衡表 55 爐子工作指標 56 56 56 56 59 59 59 59 63 63 63 68 68 68 69結 論 71參考文獻 72致 謝 73附 錄 74河北聯(lián)合大學輕工學院　　畢業(yè)設計引言引 言 高溫空氣燃燒技術在日、美等國家簡稱為HTAC技術，在西歐一些國家簡稱為HPAC(Highly Preheated Air Combustion)技術，亦稱為無焰燃燒技(Flameless bustion)。其基本思想是讓燃料在高溫低氧濃度(體積)氣氛中燃燒。它包含兩項基本技術措施：一項是采用溫度效率高達95%，熱回收率達80%以上的蓄熱式換熱裝置，極大限度回收燃燒產(chǎn)物中的顯熱，用于預熱助燃空氣，獲得溫度為800～1000℃，甚至更高的高溫助燃空氣。另一項是采取燃料分級燃燒和高速氣流卷吸爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物，稀釋反應區(qū)的含氧體積濃度，獲得濃度為15% ～3%(體積)的低氧氣氛。燃料在這種高溫低氧氣氛中，首先進行諸如裂解等重組過程，造成與傳統(tǒng)燃燒過程完全不同的熱力學條件，在與貧氧氣體作延緩狀燃燒下釋出熱能，不再存在傳統(tǒng)燃燒過程中出現(xiàn)的局部高溫高氧區(qū)。這種燃燒是一種動態(tài)反應，不具有靜態(tài)火焰。它具有高效節(jié)能和超低NOX排放等多種優(yōu)點，又被稱為環(huán)境協(xié)調(diào)型燃燒技術HTAC技術具有高效、節(jié)能和低污染等特性，自從面世以來，就受到世界工業(yè)界和企業(yè)界的廣泛關注。它徹底打破了傳統(tǒng)燃燒的模式，進入到新的未知領域——高溫低氧燃燒領域。它是一項既節(jié)能又利于環(huán)保且極具活力的技術，值得大力推廣和開發(fā)。對于企業(yè)界來說，它可以大幅度降低能耗和生產(chǎn)成本，提高其運行的經(jīng)濟性和市場競爭力。HTAC技術被認為是具有創(chuàng)造性、實用性以及增長潛力的新的戰(zhàn)略技術。在鋼鐵工業(yè)中，加熱爐是主要的耗能設備之一。合理解決加熱爐的燃料問題，提高燃料利用率，對于降低能源消耗，減少鋼坯氧化燒損，提高加熱質(zhì)量從而進一步提高整個軋線生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益，具有非常重要的意義本設計是指導教師劉克儉根據(jù)包鋼軋鋼廠燃高爐煤氣步進梁蓄熱式加熱爐擬題。79河北聯(lián)合大學輕工學院　畢業(yè)設計1 緒論蓄熱式高溫空氣燃燒技術，19世紀中期就開始用于高爐熱風爐、平爐、焦爐、玻璃熔爐等規(guī)模大且溫度高的爐子。其原理是采用蓄熱室余熱回收裝置，交替切換煙氣和空氣，使之流經(jīng)蓄熱體，達到在最大程度上回收高溫煙氣的顯熱，提高助燃空氣溫度的效果。但傳統(tǒng)的蓄熱室采用格子磚作蓄熱體，傳熱效率低，蓄熱室體積龐大，換向周期長，限制了它在其他工業(yè)爐上的應用。新型蓄熱室，采用陶瓷小球或蜂窩體作蓄熱體，其比表面積高達200～1000m2/m3，比老式的格子磚大幾十倍至幾百倍，因此極大地提高了傳熱系數(shù)，使蓄熱室的體積可以大為縮小。另外，由于換向裝置和控制技術的提高，使換向時間大為縮短，傳統(tǒng)蓄熱室的換向時間一般為20～30min，～3min。新型蓄熱室傳熱效率高和換向時間短，帶來的效果是排煙溫度低（200℃以下），被預熱介質(zhì)的預熱溫度高（只比爐溫低100～150℃）。因此，廢氣余熱得到接近極限的回收，蓄熱室的溫度效率可達到85%以上，熱回收率達80%以上。隨著蓄熱式燃燒技術的進步和新型耐火材料的研究開發(fā)，高效蓄熱式余熱回收技術和高風溫燃燒技術在不斷完善中正走向成熟。蓄熱式燃燒技術的發(fā)展1982年英國Hotwork公司和British Gas公司合作，首次研制出了緊湊型的陶瓷球蓄熱系統(tǒng)RCB(Regenerative Ceramic Burner)。系統(tǒng)采用陶瓷球作為蓄熱體，比表面積可達240m2/m3，因此蓄熱能力大大增強、蓄熱體體積顯著縮小、換向時間降至1～3min，溫度效率明顯提高(一般大于80％)，而預熱溫度波動一般小于15℃。在隨后幾年里，對該蓄熱系統(tǒng)又進行了大量的實驗研究并作了試用。在不銹鋼退火爐、步進梁式爐上的應用均達到了預期的效果，取得了顯著的經(jīng)濟效益。日本在1985年前后詳細考察了RCB的應用技術和實際使用情況后，開始進一步研制。20世紀 90年代初，日本鋼管株式會社(NKK)和日本工業(yè)爐株式會社(NFK)聯(lián)合開發(fā)了一種新型蓄熱器，稱為高效陶瓷蓄熱系統(tǒng)HRS(Highcycle Regenerative Combustion System)。在蓄熱體選取上，采用壓力損失小、比表面積更大的陶瓷蜂窩體，以減少蓄熱體的體積和重量。為了實現(xiàn)低NOx排放，蓄熱體和燒嘴組成一體聯(lián)合工作，采用兩段燃燒法和煙氣自身再循環(huán)法來控制進氣，效果很好。NKK進行了多次試驗，對測得的數(shù)據(jù)進行了分析。結果發(fā)現(xiàn)，預加熱后進入燃燒器的空氣溫度已接近廢氣排放溫度。數(shù)據(jù)顯示，空氣預熱溫度達1300℃、爐內(nèi)O2含量為11%時NOx排放量是40kg/m3 [1]。HRS的開發(fā)，不僅實現(xiàn)了煙氣余熱極限回收及NOx排放量的大幅度降低，而且這種新型燃燒器還引發(fā)產(chǎn)生了一種新的燃燒技術——高溫空氣燃燒技術HTAC(High Temperature Air Combustion)。 蓄熱式（高溫空氣）燃燒技術的特點高溫空氣燃燒技術的基本特征：1) 采用高效蓄熱式余熱回收技術，實現(xiàn)高溫煙氣余熱的“極限”回收；2) 助燃空氣預熱溫度超過燃料自燃點溫度，燃燒穩(wěn)定性擴大，為組織低氧燃燒創(chuàng)造條件；3) 燃料在燃燒區(qū)高溫低氧燃燒，火焰體積顯著擴大，峰值溫度降低，實現(xiàn)超低NOx的生成與排放?！　』诟邷乜諝馊紵夹g的基本特征，高溫空氣燃燒技術具有如下一些優(yōu)勢：1) 高效節(jié)能。采用高效蓄熱式煙氣余熱回收裝置，交替切換煙氣與空氣，“極限”回收排煙余熱。煙氣熱回收效率超過80%。火焰體積成倍擴大，爐內(nèi)溫度分布更均勻，平均溫度升高，換熱(包括輻射換熱與對流換熱)進一步增強，熱利用率得以提高研究結果表明，采用高溫空氣燃燒技術，一般可實現(xiàn)節(jié)能30%以上。2) 低污染。主要表現(xiàn)在3個方面：(1)低NOx污染。盡管助燃空氣預熱溫度很高，但由于燃燒區(qū)氧濃度降低，火焰體積成倍擴大，降低了燃燒的峰值溫度，避免了熱力型NOx的大量生成，實現(xiàn)了超低NOx排放(一般為～)；(2)低排放。節(jié)能即減少燃料消耗，減少燃料消耗也就意味著可減少溫室氣體的排放。該技術可實現(xiàn)30%以上的節(jié)能，也就意味著可減少30%以上的排放；(3)低燃燒噪音?；鹧骟w積顯著增大，使單位體積的燃燒強度減弱，燃燒噪音大大降低。3) 縮小裝置尺寸。爐內(nèi)換熱效率的提高，可使相同產(chǎn)量加熱爐的尺寸縮小或者同樣大小加熱爐的產(chǎn)量提高。裝置尺寸縮小，從而可降低設備的初投資。4) 燃燒穩(wěn)定性好。由于助燃空氣溫度預熱到燃料自燃點以上，燃料一進人爐內(nèi)就能著火燃燒，提高了燃燒的穩(wěn)定性。5) 燃燒區(qū)擴大。通過組織爐內(nèi)低氧氣氛燃燒，火焰體積成倍增大，爐內(nèi)溫度場分布更均勻，有利于被加熱件的均勻受熱。6) 對燃料的適應性擴大。助燃空氣預熱溫度升高，降低了對燃料熱值的要求，有利于低熱值燃料的有效利用。7) 延長爐膛使用壽命。燃燒火焰峰值溫度降低、可使爐壁免受高溫灼燒，從而延長爐膛的使用壽命。8) 便于燃燒控制。煙氣余熱的“極限”回收，弱化了過?？諝鈱訜釥t總熱效率的影響，擴大了燃燒的調(diào)節(jié)范圍，便于燃燒控制。9) 經(jīng)過蓄熱室后的煙氣溫度較低，煙道和煙囪的內(nèi)襯可不采用耐火材料。10) 高溫空氣燃燒器結構緊湊，體積小，安裝方便，可方便地用于舊爐改造，且改造工程量不大。由上所述，蓄熱式空氣燃燒技術的主要優(yōu)勢在于：(1) 節(jié)能潛力巨大，平均節(jié)能25% 以上。因而可以向大氣環(huán)境少排放二氧化碳25% 以上，大大緩解了大氣的溫室效應。(2) 擴大了火焰燃燒區(qū)域，火焰的邊界幾乎擴展到爐膛的邊界，從而使得爐膛內(nèi)溫度均勻，這樣一方面提高了產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面延長了爐膛壽命。(3) 對于連續(xù)式爐來說，爐長方向的平均溫度增加，加強了爐內(nèi)傳熱，導致同樣產(chǎn)量的工業(yè)爐其爐膛尺寸可以縮小20% 以上，換句話說，同樣長度的爐子其產(chǎn)品的產(chǎn)量可以提高20% 以上，大大降低了設備的造價。(4) 由于火焰不是在燃燒器中產(chǎn)生的，而是在爐膛空間內(nèi)才開始逐漸燃燒，因而燃燒噪聲低。(5)采用傳統(tǒng)的節(jié)能燃燒技術，助燃空氣預熱溫度越高，煙氣中NOX含量越大；而采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術，在助燃空氣預熱溫度非常高的情況下，NOX含量卻大大減少了。(6) 爐膛內(nèi)為貧氧燃燒，導致鋼坯氧化燒損減少。(7) 爐膛內(nèi)為貧氧燃燒，有利于在爐膛內(nèi)產(chǎn)生還原焰，能保證陶瓷燒成等工藝要求，以滿足某些特殊工業(yè)爐的需要。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀1982年英國的Hotwork ，世界上一些工業(yè)發(fā)達國家相繼開發(fā)和采用了這項技術。新型蓄熱式加熱爐技術之所以引起普遍重視和迅速推廣應用是因為它能最大限度的回收出爐煙氣的熱量，大幅度的節(jié)約燃料、降低成本，還能提高爐子的產(chǎn)量，同時大大減少二氧化碳和氮氧化物的排放量，有利環(huán)境保護，因此這項技術在國際上被稱為21世紀的關鍵技術之一。 90年代以來歐、美、日等國家在蓄熱式燃燒技術和應用方面取得了很大進展，把節(jié)能和環(huán)保有機的結合起來提升為“高溫空氣燃燒技術”。尤其是日本，現(xiàn)已有150多座工業(yè)爐采用了這項技術。日本鋼管、新日鐵、川崎、住友等鋼鐵公司都在軋鋼加熱爐上采用了這項技術，收到節(jié)能20%～30%提高產(chǎn)量15%～20%的效果。隨著蓄熱式燃燒技術的進步和新型耐火材料的研究開發(fā)，高效蓄熱式余熱回收技術和高風溫燃燒技術在不斷完善中正走向成熟。上世紀80年代由日本研發(fā)的“高溫空氣低氧燃燒技術”(High Temperature Air Combustion，簡稱HTAC)得到了快速推廣，造成國外高爐煤氣的利用率大大提高。目前，國外高爐煤氣利用技術的發(fā)展已達到相當成熟的階段，尤其是蓄熱式燃燒技術的發(fā)展，為負能煉鋼打下了良好的基礎。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國自二十世紀八十年代開始有國外譯文介紹，八十年代中后期國內(nèi)熱工界也開始研究新型蓄熱式技術，建立了專門的陶瓷球蓄熱式實驗裝置。東北大學、北京科技大學、機械部第五設計研究院、冶金部鞍山熱能研究院等對此技術都有研究，但是工業(yè)應用很少。1998年9月萍鄉(xiāng)鋼鐵有限責任公司首次和大連北島能源技術有限公司合作采用蓄熱式燃燒技術進行軋鋼連續(xù)式加熱爐燃燒純高爐煤氣技術的開發(fā)研究，并率先在萍鋼棒材公司軋鋼加熱爐上應用，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了蓄熱式技術燃燒高爐煤氣在連續(xù)式軋鋼加熱爐上的應用。此爐作為國內(nèi)第一座蓄熱式軋鋼加熱爐，盡管在許多方面還不盡人意，但應該說為國內(nèi)蓄熱式燃燒技術應用在冶金行業(yè)連續(xù)式加熱爐開辟了先河，此后，國內(nèi)有多家公司開展蓄熱式燃燒技術的研究和在國內(nèi)的推廣應用，蓄熱式燃燒技術逐漸成熟。如北京神霧公司的蓄熱式燒嘴加熱爐，秦皇島設計院的蓄熱式加熱爐等。在蓄熱式燃燒技術方面形成了一套較完善的設計思想和方法，蓄熱式技術在工業(yè)爐上的應用，實現(xiàn)了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、少污染和高自動化水平，達到了燃燒工業(yè)爐“三高一低”(高爐溫、高煙溫、高余熱回收和低惰性)的發(fā)展方向的要求。 蓄熱式加熱爐發(fā)趨勢及展展望在上個世紀早期，采用蓄熱室回收煙氣余熱，將助燃空氣預熱到1000℃的技術就已出現(xiàn)，并普遍應用于煉鐵熱風爐、玻璃熔爐、平爐和熔鋁爐等設備上，后來在火焰加熱的均熱爐上得到使用。由于這種蓄熱室是用耐高溫的大塊格子磚砌筑而成，故其存在的缺陷比較突出，所以這種蓄熱室回收余熱的措施在工業(yè)爐上并未得到大力發(fā)展。隨著蓄熱式燃燒技術的進步和新型耐火材料的研究開發(fā)，高效蓄熱式余熱回收技術和高風溫燃燒技術在不斷完善中正走向成熟。蓄熱式加熱爐總的發(fā)展趨勢是朝著燒嘴式蓄熱式加熱爐方向發(fā)展，具體表現(xiàn)有以下幾個方面：1) 蓄熱式燒嘴加熱爐和原普通加熱爐相比，都是通過調(diào)整燒嘴熱負荷來調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度，對于操作人員易于接受。2) 每個燒嘴都可單獨調(diào)節(jié)，上下加熱燒嘴能力搭配合理，加熱爐各段上下加熱溫度的調(diào)節(jié)非常方便。3) 爐墻兩側留有便于檢修的人孔門和扒渣門。4) 對于高熱值氣體燃料，可直接冷爐點火升溫。5) 燒嘴式結構可以采用集中換向和分散換向方式，分散換向則由于換向閥靠近燒嘴，換向閥與燒嘴之間的連接管道短而小，燃燒間斷時間短，因此換向時管道內(nèi)殘留煤氣損失較少，更有利于節(jié)能。