【正文】 / 3/1 5 9 71 0 0 05 9 NmkJtCQ rr ????燃 已知產(chǎn)物中的 CO2 和 H2O 的分壓分別為 (設(shè)爐內(nèi)壓力接近于105Pa)10 5Pa≈10 5Pa 和 10 5Pa 由手冊(cè)查得，在 2021℃ 下，它們的分解度分別為 ?2COf， ?OHf2。 火焰爐爐膛熱交換是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，工程上應(yīng)用的計(jì)算式都是根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行簡(jiǎn)化假設(shè)后的理想情況下得出的公式。 3) 設(shè)爐膛各段長(zhǎng)度為 預(yù)L ， 加L ，和 均L 。 計(jì)算各段爐氣的平均綜合輻射系數(shù) 對(duì)于步進(jìn)式加熱爐，可據(jù)公式 )1( gkm ??? ?? ??? q mqgk mC 24kJ/ ( )mK????????? ..(18) 得： 均熱段 ? ?2 0 .4 3 0 .2 3 8 0 .8 5 .80 .2 3 8 0 .5 4 0 .8 1 0 .2 3 8g kmC ????? ? ?均 24kJ/ ( )mK? 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 加熱段 ? ?2 0 . 4 3 0 . 2 2 5 0 . 8 6 . 5 70 . 2 2 5 0 . 5 4 0 . 8 1 0 . 2 2 5g k mC ????? ? ?加 24kJ/ ( )mK? 預(yù)熱段 ? ?2 0 . 4 3 0 . 2 5 5 0 . 8 6 . 1 30 . 2 5 5 0 . 5 4 0 . 8 1 0 . 2 5 5g k mC ????? ? ?預(yù) 24kJ/ ( )mK? 均熱段與加熱段界面處 2/)( 加均均加 g k mg k mg k m CCC ?? ( ) / 2 ? ? ? )/(kj 42 Km ? 加熱段與預(yù)熱段界面處 2/)( 預(yù)加加預(yù) g k mg k mg k m CCC ?? ( ) / 2 ? ? ? )/(kj 42 Km ? 金屬加熱計(jì)算 金屬加熱計(jì)算是確定火焰爐熱工計(jì)算的核心，其主要目的是確定金屬在爐內(nèi)的加熱時(shí)間。 第二段，金屬表面 溫度不變將金屬斷面溫差縮小到允許的范圍內(nèi)，但為了縮小金屬均熱時(shí)間，本設(shè)計(jì)將金屬加熱分為三個(gè)階段 預(yù)熱段：較慢的加熱速度將金屬表面由 20℃ 加熱至 900℃ ，盡可能縮小金屬 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 進(jìn)入加熱段的斷。金屬加熱時(shí)間受鋼種、尺寸、形狀以及其在爐內(nèi)的擺放，爐型結(jié)構(gòu)，燃料種類以及溫度制度等一系列因素的影響。 5) 出料方式：采用側(cè)出料，減少爐頭吸冷風(fēng)。 爐膛內(nèi)爐料的加熱是以輻射傳熱為主，還是以對(duì)流傳熱為主主要取決于爐氣溫度和流動(dòng)速度，加熱爐用于加熱爐料的爐溫一般高于800℃ ，且爐氣通常為自然流動(dòng)，所以爐膛熱交換以輻射傳熱為主。 若爐溫系數(shù)取 ?L? ，則 205 2 153 9s L Ltt?? ? ? ?℃ 通過(guò)燃燒計(jì)算可見(jiàn)，空、煤氣在雙預(yù)熱到 1000℃ 的條件下燃燒，完全可以滿足加熱工藝的要求。 39。2 0 .0 4 4 2 .6 %1 .6 9 6HOnVHO V? ? ? 239。39。 燃料成分及發(fā)熱值 表 1 干成份 成分 CO CO2 H2 N2 CH4 合計(jì) 高爐煤氣 25 100 煤氣含濕量 3/2 Nmgg OH ?干 222 ???????干干濕OHOHOH ggV %..................(1) 換算為濕成分據(jù)公式： 100100%% 2 OH??? 干成分濕成分 ....................................(2) 濕CO = K ? 干CO = ? 25% = % 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 濕2CO = K ? 干2CO = ? % =% 濕2H = K ? 干2H = ?% = % 濕4CH4 = K ? 干4CH = ?% = % 濕2N = K ? 干2N = ?% = % 表 2 濕成分 成分 CO CO2 H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 高爐煤氣 100 低位發(fā)熱值： (根據(jù)門捷列夫公式 ) 4242 HCCHHCOQ ????低 ......................(3) 31 2 6 . 1 5 2 4 . 4 3 1 0 7 . 2 6 3 . 2 2 3 5 6 . 5 1 0 . 5 93 6 3 7 /k J N m? ? ? ? ? ?? 燃料所需空氣量計(jì)算 1) 空氣消耗系數(shù) 據(jù)資料，選取 ?n 2) 理論空氣量 20℃ 時(shí)，查得空氣的含濕量 3/2 Nmgg OH ?干 21 420濕濕濕 CHCOHL ??? = 33/Nm Nm ........................(4) 3) 實(shí)際空氣量 330 1. 2 0. 71 4 0. 85 7 /nL nL Nm Nm? ? ? ?................................(5) nL濕 =nOH Lg ?? 干）( ....................................(6) nL濕 = (1+) 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 = NmNm/3 單位燃燒產(chǎn)物的計(jì)算 1) 各成分體積計(jì)算 2222 ONOHCOn VVVVV ?????? ..?? ..?? ..?? ..(7) 2 39。它是估算實(shí)際爐溫能否達(dá)到工藝要求的重要數(shù)據(jù)之一；同時(shí)也是選擇燃料種類及其燃燒方法的參考。 計(jì)算單位燃料進(jìn)行完全燃燒的燃燒產(chǎn)物（煙氣）生成量（ nV ）燃燒產(chǎn)物成分（ %）及其密度 煙? ）。 一般系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的內(nèi)容包括：燃燒的調(diào)節(jié) (空氣和燃料的調(diào)節(jié) )，爐溫的調(diào)節(jié) (向爐內(nèi)供熱 )，爐膛壓力的調(diào)節(jié)，液位的調(diào)節(jié)等。汽化冷卻的工作原理如下： 軟水箱里的合格軟水通過(guò)給水泵供應(yīng)到氣包，然后通過(guò)自然循環(huán)供給加熱爐的 7 根水梁，由于加熱爐內(nèi)溫度高達(dá) 1200℃ 左右，水梁內(nèi)的軟水在高溫下形成汽水混合物，帶走熱量達(dá)到冷卻水 梁的目的，形成的汽水混合物通過(guò)上升管道進(jìn)入氣包。對(duì)爐子進(jìn)行冷卻的目的有兩個(gè)，一個(gè)是 為了提高其強(qiáng)度和使用壽命，二是為了改善勞動(dòng)條件。 爐子的鋼結(jié)構(gòu)及冷卻系統(tǒng)的確定 1) 鋼結(jié)構(gòu) 爐子鋼結(jié)構(gòu)的主要作用是： (1) 維護(hù)爐體的外部形狀，固定爐子河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 砌體； (2) 安裝固定爐子附件； (3) 承受拱頂?shù)乃椒至虻鯍鞝t頂?shù)暮芍兀?(4) 承受爐子砌體因熱膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力； (5) 保持爐子砌體的嚴(yán)密性；各部分的鋼結(jié)構(gòu)分別選擇如下： 爐頂鋼結(jié)構(gòu)：主要構(gòu)件是采用焊接 H 型鋼制成的橫梁， H 型鋼的兩端架在爐墻兩側(cè)立拄的頂端。對(duì)于步進(jìn)梁和固定梁中心距較大 (大于 2021mm)其通道寬 度可滿足燃燒火焰的要求。為了減小步進(jìn)梁和固定梁長(zhǎng)度方向上受熱膨脹而造成變形，將爐底水管沿長(zhǎng)度方向上分成幾段，并將立柱連成框架。所以步進(jìn)梁和固定梁及支柱必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受因鋼坯不均衡負(fù)載所產(chǎn)生的橫向作用力及步進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的橫向振動(dòng)。對(duì)于煙氣溫度不高的情況，可采用直接式機(jī)械排煙的方式。在不影響車間基本設(shè)施和生產(chǎn)運(yùn)行的前提下，鼓風(fēng)機(jī)的安裝力求使管道短，局部阻力 最小。對(duì)于空煤氣雙蓄熱而言浪費(fèi)煤氣也較多，安全性較差。因此，在采用蓄熱式燒嘴形式的加熱爐當(dāng)中，應(yīng)用比表面積大于小球幾倍的蜂窩體是必然的選擇。按照蜂窩體內(nèi)氣流通道規(guī)則，阻力損失僅為球狀的 1/3～ 1/4。蜂窩體的前端增加剛玉擋磚，減少高溫爐膛對(duì)蜂窩體的輻射，同時(shí)可增加蜂窩體的 堆放穩(wěn)定性。 換熱裝置的形式及其換向系統(tǒng)的確定 1) 換熱裝置的形式的確定 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 設(shè)置換熱裝置的目的有二：其一，在使用 發(fā)熱量較低的燃料時(shí)有利于燃燒，有利于提高爐溫，主要保證用能設(shè)備所需的熱工性能為主；其二，在使用發(fā)熱量較高的燃料時(shí)，則以節(jié)能降耗為主。 燃燒器的數(shù)量取決與所選定的裝置的結(jié)構(gòu)形式和單位時(shí)間內(nèi)所需供熱量的多少。 4) 爐墻兩側(cè)留有檢修門和扒渣門，可及時(shí)清理氧化鐵皮，減少因爐底氧化鐵皮升高引發(fā)的停爐打渣。 2) 煤氣蓄熱式燃燒器與空氣蓄熱式燃燒器在爐外分開(kāi)布置，使空氣與煤氣通道 截然分開(kāi)，完全避免了煤氣與空氣互竄的危險(xiǎn)。這樣不僅可以節(jié)約大量能源，向河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 大氣排放的煙氣量也大幅 度下降，有很好環(huán)保效果。 蓄熱式燒嘴成對(duì)工作，二者交替變換燃燒和排煙工作狀態(tài)，燒嘴內(nèi)的蓄熱體相應(yīng)變換放熱和吸熱狀態(tài)。 考慮到爐子可以加熱長(zhǎng)度不等的料坯初步采用料坯的側(cè)進(jìn)料為宜，另外從爐子的熱工角度看，側(cè)出料較好，尤其像合金鋼的加熱，還可減少爐頭吸冷風(fēng)，故采用側(cè)出式。 連續(xù)式加熱爐的物料大多是從爐尾部進(jìn)入，但對(duì)于特長(zhǎng)料坯在步進(jìn)爐內(nèi)的加熱，采用側(cè)進(jìn)料為宜。雙面加熱比單面加熱具有更高的爐子生產(chǎn)率，良好的加熱質(zhì)量，所以絕大多數(shù)連續(xù)加熱爐都采用雙面受熱，只有在料坯厚度較小 (δ ＜ 100mm)的情況下，加熱料坯上下表面溫差不大，可不采用下加熱 (要求生產(chǎn)率較高時(shí)亦可采用雙面加熱 )，另外，雖然厚度較厚 (δ ＞ 100mm)，但長(zhǎng)度較短的料坯 (L＜ 1000mm)的料坯，因支撐結(jié)構(gòu)困難，下加熱作用不大，所以不亦采用下加熱。目前連續(xù)加熱爐一般采用單排或雙排，很少采用雙排以上的。步進(jìn)周期和步距均可隨生產(chǎn)要求在一定范圍內(nèi)任意變化； (2) 加熱時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)快速加熱； (3) 可加熱某些不便于推鋼的料坯。 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 步進(jìn)式連續(xù)加 熱爐大體可以分為兩類：一類是單面加熱 (上加熱 )的步進(jìn)式爐，稱 “ 步進(jìn)底式爐 ” ；另一類是由水冷的 步進(jìn)梁和固定梁組成的雙面加熱 (上下加熱 )步進(jìn)式爐稱 “ 步進(jìn)梁式爐 ” 。因此從傳熱觀點(diǎn)出發(fā)，要求盡可能抬高爐頂，以增加爐襯輻射傳熱，這一結(jié)論與前面的結(jié)論正好相反，在設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮，但近年來(lái)連續(xù)加熱爐都傾向于壓低爐頂，以保證爐氣充滿爐膛。當(dāng)火焰不充滿爐膛時(shí)，抬高加熱爐爐頂，不僅不會(huì)增加傳熱，反而會(huì)減少金屬所獲得的有效熱。實(shí)踐表明，燃煤氣的加熱爐，尤其是燃低熱值煤氣的加熱爐，爐膛高度都較大。 1) 決定爐膛高度時(shí)主要考慮下列因素： (1) 爐型應(yīng)設(shè)計(jì)成各供熱段之間相對(duì)分開(kāi)，減少相互間的輻射熱交換以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的爐溫制度和供熱制度。但對(duì)不同 的規(guī)格和材質(zhì)，各段長(zhǎng)度在全長(zhǎng)中占的比例不同，生產(chǎn)操作的時(shí)候，可以通過(guò)開(kāi)閉燃燒器 (改變供熱制度 )來(lái)調(diào)節(jié)各段比例。爐型曲線的設(shè)計(jì)尚無(wú)可靠的計(jì)算公式或指標(biāo)，主要根據(jù)類似工業(yè)爐的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。每一段可單獨(dú)供熱，上下 爐膛及各燒嘴 (供熱點(diǎn) )熱負(fù)荷可調(diào)。加熱段，將鋼坯表面溫度以盡可能高的速度提高到出爐溫度水平，這一階段爐溫和加熱速度都設(shè)置到工藝允許的最高水平，目的是盡可能縮短金屬在自身溫度較高時(shí)地在爐停留時(shí)間，不但可以提高產(chǎn)量，而且可以減少氧化。這種基于 “ 極限加熱 ” 理念設(shè)計(jì)出的加熱爐，要想全面達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)水平提出十分高的要求 (爐溫的小幅提高、加熱時(shí)間的小幅度延長(zhǎng)都有可能導(dǎo)致氧化鐵的熔化，致使氧化率大幅度升高甚至出現(xiàn)粘鋼事故，而均熱期爐溫的小幅降低、加熱時(shí)間的小幅度縮短又可能導(dǎo)致斷面溫差超過(guò)允許值 )，而且使加熱爐對(duì)不同工藝的適應(yīng)性大大降低，因此縮小了加熱爐運(yùn)行調(diào)節(jié)的空間，給加熱爐的調(diào)節(jié)增加了難度。結(jié)合本長(zhǎng)的實(shí)際情況，該加熱爐采用高爐煤氣燃料，一方面可以將廠區(qū)內(nèi)自產(chǎn)的高爐煤氣合理利用起來(lái)，減少對(duì)環(huán)境的污染，另一方面可以降低成本，提高效益。液體燃料的優(yōu)點(diǎn)是： (1)發(fā)熱量高，熱量利用好，爐溫高，燃燒波動(dòng)小，調(diào)節(jié)范圍大，有條件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； (2) 存運(yùn)輸方便，灰分少，損耗??； (3) 燃燒裝置可以安裝在爐子的各個(gè)部位，易于實(shí)現(xiàn)不同工藝的要求。 1） 固體燃料 固體燃料一般指的是煤或焦炭，其優(yōu)點(diǎn)是： (1) 燃燒設(shè)備簡(jiǎn)單，安全可靠； (2) 投資省，生產(chǎn)費(fèi)用一般比較低； (3) 運(yùn)輸與儲(chǔ)存簡(jiǎn)單方便。爐子的技術(shù)設(shè)計(jì)是施工設(shè)計(jì)的的基本技術(shù)資料和依據(jù)。在綜合考慮爐子的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和全廠和車間生產(chǎn)規(guī)模和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定爐子應(yīng)采用的機(jī)械化和自動(dòng)化程度。面對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和大氣環(huán)境污染狀況嚴(yán)重惡化的局面，應(yīng)當(dāng)而巳也必須在技術(shù)可行的條件下，堅(jiān)持節(jié)能和污染控制兩手抓，而不能總是走 “ 先生產(chǎn)、后治理 ” 的老路結(jié)合我國(guó)國(guó)情，開(kāi)發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)，探索一條節(jié)能與污染并重的新路子。為響應(yīng)我國(guó)的節(jié)能政策，開(kāi)發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)，就顯得十分必要了。我國(guó)工業(yè)爐窯的這種高能耗、低效率的現(xiàn)狀，將與我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展不相適應(yīng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)，已是形勢(shì)所迫，急不可待。 5) 燒嘴式結(jié)構(gòu)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(shí)間短，因此換向時(shí)管道內(nèi)殘留煤氣損失較少，更有利于節(jié)能。 蓄熱式加熱爐總的發(fā)展趨勢(shì)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(gè)方面： 1) 蓄熱式燒嘴加熱爐和原普