【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 效率達(dá)到90%以上。這樣不僅可以節(jié)約大量能源，向大氣排放的煙氣量也大幅度下降，有很好環(huán)保效果。本設(shè)計(jì)采用空、煤氣雙預(yù)熱上下組合式燒嘴，采用蜂窩體做蓄熱體，空氣蓄熱室和煤氣蓄熱室隔開(kāi)配置，空、煤氣流斜交混合。陶瓷蜂窩體具有比表面積大、耐高溫、耐急冷耐熱性好、導(dǎo)熱性能好、更換容易等優(yōu)點(diǎn)。蓄熱式燒嘴用在加熱爐上，有如下特點(diǎn)：1) 其結(jié)構(gòu)形式類似普通燒嘴，能直接安裝在爐子側(cè)墻上，并保持通常的爐墻厚度，而不象墻內(nèi)通道式蓄熱式爐那樣要將爐墻加厚至多。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)。3) 容易分段供熱，各段熱負(fù)荷調(diào)節(jié)方便，可以按照加熱工藝的需要，靈活調(diào)節(jié)加熱爐溫度。同一段的上部、下部燒嘴的供熱量也可調(diào)節(jié)，便于改變上、下熱負(fù)荷分配。從而減少鋼坯上、下表面溫差。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。5) 燒嘴設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，蓄熱體裝、卸和更換都很方便。6) 可對(duì)單個(gè)燒嘴進(jìn)行在線維護(hù)，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)。7) 爐墻不加厚，耐火材料用量少，爐墻既可以砌磚，也可以澆注，爐墻施工簡(jiǎn)單方便，烘爐時(shí)間短，爐子降溫升溫速度快，可縮短檢修停爐時(shí)間。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。燃燒裝置在加熱爐上的布置位置根據(jù)爐溫的高低有所不同，高溫爐的燃燒器可直接安裝在爐膛的高溫段部或側(cè)墻上。低溫爐宜將燃燒器與爐膛隔開(kāi)，燃料在專門的通道內(nèi)燃燒，然后將燃燒產(chǎn)物引入到爐膛中。在爐溫更低的情況下，可采取爐氣再循環(huán)的方法，把一部分即將出爐的廢氣回收摻入剛?cè)霠t的爐氣中，使?fàn)t溫更低更均勻。 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。利用加熱爐排出的高溫?zé)煔鈦?lái)預(yù)熱空氣和煤氣，對(duì)于改善燃燒過(guò)程、節(jié)約燃料、提高燃燒效率具有重要意義。本設(shè)計(jì)預(yù)采用蜂窩體作為蓄熱體回收煙氣熱量。蜂窩體的高溫段材質(zhì)為高純鋁質(zhì)材料，有較高的耐火度和良好的抗渣性；中部采用莫來(lái)石材料；低溫段材質(zhì)為堇青石，其特點(diǎn)是在低于1000℃的工況下具有較好的抗腐蝕和耐急冷急熱性。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。與顆粒狀蓄熱體(球形蓄熱體)比較，蜂窩狀蓄熱體有如下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積換熱面積大，100孔/，Φ20mm球的7倍。在相同條件下，將等質(zhì)量氣體換熱到同一溫度時(shí)的蜂窩體體積僅為球狀蓄熱體的1/3～1/4，重量?jī)H為球的1/10左右，這就意味著蜂窩體蓄熱燃燒器構(gòu)造更輕便、結(jié)構(gòu)更緊湊。～1mm，透熱深度小，因而蓄熱、放熱速度快，溫度效率高，換向時(shí)間僅為30～45s，這比球狀蓄熱體的換向時(shí)間3min 大大縮短，更利于均勻爐內(nèi)溫度場(chǎng)，保證鋼坯均勻加熱，這一點(diǎn)對(duì)加熱合金鋼、高碳鋼尤為有利。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。球形蓄熱體氣流阻力損失隨空氣流速增大而增大，其變化規(guī)律為冪函數(shù)關(guān)系，球徑大則阻力變小，但蓄熱室結(jié)構(gòu)也要相應(yīng)增大。蜂窩體由于有較高壓力的氣體頻繁換向，起到了吹刷通道作用，故不易產(chǎn)生灰塵沉積堵塞。對(duì)于爐膛較寬的爐子，相對(duì)應(yīng)爐長(zhǎng)較短，爐兩側(cè)可供布置燒嘴的空間較小，采用比表面積小的小球時(shí)常常由于空間的限制使得蓄熱能力不足。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。采用陶瓷小球不方便在線更換，而陶瓷蜂窩體則有利于蓄熱體的在線更換，這可以保證非常好的生產(chǎn)連續(xù)性。2) 換向系統(tǒng)的確定早期蓄熱材料多為高鋁或莫來(lái)石小球，采用內(nèi)置或外置蓄熱床布置方式，整臺(tái)加熱爐采用2一3臺(tái)大型拉動(dòng)式換向閥集中換向。但這種方式存在操作不夠靈活，爐子熱惰性較大，爐膛壓力不穩(wěn)定，生產(chǎn)連續(xù)性較差，加熱爐自動(dòng)化水平低等問(wèn)題。對(duì)于空煤氣雙蓄熱而言浪費(fèi)煤氣也較多，安全性較差。從這種意義上講，集中換向比較適合于普碳鋼等對(duì)加熱質(zhì)量要求不高的棒、線材坯料加熱，但在加熱優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼坯料時(shí)該種方式便顯得較為吃力，需要有操作更加靈活、更加完善的蓄熱式燃燒系統(tǒng)配置?？紤]到上述要求，建議將蓄熱體小型化(采用陶瓷蜂窩體)，并與燒嘴置于一體，無(wú)論空氣單蓄熱，還是空、煤氣雙蓄熱，加熱爐每對(duì)燒嘴采用一套獨(dú)立的換向裝置，各燃燒器之間均具有各自完全的獨(dú)立性，因此可以被認(rèn)為是完全意義上的燒嘴形式，相對(duì)于集中換向來(lái)講其每對(duì)燒嘴完全獨(dú)立的換向方式，即所謂全分散換向技術(shù)。 爐子供風(fēng)和排煙系統(tǒng)加熱爐上供燃燒用的一般都是選用離心式風(fēng)機(jī)，供通風(fēng)用的都采用軸流式風(fēng)機(jī)。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。排煙系統(tǒng)是由產(chǎn)生抽力的排煙裝置或排送煙氣的煙道所組成，用以將爐內(nèi)煙氣排出爐外，保證排煙通暢是加熱爐爐正常進(jìn)行的重要條件。加熱爐的排煙方式分為自然排煙和機(jī)械排煙兩種。前者指煙囪排煙、直接排放和依靠自然抽力的排煙罩等；后者指排煙機(jī)排煙等。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。本設(shè)計(jì)預(yù)采用機(jī)械排煙 爐底水管的確定步進(jìn)梁式爐爐底水管和推鋼式爐爐底水管有類似的地方，都是由冷卻水管構(gòu)成。但他們的受力條件和結(jié)構(gòu)都有著重要的區(qū)別。推鋼式爐內(nèi)鋼坯是在滑道水管上滑行，滑道水管由橫水管固定和支撐，而橫水管則由爐側(cè)鋼柱固定和支撐，所以它們既能承受縱向力，又能承受橫向力，步進(jìn)梁式爐內(nèi)鋼坯運(yùn)動(dòng)則是由步進(jìn)梁和固定梁支撐，而步進(jìn)梁和固定梁都不可能用橫水管固定在爐側(cè)鋼柱上。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)。1) 爐底水管結(jié)構(gòu)　　步進(jìn)梁式爐底水管結(jié)構(gòu)主要有三種形式(1) 單管支撐的爐底梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的步進(jìn)梁和固定梁是通長(zhǎng)的，單管水管立柱支撐，這種結(jié)構(gòu)的立柱水管立柱數(shù)量最少，因而，可減少水冷熱損失，(水管受熱面小)，耗水量和基建費(fèi)用低，所以應(yīng)用較廣。但要求梁和立柱(尤其是步進(jìn)梁水管結(jié)構(gòu))都必須有較高的強(qiáng)度和剛度．特別是立柱要有很好的穩(wěn)定性，因此大都采用直徑較粗的鋼管(立柱水管關(guān)徑大于橫梁管徑)以克服橫向作用力和橫向振動(dòng)，由于立柱水管的直徑較大，為了提高立柱水管內(nèi)的冷卻水的流速以免產(chǎn)生水垢和其它雜物造成堵塞，而不增加水量，采用了套管結(jié)構(gòu)。(2) 框架支撐的爐底梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是較能經(jīng)受爐底梁的橫向作用的外力和熱應(yīng)力。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。這種結(jié)構(gòu)可較大改善立柱的穩(wěn)定性，并可避免因熱膨脹造成整個(gè)爐底梁的變形。這種結(jié)構(gòu)與第一種結(jié)構(gòu)相比增加了立柱的數(shù)量和連接立柱的橫水管，因而增加了水冷卻受熱面積，也就增加了水冷卻熱損失，同時(shí)增加了投資。(3) “門型”支柱梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)也稱為“馬蹄形”或“倒Ｕ形”結(jié)構(gòu)，當(dāng)加熱鋼坯的厚度較小，步進(jìn)梁和固定梁中心距也較小，又要采用下端供熱方式，那么這種結(jié)構(gòu)的步進(jìn)梁和固定梁的立柱布置在同一條直線上，增加了燃燒通道的寬度，使縱向燃燒火焰在“門”中通過(guò)，實(shí)現(xiàn)了下端燒嘴供熱。對(duì)于步進(jìn)梁和固定梁中心距較大(大于2000mm)其通道寬度可滿足燃燒火焰的要求。不必采用這種結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)加熱爐的爐長(zhǎng)不算太長(zhǎng)，產(chǎn)量為120屬于中小型加熱爐，考慮到減少水冷損失，減少投資，無(wú)需將爐底水管沿長(zhǎng)度方向上分成幾段。因此采用第一種結(jié)構(gòu)形式，了提高立柱水管內(nèi)的冷卻水的流速以免產(chǎn)生水垢和其它雜物造成堵塞，而不增加水量，采用了套管結(jié)構(gòu)。 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。側(cè)立柱：由工字鋼，組合槽鋼和鋼板焊接而成，下端用地腳螺栓與爐子基礎(chǔ)固定，上部用槽鋼圈梁聯(lián)成的矩形框架。爐底鋼結(jié)構(gòu)：由工字鋼，槽鋼和鋼板焊接組成。2) 冷卻系統(tǒng)根據(jù)爐子溫度，壓力等條件和盡量減少熱損失的原則來(lái)確定冷卻裝置的部位及其結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)水冷或汽化冷卻系統(tǒng)的布置提出方案。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。冷卻方式有水冷和汽化冷卻兩種。汽化冷卻與水冷相比有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 可節(jié)約用水；可以將冷卻構(gòu)件產(chǎn)生的熱損失大部分轉(zhuǎn)化為蒸汽來(lái)加以利用；(2) 由于汽化冷卻采用軟化凈水，不易沉淀和結(jié)垢，使?fàn)t內(nèi)構(gòu)件的壽命比水冷時(shí)提高一倍以上。鑒于汽化冷卻的以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用汽化冷卻。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。氣包內(nèi)設(shè)有汽水分離裝置，汽水混合物中的蒸汽供給用戶。汽化冷卻系統(tǒng)原理圖如下：　　現(xiàn)代工爐為了準(zhǔn)確控制各種爐況參數(shù)，掌握工業(yè)爐的熱工過(guò)程，使工業(yè)爐經(jīng)常地、穩(wěn)定的處于最佳熱工狀態(tài)，保證加熱質(zhì)量，提高工業(yè)爐的熱效率，同時(shí)也是為了維護(hù)工業(yè)爐設(shè)備，延長(zhǎng)使用壽命，改善操作人員的勞動(dòng)條件，保證工業(yè)爐的安全生產(chǎn)，工業(yè)爐上需要配備一整套的熱工測(cè)量和自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。同時(shí)目前工業(yè)爐加熱物料的品種比以往大大增加，而加熱要求又大為提高，為了使工業(yè)爐對(duì)不同物料的加熱都能處于最佳工作狀態(tài)，使加熱質(zhì)量最優(yōu)，能耗最低，必須配備計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。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。3 技術(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算單位燃料進(jìn)行完全燃燒的空氣需要量（）。其目的在于合理，有效地控制燃燒過(guò)程，達(dá)到最佳燃燒狀態(tài)；同時(shí)也是正確的選用或設(shè)計(jì)計(jì)算燃燒裝置，供風(fēng)系統(tǒng)及檢測(cè)?？刂葡到y(tǒng)的重要依據(jù)。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（）燃燒產(chǎn)物成分（%）及其密度）。燃料燃燒產(chǎn)物的生成量及其密度是設(shè)計(jì)煙道，煙囪或選用排煙機(jī)等不可缺少的依據(jù)。而燃燒產(chǎn)物成分是計(jì)算爐氣黑度所必需的數(shù)據(jù)。計(jì)算燃料理論燃燒溫度（）。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)算燃料低發(fā)熱量（）。已知路子設(shè)計(jì)生產(chǎn)率時(shí)的總熱量消耗，根據(jù)即可求出爐子總?cè)剂舷牧緽。同時(shí)也使計(jì)算的重要依據(jù)。表1 干成份成分COCO2H2N2CH4合計(jì)高爐煤氣25100　　煤氣含濕量%..................(1)換算為濕成分據(jù)公式：....................................(2)= K = % = %= K = % =%= K = % = %= K = % = %= K = % = %表2 濕成分成分COCO2H2N2CH4H2O合計(jì)高爐煤氣100　　低位發(fā)熱值：(根據(jù)門捷列夫公式) ......................(3) 燃料所需空氣量計(jì)算1) 空氣消耗系數(shù)據(jù)資料，選取2) 理論空氣量20℃時(shí)，查得空氣的含濕量 =........................(4)3) 實(shí)際空氣量................................(5) =....................................(6)= (1+)= 單位燃燒產(chǎn)物的計(jì)算1) 各成分體積計(jì)算……..……..……..……..(7) = .……..…（8）總的煙氣體積為.……..……..（9） 2) 各成分的百分比3) 燃燒產(chǎn)物的密度………………(10) 理論燃燒溫度的計(jì)算1) 2) 1000℃時(shí)， 3) 1000℃時(shí)， 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)105Pa≈105Pa由手冊(cè)查得，在2000℃下。則分解熱分別為： ℃……………..(11)%，小于5%，故假設(shè)合理。若爐溫系數(shù)取，則℃ 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。爐膛熱交換計(jì)算的主要目的是確定爐氣經(jīng)爐壁到爐料的總導(dǎo)來(lái)輻射系數(shù)C值，為金屬加熱計(jì)算提供必要的數(shù)據(jù)。 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。這些假設(shè)條件是：爐氣充滿爐膛，且在整個(gè)爐膛內(nèi)部的溫度是均勻的，爐氣對(duì)于爐壁和爐料的輻射線和反射線在任何方向上的吸收率相等；爐壁和爐料表面的溫度都是均勻的；在爐膛輻射熱交換中爐壁只是輻射傳熱的中間體，既不獲得熱量也不失去熱量；爐膛看作是一個(gè)封閉體系。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。 爐膛尺寸的確定1) 爐膛寬度的確定排數(shù)排料…………………(12) n=1取值=，則爐膛寬度2) 爐膛高度蓄熱式加熱爐中，各段傳熱方式都以輻射傳熱為主，為了簡(jiǎn)化加熱爐砌筑工藝，在爐溫水平較高的情況下盡量提高爐襯使用壽命，各段爐頂高度采用相同值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取 由于上下取值相差不大，可按上