【正文】 在爐內(nèi)的加熱時(shí)間是和單位時(shí)間內(nèi)所獲得的熱量成反比的，由此可得到有間隙時(shí)與無間隙時(shí)的連續(xù)式加熱爐的加熱時(shí)間之比，即相對(duì)加熱時(shí)間為： 式中：η—為相對(duì)加熱時(shí)間，即有間隙和無間隙時(shí)的加熱時(shí)間之比。又因：=所以：真正爐子的各段加熱時(shí)間：⑤單位加熱時(shí)間由《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式（336）得， 符合一般炭素結(jié)構(gòu)鋼的單位加熱時(shí)間要求（）。 爐子主要尺寸確定 爐子長(zhǎng)度計(jì)算(1)有效長(zhǎng)度，按《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式（82）得： 式中: P—爐子生產(chǎn)率，P=150t/hb—料坯寬度。b=1200mm g—料坯平均單重取116的整數(shù)倍47096mm. (2) 預(yù)熱段長(zhǎng)度 取116的整數(shù)倍15080mm. (3) 加熱段長(zhǎng)度 取116的整數(shù)倍27028mm (4)均熱段長(zhǎng)度 取116的整數(shù)倍數(shù)為4988mm(5)爐子總長(zhǎng)度由《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式83得： 式中：A—爐子出料端端墻外緣到出料口距離，這里取920mm； 爐門數(shù)量和尺寸連續(xù)式加熱爐爐門有進(jìn)料爐門、出料爐門、操作爐門、窺視爐門、人孔等，這些爐門數(shù)量和尺寸的確定總的原則是:在滿足操作要求的條件下，爐門數(shù)量越少，開門尺寸越小越好，這樣可以減少爐門的散熱損失，提高爐子的熱效率。主要爐門確定如下:(1)進(jìn)料門爐門寬度B進(jìn)：連續(xù)加熱爐通常都是采用端進(jìn)料，其寬度等于爐膛內(nèi)寬B，即B進(jìn)=B=。爐門高度H進(jìn)：是指步進(jìn)爐子的固定梁（或底）上表面至爐門上沿下表面之間的距離。步進(jìn)爐一般可取大于料坯（方坯或板坯）厚度與步進(jìn)高度之和，這里取600mm。進(jìn)料爐門數(shù)量：1 個(gè)（爐尾端部）(2)出料門由于本設(shè)計(jì)采用的是端出料方式，所以出料門與進(jìn)料門，基本尺寸、數(shù)量相同。其最大不同就是由于出料端溫度很高所以出料門帶了水冷管，由型鋼和鋼板焊接而成，內(nèi)襯澆注料。(3)操作爐門用做操作之用，如進(jìn)出返回鋼坯，清除氧化鐵皮等。三段連續(xù)加熱爐一般設(shè)在均熱段和加熱段，每側(cè)2～3個(gè)操作爐門，爐門開孔尺寸以操作方便為準(zhǔn)，通常為：464～580mm(寬)400～500mm(高)， 本課題每側(cè)3個(gè)共6個(gè)。尺寸：500（寬）450（高），采用60度拱頂。(4)人孔供操作人員檢修爐內(nèi)設(shè)備時(shí)進(jìn)出之用。開設(shè)位置通常在加熱段。每側(cè)1個(gè)，共2個(gè)。人孔下沿為車間地平面上100150mm，取100mm，其結(jié)構(gòu)一般為180。拱頂，尺寸一般為580mm(寬)(800～1000)mm(高)，取580mm(寬)650mm(高)。人孔與其它爐門不同，當(dāng)爐子正常工作時(shí)，用耐火磚砌堵封嚴(yán)，只有停爐檢修時(shí)才拆開。 爐膛各部分用耐火材料以及尺寸的確定爐頂:當(dāng)B4m時(shí)，與使用可塑料相比，可縮短修爐周期，提高爐子作業(yè)率，從而降低燃料消耗，本設(shè)計(jì)采用耐火混凝土澆注料，它強(qiáng)度高，材料易得，施工方便，適用與無酸堿侵蝕及一般爐子或熱工設(shè)備內(nèi)襯，本設(shè)計(jì)采用硅質(zhì)耐火澆注料230mm和硅藻土耐火澆注料120mm。爐墻:當(dāng)爐墻不太高時(shí)，一般用232～464mm粘土磚和116～232mm絕熱磚雙層結(jié)構(gòu)，故本設(shè)計(jì)選用348mm(3塊)粘土磚和116mm(1塊)絕熱磚，其中絕熱磚選用硅藻土磚。 爐底水管尺寸的確定1）縱水管（固定梁）間距：式中：—縱水管最大間距，米；—坯料最小厚度，米。則有：懸臂長(zhǎng)取。那么，縱水管外側(cè)鋼坯端頭尺寸。為了滿足鋼坯不“掉道“的要求，一般，即。本設(shè)計(jì)，合乎要求。根數(shù)：由《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式（88）得 根式中：n縱水管根數(shù)； L料坯長(zhǎng)度，mm； 縱水管間距，mm。當(dāng)n2時(shí)取2根，n2時(shí)取3根。這里取3根。由于是單排料，因此=3根。規(guī)格：按經(jīng)驗(yàn)取φ12718mm2）橫水管間距：為了減少水冷損失，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在加熱段、均熱段橫水管的間距取2320mm，預(yù)熱段用基墻支撐根數(shù)：這里取15根規(guī)格：按經(jīng)驗(yàn)取Φ127183）支柱水管：間距為 1300mm，規(guī)格：φ14018mm。 爐子結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)1）有效爐底面積：2）鋼壓爐底面積：3）爐底利用系數(shù)：4）有效爐底強(qiáng)度：5）鋼壓爐底強(qiáng)度： 爐膛熱平衡與燃料消耗量計(jì)算基準(zhǔn)溫度為車間內(nèi)環(huán)境平均溫度，設(shè)其為℃。 爐膛熱收入Q入1）爐料燃燒化學(xué)熱Q燒設(shè)爐膛燃料消耗量為B(標(biāo)m3/h)，則 2）預(yù)熱空氣進(jìn)入爐膛物理熱Q空，由《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式（42） 查表15，空氣在400℃時(shí)C= kJ/（標(biāo)m3.℃），則 3）金屬氧化放熱Q放由《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式（44）式中: 5588—1千克鐵氧化時(shí)放的熱量， P—爐子的生產(chǎn)率 a氧化燒損率%，～，這里取a= 所以， 爐膛熱支出Q出1） 加熱金屬帶出物理熱Q 由《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式（45）， 式中： —分別為產(chǎn)品出爐溫度和物料入爐平均溫度； —分別為產(chǎn)品在0℃和物料在0℃之間平均比熱容 由，=0℃。 查《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》表33得， 則 ： 2） 出爐膛廢氣帶出的物理熱損失Q 式中: —單位燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣量 t—爐膛廢氣溫度、 —分別為廢氣在0～t和0～t之間的平均比熱容 t=800℃， t=20℃ 查《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》表（15）得 同理得： 所以，3) 爐底水管冷卻水帶走的物理熱損失按理論法計(jì)算，冷卻水的入口溫度為40℃，出口溫度為60℃所以管壁平均溫度為℃因?yàn)?，煙氣平均溫度?按式（48）所以，由公式 ； 即4）爐壁導(dǎo)熱損失它包括爐底、爐頂、爐墻以及爐門關(guān)閉時(shí)的熱損失。由《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式（414） 式中:t壁—爐壁內(nèi)表面溫度， T環(huán)—爐子周圍環(huán)境溫度 S—各層耐火材料砌筑厚度 λ—各層耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù) —爐墻外表面向周圍大氣傳熱熱阻， F—爐壁外表面積(1) 爐膛內(nèi)表面平均溫度的計(jì)算①均熱段已知: M均= ，代入得②加熱段已知: = g加= M加=，代入得③預(yù)熱段已知: = g預(yù)= M預(yù)= ，代入得(2)環(huán)境平均溫度: =20℃(3)爐壁導(dǎo)熱損失的計(jì)算①預(yù)熱段爐墻導(dǎo)熱損失的計(jì)算本設(shè)計(jì)爐墻選用348mm(3塊)粘土磚和116mm(1塊)絕熱磚，其中絕熱磚選用硅藻土磚。預(yù)熱段爐墻導(dǎo)熱損失 ，已知查《工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)》P184 設(shè)交界處則：粘土磚平均溫度 硅藻土磚平均溫度則： 所以：驗(yàn)算假設(shè)砌體平均溫度的正確性： 與假設(shè)相差較大，故重新假設(shè)設(shè) 則： ， 則： 所以：驗(yàn)算：與假設(shè)結(jié)果相差很小（5%），故不必再假設(shè)。那么：預(yù)熱段爐墻粘土磚與硅藻土磚交界處實(shí)際溫度： 預(yù)熱段爐墻外表溫度： ②同理可計(jì)算出其他部位爐墻及爐頂導(dǎo)熱損失，計(jì)算結(jié)果列于表24。表24 爐壁各部位導(dǎo)熱損失表爐壁部位爐壁內(nèi)表面積(m2)導(dǎo)熱損失(kJ/h)爐壁外表溫度(℃)預(yù)熱段爐墻34708179加熱段爐墻1339718108均熱段爐墻218633112預(yù)熱段爐頂18549292加熱段爐頂1371199122均熱段爐頂265956134合計(jì)3728079（平均）5）經(jīng)爐門的散熱損失=+(1)經(jīng)爐門的輻射熱損失查《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式（417）=( 式中：—爐門處的爐氣溫度，K —爐門的遮蔽系數(shù)， —單位時(shí)間內(nèi)爐門開啟時(shí)間（≤）①經(jīng)出料爐門的輻射熱損失均熱段爐氣溫度 =1225+273=1498K爐門開啟面積 取單位時(shí)間開啟時(shí)間=，遮蔽系數(shù)=，則②經(jīng)進(jìn)料爐門的輻射熱損失取單位時(shí)間開啟時(shí)間=，遮蔽系數(shù)=，則所以=+=(2)經(jīng)爐門的溢氣損失由《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》式（418） 式中： —單位時(shí)間內(nèi)的爐氣溢出量，標(biāo)m3/h。 —爐門在單位時(shí)間內(nèi)的開啟時(shí)間； —溢出的爐氣溫度，℃； —分別為爐氣在0℃和0℃之間的平均比熱容，kJ/標(biāo)m3.℃ 其中：式中：—流量系數(shù)，，—爐門的開啟高度，米 b—爐門的寬，米—空氣和爐氣在各自溫度下的密度，kg/標(biāo)t氣—溢出的爐氣的溫度，—?dú)怏w膨脹系數(shù)， g—重力加速度① 查《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》表15，t氣=1225℃時(shí)， 。t環(huán)=20℃時(shí)， 。取=則：② 查《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》表15，t氣=800℃時(shí)， 。t環(huán)=20℃時(shí)， 。取=則：所以， 綜上：6）其他熱損失 它是指在熱平衡中不易計(jì)算的，比方說：砌體的磚縫不嚴(yán)、爐子使用時(shí)間過長(zhǎng)使得保溫材料的性能和爐子的密封性能降低以及一些無法精確考慮的小孔所產(chǎn)生的熱損失這里按經(jīng)驗(yàn)選?。?=因此：=++++2 爐膛熱平衡式與燃料消耗量1）爐膛熱平衡式即： 2）燃料消耗量由爐膛熱平衡式可得燃料消耗量標(biāo) 爐膛熱平衡表將上述計(jì)算計(jì)算數(shù)據(jù)總結(jié)，列入表35表35 爐膛熱平衡表爐膛熱收入爐膛熱支出序號(hào)項(xiàng)目熱量%序號(hào)項(xiàng)目熱量%1燃料燃燒化學(xué)熱1加熱金屬物理熱2預(yù)熱空氣帶入物理熱2出爐膛廢氣物理熱3金屬氧化放熱3冷卻水帶出物理熱44爐壁導(dǎo)熱損失55經(jīng)爐門熱損失66其它合 計(jì)100合 計(jì)100 爐子工作指標(biāo)①單位燃耗:標(biāo)/t(鋼)②單位熱耗: (鋼)③爐膛熱效率:④爐子熱效率:注：為了給爐子提高生產(chǎn)率留有余量，在選擇燒嘴數(shù)量及燃燒能力時(shí)，即 天然氣燒嘴的選用 選擇依據(jù)1）燃料種類:天然氣；2）煤氣低發(fā)熱值:35873kJ/標(biāo)m3；3）爐子最大燃料消耗量:B=；4）爐子最大濕空氣需要量: 5）預(yù)熱空氣溫度：=400℃；6）供熱分配： 上加熱25%，下加熱50%，上均熱8%，下均熱17%； 燒嘴選型和燒嘴布置1）燒嘴類型的選擇步進(jìn)梁式的連續(xù)式加熱爐產(chǎn)量大、爐子生產(chǎn)率高，加熱爐的爐子溫度高（加熱段的爐氣溫度為1241℃），爐子溫度的均勻性好，因此燒嘴的燃燒要有一定的長(zhǎng)度和鋪展面；天然氣燒嘴的型號(hào)見《工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)》表617和表637。上加熱和上均熱采用TP275燒嘴；下加熱和下均熱采用TGW8燒嘴。上加熱：供熱量：=需要燒嘴數(shù)量：247。75=，這里取24個(gè)。燒嘴安裝間距：6612247。（3+1）=1653mm，滿足燒嘴最小安裝間距。下加熱：供熱量：=需要燒嘴數(shù)量：247。250=，這里取14個(gè)。燒嘴安裝間距：27028247。（7+1）=，滿足燒嘴最小安裝間距。上均熱：供熱量：=需要燒嘴數(shù)量：247。75=，這里取9個(gè)。燒嘴安裝間距：6612247。（3+1）=1653mm，滿足燒嘴最小安裝間距。下均熱：供熱量：=需要燒嘴數(shù)量：247。250=，這里取6個(gè)。燒嘴安裝間距：6612247。（3+1）=1653mm，滿足燒嘴最小安裝間距。 空氣換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 已知數(shù)據(jù)1）出爐膛煙氣溫度(由工藝給出)：t廢膛=800℃；2）出爐膛煙氣流量： 3）進(jìn)換熱器空氣溫度：t空入=20℃；4）燒嘴前要求空氣預(yù)熱溫度：t混=400℃；5）預(yù)熱空氣流量(按設(shè)計(jì)燃料消耗量B計(jì)算)： 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1）進(jìn)換熱器煙氣溫度（考慮煙道降溫?fù)p失）：=750℃；2）進(jìn)換熱器煙氣流量：m換熱器前煙氣溢氣損失系數(shù)，一般m=～，這里取m=，則；3）進(jìn)換熱器空氣溫度（地區(qū)大氣平均值）： t空入=20℃；4）出換熱器空氣溫度(考慮熱網(wǎng)管道降溫?fù)p失)：t空出 =430℃；5）預(yù)熱空氣流量(考慮生產(chǎn)率提高10%的可能性):V空=65376=71914標(biāo)m3/h。 設(shè)計(jì)方案1）換熱器種類：金屬換熱器；2）換熱器結(jié)構(gòu)：平滑直管金屬換熱器（帶“—”字形紐帶插入件）；3）換熱器規(guī)格：φ95；4）換熱器布置：順（直）排，換熱管中心距，x1=x2=；5）換熱器氣流方向及流速:逆叉流，管外流煙氣，設(shè)；管內(nèi)流空氣，設(shè)V空，=8標(biāo)m/s 設(shè)計(jì)計(jì)算1）計(jì)算換熱器煙氣溫度 式中：—換熱器熱利用系數(shù)，； —分別為煙氣和空氣的平均比熱，查《火焰爐設(shè)計(jì)計(jì)算參考資料》表 15可得，假設(shè)