【導讀】的基礎上，對加熱爐進行了設計和計算，主要包括初步設計和技術設計。通過本次畢業(yè)設計，改善蓄熱式燃燒技術，節(jié)約了燃料，提高爐子熱效率，提高了產(chǎn)量及產(chǎn)品質量，同時減少了對環(huán)境的污染，達到了節(jié)能減排的目標。

　　

【正文】 m球比表面積的 倍，Φ20mm球的 7 倍。在相同條件下，將等質量氣體換熱到同一溫度時的蜂窩體體積僅為球狀蓄熱體的 1/3～ 1/4，重量僅為球的 1/10 左右，這就意味著蜂窩體蓄熱燃燒器構造更輕便、結構更緊湊。蜂窩體壁很薄僅 ～ 1mm，透熱深度小，因而蓄熱、放熱速度快，溫度效率高，換向時間僅為 30～ 45s，這比球狀蓄熱體的換向時間 3min 大大縮短，更利于均勻爐內溫度場，保證鋼坯均勻加熱，這一點對加熱合金鋼、高碳鋼尤為有利。按照蜂窩體內氣流通道規(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)關系，球徑大則阻力變小，但蓄熱室結構也要相應增大。蜂窩體由于有較河北 聯(lián)合 大學 輕工學院 畢業(yè)設計 15 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。對于爐膛較寬的爐子，相對應爐長較短，爐兩側可供布置燒嘴的空間較小，采用比表面積小的小球時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中，應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石小球，采用內置或外置蓄熱床布置方式，整臺加熱爐采用 2一 3臺大型拉動式換向閥集中換向。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，加熱爐自動化水平低等問題。對于空煤氣雙蓄熱而言浪費煤氣也較多，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加熱質量要 求不高的棒、線材坯料加熱，但在加熱優(yōu)質碳素鋼或合金鋼坯料時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，無論空氣單蓄熱，還是空、煤氣雙蓄熱，加熱爐每對燒嘴采用一套獨立的換向裝置，各燃燒器之間均具有各自完全的獨立性，因此可以被認為是完全意義上的燒嘴形式，相對于集中換向來講其每對燒嘴完全獨立的換向方式，即所謂全分散換向技術。 爐子供風和排煙系統(tǒng) 加熱爐上供燃燒用的一般都是選用離心式風機，供通風用的都采用軸 流式風機。在不影響車間基本設施和生產(chǎn)運行的前提下，鼓風機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，用以將爐內煙氣排出爐外，保證排煙通暢是加熱爐爐正常進行的重要條件。加熱爐的排煙方式分為自然排煙和機械排煙兩種。前者指煙囪排煙、直接排放和依靠自然抽力的排煙罩等；后者指排煙機排煙等。對于煙氣溫度不高的情況，可采用直接式機械排煙的方式。本設計預采用機械排煙 爐底水管的確定 步進梁式爐爐底水管和推鋼式爐爐底水管有類似的地方，都是由冷卻水管構成。但他們的受力條件和 結構都有著重要的區(qū)別。推鋼式爐內鋼坯是在滑道水管河北 聯(lián)合 大學 輕工學院 畢業(yè)設計 16 上滑行，滑道水管由橫水管固定和支撐，而橫水管則由爐側鋼柱固定和支撐，所以它們既能承受縱向力，又能承受橫向力，步進梁式爐內鋼坯運動則是由步進梁和固定梁支撐，而步進梁和固定梁都不可能用橫水管固定在爐側鋼柱上。所以步進梁和固定梁及支柱必須有足夠的強度和剛度，以承受因鋼坯不均衡負載所產(chǎn)生的橫向作用力及步進時產(chǎn)生的橫向振動。 1) 爐底水管結構 步進梁式爐底水管結構主要有三種形式 (1) 單管支撐的爐底梁結構 這種結構的步進梁和固定梁是通長的，單管水管立柱支撐，這種 結構的立柱水管立柱數(shù)量最少，因而，可減少水冷熱損失， (水管受熱面小 )，耗水量和基建費用低，所以應用較廣。但要求梁和立柱 (尤其是步進梁水管結構 )都必須有較高的強度和剛度．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 (立柱水管關徑大于橫梁管徑 )以克服橫向作用力和橫向振動，由于立柱水管的直徑較大，為了提高立柱水管內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，采用了套管結構。 (2) 框架支撐的爐底梁結構 這種結構的優(yōu)點是較能經(jīng)受爐底梁的橫向作用的外力和熱應力。為了減小步進梁和固定梁長度方 向上受熱膨脹而造成變形，將爐底水管沿長度方向上分成幾段，并將立柱連成框架。這種結構可較大改善立柱的穩(wěn)定性，并可避免因熱膨脹造成整個爐底梁的變形。這種結構與第一種結構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，同時增加了投資。 (3) “門型 ”支柱梁結構 這種結構也稱為 “馬蹄形 ”或 “倒Ｕ形 ”結構，當加熱鋼坯的厚度較小，步進梁和固定梁中心距也較小，又要采用下端供熱方式，那么這種結構的步進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，實現(xiàn)了下端燒嘴供熱。對于步進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。不必采用這種結構。 設計加熱爐的爐長不算太長，產(chǎn)量為 120 ht/ 屬于中小型加熱爐，考慮到減少水冷損失，減少投資，無需將爐底水管沿長度方向上分成幾段。因此采用第一種結構形式，了提高立柱水管內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，采用了套管結構。 河北 聯(lián)合 大學 輕工學院 畢業(yè)設計 17 爐子的鋼結構及冷卻系統(tǒng)的確定 1) 鋼結構 爐子鋼結構的主要作用是： (1) 維護爐體的外 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)生的應力； (5) 保持爐子砌體的嚴密性；各部分的鋼結構分別選擇如下： 爐頂鋼結構：主要構件是采用焊接 H 型鋼制成的橫梁， H 型鋼的兩端架在爐墻兩側立拄的頂端。 側立柱：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固定，上部用槽鋼圈梁聯(lián)成的矩形框架。 爐底鋼結構：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確定冷卻裝置的部位及 其結構形式，并對水冷或汽化冷卻系統(tǒng)的布置提出方案。對爐子進行冷卻的目的有兩個，一個是為了提高其強度和使用壽命，二是為了改善勞動條件。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： (1) 可節(jié)約用水； 可以將冷卻構件產(chǎn)生的熱損失大部分轉化為蒸汽來加以利用； (2) 由于汽化冷卻采用軟化凈水，不易沉淀和結垢，使爐內構件的壽命比水冷時提高一倍以上。 鑒于汽化冷卻的以上優(yōu)點，本設計采用汽化冷卻。汽化冷卻的工作原理如下： 軟水箱里的合格軟水通過給水泵供應到氣包，然后通過自然循環(huán)供給加熱爐的 7根水梁，由于加 熱爐內溫度高達 1200℃ 左右，水梁內的軟水在高溫下形成汽水混合物，帶走熱量達到冷卻水梁的目的，形成的汽水混合物通過上升管道進入氣包。氣包內設有汽水分離裝置，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： 河北 聯(lián)合 大學 輕工學院 畢業(yè)設計 18 爐子的機械化及自動化 現(xiàn)代工爐為了準確控制各種爐況參數(shù)，掌握工業(yè)爐的熱工過程，使工業(yè)爐經(jīng)常地、穩(wěn)定的處于最佳熱工狀態(tài)，保證加熱質量，提高工業(yè)爐的熱效率，同時也是為了維護工業(yè)爐設備，延長使用壽命，改善操作人員的勞動條件，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量和自動調節(jié)裝置 。同時目前工業(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)爐對不同物料的加熱都能處于最佳工作狀態(tài)，使加熱質量最優(yōu)，能耗最低，必須配備計算機自動控制系統(tǒng)。 一般系統(tǒng)自動調節(jié)的內容包括：燃燒的調節(jié) (空氣和燃料的調節(jié) )，爐溫的調節(jié) (向爐內供熱 )，爐膛壓力的調節(jié)，液位的調節(jié)等。 河北 聯(lián)合 大學 輕工學院 畢業(yè)設計 19 3 技術設計 燃料燃燒計算 計算單位燃料進行完全燃燒的空氣需要量（ nL ）。其目的在于合理，有效地控制燃燒過程，達到最佳燃燒狀態(tài)；同時也是正確的選用或設計計算燃燒裝置，供風系統(tǒng) 及檢測?？刂葡到y(tǒng)的重要依據(jù)。 計算單位燃料進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? ）。燃料燃燒產(chǎn)物的生成量及其密度是設計煙道，煙囪或選用排煙機等不可缺少的依據(jù)。而燃燒產(chǎn)物成分是計算爐氣黑度所必需的數(shù)據(jù)。 計算燃料理論燃燒溫度（ 理t ）。它是估算實際爐溫能否達到工藝要求的重要數(shù)據(jù)之一；同時也是選擇燃料種類及其燃燒方法的參考。 計算燃料低發(fā)熱量（ 低Q ）。已知路子設計生產(chǎn)率時的總熱量消耗，根據(jù) 低Q即可求出爐子總燃料消耗量 B。 低Q 同時也使計算 理t 的重要依據(jù)。 燃料成分及發(fā)熱值 表 1 干成份 成分 CO CO2 H2 N2 CH4 合計 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% = % 濕2CO = K ? 干2CO = ? % =% 濕2H = K ? 干2H = ? % = % 濕4CH4 = K ? 干4CH = ? % = % 濕2N = K ? 干2N = ? % = % 河北 聯(lián)合 大學 輕工學院 畢業(yè)設計 20 表 2 濕成分 成分 CO CO2 H2 N2 CH4 H2O 合計 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? ? ? ? ? ?? 燃料所需空氣量計算 1) 空氣消耗系數(shù) 據(jù)資料，選取 ?n 2) 理論空氣量 20℃ 時，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+) = NmNm/3 單位燃燒產(chǎn)物的計算 1) 各 成分體積計算 2222 ONOHCOn VVVVV ????…… ..…… ..…… ..…… ..(7) 2 39。 39。 39。24COV CO CO CH? ? ? 1( 2 4 . 4 3 1 3 . 9 7 0 . 5 9 )100? ? ? ? = 3 m? 河北 聯(lián)合 大學 輕工學院 畢業(yè)設計 21 2339。39。 324( 2 ) 1 % 0 . 0 4 4HO mV H H C m? ? ? ? 2339。 32( 7 9 ) 1 % 1 . 2 3 2Nn mV N L m?? ? ? ? 23 302 1 ( 1 ) 1 % 2 1 0 . 2 0 . 7 1 4 1 % 0 . 0 3O mV n L m? ? ? ? ? ? ? ?.…… ..… （ 8） 總的煙氣體積為 2 2 2 23 31 . 6 9 6n C O H O N O mV V V V V m? ? ? ? ?.…… ..… … ..（ 9） 2) 各成分的百分比 239。2 0 .3 9 23%1 .6 9 6COnVCO V? ? ? 239。2 0 .0 4 4 2 .6 %1 .6 9 6HOnVHO V? ? ? 239。2 1 .2 3 2 7 2 .6 4 2 %1 .6 9 6NnVN V? ? ? 239。2 0 .0 3 1 .7 6 9 %1 .6 9 6OnVO V? ? ? 3) 燃燒產(chǎn)物的密度 39。 39。 39。 39。2 2 2 24 4 1 8 2 8 3 22 2 .4C O H O N O? ? ? ?? ……………… (10) ? ? m? 理論燃燒溫度的計算 1) 336 37 /Q kJ Nm?低 2) 1000℃ 時， ? ?31 .4 2 1 /C k J Nm??空 ， 31218 /n k kQ L C t K J N m??空 3) 1000℃ 時， ? ?℃NmkJC ?? 3/ 3/1 5 9 71 0 0 05 9