【導(dǎo)讀】初步設(shè)計(jì)對加熱爐的選型結(jié)構(gòu)做出來初步的選擇；技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式加熱爐重要輔助設(shè)備進(jìn)行選擇。量及產(chǎn)品質(zhì)量，同時減少了對環(huán)境的污染，達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo)。在國內(nèi)會擁有廣闊的發(fā)展前景。

　　

【正文】 = % 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，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。 39。 39。24COV CO CO CH? ? ? 1( 2 4 . 4 3 1 3 . 9 7 0 . 5 9 ) 100? ? ? ? = 3 m? 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) 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 ? ? kg m? 理論燃燒溫度的計(jì)算 1) 336 37 /Q kJ Nm?低 2) 1000℃ 時， ? ?31 .4 2 1 /C kJ 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 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 由手冊查得，在 2021℃ 下，它們的分解度分別為 ?2COf， ?OHf2。 則分解熱分別為： 2 431 2 6 0 0 2 3 1 .6 9 6 9 .7 0 6 1 0 4 7 6 .7 6 /COQ k J Nm?? ? ? ? ? ?分 2 32 5 .4 8 /HOQ kJ Nm?分 34 7 6 .7 6 2 5 .4 8 5 0 2 .2 4 /fQ k J Nm? ? ? 3 6 3 7 1 2 1 8 1 5 9 7 5 0 2 . 2 4 20521 . 7 1 4 1 . 6 9 6Lt ? ? ????℃ ????? ..(11) 誤差為 %，小于 5%，故假設(shè)合理。 若爐溫系數(shù)取 ?L? ，則 205 2 153 9s L Ltt?? ? ? ?℃ 通過燃燒計(jì)算可見，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 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相當(dāng)復(fù)雜的過程，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，且在整個爐膛內(nèi)部的溫度是均勻的，爐氣對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河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 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，還是以對流傳熱為主主要取決于爐氣溫度和流動速度，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，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 180000 0 .9 36 5 0 9 0 .1 5 2 2 0Gn P l E?? ? ?? ? ? ? ? ???? ?? ?? (12) n=1 取值 a =，則爐膛寬度 mmB 9 4 0 02 0 029 0 0 010 ????? 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 ?上 ?下 由于上下取值相差不大，可按上部取值進(jìn)行計(jì)算。 3) 設(shè)爐膛各段長度為 預(yù)L ， 加L ，和 均L 。 4) 為了安裝制作方便，爐頂結(jié)構(gòu)采用平頂結(jié)構(gòu)。 5) 出料方式：采用側(cè)出料，減少爐頭吸冷風(fēng)。 金屬出爐參數(shù)的確定 斷面溫差的允許范圍透熱深度 S=100～ 300℃/m 對于低碳鋼取較大值：斷面溫差為 ???? t ℃ 算各段爐氣平均有 效射線行程 1) 計(jì)算各段爐壁面積 據(jù)公式 iii LBHF )2( ?? ???? ??????????? .(13) 得 F?預(yù) (2+ ) L預(yù) = F?加 (2+) L加 = L加 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 ?均F (2+) 均L = 均L 2) 計(jì)算各段爐膛體積 據(jù)公式 iii BLHV ? ?? ??? ..???????????? ..(14) 00 14. 1V H B L L L? ? ? ?預(yù) 預(yù) 預(yù) 預(yù)上 1. 5 9. 40 0 14 .1V H B L L L? ? ? ?加 上 加 加 加 1. 5 9. 40 0 14 .1V H B L L L? ? ? ?均 上 均 均 均 3) 各段氣體平均有效射線行程 據(jù)公式 ????????? iii FVS ????????????????(15) 得： 4 1 4 .10 .9 41 2 .4 LS L???? ? ?????預(yù)預(yù) 預(yù) 4 1 4 .10 .9 41 2 .4 0 0 LS L???? ? ?????加加 加 4 1 4 .10 .9 41 2 .4 0 0 LS L???? ? ?????均均 均 4) 計(jì)算爐氣中 CO2和 H2O 分壓 由燃燒計(jì)算知燃燒產(chǎn)物中的 CO2和H2O 分壓分別為 10 5Pa ,10 5Pa 預(yù)定各段爐氣溫度 設(shè)均熱段爐氣溫度比金屬加熱終了時其表面溫度高 50℃ 即?均qt 1230℃ 設(shè)二加熱段爐氣溫度比金屬加熱終了時其表面溫度高 140℃ 即qt ?加 1320℃ 為了控制加熱一段爐溫不至過大，加熱一段爐溫取為 1100 即qt ?預(yù) 1100℃ 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 計(jì)算各段爐氣黑度 二氧化碳的黑度： ? ? ? ? 22 ????? gCOCO TSP? 水蒸氣的黑度： ? ? 100/22 ????? gOHOH TSP? 據(jù)公式 OHCOq 22 ??? ?? ??? ??? ..??????????? .(16) 得 ? ? ? ?? ?1 / 3 1 3 4 12 30 27 3 / 10 0 264 12 30 27 3 / 10 0 38q???? ? ? ? ? ? ?? ? ?均 ? ? ? ?? ?1 / 3 1 3 4 13 20 27 3 / 10 0 264 13 20 27 3 / 10 0 25? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ?加 ? ? ? ?? ?1 / 3 1 3 4 11 00 27 3 / 10 0 264 11 00 27 3 / 10 0 55? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ?預(yù) 各段爐頂和爐墻對金屬的輻射角度系數(shù) 1) 相鄰鋼坯中心距 c 取 1 鋼坯表面黑度為 ?? 2) 輻射角度系數(shù) 據(jù)公式 ? ? mm bnLBHc bnL 22 212 ????? ???????????? .(17) 得：均熱段 ? ?12 2 0 .8 1 9 0 .5 41 2 1 .5 9 .4 2 0 .8 1 9? ? ? ???? ? ? ? ? ? ?，加熱段 12 ? ? ，預(yù)熱段 12 ? ? 。 計(jì)算各段爐氣的平均綜合輻射系數(shù) 對于步進(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)的加熱時間。這個時間是指金屬從入爐開始加熱到工藝要求的溫度出爐時所經(jīng)過的總時間。金屬加熱時間受鋼種、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。 溫度制度的確定及邊界條件 1) 溫度制度的確定 本設(shè)計(jì)中加熱鋼坯的材質(zhì)為 40 號鋼，斷面尺寸為 mm800150? ，由于金屬在低溫下具有較高塑性，導(dǎo)熱系數(shù)較大，金屬在彈性壓力內(nèi)溫度應(yīng)力不會太大，因此，從提高加熱爐單位生產(chǎn)率的角度上來講，應(yīng)將金屬在爐內(nèi)的升溫分成兩段： 第一段，金屬表面以盡可能快的速度加熱到鋼坯出爐溫度水平。 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間，本設(shè)計(jì)將金屬加熱分為三個階段 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