【正文】 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 30 進入加熱段的斷。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。 計算各段爐氣的平均綜合輻射系數(shù) 對于步進式加熱爐，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 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 ? 金屬加熱計算 金屬加熱計算是確定火焰爐熱工計算的核心，其主要目的是確定金屬在爐內(nèi)的加熱時間。 5) 出料方式：采用側(cè)出料，減少爐頭吸冷風(fēng)。 3) 設(shè)爐膛各段長度為 預(yù)L ， 加L ，和 均L 。 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。 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)用的計算式都是根據(jù)實際工況進行簡化假設(shè)后的理想情況下得出的公式。 若爐溫系數(shù)取 ?L? ，則 205 2 153 9s L Ltt?? ? ? ?℃ 通過燃燒計算可見，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。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 25 ? ? kg 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 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。 39。2 0 .0 3 1 .7 6 9 %1 .6 9 6OnVO V? ? ? 3) 燃燒產(chǎn)物的密度 39。2 0 .0 4 4 2 .6 %1 .6 9 6HOnVHO V? ? ? 239。 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。39。 39。 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% = % 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 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 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+) 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 24 = 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。已知路子設(shè)計生產(chǎn)率時的總熱量消耗，根據(jù) 低Q 即可求出爐子總?cè)剂舷牧?B。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。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? ）。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(shè)計計算燃燒裝置，供風(fēng)系統(tǒng)及檢測。 一般系統(tǒng)自動調(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。汽化冷卻系統(tǒng)原理圖如下： 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 21 爐子的機械化及自動化 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，同時也是為了維護工業(yè)爐設(shè)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(diào)節(jié)裝置。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(yīng)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(nèi)溫度高達 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。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(gòu)件產(chǎn)生的熱損失大部分轉(zhuǎn)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(jié)垢，使?fàn)t內(nèi)構(gòu)件的壽命比水冷時提高一倍以上。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。 爐底鋼結(jié)構(gòu)：由工字鋼，槽鋼和鋼板焊接組成。 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 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。 設(shè)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。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。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，同時增加了投資。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。但要求梁和立柱 (尤其是步進梁水管結(jié)構(gòu) )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(guān)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(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)。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。但他們的受力條件和結(jié)構(gòu)都有著重要的區(qū)別。對于煙氣溫度不高的情況，可采用直接式機械排煙的方式。加熱爐的排煙方式分為自然排煙和機械排煙兩種。在不影響車間基本設(shè)施和生產(chǎn)運行的前提下，鼓風(fēng)機的安裝力求使管道短，局部阻力 最小?？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(rèn)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(shù)。對于空煤氣雙蓄熱而言浪費煤氣也較多，安全性較差。 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(nèi)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。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。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。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。在相同條件下，將等質(zhì)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(gòu)造更輕便、結(jié)構(gòu)更緊湊。蜂窩體的前端增加剛玉擋磚，減少高溫爐膛對蜂窩體的輻射，同時可增加蜂窩體的 堆放穩(wěn)定性。 本設(shè)計預(yù)采用蜂窩體作為蓄熱體回收煙氣熱量。 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 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，則以節(jié)能降耗為主。低溫爐宜將燃燒器與爐膛隔開，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。 燃燒器的數(shù)量取決與所選定的裝置的結(jié)構(gòu)形式和單位時間內(nèi)所需供熱量的多少。 6) 可對單個燒嘴進行在線維護，降低了故障風(fēng)險。 4) 爐墻兩側(cè)留有檢修門和扒渣門，可及時清理氧化鐵皮，減少因爐底氧化鐵皮升高引發(fā)的停爐打渣。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、下熱負荷分配。 2) 煤氣蓄熱式燃燒器與空氣蓄熱式燃燒器在爐外分開布置，使空氣與煤氣通道 截然分開，完全避免了煤氣與空氣互竄的危險。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。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 16 大氣排放的煙氣量也大幅 度下降，有很好環(huán)保效果。如此周而復(fù)始，通過蓄熱體這一媒介，出爐煙氣的余熱被轉(zhuǎn)換成空氣的物理熱，而得到回收利用。 蓄熱式燒嘴成對工作，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)。因此它是火焰爐的核心部分。 考慮到爐