【正文】 結(jié)構(gòu)特性計算
。 熱效率和燃料消耗量 火筒式加熱爐的熱效率按下列公式計算： % 2q 3q 4q 5q 6q 0 1 0 2 3 4 5 61 0 0 ( )q q q q q? ? ? ? ? ? ? =100（ ++1） = % 火筒式加熱爐的熱效率包括下列各項(xiàng)式中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)，按下列公式計算 ： a. 加熱 水 ： ()oi m oi oi oi oi oiP q C t C t?? ?? ? ??? =630KW (給定值 ) b. 加熱爐的熱功率： 這里 gP =0， wP =0 oi g wP P P P? ? ? =630KW 根據(jù)所得的熱功率進(jìn)行修約，確定熱功率，使之符合 SY/T 0540 中規(guī)定的系列。 這里取 5q =1%。 可燃?xì)怏w未完全燃燒熱損失率與可燃固體未完全燃燒熱損失率按表 3 選取 630KW 火筒爐設(shè)計 第 18 頁（共 49 頁） 3q = 4q =0 氣體含灰量很少， 6q 可以忽略。 熱平衡方程式如下： 1 2 3 4 5 6uf f a pQ Q Q Q Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ? ? ? ? ? 或 1 2 3 4 5 6100 q q q q q q? ? ? ? ? ? 輸入熱量 體系的輸入熱量按下式計算： ui f f a pQ Q Q Q Q? ? ? ? = 燃料的低位發(fā)熱量引根據(jù)加熱爐所用燃料的種類按 熱平衡計算 第 17 頁（共 49 頁） 定。 加熱爐體系由加熱爐本體和輔機(jī)所組成。 火筒式加熱爐的熱平衡是在穩(wěn)定的熱力狀態(tài)下， 1燃料氣為基準(zhǔn)進(jìn)行。 熱平衡 火筒式加熱爐的熱平衡是指加熱爐體系的輸入熱量與輸出熱量之間在數(shù)量上的平衡。 理論空氣焓： 630KW 火筒爐設(shè)計 第 14 頁（共 49 頁） th tha a aH h V?? =*= 理論煙氣焓： 2 2 2 2 2 2th th thsm R O R O N N H O H OH h V h V h V? ? ? ? ? ? =4770*+2917*+* = 實(shí)際煙氣焓： ( 1)th thsm sm aH H H?? ? ?=+*= 空氣，氮?dú)?，干三原子氣體體積和水蒸氣的體積焓均按表 1查得。 ? = thaaVV?? =*= 33/mm 燃燒煙氣體積 燃料氣燃燒聲稱的煙氣體積按下列公式計算： ： 2 220 . 0 1 ( )R O m nV C O C O H S m C H? ? ? ? ? =(1*98+3*+3*+4*) = 33/mm b. 理論氮?dú)怏w積： 2 20 .7 9 0 .0 1th thNaV V N??=*+*1= 33/mm c. 理論水蒸氣體積： 2 220 . 0 1 ( 0 . 5 0 . 1 2 4 ) 0 . 0 0 1 6th u thH O m n fg a aV H H S n C H d d V? ? ? ? ?? =*[*(2*98+3*+4*+5*) +*]+** =*+= 33/mm d. 理 論煙氣體積 2 2 2th th thsm RO N H OV V V V? ? ?=++= 33/mm 煙氣體積 (1 0 . 0 0 1 6 1 ) ( 1 )th thsm sm a aV V d V?? ? ? ? =+ (1+*)*()* = 33/mm ： 22 0 .0 0 1 6 1 ( 1 )th thH O H O a aV V d V?? ? ? =+*** = 33/mm 空氣的水蒸氣含量根據(jù)相對濕度及大氣壓力按下式計算： 622 100 asa b a spd pp? ?? ?=*（ 100**） = /gkg 在設(shè)計時，大氣壓力，空氣的相對濕度及水蒸氣飽和壓力均按所處環(huán)境的年平均值確定。 燃料發(fā)熱量 燃料氣的發(fā)熱量可以 根據(jù)燃料氣的組分按下式計算： 干燥基低位發(fā)熱量 22220 . 0 1 [ ( ) ]mndfg H C O H S C H m nQ Q H Q C O Q H S Q C H? ? ? ? ? ? ? ?? =*[98*35906+*87667+*93244+*123649]= 3/kJ m 燃料氣可燃組分在 0c? 和 kpa 狀態(tài)下的低位發(fā)熱量應(yīng)按 GB 11062 中的規(guī)定值查得 ： 804804udfg fg ufg d? ?=*804/(804+)= 3/kJ m 燃料氣的水 蒸氣含量一般按燃燒器進(jìn)口處相應(yīng)燃料氣壓力和溫度下的飽 計算： 在 20C? ， , KPa 時 ， =804*（ ） = 3/gm 水蒸氣的飽和壓力按水蒸氣溫度（即燃料氣溫度）從飽和水蒸 氣性質(zhì)表中查得。 燃燒計算 第 11 頁（共 49 頁） 燃料氣的成分略去 灰 含量不計 ． 水蒸氣含量按 1m3。如果流體阻力計算所得流體阻力過大 呈現(xiàn)明顯的不合理．則需修改設(shè)計 。 630KW 火筒爐設(shè)計 第 8 頁（共 49 頁） 火筒式加熱爐的流體阻力計算一般是在熱力計算及結(jié)構(gòu)尺寸確定后進(jìn)行，流體阻力計算中的一些數(shù)據(jù)要從熱力計算和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中取得。它的目的是：根據(jù)已有的結(jié)構(gòu)尺寸和給定的熱功率、被加熱介質(zhì)種類與參數(shù)、燃料資料等條件，計算確定加熱爐的熱效率、燃料消耗量、空氣休積．煙氣體積．各傳熱元件址進(jìn)出口介質(zhì)的溫度等數(shù)據(jù)．以校核加熱爐達(dá)到所要求熱功率以及被加熱介質(zhì)參數(shù)的可能性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性 。它的目的是：根據(jù)紿定的熱功率、被加炔熱介質(zhì) 的種類與參數(shù)、燃料資料和選定的爐型結(jié)構(gòu)．燃燒器型式等條件，計算確定各傳熱元件的面積與主要結(jié)構(gòu)尺寸以及燃料消耗量．空氣體積．煙氣體積等數(shù)據(jù)，設(shè)計熱力計算并為流體阻力計算和強(qiáng)度計算等提供數(shù)據(jù)。 火筒式加熱爐的熱力計算按照給定條件和計算目的的不同．分為設(shè)計熱力計算和校核熱力計算兩種。 一般規(guī)定 第 7 頁（共 49 頁） 3 一般規(guī)定 火筒式加熱爐熱力與阻力計算方法的一般步驟 是：首先收集．整理及分析原始資料，確定基本爐型結(jié)構(gòu)；其次進(jìn)行燃燒計算及熱平衡計算等輔助計算：隨后邊行火管、煙管．盤管的熱力計算；最后進(jìn)行流體阻力計算。而一座設(shè)計合理的工業(yè)爐，加上操作人員的精心管理，則如虎添翼，定能創(chuàng)造出良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 一座新的工業(yè)爐的性能好壞將直接影響其生產(chǎn)質(zhì)量和能源消耗，而原始設(shè)計合理與否將起決定性的作用。 因此，工業(yè)爐的結(jié)構(gòu)和操作之間，必須相互適應(yīng)，各熱工過程之間也必須相互配合。會影響爐內(nèi)的熱工過程 (包括傳熱、燃燒及氣體運(yùn)動等 )而熱工過程的變功又會影響工業(yè)爐的生產(chǎn)指標(biāo) (產(chǎn)品質(zhì)量、單位生產(chǎn)率、單位熱耗、工業(yè)爐使用壽命、污染物的排放量等 )。即使是憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計，也是在專業(yè)理論的基礎(chǔ)上，廣泛采納國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計并加以改進(jìn)。理論計算是必需的。參考的經(jīng)驗(yàn)不足，而理論計算恰好能把工業(yè)爐的熱交換條件和物料加熱時間聯(lián)系起來．反映出工業(yè)爐的熱工特點(diǎn)。這樣不僅簡單易算，而且排除了理論計算時因各種系數(shù)或參數(shù)選630KW 火筒爐設(shè)計 第 6 頁（共 49 頁） 取不當(dāng)而造戰(zhàn)的誤差．這種方法穩(wěn)妥可靠。優(yōu)秀的設(shè)計者不應(yīng)是現(xiàn)有工業(yè)爐的抄襲者，而應(yīng)該是把現(xiàn)有工業(yè)爐變成更新、更完善的工業(yè)爐的創(chuàng)造者。 工業(yè)爐設(shè)計的目的足參考現(xiàn)有爐型。因此，如何提高工業(yè)爐熱效率，合理使用一次能源，充分而有效地叫回收并利用二次能源，在當(dāng)今能源緊缺的形勢下，更顯出其必要性。 工業(yè)爐的設(shè)計從來都離不開工藝而單獨(dú)進(jìn)行，設(shè) 計人員在設(shè)計時．首先必須根據(jù)工藝的要求進(jìn)行設(shè)計，使工業(yè)爐能夠滿足工藝制度所規(guī)定的要求。 雖然工業(yè)爐的范疇如此之寬．涉及的工藝過程如此眾多．但作為工業(yè)爐．熱源向物料的傳熱是一個基本過程．每一個工業(yè)爐都會有此過程。 本論文所介紹的工業(yè)爐設(shè)計只是最常用的典型爐型設(shè)計。按結(jié)構(gòu)形式分．由于涉及各個行業(yè)，更是不勝枚舉。作為設(shè)計者，設(shè)計出技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理完善的工業(yè)爐，則是首要的任務(wù)。試想一座設(shè)計不合理的工業(yè)爐，勢必顯得先天不足，即使以后經(jīng)操作凋整也難以達(dá)到理想的境界。同時，各生產(chǎn)指標(biāo)之間也要相互關(guān)聯(lián)。人們的目的是提高生產(chǎn)指標(biāo)，但人們所能直接規(guī)定或摸縱的因素．既不是熱工過程參數(shù)，也不是生產(chǎn)指標(biāo)．而是結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)。 工業(yè)爐的結(jié)構(gòu) (幾何形狀、尺寸、筑爐材料的種類等 )和熱工操作 (燃料量其分配、空氣量及其分配、閘門的開啟度等 )的變動。對一般連續(xù)加熱爐，理論計算雖然只具有一定的參考價值．但是作為一種設(shè)計方法，特別是科技水平快速發(fā)展的今天，理論計算法仍然相當(dāng)重要。所以對新爐型和采用特殊溫?zé)嶂贫鹊墓I(yè)爐。但當(dāng)設(shè)計新爐型或采取特殊的溫?zé)嶂贫葧r。對已定型的有成熟經(jīng)驗(yàn)的工業(yè)爐．有時設(shè)計時不進(jìn)行理論計算，而是憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接確 定加熱時間或者通過選用有效的爐底強(qiáng)度，從而確定出工業(yè)爐的基本尺寸。以熱工理論為指導(dǎo)．設(shè)汁出結(jié)構(gòu)更完善的爐體結(jié)構(gòu)。在工業(yè)爐的設(shè)汁中，所有降低能耗的有效措施，都應(yīng)力圖采用。而從能源角度看．工業(yè)爐又是國民經(jīng)濟(jì)中的耗能之一。因此．要使工 |業(yè)爐的工作達(dá)到“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、少污染”的基本目標(biāo)，除了掌握正確的工藝操作之外．還必須要有合理的爐體結(jié)構(gòu)予以保證。掌握好這方面工業(yè)爐設(shè)計的基本方法，將有助于其他類型工業(yè)爐的設(shè)計。由于工業(yè)爐所涉及的工藝過程繁多，我們可以通過掌握工業(yè)爐的基本原理來學(xué)習(xí)工業(yè)爐設(shè)計的基本方法。按熱源分，有煤氣爐、油爐、煤爐、電爐；按熱工制度及操作方式分，有恒溫爐、周期爐及連續(xù)爐等。為了降低建爐的投資和運(yùn)行的費(fèi)用，應(yīng)提高工業(yè)爐單位容積 (爐底面積 )的生產(chǎn)能力．簡化工業(yè)爐結(jié)構(gòu)，工業(yè)爐的廢氣、廢水、廢渣中往往含有有害物質(zhì)．必 須采取措施．使各種食害物質(zhì)的排放量小超過國家或地區(qū)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)爐的生產(chǎn)能力必須與生產(chǎn)過程所要求的產(chǎn)量相適應(yīng)。 對工業(yè)爐的基本要求是：產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量首先要滿足 要求；燃料或其他能源的消耗要低；建爐投資和運(yùn)行費(fèi)用要低；使用壽命長；操作人員的生產(chǎn)條件要好；污染物的排放量耍符合環(huán)保的要求，一座好的工業(yè)爐應(yīng)盡可能同時滿足上述各項(xiàng)要求。 作為一種重要的熱工設(shè)備．工業(yè)爐廣泛應(yīng)用于物料的焙燒、干燥、熔化、熔煉、加熱和熱處理等各種生產(chǎn)過程中．不僅數(shù)最眾多，而且種類繁多。工業(yè)爐工作的好壞將直接關(guān)系到產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、成本和環(huán)境污染等多項(xiàng)技木經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因而在各工業(yè)部門的生產(chǎn)中都占有重要的地位。 （ 6）配備其他監(jiān)測裝置和限制裝置，保證鍋爐 24 小時無監(jiān)督安全運(yùn)行 主攻方向： 1. 改善火筒爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，節(jié)省空間且減少熱損失 2. 提高對流換熱，或輻射換熱的效率 選題背景 第 3 頁（共 49 頁） 2 選 題背景 一般認(rèn)為，工業(yè)原材料在冶煉、加工或成品的制造過程中．為實(shí)覡預(yù)期的物理變化或化學(xué)變化所需要的加熱裝置，統(tǒng)稱為工業(yè)爐。燃油和燃?xì)夤凡粌H要保證高效率，還有使其操作簡單 .可靠；不僅要配有完善的全自動燃燒控制裝置，更要配有多級安全保護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)具有鍋爐缺水 .超壓 .超溫 .熄火保護(hù) .點(diǎn)火程序控制及聲 .光 .電報警。特別是快裝鍋爐，應(yīng)盡可能地避免采用引風(fēng)機(jī)。 （ 3）使用更加簡易的配套輔機(jī)。 （ 2）結(jié)構(gòu)越來越簡單。綜觀最近幾年燃油燃?xì)忮仩t的 改造 發(fā)展，我們可以總結(jié)出未來的發(fā)展方向 如下 ： （ 1）鍋爐效率越來越高。有關(guān)加熱爐的安全保護(hù)和運(yùn)行控制均實(shí)現(xiàn)自動化 ，可實(shí)現(xiàn)加熱爐運(yùn)行，無人值守。 (5)國內(nèi)大部分油田加熱爐配備了安全保護(hù)裝置，但加熱爐的運(yùn)行操作特別是負(fù)荷調(diào)節(jié)和燃燒控制調(diào)節(jié)主要靠手工操作。而國外可將空氣燃燒過剩數(shù)控制在 以下。 （ 3）國內(nèi)加熱爐燃燒過剩系數(shù)較高，一般在 以上。綜觀最近幾年燃油燃?xì)忮仩t的 改造 發(fā)展 國內(nèi)整體技術(shù)水平相對不高，與國際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在： （ 1）國內(nèi)油田加熱爐單臺熱負(fù)荷較小，熱負(fù)荷為 1250kw 以下的小型加熱爐約占總體的 90%以上。即使是憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計，也是在專業(yè)理論的基礎(chǔ)上，廣泛采納國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計并加以改進(jìn)。而且越來越標(biāo)準(zhǔn)化。并不是每一個數(shù)據(jù)都要計算的出，這樣也是行不通的．至于，火筒爐的儀表，支座，燃燒器等等一些組件及配件可以根據(jù)需要從國家標(biāo)準(zhǔn)里選取，有必要的話，可以用自己設(shè)計，即非標(biāo)件。緊接著計算煙風(fēng)阻力，從而確定出工業(yè) 爐的基本尺寸。在論文中首先首先燃燒計算，后通過燃燒氣的火焰形式選擇火筒的大小及直徑。 評語： 評閱教師簽名： 評定成績（百分制）： _______分 Ⅴ 長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯記錄及成績評定 學(xué)生姓名 張玉 專業(yè)班級 裝備 10702 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )題目 630KW 火筒爐 設(shè)計 答辯時間 年 月 日 ～ 時 答辯地點(diǎn) 一、答辯小組組成 答辯小組組長： 成 員： 二、答辯記錄摘要