加热炉课程设计说明书.docx

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1、加热炉课程设计模版1. 设计条件1. 炉子生产率： P = 40 t/h；2. 加热金属参数：加热钢种为 40# 碳素钢；料坯尺寸 1101102800 mm；加热初始平均温度为 20；加热终了外表温度为1200；加热终了断面温差 45 ；CH4C2H6C3H8H2COCO2N2总和90.631.612.582.550.010.442.18100.03. 燃料参数：预热温度设定为 20；燃料种类设定为自然气；燃料成分见下表：成分自然气%4. 助燃空气预热温度：350 ；5. 烟气出炉膛温度： 670 ；2. 热工计算2.1 燃料燃烧计算1. 自然气干、湿成分换算依据燃料温度 20查表得 g =

2、 18.9 g/标 m3(干空气),则k= 100/(100+0.12418.9)= 0.977C2H6C3H8H2COCO2N2H2O总和1.572.522.490.010.432.132.30100.0由 k=0.977 可计算自然气湿成分，计算结果列入下表成分CH4自然气% 88.55燃料低位发热量计算Q= 356.5188.55+ 634.731.57 + 908.82 2.52 +107.262.49+0.01 126.15 = 35124KJ / m3D2. 计算理论空气需要量 L0L= (0.5H02+ 2CH+ 0.5CO + (m + 0.25n)C H4m) / 21n=

3、(0.5 2.49 + 2 88.55 + 3.51.57 + 52.52 + 0.50.01) / 21 = 9.35m3 / m33. 计算实际燃烧产物需要量 L 有焰燃烧，选取 n=1.1nL = nLn0= 1.1 9.35 = 10.29m3 / m3Ls = (1+ 0.0012418.9)10.29 =10.53m3 / m3n4. 计算燃烧产物生成量及成分(每 100m3 燃料)VCO 2= CO + CO2+ CH4+ 2C H26+ 3C H38= 0.01 + 88.55 + 2 1.57 + 3 2.52 + 0.43 = 99.69m32VN2 = N+ 79Ln=

4、2.13 + 79 10.29 = 815.04m3O0V= 21(n -1)L2= 21 0.1 9.35 = 19.64m3VH2O= 2CH+ H+ H O + 0.124 g gL422H On2= 177.1 + 4.71+10.08 + 2.49 + 2.3+ 24.12 = 220.8m3Vn= VCO 2+ V+ VO 2N 2+ V+ VHOSO 22= 99.69 + 815.04 + 19.64 + 220.8 = 1155.17m3则生成物含量见下表产物成分C0N22OH O总和22含量%8.635. 计算燃烧产物重度70.561.719.11100.044CO”r =

5、2+18HO” + 28N ”22+ 32O”244 8.63+1819.11+2870.56 + 321.7= 1.23kg / m322.4 10022.4 1006. 计算燃料理论燃烧温度350时，C=1.296kJ / m3. C ，设燃烧温度为 18002100，则C=1.672kJ /(m3oc)t理=空空低燃分Q+ Q+ Q- Q V C= 35124 + 10.29 1.29635011.55 1.672t= 2060C 1800Cnt因此，可满足连续加热炉加热工艺。2.2 炉膛热交换计算gKM计算目的是确定炉气经过炉壁对金属的导来辐射系数 CkJ/(m2.h.K4)。1.预定

6、炉膛主要尺寸：炉膛高度 B。对于中型连续加热炉，假设 H=550 /(m3.h.K4),则P40000n = 1.18 1.2 ，取 n=1，a=0.166。.H l 2S E550 2.8 0.11 200则 B=nl+(n+1)a=12.8+20.166=3.132m, B/0.116=27,整数，符合耐火砖条件。所以取 B 为 3132mm。炉膛各段高度。查表，对燃气大型加热炉，取 H900mm，H预上加上= 1600mm。炉膛各段长度。设均热段长度 L均，加热段长度为 L加，预热段长度为 L。预炉顶构造：上加热承受端加热，B4m，为降低本钱承受 60砖砌筑拱顶。出料方式：侧出料。2.

7、计算各段平均有效射线行程60拱顶 计算各段布满炉气的炉膛体积V= (H加加上V= (HB - 0.0434B2 )L加B - 0.0434B2 )L= (1.6 3.132 - 0.0434 3.1322 ) = 4.59L m3加= (0.9 3.132 - 0.0434 3.1322 ) = 2.39L m3预预上预预 计算各段包围炉气的炉壁内外表积F= (2HK加加上+1.78B)L加= (2 1.6 +1.78 3.132) = 8.77L m3加F= (2H预底预上+1.78B)L预= (0.9 2 +1.78 3.132) = 7.37L m3预取气体辐射有效系数为 =0.，9 得

8、2S= 0.9加S= 0.9预4V= 0.9加F加围预4V= 0.9F预围4 4.59L加8.77L加4 2.39L预7.37L预= 2.09 m= 1.30 m3. 计算炉气中 CO2 和 H2O汽分压PCO2 = 8.63/100 = 0.0863 大气压PH2O = 19.11/100 = 0.1911 大气压4. 预确定各段炉气温度 设加热段炉气温度比金属加热终了时其外表温度高 60，即gt= t+ 60 = 1200+60 =1260加表终 设预热段炉气温度与炉长成近似线性关系，则：tg 预= 1260 + 670 = 965 25. 计算各段炉气黑度1260+ 273 e= 0.7

9、1 (0.0863 2.09)1/ 3 () - 0.5g 加1001260+ 273+ 7.1 0.19110.8 2.09 0.6 () - 1100= 0.102+ 0.192= 0.294e965+ 273= 0.71 (0.0863 1.30)1/ 3 () - 0.5g 预100965+ 273+ 7.1 0.19110.8 1.30 0.6 () - 1100= 0.097+ 0.179= 0.2766. 计算各段炉墙和炉顶对金属的角度系数60拱顶j=nLM=2.8= 0.496KM加2H+ 0.78B2 1.6 + 0.78 3.132加上j=nLM=2.8= 0.660KM预

10、2H+ 0.78B2 0.9 + 3.132 0.78预上M7. 计算各段导来辐射系数取 = 0.8 C=20.43e e1+jgMKM(1-e )ggKM 加e+j(1-egKMg)eM+ e (1-e)gM=20.43 0.294 0.81+ 0.496 (1- 0.294) 0.294 + 0.496 (1- 0.294) 0.8 + 0.294 (1- 0.8)= 10.91kJ/(m2 .h.K4 )C=20.43eeg预 M1+jKM(1-e)g预gKM 预e+jg预KM(1-eg预)eM+ e(1- e)g预M=20.43 0.276 0.81+ 0.66 (1- 0.276)

11、0.276 + 0.66 (1- 0.276) 0.8 + 0.276 (1- 0.8)= 9.74kJ/(m 2 .h.K4 )3加预界面处： C2.3 金属加热计算gKM 加预= 10.91 + 9.74 = 10.325 kJ/(m2.h.K4)2金属加热计算是连续加热炉全部热工计算的核心。有实底段的二段连续加热炉内金属加热计算，按加热段、预热段和加热段实底段分别进展计算。首先将这三段分成四个界面，即：金属入炉处炉尾为0 界面；预热段终了、加热段开头处为 1 界面；双面加热段终了、实底床开头处为 2 界面；加热段终了金属出炉处为 3 界面。则：01 为预热段，12 为双面加热段，23 为

12、单面加热段。计算挨次为界面 3、2、1、0。1. 计算 3 界面处金属加热有关参数金属外表温度 t表终= 1200；金属断面温差设为 t终计算金属断面平均温度= 45；该处为单面加热，所以金属断面平均温度近似为均 3表终终t=t0.7 t=12000.745=1168.53计算金属外表热流 q表查表得 1168.5时 40#钢的导热系数为 28.99636=104 kJ/(m2.h. )2l tq=3终2 1 0 44 5= 8 5 0 9 1 k J2/ ( m. h )表32s0 . 1 1计算加热段炉气温度 tg3q t+ 2 7 348 5 0 9 11 2+0 0 42 7 3t=

13、1 0 0 4表3+ 表终-2 7=31 04 0+ -=2 7 3 C1 2 5 8g 3Cg K M加1 0 01 0. 911 0 0注：计算结果与假设加热段各温度相差较小，所以不必重设定和计算，故取 tg3=1258。2. 计算 2 界面处金属加热有关参数q表设炉气温度 tg2 = tg3=1258 ，求金属外表温度 t流。t表2、断面温度 t和外表热22计算该处金属外表温度表2计算傅里叶准数 F0按阅历取实底床长度 L=4.0m，查表得 20时 40#钢的密度 =7853kg/m3.床Lt=床床 2S l r n = 4.0 0.11 2.8 78531 = 0.24h P40000

14、依据 t3 均=1168.5，查表 40#钢导热系数 a=0.021m2/h,透热深度双面加热at0.021 0.24S=0.11/2=0.055, F =0S 20.0552= 1.67计算毕渥数 B ，给热系数i4qa =表3t- tg 2表终85091=1467kJ/(m2h C)1258 -1200aS1467 0.055Bi = l=104= 0.78计算函数值由 F =1.67，Bi=0.78 查表得f( at , a S ) = f(1.67,0.78) = 0.520S 2l1258 -1200所以， t表2= 1258 -0.52= 1146C计算金属外表热流 q表T2T12

15、58 + 2731146 + 273q= C(g2)4 - ( 表2 )4 = 10.91()4 - ()4 = 157074kJ/(m3 h)表2gKM 加100100100100计算金属断面温差设 t 均=1120，则查表得 40#钢坯的导热系数为 102 kJ/(m2.h)2qS157074 0.0552 t =表 =2l2 102= 42C计算金属中心温度和平均温度中表t2 = t2 t21146421104均 2表 22t=t0.7 t = 11460.742=11172注：计算结果与设定温度相差小，误差小于 0.3%，所以不必重设定和计算，故取 t=1117。均计算金属热焓值 i加

16、p由 t =1117，查表得 40#钢比热 C =0.6866 kJ/(kg.)。2 均则：i=11170.6866=767 kJ/kg加3. 计算 1 界面处金属加热有关参数计算炉膛热量利用系数空空只预热助燃空气，查表得，当 t=350时，C=1.296 kJ/(Nm3.)废膛废膛Dn当 T=670时，C=1.463 kJ/(Nm3.)，Q = 35124kJ/Nm3， L=10.29Nm3/Nm3， Vn =11.55Nm3/Nm3 则：Qh 低+ L C tn空 空- V Ctn废膛 废膛= 35124 +10.291.296 350 -11.551.463 670 = 0.724Q+

17、L C t低n空 空35124 +10.291.296 350计算加热段热量利用系数空空设加热段流入预热段的废气温度 1258，查表得，当 t=350时，C5废加g2=1.296kJ/(Nm3.)；T=1258时,C=1.588 kJ/(Nm3.)；则Qh 低+ L C tn空 空- V Ctng2 g2= 35124 +10.291.296 350 -11.551.5881258= 0.434加Q低+ L C tn空 空34124 +10.291.296 350计算金属在预热段的热焓增量3p依据 t=1168.5，查表算得 40#钢比热：c =0.6850 kJ/(kg.)得：均iii116

18、8.50.6850200.4773790.9 kJ/kg总终始辐预上取 q=500000 kJ/(m2h)，FB(H2S)=3.1320.90.11=2.5m2辐辐加热段向预热段辐射的热量：Q=qF=5000002.5=125104 kJ/h，则：hQ0.43125104Di= Di(14加 ) +辐 = 790.9(1-) += 350kJ / kg预hP0.72400004i=i+i=200.4773+350=359.546 kJ/kg预初预计算金属平均温度设 t611，查表得 c= 0.58895 kJ/(kg.)，则： t= 359.546 = 610C1 均p1均0.58895注：计

19、算值与设定值相差很小，因此不必重设定和计算,取 t1 均=611计算金属外表热流式中，加热段和预热段平均导来辐射系数： CgKM加预=10.325kJ/(m2.h.K4)g1g2g31加热段炉气温度：tt=t=1258,t=610；透热深度：S=0.055；均40#钢在 610时的导热系数为 120kJ/(m.h.)，则qS 4 0.055q4 T T+表1 4 883 +1 1均3l 1258 + 273 3120q= C(g1 )4 -1 = 10.325 - 表1gKM 加预均100100 100100 0.055q 1令 A=3120=0，得q=10.325(15.314-8.834)

20、=504504，带入得A=77.077；依1表上述步骤迭代得最终结果： A=A=73.46，则 q kJ/(m2.h)。计算金属外表温度 t 表 1=312073.46/0.055=4808291表qS480829 0.0553lt 表 1=t 均 1+表11= 598 += 671.46C 3120计算金属断面温差6qS480829 0.055 t1=表1= 110.19C2l2 1201计算金属中心温度中表t1 = t1 t1671.46110.19561.27计算金属热焓值1p当 t610时，查表得c = 0.5887 kJ/(kg.)均所以，i= 6100.5887 = 359 kJ/

21、kg；i=359-200.4773=349.6 kJ/kg预预注：与假设所得 i 相差很小，故计算正确，不必重校核，i预预4. 计算 0 界面处金属加热有关参数= 6100.5887 = 359 kJ/kg 。表0金属外表温度 t0 =20；炉气温度 tg1 = 670； 计算金属外表热流 q表TT670 + 27320 + 273q= C表0gKM 预(g )4 - (表 )4 = 8.62 ()4 - ()4 = 67529kJ /(m3 h) 1001001001005. 计算各段平均热流预热段平均热流： q=qq预均表0 表1双面加热段平均热流：=67529 480829 = 1801

22、94kJ /(m2 h)q表2q=表1 - q 加均ln(q/ q480829 -157074= 289378kJ /(m2 h)ln(480829/157074)表1表16. 计算各段金属加热时间预热段金属加热时间：t预srDi=预k q= 0.055 7651 349.6 = 0.82h 1.01801941 预均双面加热段金属加热时间： i=ii=767-359=408 kJ/kg加加预则t=加srDi加k q= 0.055 7651 4081.0 289378= 0.62h1 加均 实底床加热段上金属加热时间：由前面计算所得t床= 0.24h 总加热时间t总=t+t+t预加床= 0.8

23、2 + 0.62 + 0.24 = 1.68h 单位加热时间c =t总 =1.68= 0.153h / cm = 9.16min/ cm100d100 0.11符合连续加热炉加热中碳钢时间要求。72.4 炉子主要尺寸确定1. 炉子长度计算 有效炉长： L= P t b =40000 1.68110= 28517mm效n g1 (7651 0.11 0.11 2.8)预热段长度： L预= Lt预效 t总= 28517 0.82 = 13919mm1.68加热段双面加热长度： L加= Lt加效 t总床t= 28517 0.62 = 10524mm1.680.24加热段单面加热长度： L床= L效

24、t总= 28517= 4074mm1.68炉子总长：L= L+A=28517+1600=30117mm总效2. 炉门数量和尺寸确定进料炉门：炉门宽度 B= B=3.132m；炉门高度 H进=30.11=0.330m；进进料炉门数量：1 个炉尾端部。出料炉门：炉门宽度B=50.116=0.580 m摆放 5 块料坯；炉门高度 H出=0.420m(3 倍料坯厚+拱顶高)；数量：2 个两侧各一个，对开。出操作炉门：(宽)464高450mm；数量：4 个实底床两侧各 2 个。人孔：高为车间地平面上 100mm；尺寸宽580高800mm；180度拱顶。3. 耐火材料和尺寸确定本炉承受砌砖构造：拱顶60

25、度拱顶：加热段用一级硅砖 300mm+硅藻土砖 120mm；预热段用一级粘土砖 300mm+硅藻土砖 120mm；炉墙用一级粘土砖348mm+硅藻土砖 120mm；4. 炉底水管布置及规格确定纵水管：最大中心距a= 5000 0.11 = 1658mm ,取 a=1600mm；根数max实n=3132/1600=1.96，取 n=2 根；纵水管规格 12120mm(横水管中心距 b=2320mm条件下)。支撑水管：中心距 b=2320mm；根数 m=10524/2320=4.5,取为 5 根；构造为单根横水管中间加一根水管立柱构造；规格横水管 12720mm，立柱水管12120mm。85. 炉

26、子构造和操作参数效效 有效炉底面积：F=L.B=28.5173.132=89.32m2钢效 钢压炉底面积：F=L.LM=28.5172.8=79.85m2钢炉底利用系数： e = FF效= 79.85 = 0.89489.32有效炉底强度： H= P效F效钢压炉底强度： H= P钢F钢= 4000089.32= 4000079.85= 448 kg/(m2.h)= 501kg/(m2.h)2.5 炉子热平衡与燃料消耗量 炉膛热收入 Q入基准温度为车间内环境平均温度，设 t= 20。环炉料燃烧化学热 Q烧设炉膛燃料消耗量为 BNm3/h，则 Q= BQ=35124B kJ/h烧低预热空气进入炉膛

27、物理热 Q空查表 t=350时，c= 1.296kJ/(Nm3.)；t= 20时 c= 1.296kJ/(Nm3.)空空环环nQ= BL (ctct) =10.29B(1.2963501.29620)= 4401B kJ/h空空空环环金属氧化放热 Q放Q= 5588Pa = 5588400000.01 =2235200 kJ/h放a铁在炉中的氧化烧损率，kg/kg，取 0.01；55881 千克铁氧化放热量，kJ/kg；P生产率，kg/h。 所以，Q= Q+ Q+ Q+ Q入烧空混放=35124B +4400.8B +2235200= 39524.8B + 2235200 kJ/h2. 炉膛热

28、支出 Q出加热金属带出的物理热 Q产查表t= 1168.5时c= 0.6850kJ/(kg.)；t= 20时c= 0.4703kJ/(kg.)；产产料料所以，Q 产=P(c 产t 产-c 料t 料)=40000(0.6851168.5-0.470320)=31.64106 kJ/h出炉膛废气带出的物理热损失Q= B Vc t- ct 废膛n废膛 废膛废膛 环= B11.55(1.4636701.37920)= 11003B kJ/h炉底水管冷却水带出的物理热损失 Q水设纵水管和支撑水管冷却水温度均为：入口温度 t40；出口温度水入9gKMt60；管壁温度 t60+40/250100；CC水出平

29、均纵均g10.325kJ/(m2.h.K4)；T1258+670/2+2731237K；T100+273均壁373K； 1237 4 - 373 4 100 100 k=10.375 纵1237 - 373= 267.68 kJ/(m2.h.) t (1258- 60) - (670 - 40) = 884 纵ln 1258 - 60 670 - 40纵水管全部是双水管：F0.1213.14(13.919+10.524) 218.57m2纵所以：QkF t=267.6818.578844.394106 kJ/h水纵纵纵纵gKMgCC10.91kJ/(m2.h.K4)；T 1258+273153

30、1K；T100+273373K立加壁 1531 4 - 373 4 100 100 k=10.91 立1531 - 373= 516 kJ/(m2.h.)立水管总面积：F (0.1273.143.132+0.1213.141.75) 5=9.57m2立Dt= 1258 - (40 + 60) / 2 = 1208C立所以：QkF t5169.5712085.965106 kJ/h水立立立立QQ+Q4.394106+5.96510610.359106 kJ/h水水纵水立炉壁导热损失1） 加热段含实地床：g： T= 1258+273 = 1531K；T= (1200+671)/2 +273=120

31、9K；加表加加加加KM= 0.496；g= 0.294；M= 0.8，所以，1T壁表加均=12094 +41+0.496 0.8(1- 0.294)0.2941+ 0.496(1- 0.294) (1- 0.8)(15314 -12094 ) - 273= 1406.42273 = 1133.42预热段炉壁内外表平均温度 t的计算壁表预2） 预热段：g：T= (1258+670)/2+273 =1263K；T=(20+671)/2 +273=618.5K；预表预10预预预KM=0.660 ； g=0.276 ； M=0.8 ， 所 以 ：1T壁表预均=618.54 +41+0.660 0.8(

32、1- 0.276)0.2761+ 0.660(1- 0.276) (1- 0.8)(12634 - 618.54 ) - 273= 1047.8273 =774.83） 炉壁导热损失计算加热段炉顶：t= 1133.42；t= 20；F=BL=3.132壁表加均环均壁加顶1 硅2 藻11.6+10.524+4.074=50.7 m2；S= 0.3m；S= 0.12m； = 2.926+0.00272t； = 0.836+0.000836t；2设 t=950,t=443,则 =2.926+0.00272950=5.52 kJ/(mh)硅均藻均1 =0.836+0.000836443=1.21kJ/

33、(mh)；所以：2tQ=壁表 - t环F=1133.42 - 20 50.7 =336974 kJ/h加顶 s+ 0.014加顶0.3+ 0.12 + 0.014l5.521.21可求得外表温度为：结果与假设误差小于 0.5%2Fl2 Qs3369740.3t= t硅均-壁表加= 1133.42 -= 952C 50.75.52Qs3369742 0.30.12t= t藻均壁表加- 2F l = 1133.42 - 2 50.7 ( 5.52+ 1.21 ) = 443C则加热段炉顶硅砖与硅藻土砖交界处实际温度：t=2952-1133=771；t=2443-771=115加顶交加顶外炉壁导热损

34、失表炉壁部位炉壁内外表积m2导热损失kJ/h炉壁外表温度加热段炉顶51336974115加热段炉墙98601825101预热段炉顶4518184973预热段炉墙5922390169合计2531.345106平均90.5经炉门的散热损失 Q门Q= Q+ Q门辐溢1、经炉门的辐射热损失 Q辐TQ= 20.43 (辐g ) 4100 F f jkJ/h11a) 经出料炉门的辐射热损失 Q辐出料g均热段炉气温度 T= 1258+273 =1531K均炉门开启面积F = 0.4640.32 = 0.278m2取单位时间开启时间 j= 1；遮挡系数 f= 0.6，则1531Q辐出料= 20.43 ()4

35、0.278 1 0.6 = 187225 kJ/h 100b) 经进料炉门的辐射热损失 Q辐进料g预热段炉气温度 T= 670+273 =943K预943Q辐进料= 20.43 (100)4 3.132 0.2 1 0.8 = 80957 = kJ/h所以，Q= Q+ Q= 0.187106+0.081106 = 0.268 106kJ/h辐辐出料辐进料2) 、经炉门的溢气损失 Q溢侧进、侧出料，溢气损失可无视不计，认为是烟气带走热量的一局部。其他热损失 Q它这些热损失包括炉底导热热损失、操作炉门散热热损失等。取 Q= 0.03Q0.03(39524.8B + 2235200)它入1185.7

36、44B+67056 kJ/h因此Q= Q+ Q+ Q+ Q+ Q+ Q=31.64106+11003B +10.359出产废膛水壁门它106+1.345106+0.268 106+1185.744B+67056=43.679106+12188.744B kJ/h炉膛热平衡式与燃料消耗量炉膛热平衡式Q= Q入出即 39524.8B + 2235200=43.679106+12188.744B 燃料消耗量：B = 1516 Nm3/h炉膛热平衡表炉膛热平衡表炉膛热收入炉膛热支出序号工程热量%序号工程热量%106kJ/h106kJ/h1燃料燃烧化学热53.24885.671加热金属屋里热31.64050.902预热空气带入物理热6.67210.732出炉膛废气物理热16.68026.843金属氧化放热2.2353.603冷却水带出物理热10.35916.67