热风炉的热工计算

1、热风炉的热工计算1燃烧计算煤气成分的确定:表1已知煤气（干）成分（%种类CO2COH2CH 4N2共计成分18.4251.40.255100（1）干煤气成分换算成湿煤气成分若已知煤气含水的体积百分数，用下式换算:湿=Vf X （100 出0） / 100X 100%（1）若已知干煤气含水的重量（g/m3）则用下式换算：V湿 = V X 100/（ 100+ 0.124 gH2O ）x 100%（2）以上两式中V湿湿煤气中各组分的体积含量，Vf 干煤气中各组分的体积含量，H2O 湿煤气中含水体积，gH2O干煤气中含水的重量，g/m3 （忽略机械水含量）查“空气及煤气的饱和水蒸汽含量（气压1013

2、25Pa）表”知30E时煤气的饱 和含水含量为35.10 g/m 3，代入式（2）即得湿煤气成分，如表2。表2煤气成分整理表（）种类CO2COH2CH4N2出0合计干成分18.4251.40.255100湿成分17.6323.961.340.1952.714.17100（2）煤气低发热量的计算。煤气中含可燃成分的热效应见表3表3 0.01m 3气体燃料中可燃成分的热效应可燃成分COH2CH4C2H4C2H6C3H6C4H10H2S热效应/ KJ126.36107.85358.81594.4643.55931.811227.74233.66煤气低发热量Qdw的计算:Qdw = 126.36 CO

3、+107.85 H2+358.81 CH4 +594.4 C2H4+,+233.66 H 2S KJ / m3=126.36 X 23.96 +107.85 X 1.34+358.81 X 0.19=3240.2785 KJ / m3(3)焦炉煤气的加入量计算:表4焦炉煤气成分种类CO2COH2CH4CmHnN2共计成分3.5758253.53100理论燃烧温度估算：取炉顶温度比热风温度高200C，燃烧温度比拱顶温度约高80C o则 T里=T里 +200C +80C= 1480C所要求的最低发热值：据经验公式：Ti = 0.158 Q低+770Q低=(T里-770) / 0.158 = 449

4、4 KJ / m3加入焦炉煤气量：(Q焦大约为1700018500 KJ/ m3)Q焦=126.36 CO +107.85 H2+358.81 CH4 +594.4 C2H4 =126.36*7+107.85*58+358.81*25+594.4*3.53=18190.47 KJ/mV( Q低Qdw )/( Q焦低Qdw ) = ( 4494- 3240.2785 )/(18190.47 3240.2785) 8.4 %故煤气干成分加入量为1 8.4 % = 91.6 % 则混合煤气成分：VCO2 = 18.4 %X 91.6 %+ 3.5 %X 8.4 %= 17.1484 %VCo = 2

5、5%X 91.6 % + 7%X 8.4 % = 23.488 %Vh2 = 1.4 %X 91.6 %+ 58%X 8.4 % = 6.1544 %VChf0.2 %X 91.6 %+ 25%X 8.4 % = 2.2832 %Vn2= 55%X 91.6 %+ 3%X 8.4 %= 50.632 %VCnH产3.5 %X 8.4 % = 0.294 %换算成混合湿煤气成分：V湿CO2= VfcoX 100/(100 + 0.124 gH2O) X 100%= 16.43 %V湿c= VFcoX 100/(100 + 0.124 gH2O) X 100% = 22.51 %V湿H2= VFh

6、2X 100/(100 + 0.124 gH2O) X 100%= 5.9 %V湿ch4= VfchX 100/(100 + 0.124 gH2O) X 100% = 2.19 %V湿N2= VFn2X 100/(100 + 0.124 gH2O) X 100% = 48.52 %V 湿 CnHr= VFCnHnX 100/ (100 + 0.124 gH 2O) X 100%= 0.28 %表5混合煤气成分整理表/咧种类CO2COH2CH4N2CnHmH2O共计干成分117.148423.4886.15442.283250.6320.294100湿成分16.4322.55.92.1948.5

7、20.284.18100煤气低发热量的计算：Qdw 126.36 CO + 107.85 H 2 + 358.81 CH4 + 594.4 C2 H4 + ,+233.66 H2S=126.36 X 22.5 + 107.85 X 5.9 + 358.81 X 2.19 + 594.4 X 0.28=4431.6409 KJ / m3（为简化计算起见，式中将CmHn全部简化看成C2H4 确定成分计算。）（4）空气需要量和燃烧生成物的计算1 ）空气利用系数b空 = La / L。，燃烧混合煤气b空为1.11.5，计算中 取1.10，计算见表6。表6燃烧产物体积煤气组成3100 m 湿气 体积含量

8、（m3）反应式需氧气 的体积生成物的体积（m3）O2CO2H2ON2合计CO216.43CO2 t CO216.4316.43CO22.5CO + 1/2 O2 t CO211.2522.522.5H25.9H2 + 1/2 O2 t H2O2.955.95.9CH42.19CH4 + 2O2 t CO2 +2H2O4.382.194.386.57N248.52N2t n248.5248.52h2o4.18H2O t h2o4.184.18C2H40.28C2H 4 + 3 O2 t2 CO2+ 2H2O0.840.560.561.12当b空 = 1.0时，空气带入的21.1274.89974

9、.899当b空 = 1.1时，过剩空气带入的2.1122.1127.499.60生成物总量（m3）2.11241.6815.02130.91189.72生成物成分（）1.0520.739.2269100注：为简化计算起见，表中将CmHn全部简化看成一C2H4确定成分计算2）燃烧1 m3高炉煤气理论空气量Lo为：Lo = 21.12 / 21 = 1.006m33 ）实际空气需要量 Ln 为：Ln = 1.10 X 1.006 = 1.106 m34 ）燃烧1 m3高炉煤气的实际生成物量 V产为：V产=1.90 m35 ）助燃空气显热Q空为：0空=C空X t空X Lo =1.302X20X1.0

10、06 =26.196 KJ式中C空一助燃空气在t空时的平均热容，KJ/（ m3C）t空一助燃空气温度，C6）煤气显热Q煤为：Q煤=C煤X t煤X 1式中C煤一煤气在t煤时的平均热容，KJ/（ m3 C） t煤一煤气温度，CQ煤 = 1.357 X 30 X 1= 40.71 KJ7）生成物的热量Q产为：Q = （ Q空+ Q煤 + Qdw ） /燃烧1 m煤气的生成物体积（64）=（ 26.19640.71 4431.6409）/1.90=2367.6558 KJ /m3（5） 理论燃烧温度的计算：t理=（空 + Q煤 + Qdw ） /（ V产 C产）式中：t理一理论燃烧温度，Cc产一燃烧产

11、物在t理时的平均热容，KJ/（ m3 C）由于5的数值取决于t理，须利用已知的Q产，用迭代法和内插法求得t理， 其过程如下：燃烧生成物在某温度的Q产，用下式计算：Q =WCo2X Vco+ Wh2oX Vh2O+ Wo2 X Vd?+ W N2X Vj2 KJ/m式中：WtCO2 WtH2O Wto2 WtN2 分别为气体 CO2、H2O、O2、N 2，在压力为 101KPa，33温度为t C时的焓值，K/ m，可从附录表中查得：Vco2、Vh2o、V02、Vn2分别为1 m生成3物中该气体的含量，m 。先设理论燃烧温度为 1200 C、1300 C、1400 C、1500 C,查表得,在各温

12、度下的焓值，见表7。温度/C%呱%12002720.82120.41804.01724.513002991.132328.01907.131882.0914003276254021292012150035222755.72295.32200.116003138.462999.542460.532354.603表 7 CO2、H2O、O2、N2在 1200C、1300 C、1400C、1500C下的焓值KJ7 m据表6的生成物成分，分别计算出各温度时的生成物热量o表 8CO2、H2O、O2、N2在 1200C、1300C、1400C、1500T下的生成物热量KJ / m3温度/CQo2Qb口Ql

13、Qb1200563.21195.5019.841189.221968.581300620.06214.6420.981297.892153.571400678.13234.1923.421387.482324.21500730.11254.0825.251517.192526.63上述生成物的实际热量Q产为2367.6558 KJ/ m3 ,可见其理论燃烧温度介于 1400T1500T之间，按内插法求得理论燃烧温度t理为：t理=1400+( 2367.6558 2324.2 )X 100/ (2526.63 2324.2 )1488C2简易计算已知：高炉有效容积2500m3，每立方米高炉有效容

14、积蓄热室应具有加热面 积取 80 m2 (一般 8090m2) , n=4 座。(1) 热风炉全部加热面积为80 X 2500=200000m2，则每座热风炉蓄热室所占加热面积为：200000/4=5000m2。(2) 热风炉内径：选取外壳直径9m炉壳钢板厚度20mm绝热砖厚70mm填料层厚80mm耐火砖厚345mm故内径是：D90 2X( 0.345+0.07+0.08+0.0020 ) =7.61m(3) 热风炉总断面积 F1= (3.14 X 7.612)十 4=45.46 m2一般燃烧室占热风炉总断面积的25%30%本例取28%则燃烧室面积：F2=45.46 X 0.28=12.73

15、m2，蓄热室横断面积为:F 3=45.46 12.73=32.73 m2蓄热室格子砖与炉墙和隔墙之间留有膨胀缝 20-30mm 一般此膨胀缝面积占 热风炉炉墙内空横断面积的2.0%-2.5%,今取2.5%,扣除膨胀缝面积后，格子砖 所占横断面积F4为：F4=32.73-45.46*2.5%=31.59m 2（4）燃烧室选苹果型（既复合型），取半圆部分片燃烧室断面58%则6#-；：R2 =0.58 X 12.732R=2 0.58 12.73n=2.17m#取R =1.50m校核燃烧室断面积：F燃 =1/2 X 3.14 X 2.172+1/2 X 3.14 X 1.502+1.50 X 0.6

16、7 X 2 =7.38+3.5325+2.01=12.9225m2即近似于12.73 m2（5） 选用宝钢7孔格子砖，格子砖外形尺寸：221.7 X 256 mm一个七孔砖的面积：（0.256-0.064 ）X 0.2217=0.0425664 m2蓄热室一层格孔砖数：31.59 - 0.0425664=742 （块）单个格子砖断面孔数为12 个,蓄热室断面上总格孔数：742X 12=8904（个） 一米长格孔的加热面积：1 X 3.14 X 0.043=0.135 m2则格子砖的加热面积：f=0.135 X 8904=1202.04m2格子砖高度：50000- 1202.04=41.60m（

17、6）其他尺寸：1）底板支柱及炉算子：热风炉炉壳底板为普碳钢板，地板钢板厚度为 25mm炉算子厚度加支柱高度为3000mm2）炉墙中上部：炉壳20mm耐酸喷涂料60mm硅藻土砖115mm耐火纤维毡40mm轻质高铝砖230mm高铝砖230mm=695mm炉墙下部：炉壳25mm耐酸喷涂料50mm硅藻土砖65mm轻质粘土砖114mm粘土 砖 345mm=599mm3）拱顶采用两个球面结合的拱顶结构，拱顶钢壳厚度为 20mm取上部球 形拱顶钢壳内径为3850mm砌体内半径为3040mm球顶中心角为120。，球顶砌体 中心标高要低60mm取下部球拱顶钢壳半径为 11700mm砌体内半径为9115mm 取下

18、部球形曲面起点水平面到上部球形砌体中心垂直高度为 2000mm拱顶耐火砌体从钢壳到内侧面依次为：钢壳20mm耐酸喷涂料50mm硅酸铝耐火纤维50mm硅藻土砖65mm硅酸铝耐火纤维50mm轻质粘土砖114mm轻质高铝砖114mm高密度高铝砖 345mm=808mm拱顶采取大帽子结构，大帽子直径部分高度取5300mm炉墙伸入大帽子 3800mm大帽子直段部分砌体（不含炉墙）厚度（炉壳至内侧面）为：炉壳20mm喷涂料50mm硅藻土砖65mm硅酸铝耐火纤维毡40 mm轻质粘土砖 114 mm高铝砖 345 mm=798 mm拱顶曲面砌体空间高度与其下部砖体内直径比为（2000+3042） /9000=

19、0.56,比较稳定。蓄热室格子砖上沿至拱顶上段球形砌砖中心距为3800mm格子砖上沿比燃烧室隔墙上沿低300mm以利于烟气进入蓄热室分布均匀。4）燃烧室隔墙及燃烧器：燃烧室井墙砌筑两层耐火砖加 4毫米耐火合金钢 和一层隔热砖，总厚度为577mm燃烧器采用磷酸盐耐热混凝土套筒式陶瓷燃烧 器，燃烧器全高为7525mm空气喷出口 24个，一次进风口 8个，空气喷出口中 心角为60.。炉子总高度为：全高二格子砖上缘到球顶砌砖的中心距离+拱顶的内径半径+ 炉顶钢板后+炉底钢板厚+格子砖高度+球顶与炉壳之间膨胀缝+支柱及炉算子高 度+找水平泥层+炉顶砌砖厚度H=3800+3850+20+25+41600+

20、25+3000+808=53128mm=53.13m核检：H/D=53.13/9=5.9 它在46之间，是稳定的3砖量计算有以上条件可知：七孔砖厚：150mm 41.60 - 0.15=277 （层） 则总砖量为：277X 742=205761 （块）大墙高度=53310-20-3850-3800-450-25=44405m采用下列砖配合砌筑：楔形转型号长*宽*厚直型砖型号长*宽*厚上中部外层选用230*(75/65)*114230*150*114内层选用230*(75/55)*75230*150*75下部（18m以下）外层用砖114*(75/65)*230114*150*230内层用砖345*(75/55)*75345*150*75上中部砖量：总高度 44405-18000=26405mm外层总层数：