步进式加热炉设计计算模板

共100页第10页共100页第10页二 步进式加热炉设计计算热工计算原始数据p=245t/h(2)被加热金属：(20#钢)2)尺寸：250×2200×3600(mm)(板坯)3)金属开头加热(入炉)温度：t =20℃始4)金属加热终了(出炉)外表温度：t =1200℃终5)金属加热终了(出炉)断面温差：t≤15℃燃料种类：焦炉煤气2)焦炉煤气低发热值：Q =17000kJ/标m3低温t

=20℃煤气表1-1 焦炉煤气干成分(%)成分成分COOCH2 4CO22HCH24N2焦炉煤气3.10.42.9957.925.41.3

=800℃废膛空气预热温度(烧嘴前)：t=350℃热工计算焦炉煤气干湿成分换算5，g18.9g/m30.00124g干HO湿2

H2O10.00124g干H2O100H

100O湿X湿%X干% 2 100由上式得 H2O湿2.281002.289910000H1002.2899100002CH%25.44

1002.2899100

56.5741000 24.818400 0CO%9

1002.28990100

8.793900CH%2.92 4

1002.28990100

2.833600N湿%1.32

1002.28990100 1002.2899

1.270200O%0.42

100

0 0.390900 0CO%3.12

1002.2899

3.0290001000010000表2-1 焦炉煤气湿成分(%)合合成分CO2O2CH2 4COH2CH4N2HO2计焦炉3.02900.30902.83368.793956.574124.81841.27022.2899100煤气计算焦炉煤气低发热值Q 低 2

%8550CH4

%14100CH 〕2 4= 855024.81840 0=17094.6830KJ/m³误差%17094.683017000100%0.557%17000计算值与设计值相差很小，可无视不计。

141002.8336000000L03L 4.761CO1H30 2 2

m)CH4 n

HSO2 2

2102(m3/m3)把表2-1中焦炉煤气湿成分代入1 1 04762.79392557412281843833603909102=4.3045m3/m3Lnn=1.1代入L nLn

1.14.30454.7317 m3/m3实际湿空气消耗量L 0.00124g)nLn湿 0=(10.0012418.9)4.7317=6.0999m3/m3计算燃烧产物成分及生成量VCO2

(CO nCHn m

CO2

m3/m311001(24.81848.793922.83363.0290)=0.4231m3/m3

1100V (H HO 2

mCH HSH2 n m 2

O) 1 0.00124gL2 100

m3/m3(56.5741224.818422.83362.2899)0.0012418.94.7317=1.2526m3/m3

1 100V NN2 2

1 79L100 100

m3/m31.2702 1 794.7317100 100=3.7507m3/m3V 21(LO2 100

L) m3/m30214.73174.3045100m3燃烧产物生成总量V Vn CO2

V V VHO N O2 2 20.42311.25263.75070.08975.5161 m3/m3燃烧产物成分CO2

V COV2n

0.4231100%6.145%5.5161VHO 2 V

1.2526100%19.132%5.5161nVN N22 V

3.7507100%72.977%5.5161nVO O2 V2n

0.0897100%1.746%5.5161100%将燃烧产物生成量及成分列于下表表2-2 焦炉煤气燃烧产物生成量〔标m3/标m3〕及成分〔%〕生成量〔m3〕0.42311.25263.75070.08975.5161〔%〕7.670322.708167.99551.6261100成名成名称分CO2HO2N2O2合计按燃烧产物质量计算把表2-2中燃烧产物体积百分含量代入44CO64SO18HO28N 2 2 2 2 2 Kg/m3烟 10022.4447.67031822.70812867.9955321.6261 10022.4=1.2063Kg/m3计算燃料理论燃烧温度Q Q Q

Q LC

C t Qt 低 空 燃 分

n 空空 燃燃 分理 VC VCn 产 n 产由t =350℃，查《燃料与燃烧》表得C 空 空 381各组分的分压将在数值上与各组分的成分相等)即PCO2

CO%2PCOPCO2PH2O

CO%..7.6703%,22.7081%8,附表9,得f CO2

4.938%所以Q分

12600f (V )CO CO 2 2

10800f

H2O

(V )H2O未108004.938%0.227081126000.076703%0.1981140.2487KJ/KgK17790.49932152.9335140.2487t 所以 理

5.51611.672149.7413C2150误差%21502100100%2.38%5%2100在误差范围内，故不必再假设。因此，可满足步进式加热炉加热工艺要求炉膛热交换计算预确定炉膛主要尺寸①炉膛宽度Bnl(n1)a式中l——料坯长度mm；aa200～300mm；n——炉内物料摆放排数，这里取双排；B23600(21)3008100mm数倍，经计算810011669.8，为满足耐火砖的宽度整数倍的要求，所以取B701168120mmH均上

1200mm，H加上

1800mm，H预上

1000mm。③炉膛长度：设加热段长度为L ，预热段长度为L ，均热段长度为L ；加 预 均B>4m,用平顶；⑤出料方式：端出料；计算炉膛相关尺寸①各段炉底面积F =BL加底F 预底

=6.96Lm2加 加=6.96Lm2预 预F =BL=6.96Lm2均底 均 均②各段炉墙〔侧墙〕和炉顶〔平顶〕内外表积F=2H L+BL

=2L 1.88.12L

=11.52Lm2加表 加上 加 加 加F 2L H BL 2L

加 加18.12L 10.12L预表 预 预上 预 预 预 预F 2L H B L 2L 1.28.12L 10.52L均表 均 均上 预均 均 均 均③各段包围炉气内外表积F=8.12L加围

+11.72L加

=19.84Lm2加 加F 预围

+10.12L预

=18.24Lm2预 预F 8.12L +10.52L =18.64L m2加均 均 均 均④各段布满炉气的空腔体积V=BH加

L加均加

8.121.8L

=14.616Lm3加 加V=BH预

L预均预

8.121L预

8.12L m3预V BH L均 均均均

8.121.2L均

9.744L m3均计算各段平均有效射线行程L4VSF m式中：—气体辐射有效系数，一般与气体黑度，几何外形有关，取=0.85～0.9F—围绕气体的容积外表积m2V—气体所布满的容积m3414.616LS 0.9 加 19.84L加48.12L

2.6521mS 0.9 预 18.24L预49.744L

1.6026mS 均

均18.64L均

1.8819m计算炉气中二氧化碳和水汽分压2-2，得2PCO=6.145/100=0.076703大气压P =19.132/100=0.2270812H2O计算各段炉气温度由《工业炉设计手册》知，炉温与钢材外表温度之差为温度位差，对于一般加热炉，一般不超过50～100℃，50℃，即t tg均 表终

501200501250CP153

，取加热段炉气温度t 130g加③预热段炉气温度变化规律近似为线性变化，即t t

1300800tg预均

g加 废膛2

2 10C计算各段炉气黑度查《钢铁厂工业炉设计参考资料》P ,256①均热段P SCO2

0.0767031.88190.1443大气压P SH2O

0.2270811.88190.4273大气压②加热段P SCO2

0.0767032.65210.2034大气压P SH2O

0.2270812.65210.6022大气压③预热段P SCO2

0.0767031.60260.1229大气压P SH2O

0.2270811.60260.3639大气压求炉气黑度①预热段(1050ºC)

CO2

0.128 ,H2O

求

H2O

1.0840.160.17344由于计算同时含有CO2H2OCO2和H2O的辐射光带和吸取光带有一局部重合,因而混合气体的总辐射要比混合气体中所含CO2和H2O单独辐射的总和小一些，既CO2

HO2—黑度的修正值P2HO2P

0.2270810.2270810.076703

0.7475HO2(P

CO2

227081076706026486大气压HO CO 预2 27-66，0.041所以CO2

0.1280.173440.041HO2 0.26044预②加热段〔1300ºC〕 0.128CO2 HO HO2 21.0750.1750.1881P2HO同理：P 2HOHO CO2 2

0.7475(P PHO CO2 2

)S加

0.3037842.65210.8057m大气压7-660.05 加 CO2

HO20.1280.1881250.050.266125③均热段〔1250ºC〕 0.1182CO2 HO HO2 21.080.1520.16416求P2HO2P

0.7475HO2〔P P

CO2

0.3037841.88190.5717m大气压HO CO 均2 27-660.045 均 CO2

0.1180.164160.0450.23716综上所述： 0.26125， 0.26044， 0.23716加 预 均计算各段炉墙和炉顶对金属的角度系数 导来辐射系数C

20.43 g M

1

)g gKMg

KM g M

)g M式中： ， —炉气、炉料的黑度g MA 2AAA

为炉料与炉壁的面积，A32L

2 323① KM加

2H 加上

21.88.12

0.5119H② = HKM预 2

B

23218.12

0.5929M加上M2L③ = M

0.5703KM预 2H B加上

21.28.12计算各段导来辐射系数M

0.75~0.8。取M

0.8，代入得①CgKM预

20.430.2661250.8[10.5119(10.26125)]0.2661250.5119(10.266125)[0.80.266125(10.8)]=10.20KJ/ m2hK〕20.430.260440.8[10.5929(10.26044)]②CgKM加

0.260440.5929(10.26044)[0.80.26044(10.8)]=9.657KJ/ m2hK〕20.430.237160.8[10.5703(10.23716)]③CgKM均

0.237160.5703(10.23716)[0.80.23716(10.8)]=9.18KJ/ m2hK〕C C CC gKM预 gKM加 gKM均平均 3

9.679 KJ/ m2hK〕金属加热计算计算方法简述如下：床架空的时候，它与实际状况相差很大，应依据阅历修正。均热段该金属加热开头时，断面温度呈抛物线分布P8910℃，承受抛物线的抱负平均值求法。加热终了时，钢坯的平均温度2 2t tg1 表

t1200 101193.33C3 3在此温度下，钢的导热系数29.733.6107.04kJ/mhC2t求热流密度qS1式中：S—钢材厚度〔mS，22t 2107.0410q 1712.64KJ/(m2h)表1 S 0.1均热段炉气温度q4q4表1C表均t2734100gKM均t 100g1

273前面假设温度为1250℃，误差为%12501201.463.88%＜5%1250故不必再重假设。求热焓1193℃时，Cp=0.68716kJ/(kg﹒℃)热焓 i=Cp*t=1193.33*0.68716=820.0109kJ/kg加热段设加热段加热终了时，金属断面温差t=50℃钢坯平均温度t tg2 表

t1200 501167C2 3 32 加热段末端钢坯外表热流1167℃29.473.6106.08kJ/mhC2t 2106.0850q 84864KJ/(m2h)表2 S 0.125加热段炉气温度q表2tq表2t273表终4C1004gKM加g284864

2731004

〔 10.20 100

2731261.64C20℃误差%13001261.642.95＜5%1300故不必再假设。均热度—均热度

tztzkt—金属均热开头时的外表与中心温度差kt—金属均热终了时的外表与中心温度差zz tztk

10℃50℃

0.2 由于

t S2k查《钢铁厂工业炉设计参考资料》P2888—25，时，0.68S2所以 1

a

0.680125/0.020506加热段内钢坯热焓Cp=0.6894kJ/(kg﹒℃)i 1167℃0.6894804.497KJ/Kg加燃料利用系数及钢坯热焓安排加热段燃料利用系数Q Q Q Q LCT VC T 烧 预 废加 低 n 空空 n 废加废加4加 Q Q Q LCT烧 预 低 n 空空Q低

17790.49993KJ/m3，Ln

4.7317m3/m3，t空

350C，c 1.296kJ/m3，V空

5.5161m3/m3，t废

1300C，c废

Q LCT VC T

低 n 空空 n 废加废加4加 Q LCT低 n 空空17790.49934.73171.2963505.51611.61656130017790.49934.73171.296350=0.42炉膛燃料利用系数Q Q Q 烧 预 废膛4 Q Q烧 预本设计中Q

只预热助燃空气，所以上式可以写为预Q LCT VC T 低 n 空空 n 废膛废膛4 Q LCT低 n 空空17790.4993473171.2963505.51611.5335680017790.49934.73171.296350=0.6606金属在炉膛中的总热焓增量ii i t C 11930.68716820.0109kJ/kg终 始 均1 p金属在预热段的热焓增量 Qi i14加 辐预 P4式中：Q qF，加热段向预热段辐射热量；辐F—界面面积；F=B(H 2121207m3预i 820.0109(10.42

)1100006.0753/kg求金属平均温度

0.6606 245000t=550℃，3-33c=0.5736kJ/(kg﹒℃)Pi则t 均3 cP

301.390.5736

C%550525.4358100%4.47%5%550设计值与计算值相差很小，因此不必重算。预热段热流及加热时间预热段始端热流qC

[t

2734

t 273〔表0 4]3 gkM预

100 1008002739.657[

273〔 4]100 10012747278kJ/m2h〕预热段末端热流

q S4t 2734 t

表3 均3

3 q C

g2

3 表3 gkM加 100

100 式中：C

C

=10.20kJ/m2hk4t —加热段炉气温度，t =1261.64℃g2 g2t—加热段始端钢坯加热温度，t3

=525.4358℃3S—热透深度，S=0.125mt

=525.4358℃时，33.638.5138.6kJ/(mhC) 0.125q

41261.64273

(525.4358273)3

表3q 10.20( )4

138.6表3 100

100 对上式承受挨次渐进法求解:0.1q首先令 表3 0，代入上式得3118.2672 q 5242977kJ/ m2 〕 表表3 3138.6

157.62反复迭代，得q表31

480538kJ/ m2〕

0.125q 3138.60.125q

144.46q表32q

485129kJ/ m484658kJ/ m2

h〕h〕

表32145.843138.60.125q 表33145.7表33

3138.6这里取q 484658kJ/ m2〕表3计算金属外表温度t

q表3S

525.4358

0.125

表3 均3 31

3138.6预热段内平均热流qq3 表3qq3 表3127472.78464656.88均预

2485595kJ/ m2〕预热段内加热时间i S 预 预 Kq1均预式中：K—金属外形系数；平板K 1，圆柱K 2，球体K 31 1 1 1i i i预 预 0i S

714C0.63976456.79kJ/kg301.390.1257863 预 预 Kq1 均预

248556.95加热段内热流及加热时间加热段热流qq 3q2q均加 qln 3q2平均热流的计算,通常预热段承受几何平均值,加热段承受对数平均值,q q

484656.8884864q 表3 表2均加 q

484656.88 229450.86KJ/(m2h)qlnqln表3 84864表2加热时间i i i 804.497525.43580.5673506.42KJ/Kg加 加 预i S 506.420.1257863 加 2.169h加

Kq1均加

229450.86 1.18h 2.169h 0预 加 均 3.855h总 均 加 预位面积上料坯数量削减了,故它对生产率的影响,应综合考虑,修正加热时间:炉膛(既间隙开口)对间隙内炉底的角度系数 1( )2a a式中:δ—料坯厚度;a—间隙宽;取间隙a0.4～0.5所以:

a=0.4250mm=100mm11()2a 0.1926a由于,在假定金属黑度ε=1的条件下,分析间隙内料坯侧面与炉膛及间隙内炉底数即为有间隙和无间隙的加热时间比; 1t 1(12)ab式中:ηt—相对加热时间,即有间隙和无间隙的加热时间之比;a,b,δ—分别为间隙宽,料坯宽度,料坯厚度; 1t 1(10.19262)

1001000

0.958各段加热时间为:

0.5060.9580.4847h均 2.1690.9582.0779h加 1.180.9581.1304h预 总 均 加

3.69h炉子主要尺寸确定有效长度

L Pb效 ng

，P=245t/hb—料坯宽度;b=2200mmg—料坯平均单重Pb 2450003.692200L 63875mm效 ng 2(3.62.20.257863)预热段长度

1.1304L L 预 效总

63875 19568mm3.69加热段长度

2.169L L 加63875 37546mm加 效总均热段长度

3.690.4875L L 均63875 8439mm均 效总

3.69炉门数量和尺寸及炉膛各局部用耐火材料确实定连续式加热炉炉门有进料炉门,出料炉门,操作炉门,窥视炉门,人孔等;这些炉门数量和尺寸确实定总的原则是:在满足操作要求的条件下,炉门数量越少,开门尺寸越小越好,这样可以削减炉门的散热损失,提高炉子的热效率.主要炉门确实定如下:(a)装料门:B

：连续步进梁式加热炉通常都是承受端进料,其宽度等于炉膛内宽进

=B=8.12m进

进250mm+200mm=400mm;(b)出料门:炉门宽度B:假设承受侧出料时,则需很大炉门,且简洁卡钢,构造和操作上都很困B=8.12m,由于出料端温度很高,所以出料门带有水冷管.(c)操作炉门:

：同装料门一样.进2～3：464～580mm(宽)×400～500mm(高),此题设63580mm(宽)(d)人孔580mm(宽)×(800～1000)mm(高),人孔与其它炉门不同,当炉子正常工作时,用耐火砖砌堵封严,只有停炉检修时才拆开.炉膛各局部耐火材料确实定用可塑料相比,可缩短修炉周期,提高炉子作业率,从而降低燃料消耗,<<工业炉设计手册>>,P658页,本设计承受耐火混凝土浇注料,它强度高,材料易得,施工便利,适用与无酸碱侵蚀及一般炉子或热工设备内衬,本设计在加热段和均热段承受磷酸耐火混凝土,它的最高使用温度>1450度>1350450mm,其热导率可参考<<耐火材料有用手册>>P251—9.232～464mm116～232mmP349页,侧墙一般厚464～580mm;348mm(3116mm(1砖。步进式加热炉水梁的设计与选取：P107≥600mm,假设再小就加剧了料坯与梁接触局部的黑印,间距过大将会加大热损失。钢坯在水梁上的最小悬臂为200mm,一般取200～350mm,这里取a=300mm;综上所述和前面的计算,这里取料坯端头至炉墙的距离为300mm。活动梁之间的距离为1000mm;300mm;活动梁的悬臂长度为300mm+1000mm=1300mm;验算:间距:amax

5000

min0.2a 50000.2max=50000.447212236.068mm故间距1300mm在最大范围内,合理本设计取4根固定梁,4根活动梁,如下图l3600mm300mm300 300 1601000mm 1000mm 1000mm固定梁 活动梁 活动梁 固定梁炉膛中心线2-1的右侧炉膛热平衡与燃料消耗量计算基准温度为车间内环境平均温度，设其为20℃Q入Q烧B(m3/h)，则Q BQ烧

17790.4993BkJ/hQ，空Q BLCt Ct

空 n 空空 环环350°CC=1.296kJ/m3°C,空Q BL空 n

(C t空空

C t〕环环2023.65Bkj/hQ放

GaQ 1350放

100

千卡/时式中: G—炉子产量,kg/时a—1～3%,1.5%,Q 放

Gak卡/时10013502450001.54.181002.074107kj/h则:Q Q入 烧

Q Q空 放17790.4993B2023.65B2.074107Q出Q产Q P(Ct C t )产 产产 料料式中: t,t产 料

—分别为产品出炉温度和物料入炉平均温度C,C0～t0～t℃之间的平均比热容,产 料 产 料由t 1193.33℃时钢的比热为C产

=0.68716kJ/(kg﹒℃)，则，产Q 1193.33产=9.840107KJ/hQ废膛Q Ct 废 n 废废 废环式中:Vnt

—单位燃料燃烧时产生的烟气量—炉膛废气温度废膛C‘’废膛

0～t废膛

0～t环

之间的平均比热容t =800℃，t=20℃废膛 环C 379废C 废Q 废6489.25BkKJ/h④壁导热损失t tQ 壁 环 F壁 S

0.014 壁T

—炉壁内外表温度,壁—炉子四周环境温度环S—各层耐火材料砌筑厚度λ—各层耐火材料的导热系数炉墙外外表对四周大气传热热阻,F—炉壁外外表积1 T T 4壁表 表4

1

KM

g

T4T 4g 表

2731g KM

1g

1M炉膛内外表平均温度t壁表a)

的计算T 1261.642731534.64Kg加671.1412002T 2731208.7K2表预 =0.5119 =0.266125 =0.8,代入得KM加 g加 M加1 t 1208.744 1

0.51190.810.266125

1534.641208.74 2731121.58C预热段

.26612510.5111.26612510.8

800Tg预 2671.140

2731303.82K2T 273608.57K2表预KM预

=0.5929

=0.26044 g

=0.8M1 t 608.5744 1

0.810.26044

1303.824608.574 2731081.29C均热段

:

T 12182731474.46Kg均T 12002731473K表均KM均14734147341474.46414734410.57030.810.237160.2371610.570310.2371610.8壁表

0.5703

=0.23716 g

=0.8M

2731200.62C环境平均温度:t =20℃环均1〕炉墙导热损失的计算本设计炉墙选用348mm(3116mm(1①预热段炉墙导热损失F 2L〔H壁 预

H 215681〕预下117.408m2S 0.348m S 0.116m粘 藻查《工业炉设计手册》P308 0.720.5103t千卡/mhC粘 105233103W/ m]藻设交界处t交

650C

1081.29650则：黏土砖平均温度t 粘均

220800

940.65C硅藻土砖平均温度t 藻均

410C2黏土

725103946185981kJ/mhC 105233103416721kJ/mhC藻1081.2920Q 所以：预墙

0.348

0.116

117.408509627.55kJ/h4.9815 0.7219验算t 1081.29粘均

509627.55 0.348 929.67C 930 2117.408 4.9815509627.55 20.348 0.116t 1081.29藻均

2117.408

4.9815

0.7219〕429.31C与假设结果相差无几，故不必再假设。那么：预热段炉墙粘土砖与硅藻土砖交界处实际温度：t预墙交

2t t粘均 均预29301081.29778.7C预热段炉墙外表温度：t预墙外

2t

t预墙交2429778.779.379C同理可计算出其他部位炉墙导热损失，计算结果列于下表:2-3炉墙导热损失炉壁外表温度炉壁部位炉壁内外表积(m2)导热损失(kJ/h)(℃)预热段炉墙117.408509627.5579加热段炉墙285.351324956.55985均热段炉墙54270441.923912〕炉顶导热损失的计算本设计在加热段和均热段承受磷酸耐火混凝土,它的最高使用温度>1450>1350450mm,其热导率可参>>P251—9。2-4炉壁部位炉壁内外表积(m2)导热损失(kJ/h)炉壁外表温度(℃)预热段炉顶158.89693757.1981加热段炉顶304.871397250.984均热段炉顶68.52343152.0388所以：Q炉壁

4.54106kJ/h④炉子水冷构件的吸热损失CAD均热段t均F

1225CnDL83.140.1338.43928.19m2梁F nDH163.140.2192.124.16m2立柱查《钢铁厂工业炉设计参考资料》下册，Q 梁

1860千卡/时122518600〕28.194.1855.75kJ/hQ 16.8t立柱 F千卡/时16.8122517.334.1852.08106kJ/hQ Q Q均 梁 立柱

7.58106kJ/h加热段由前面的计算得，t 1302C加F nDL37.5463.140.1338125.44m2梁F nDH683.140.2192.198.20m2立柱Q 梁

1860千卡/时5513021860125.444.1852.78107kJ/hQ 16.8t立柱 F千卡/时16.8130298.204.1858.99106kJ/hQ Q Q加 梁 立柱

28910668107kJ/h预热段1302800t 1051C预 2F nDL83.140.13319.56865.38m2梁F nDH363.140.2192.151.99m2立柱Q 梁

1860千卡/时〔55105118600〕65.384.1851.07107kJ/hQ 16.8t立柱 F千卡/时16.8105151.994.1853.84106kJ/hQ Q Q预 梁 立柱

1.45107kJ/hQ Q水 均

Q Q加 预5.89107kJ/h⑤经炉门的散热损失Q门Q =Q +Q门 辐 溢经炉门的辐射热损失Q辐查《钢铁厂工业炉设计参考资料》P325，Q

T =4.88(( g)4F

，千卡/时辐T—炉门处的炉温，Kg

100 607-55，—单位时间内炉门开启时间，分钟经出料炉门的辐射热损失Q辐出料均热段炉气温度 T =1225+273=1498Kg均炉门开启面积 FB B出 H

8.120.453.65m27-55，知：0.55取60分钟，则1498Q 4.884.185辐出料 100

43.650.5512.0645106kJ/.经进料炉门的辐射热损失Q辐进料8002734Q 4.884.185 3.650.551辐进料0.54106KJ/h

100 所以Q =Q +Q =2.06451060.541062.6106kJ/h.辐 辐出料 辐进料经炉门的溢气损失Q溢P325，Q V溢 t

Ctt2 2gH〔rr〕3600其中：Vt

Hb 3 rt

t 1tCt

—冒出气体的平均比热，千卡/标米30.82，0.62，H—炉门的高，米r—四周空气的重度，公斤/3kt—冒出烟气的温度，Cr—冒出烟气在该温度下的重度，公斤/3t

1273P325，在一般火焰炉的热平衡计算中，本项热损失常包括在其次项出炉烟气带走的热量中，不单独进展计算。故本项热损失可以无视。⑥其他热损失Q它收入量的5%，可直接取热收入量的2%～3%即可。Q =0.03Q它 入因此 Q 出

+Q +Q产 废膛

Q +Q +Q壁 门 它98.41066489.25B58.91064.541062.61060.03Q入164.44106

6489.25B0.03Q入炉膛热平衡式与燃料消耗量①炉膛热平衡式Q Q入 出即 ：17790.4993B2023.65B2.074107164.441066489.25B594.42B6.2105=16.5061077083.67BB=11336.5711337m3/h②燃料消耗量B10629.91标m3/h炉膛热平衡表将上述计算计算数据总结，列表如下炉膛热收入炉膛热支出炉膛热收入炉膛热支出序项热量%序项热量%号目106kJ/h号目106kJ/h1燃料燃烧化学热201.6982.21加热金属物理热98.4040.102预热空气带入物理热22.949．352出炉膛废气物理热73.57303金属氧化放热20.748.453冷却水带出物理热58.92444炉壁导热损失4.541.8555经炉门热损失2.61.06666其它2.360.96合计245.37100合计245.37100炉子工作指标B 11337①单位燃耗:b 燃

46.27标m3/吨P 245②单位热耗:b

BQD

1133717790.4993 8.23105kJ/t(钢)热 P 245③炉膛热效率:膛

98.40106245.37106Q

100%40.41%98.40106④炉子热效率:炉

Q烧

100% 100%48.79%201.691061.1B 1.1B实

12470.7标m3/h煤气烧嘴的选用选择依据①燃料种类: 焦炉煤气；②煤气低发热值:17790.4993kJ/m3；③炉子最大燃料消耗量: 4炉子最大湿空气需要量:

=12470.7m3/h；实V 4.842612470.760390.6m3/h空⑤预热空气温度：t⑥供热安排:

=350℃；空加热段:上加热40.3%,下加热42.9%;均热段:上加热6.5%,10.3%;总计:46.8%,53.2%;烧嘴布置和烧嘴选型故打算选用火焰可调式烧嘴。.该加热炉上加热承受端烧嘴和炉顶平焰烧嘴和侧烧嘴;下加热承受侧烧嘴供热.

12470.70.53211.1600600m³/h，MTY600。上加热:加热段承受侧烧嘴,12470.70.403860045个。150m³/h12470.70.0656150这里取6个烧嘴,分三排,每排2个,烧嘴间距为:84392813mm 2800mm3满足最小安装间距.空气换热器设计计算数据(由工艺给出)：t

=800℃废膛②出炉膛烟气流量：V废膛

5.51611133762536.026m3/h:t

=20℃混气

=350℃混4BV 4.73171133753643.28m3/h空设计数据①进换热器烟气温度〔考虑烟道降温损失：t =75℃；烟入②进换热器烟气流量：V烟入

烟炉m--m=0.05～0.3.m=2,则:V烟入

=50029标m3/h；t

=20℃；混气④换热器空气温度(考虑热网管道降温损失)：t =380℃；空出⑤10%的可能性):V空=59008m3/h；设计方案①换热器种类：金属换热器②换热器构造：平滑直管金属换热器〔带“十”字形纽带插入件；③换热器规格：75.53.75mm；x1④热器布置：顺〔直〕排。换热管中心距x 2 x1

0.15md d 1 2外 外⑤换热器气流方向及流速:逆叉流.管外流烟气,设W 3标m/s;管内流空气,设烟W 8标m/s空设计计算①计算换热器烟气温度t烟出VC T V (C

C t )t 烟烟入烟入 空 空出空出 空入空入烟出 VC 烟烟出式中：0.9；C ,C ,C ,C烟入 烟出 空入

—分别为烟气和空气的平均比热，查《火焰炉设计计算参考1-5C烟入

1.505kj/m3C, C烟出

1.421kj/m3C,C空入

1.296kJ/(m3﹒℃)、C空出

1.296kJ/(m3﹒℃)t 500291.4210.9364C②计算换热器换热面积计算预热空气在换热器中获得的热量Q空Q =V空 空

(C t

C t )空入空入59008(1.2963801.29620)27.53106kj/h计算换热器中烟气与空气的平均温压t〔℃〕始终t t始终t 逆

tlnt始终t 750380370C始t 36420344C终t 370344356.85357C逆 ln370344k，k11

11 2式中，1 2

分别为烟气侧和空气侧的给热系数 —换热器器壁热阻，对于金属换热器，又很大，故

值可无视不

1k1 111 2计算管外烟气侧给热系数1= +1 1辐 1对计算辐射给热系数1辐 =f(S,t 1辐 烟均xx式中： 1 d 外外8715115107550.07550.25519mt tt 烟出 烟入烟均 2

750364557C25-41辐计算对流给热系数1对

25.8kJ/(m2•h•ºC)

CW0.65/d0.351对 烟 烟 外x x当 2d外

2时,C=1+0.1 2d外

10.121.2t 557C,w烟均

3m/s,d外

(17.640.02362557)1.230.65/0.07550.351对186.44kJ/(m2hC)故 = + =2112.25kJ/(m2.h.℃〕1 1辐 1对计算管内空气侧给热系数2由于空气中三原子气体含量极少,其辐射给热系数可无视不计,只须计算 =〔12.624+0.006688t

〕W0.8/d0.2，kJ/(m2.h.℃〕2对38020

空均 空 内其中，T 空均

200C，W2

8标m/s，d内

0.068m 12.6240.0066882080.8/0.060.22对126.155kJ/m2hC由于管内插入“十”字形纽带插入件，对流给热系数是光管的2.08倍。故2.082 2对

2.08126.155262.4024

kJ/(m2•h•ºC)所以 传热系数k 1 1 1

1 109 kJ/(m2•h•ºC)1 1 1 2

262.4024 186.44换热器使用中可能消灭积灰等现象导致换热系数降低影响空气预热温度，所以实际传热系数用计算出的 K值乘以降低系数加以修正。依据阅历选取0.8~0.9，此处取0.9则k k98.1kJ/(m2•h•ºC)实将Q 27.53106kj/h,t357C,k空

91kJ/(m2•h•ºC)代入则换热器换热面积33.28106F 786.08m2359105.94构造设计①确定换热管长度〔A〕计算烟道流通面积VF 烟 烟 3600W烟式中：V —进入烟道烟气流量，V 烟 烟W 6-1W烟 50029

2标m3/s。则 F 烟确定烟道尺寸

2

6.95m2F烟寸：

6.95m2，查《火焰炉设计计算参考资料》6-4〔拱顶角180º〕烟道尺2552mm〔宽〕×3180mm〔高〕确定换热管长度3000mm②计算换热管根数计算单根换热管的换热面积由设计方案确定换热管承受φ75.5×3.75mm钢管，则单根换热管换热面积：0.07550.068f 3.1430.6759m22计算换热管根数Fn 总 f

786.080.6759

③换热管布置〔A〕计算垂直烟气流淌方向断面上的换热管列数VZ 烟 1 3600W (x烟 1

d )l外 管式中：V —烟气流量按V =50029标m3/h；烟 烟W —流经换热器的烟气流速，取W =3标m/s；烟 烟x—垂直烟气流淌方向断面上的相邻换热管间距，x=2d =0.151m；1 1 外d —换热管外径，d =0.0755m；外 外l —换热管长度，l =3m。管 管故： 50029Z136003(0.1510.0755)3

20.45根20(a)计算空气流通截面上的换热管排数V空n 空 V空3600W d2空内4式中：V空

—空气流量，按设计数据V空

=59008m3/h；W —流经换热器的空气流速，取W空

=8m/s；d —换热管内径，d =〔0.0.00375*2〕=0.068m内 内故： 59008n 空360080.0682

3.144

564根〔b〕计算沿烟气流淌方向上的换热器排数nZ 空2 Z1

56420 28.228〔C〕计算换热器行程数nm 总n空

1163564

2.06m=2,其构造布置见以下图2-2换热器构造简图确定换热器材质①计算换热器最高壁温气入口处管壁温度最低。即分别有：t 2t烟 空烟t 1壁1+21750262.402420t 212.25 壁max

1262.4024212.25364t

262.402420212.25 173.8C壁min

1262.4024212.25346.48173.8t 壁均 2

260C查《火焰炉设计计算参考资料》表5-5，换热管可承受两种材质，即外表渗铝12～13换热管承受碳素钢管。计算换热器运行经济指标①热效率换热②温度效率

空QQQ烟

100% 27.53106 100%48.75%500291.505750T 温 TT烟入

100%

380750

100%50.67%③换热器烟器侧阻力损失该换热器管子排列为直排，阻力损失即：h 直 2

〕0 均

50029其中，烟气流速：w o 3600(0.1510.0755)320750364

3.07m/s；烟气平均温度：t 均

557C2由燃料燃烧计算得：o

1.2063kg/m3

xn1xx2

其中: x 2

0.151 a0.028x

0.112d 0.07551 外x 0.1511(1xd1 外

1)2( 0.1510.0755n—沿气流方向的管子排数,2,n=282=56,

560.1510.11216.1520.151wwo

1 t)273k且 /s

1273

557)4F 4(xx 2)d 1 2 外 D U d外4(0.1510.1510.7850.07552)3.140.07550.309m燃料燃烧计算中烟气成分,查表,计算运动黏度:575076703832270818667995870162610683.97106则Re

d 9.330.309 34.3103 83.97106查《火焰炉设计计算参考资料》表6-8得：直排管束阻力修整系数1.05h 1.046.1523.0721.2063(1557)所以 直110.58pa

2 273④换热器空气侧阻力损失〔A〕局部阻力损失冷空气人口管道断面积1f 3.141.40821.556m214冷空气人口风箱断面积F0.0752(281)(201)3.47m2冷空气人口气体流速面积比

W 9.999m/s0fF1.5563.14650.4945fF6-7，0.26，则 h W 入 2

(1t)00.269.99921.2063(120)2 27316..83pa预热空气由风箱进出换热管局部损失245002959008w 36002 换热管中空气流速

0.06824

3.1428207.46m/s换热管中空气平均温度 38020t 200C均 2查《火焰炉设计计算参考资料》表6-7， 0.517.462 200h 0.5 1.2063(1 )4进出 2 273116pa下风箱流淌断面积F3.47m2下风箱空气流淌速度：5002959008ow 360023.47o/s下风箱空气温度 t均

200C6-7，37b2.0h 2.04.3621.2063(1200)90 2 27339.73pa预热空气出口收缩局部损失1出口管断面积 f 3.141.70822.29m214预热空气温度 t=380℃预热空气出口流速W0

6.455标m/s热空气出口风箱断面积F3.47m2面积比 f/F=2.29/3.47=0.66查《火焰炉设计计算参考资料》表6-7， 0.16654h 0.1666.45521.206313809.6Pa 出(B)

2 273查《火焰炉设计计算参考资料》表6-6，0.04(稍微氧化金属管道)L236m,d内20380

0.068m,wo

7.46m/st 200C均 2l w2h [ o )]摩 d 2 均则 0.04 6 [7.462

200)]170pa

0.068 2 273所以: h 1709.639.7316.83110.58总346.74pa空气管路阻力损失计算及鼓风机选择计算条件①进换热器空气流量〔鼓风量：V空入

59008m3/h；②出换热器空气流量〔5%：V 56058m3/h；空出③进换热器空气温度〔当地大气平均温度t空入

20C；t空出

380C；⑤换热器前空气管道中空气流速〔6-1：W 10标m/s；前空⑥换热器换热管中空气流速〔换热器设计值：W空

8标m/s；⑦换热器后空气管道中空气流速〔6-1：W 6标m/s；后空⑧40.3%6.5%；53.2%(每26.6%)管路分段依据管路分段原则，将以下图中所示空气管路系统分段如下：①机出口到换热器入口；②换热器；③换热器出口到总管分岔处④风管分岔处到上部加热烧嘴供风集管；⑤总风管分岔处到下加热供风集管⑥加热集管到侧烧嘴。各区段空气流量、管道直径、规格及空气流速①风机出口到换热器人口V 59008m3/h159008354 10d 59008354 101查《火焰炉设计计算手册》表62取D1

15206，d1

1508mmw 590081 36003.141.508249.18m/s②换热器出口到总管分叉处V 56058m3/h25605835410d 5605835410262取D1

1

1708mm56058w 6.80m/s2 36003.141.7082446.8%)V 5605846.8%26211.74m3/h326211.743546d 26211.743546362取D1

1

1308mmw 26211.713 36003.141.308245.42m/s53.2%)；V 5605853.2%29822.86m3/h429822.863546d 29822.863546462取D1

1

1408mmw 29822.864 36003.141.408245.30m/s26.6%)；V 5605826.6%14911.43m3/h514911.433546d 14911.433546562取D1

1

1008mmw 18792.7165 36003.141.108245.469m/s确定计算阻力损失的管路系统〔该管路系统阻力最大。则该供风管路系统由以下区段组成：Ⅱ段—换热器；Ⅲ段—换热器出口到总管分叉处；Ⅳ段—总管分叉处到下加热集管；Ⅴ段—下加热集管到侧烧嘴。计算阻力损失承受表格计算方法，见下表换热器出口后的风路，承受管外包扎。包扎后的热风管路散热降温可查《火焰炉4001.5/米计算.376气流下降。90℃1-5。100℃时的流量依据上述空气流量安排求得。110℃10690℃1-5。100℃时的流量依据上述空气流量安排求得。第9栏0℃时的密度依据气体种类查阅《火焰炉设计计算参考资料》表1-5。第9栏0℃时的密度依据气体种类查阅《火焰炉设计计算参考资料》表1-5。100℃时的流量依据上述空气流量安排求得。2-6阻力损失表分段名称2风机出口到换热器换热器换热器出口到主分主分叉处到下加热下加热集管到均热叉处集管端头下侧烧嘴通分段长度L(m)399208道管道规格〔外径×壁厚mm〕41520×61720×61320×61020×6尺管道内径〔当量直径〕d(m)51.5081.7081.3081.008寸气体流通横截面积F(m)61.7852.2901.3430.798垂直管高度H(m)7+5+3-4+1气种类8冷空气热空气热空气热空气体密度ρ〔kg/标m3〕91.2931.2931.2931.293010590085608629822.8614911.43119.186.805.35.191220373.2510590085608629822.8614911.43119.186.805.35.191220373.25351.5330.5130.04另0.040.040.040数 流速W(标m/s)0平均温度T

〔℃〕均摩擦阻力系数摩 W2擦 h 0

58.47

70.77

41.54

38.50失损 动 2 0 均 行计失h lh 算摩 d 动

15

14.92

25.41

12．22阻力系数通

nj：

0.457

1.0 0.27545054道 i—来源

16 21b

0.26 阻n—个数阻局 j—数值损损2损损20.720.7失失Pa

20.7

21b

21bh 局

h动

17 1.818

1.499.08

2.66110.50

1.6764.30地区大气最高温度T 〔℃〕大气 19 —大气密度(kg/m3〕几 1.293/(1T 〕20 —

411.124

411.124

411.124何 D 大气损 气体密度(kg/m3〕21—0.5460.5650.58522—-17.011+21.935-5.2876失 21—0.5460.5650.58522—-17.011+21.935-5.2876g 0 均h 9.81H(几

)g(Pa)

h (h段

h h )局 几 23

119.21 346.74

96.99

157．85 71.23110℃106121.5℃/m第Ⅲ段的平均温度：t 380051.5373.2C3均末端温度：t 3801.59366.5C3末第Ⅳ段的平均温度：t 366.5051.52351.C4均末端温度：t 366.51.520336.5C4末第Ⅴ段的平均温度：t 336.5051.5330.C5均末端温度：t 336.51.58324.5C5末136-6。14h动

由第9、11、12栏中数据求得。3、12、14515166-7。标明局部阻力系数，一样系数合并相加。将以上同一分段中的局部阻力系数总和填入第17栏。1417181941℃。20栏公式计算大气密度。219、12用“+”表示。将分段的第15、18、22栏数据相加填入第23栏。将换热空气侧阻力损失见第523把各段压力损失相加得到总阻力损失，填入第24栏h=792.02pa总鼓风机的选择主要是额定压力和额定流量的选择鼓风机工作时，额定压力主要用来抑制以下阻力损失：①空气管路压力损失。由上表得h

=792.02Pa.管②流量孔板压力损失.因自动化局部还未计算,在这里取h=1000Pa③流量调整蝶阀压力损失,因自动化局部还未计算,这里取h阀

=600Pa④气烧嘴用空气压力损失.本设计选择的是调焰烧嘴,查出的数值是该烧嘴在P 800pa,P煤气

2023pa，必需提高空气压力。此时空气压力为350 17790.4993h 嘴

)( )5118pa273 16800总压力损失h h总

h h h孔板 阀

792100060051127510pa总流量：V空湿

59008m3查《火焰炉设计计算参考资料》表6-10，选用9-19NO.16D-6号，P=13035Pa,V=63305m3/h,410kW烟道阻力损失及烟囱计算〔引风机选择〕计算条件①进烟道烟气量：V 烟②进烟道烟气温度：t =800℃烟入o

1.2063kg/m3绘制排烟系统图见以下图2-3排烟系统简图分段Ⅰ段—炉尾竖烟道；Ⅱ段—竖烟道到换热器入口；Ⅲ段—换热器；入口。各段烟道断面尺寸确定首先预确定烟道中的烟气流速，查《火焰炉设计计算参考资料》表 6-1取W 烟Ⅰ段：计算每条竖烟道的断面尺寸〔3。50029f 233600

2.316m2 ，

2436×1044mm故 f=2.436×1.044=2.543m21d 4f 42.543 1.461m1 S 2(2.4361.044)F

5002936002

6.95m2，选用180º拱，查《火