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1、摘 要本设计说明书系统的地阐述了蓄热推钢式加热炉的整个设计过程，以及采用的主要技术。该加热炉设计使用采用的燃料为低热值的高炉煤气，并且采用蓄热式燃烧技术，对低热值高炉煤气和空气进行双预热，高效地回收烟气余热，这样不但不仅提高了炉子的热效率，而且使将采用高炉煤气加以回收利用，减少了高炉煤气排放对大气的污染，对环境的保护有重大的意义。该加热炉的设计过程中主要做了包括理论计算和主要炉用设备的选择。该炉子采用汽化冷却系统，结合滑轨的间隔布置，减少了水管黑印，保证了加热质量。通过本次毕业设计，改善蓄热式燃烧技术，到达了提高炉子加热炉热效率，降低氧化烧损率，提高产品质量，降低了环境污染的目标。关键词: 加
2、热炉；蓄热式燃烧；高炉煤气ABSTRACTThis design manual elaborates the entire design course of heating stove systematically and its adopting the major technology. The heating fuel used in the design of the low calorific value of BFG and effective to recycle waste heat of fuel gas. Therefore, it not only improves th
3、e efficiency but also gets an access to use blast furnace gas as fuel. The pollution of blast furnace gas is reduced. Its important environmental protection. A general design calculation, besides, combustion calculation, heating time calculation, metallic structure calculation, bricking-up calculati
4、on and heat calculation, are included in my design. During this graduation design, improve the regenerative combustion technology, to improve the efficiency of the furnace heat storage, lower burning rate of oxidation, improve product quality goals.Keywords: reheating furance, regenerative combustio
5、n, blast furnace gas目 录摘 要i引 言11 文献综述11.1研究意义21.2 国内外的研究现状3国外研究现状31.2.2 国内研究现状31.3 蓄热式加热炉存在的问题及开展展望41.3.1 蓄热式加热炉存在的问题41.3.2 蓄热式加热炉的开展趋势及展望72 炉子的初步设计92.1 设计的条件92.2 炉型的选择92.3 料坯布置方式及加热方式的初步选择102.4 料坯装、出炉方式102.5 燃料的选择102.6 燃烧装置的型式及其安放位置确实定112.7 炉子供风和排烟系统122.8 炉子的钢结构和水冷系统的决定122.9 炉子的机械自动化规模133 燃料燃烧计算143
6、.1燃料成分及发热值143.2 燃料所需空气量计算143.3 单位燃烧产物的计算143.2 炉膛热交换计算173.2.1 确定炉膛的尺寸173.2.2 计算各段炉气平均有效射线行程183.2.3 计算炉气中CO2和H2O分压183.2.4 预定各段炉气温度183.2.5 计算各段炉气黑度193.2.6 料坯外表黑度193.2.7 各段炉顶和炉墙对金属的辐射角系数193.2.8 计算各段炉气的导来辐射系数203.3 加热计算213.3.1 加热计算方法213.3.2 各界面的加热参数的计算223.3.3 计算炉内金属加热时间253.4 炉子主要尺寸确实定263.4.1 计算炉子长度263.4.2
7、 炉子结构和操作参数273.4.3 炉门数量和尺寸确实定273.4.4 炉膛各局部用耐火材料及其尺寸确实定283.4.5 炉底水管布置及规格选定293.5 炉底水管强度计算303.5.1 纵水管强度计算313.5.2 横水管强度计算343.6 炉膛热平衡和燃料消耗量的计算373.6.1 炉膛热收入项373.6.2 炉膛热支出项383.6.3 炉膛热平衡及燃料消耗量的计算463.7 炉子工作指标473.8.燃烧器的选择与布置483.8.1 安装位置确实定483.8.2 烧嘴燃烧能力确实定483.8.3 煤气烧嘴的选用493.9 空气管道阻力计算及鼓风机的选择513.9.1 计算条件513.9.2
8、 空气管路系统图52具体计算523.10 煤气管道设计计算563.10.1. 计算条件56具体计算563.11 烟道阻力损失及烟囱的计算和引风机的选择603.12 附属设备的选择与计算63结 论67参考文献68致 谢69引 言在轧钢生产中，必须将金属或料坯加热到一定的温度，使它具有一定的可塑性，才能进行轧制。就是采用冷轧工艺，也往往需要对金属进行热处理，为了对金属加热，就需要使用各种类型的加热炉。用蓄热室来预热空气和燃料是一项较早的技术，二十世纪七十年代的能源危机后，节能工作得到各个国家的重视，近十年来蓄热式燃烧技术得到了长足的开展，各个国家都在研究各种蓄热式烧嘴和高效蓄热式燃烧技术。该新型蓄
9、热式燃烧技术能最大限度的回收出炉烟气的热量，废气排放温度150，空煤气双预热温度达1000以上，大幅度地节约燃料、降低本钱，同时还能提高炉子的产量，并减少CO2和NOx的排放量。因此在国内、国际外被广泛推广利用。目前我国的能源利用率比兴旺国家低很多，其节能的潜力将很大。这要求各轧钢单位全面推行高效、清洁生产技术。目前，各钢铁企业存在的问题主要是高炉煤气无法被充分合理的利用，被大量排放于大气当中。从能源的可持续开展来看，这是一种极度的能源浪费；从环境保护的角度来看，这也是是对造成了环境的一种污染。本设计论文的研究将为我国能源的进一步合理利用提供一种新的途径，对现有加热炉的改良、新型加热炉的设计和
10、加热炉的热效率的提高方法的出台都有一定的参考价值。另外，对减少钢坯的氧化烧损也将会有一定的帮助和参考价值。因此，本设计论文的研究对我国能源环境的开展具有重要意义。总体来说本设计论文采用的蓄热式高温空气燃烧技术还是能够取得显著的节能效果,、环保效益和经济效益。1 文献综述高炉煤气是炼铁过程产生的伴生气。它的主要成份是CO，CO2，N2，CH4等。钢铁企业的高炉煤气热值一般在31254000kJ/Nm3左右。高炉煤气为低热值气体燃料，属于二次能源。高炉煤气具有热值低、着火点高、有毒性等特点，对其普遍、平安、合理、高效的利用造成了一定的困难，而且煤气热值会随着高炉的技术进步还会逐步下降。高温空气燃烧
11、技术为这种低热值燃料的平安、稳定燃烧以及满足工业生产所需要的燃烧温度提供了重要的技术支持。随着钢铁企业的开展，高效、节能以及环保等方面的要求，对高炉煤气的利用将更加重视。目前，很多钢铁企业都对高炉煤气进行了不同程度的有效利用。从利用现状来看，均取得了良好的经济效益。随着工业的迅速开展和人口的不断增长，能源和环境问题成为倍受国人瞩目的两大问题。目前全国的能源有90%以上来自燃烧化石燃料煤、石油和天然气所释放的能量。化石燃料在全国的储量是有限的，我们需要开发新能源，而当前更重要的是现有能源的合理利用。相应地，全国70%以上的污染物也来自化石燃料的燃烧产物，如二氧化碳CO2、一氧化碳CO、二氧化硫S
12、O2、氮氧化物NOX、未燃碳氢化合物UHC和烟尘。二氧化碳是温室气体，引起全球气候恶化；一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、局部未燃碳氢化合物和烟尘可直接对人体和动植物产生危害；大气中的二氧化硫和氮氧化物会产生酸雨，对建筑物和各种材料也会产生直接腐蚀。因此，在我国实施经济可持续性开展战略的关键时期，研究和应用节约能源、提高能源利用效率、减少污染物排放的燃烧技术成为我国工业界的当务之急。1.1 研究意义 蓄热式燃烧技术由于具有高效节能和低污染排放的双重优越性，并使低热值煤气的工业化应用成为现实。钢铁企业的节能降耗，高炉煤气能量综合利用是提高效益的突破口。高炉煤气的能量综合利用一直是钢铁企业利用的难点。
13、除炼铁工艺需求一局部以外，烧锅炉与燃烧是高炉煤气利用的主要方式。高炉煤气烧锅炉效率低，燃烧又污染环境。钢铁企业在寻找一种能高效利用低热值高炉煤气的方法。蓄热式高温空气燃烧技术为这种低热值燃料的平安、稳定燃烧以及满足工业生产的需要提供了重要的技术支持。本技术主要用于蓄热式加热炉。蓄热式加热炉的优越性主要表现在以下两点：1. 节能降耗高温低氧空气燃烧器由于采用陶瓷蜂窝体或陶瓷小球作为蓄热体，能够尽可能地回收烟气中的热量对助燃空气和煤气进行预热即极限回收烟气余热，这就大大节约了燃料。高温低氧空气燃烧使炉温分布均匀，炉内温差可减小至3050，但平均炉温升高，使得辐射换热能力增强，被加热工件受热均匀，加
14、热速度增快，换热效率提高，从而提高炉子产量。由于采用的是陶瓷蜂窝体作为蓄热体，单位体积换热面积增大，换热效率提高，可减少换热体积，由此可相对缩小蓄热室尺寸，节约设备和材料。2. 较好地解决了污染问题传统燃烧方式由于助燃空气温度的提高，使火焰温度上升而增加NOx排放量。蓄热式燃烧方式采用两段燃烧方法，一次燃烧区域是复原燃烧，二次燃烧区域是低氧燃烧，加上炉内局部烟气回流，从而大大降低了NOx的浓度，烟气中NOx浓度低于40ppm，到达低NOx污染效果。我国钢铁企业高炉煤气放散率为13.72%。如果将放散煤气全部利用，节约26万t标煤。采用高效蓄热技术后，我国将有一批燃煤炉、燃油炉淘汰，可实现轧钢加
15、热炉的高效、低耗和清洁生产，生产本钱可大大降低，提高产品竞争能力，彻底改变钢铁企业的能源结构，带来一次轧钢加热的燃料结构革新。1.2 2 国内外的研究现状 国外研究现状随着蓄热式燃烧技术的进步和新型耐火材料的研究开发，高效蓄热式余热回收技术和高风温燃烧技术在不断完善中正走向成熟。上世纪80年代由日本研发的“高温空气低氧燃烧技术High Temperature Air Combustion，简称HTAC得到了快速推广，造成国外高炉煤气的利用率大大提高。目前，国外高炉煤气利用技术的开展已到达相当成熟的阶段，尤其是蓄热式燃烧技术的开展，为负能炼钢打下了良好的根底。 国内研究现状目前,国内高炉煤气的利
16、用途径包括：用于热风炉本身助燃空气预热；作为高炉煤气锅炉的燃料，用于产生蒸汽发电和钢铁企业内部供暖；作为加热炉的辅助燃料或全部燃料加热物料，满足工业生产；作为燃气轮机的燃料直接燃烧来产生电能。为了实现低本钱、低污染、优化能源结构，将高炉煤气用于钢铁企业自身的生产过程当中是现在许多钢铁企业正在积极采取的措施。比方唐钢、首钢、唐山国丰等钢铁企业都很重视高炉煤气的综合利用。通过调查发现：唐钢的中型、高线的加热炉生产所需燃料均以高炉煤气为主；唐钢南动力厂锅炉所需的燃料就是该钢铁企业自身所产生的高炉煤气；国丰四轧北车间正在建设蓄热式加热炉就是针对高炉煤气的充分利用而建设的，它将取代原有的油气混烧加热炉，
17、除烘炉过程外它将完全以高炉煤气作为供热燃料。实践证明，钢铁企业炼铁产生的高炉煤气和炼钢产生的转炉煤气利用前景相当广阔，将高炉煤气应用于钢铁企业内部生产过程是钢铁企业提高本企业综合效益的重要途径。而我国的工业加热炉的水平较低，高炉煤气的利用效率和范围都还很低。1.3 蓄热式加热炉存在的问题及开展展望 蓄热式加热炉存在的问题1. 炉膛压力和煤气管网压力的波动炉膛压力和煤气管网压力的波动是由于频繁的换向引起的.炉子每次的换向都是一个“切断煤气一换向(约3秒)一重新输入煤气的过程，炉内的煤气燃烧瞬间消失、又迅速恢复，带来的炉膛压力波动是相当大的。而且，煤气流速速越大，炉压波动也越厉害。实际上在加热段和
18、均热段煤气流量都超过额定流量，即使采用加热段和均热段分别不同时换向(分段换向)的情形下，换向切断煤气后的炉压降至一32Pa以下，换向完成后炉压会猛升到75Pa以上，然后在数秒内缓慢回落。也就是说正常生产时，换向周期是3分钟的话，每3分钟就有两次幅度大于一32-+75Pa的炉压波动。值得注意的是在换向过程中，排烟调节阀的开启度是不变的。对于炉压波动的问题，在新建的烧嘴式蓄热炉上己经得到根本解决，具体是采取分散脉冲换向。但在内置通道式炉子中，在对炉体结构和燃烧系统不作改动的情况下，可以考虑采取改变排烟调节阀在换向时间内的开启度的方法来减轻炉压的波动.具体是在切断煤气的同时，适当减少阀的开启度，重新
19、输入煤气时增加阀的开启度，也就是排烟调节阀随换向阀换向动作同时动作，即阀的开启度有这样的动作过程：正常位置减少增大回复正常位置，这个过程必须在很短的时间内完成，考虑电动阀的滞后性，排烟调节阀的动作可以有一个适当的提前时间。当然这种方法是否可行，还有待进一步研究。2. 蜂窝体的使用寿命 目前国内蜂窝体的使用寿命均不是很高。加热炉上的蜂窝体使用寿命一般为36个月，甚至出现过使用一个星期就大量碎裂的情况。蓄热体在使用过程中经常出现的问题主要有熔化、软化、破裂、堵塞和腐蚀等，其中蓄热体材料的抗热震稳定性差是工程设计中最常出现的问题。造成以上问题的原因主要有以下三点：1) 材料问题蜂窝体长期工作在急冷急
20、热、还可能带有腐蚀性气体的恶劣环境中，经常承受着高温作用和因内外温差变化而引起的应力作用。这种工作环境对蓄热体的材料提出了苛刻的要求。为了增加蓄热量，减小蓄热室的体积，需要增加蓄热体的密度。但抗热震稳定性与密度在一定程度上是互相排斥的，即密度越高，抗热震稳定性一般都比较差。在使用过程中，蓄热体与气流进行热交换，一些带有腐蚀性的气体和颗粒会对蜂窝体产生不利影响。比方氧化铁颗粒会降低铝硅材质的软熔温度，使蜂窝体熔化而堵死气孔，酸性气体会对蜂窝体产生腐蚀作用，微小颗粒会附着在蜂窝体外表而堵塞气体通道等。2) 偏流问题蓄热室内热交换过程大致如下：在排烟阶段，烟气流经蜂窝体时将显热储存在蜂窝体中，加热蜂
21、窝体。在燃烧阶段，空气(或煤气)流经蜂窝体时被加热，余热被重新带回炉内。在以上的任何一个阶段，如果气体在蓄热室内出现偏流，经过假设干次换向后容易导致蜂窝体局部高温而产生热应力。当产生的温度应力超出其承受极限时，蜂窝体就会破裂。3)“二次燃烧问题蓄热式燃烧系统的空气喷口和煤气喷口一般都是相互独立的，这样有利于形成炉内低氧气氛，拓展火焰边界，形成均匀的温度场，提高加热质量和减少氮氧化物的排放。但是对空气和煤气两股射流的速度、交角和距离的最正确值很难把握，一旦处理不当那么容易造成炉内局部煤气燃烧不充分而其它地方氧气还有剩余。这些烟气在被吸人蓄热室时，空气和煤气会重新接触产生“二次燃烧，放出的热量可以
22、完全被蜂窝体吸收，尽管没有造成能量损失，但局部高温很容易使蜂窝体熔化而失效。3. 蓄热体的堵塞蓄热式加热炉蓄热体的堵塞将使整个燃烧系统趋于瘫痪。蓄热体的堵塞主要是小球的板结和蜂窝体(或挡板砖)通气孔的堵塞。早先的蓄热式炉采用油气混烧的供热方式，蓄热室经常被堵塞，主要是重油未完全燃烧产生的炭粒被排烟机抽入蓄热室，填充了小球之间的空隙。通道式蓄热室内小球曾出现大量的板结现象，板结外表有釉状附着层。此情况下，蓄热室的检修周期约为3 个月左右。分析发现：釉状附着层中除Al2O3和SiO2 外，主要是FeO在高温下沉积物呈熔融状态，而且黏度高，极易粘附在小球或挡板砖外表形成釉状层，使小球板结或堵塞挡板砖
23、通气孔。同时煤气中的杂质与耐材发生反响，生成低熔点物质，使挡板砖及喷口在高温下发生软化，堵塞通气孔与喷口。可见煤气的纯洁度在蓄热式炉上的应用也是至关重要的。采用高炉煤气供热时不是万不得已不要与燃油共用，以免影响蓄热系统的正常运行。4. 炉墙、蓄热室泄漏问题 炉墙、蓄热室泄漏气体内置的煤气通道和空气通道是现场浇注成型的， 蓄热室由预制件构成。耐火材料本身就具有不严密性，炉墙使用一定时间之后产生的裂缝。贯穿通道和炉体。蓄热室预制件之间的接触面的结合剂，粉化脱落形成间隙。从这些部位泄漏的煤气或空气最终在炉皮钢板本身的间隙，及钢板与炉墙之间的缝隙逸出。这些泄漏源点处在墙体和预制件的内部，很难对其修补。
24、气体泄漏会造成如下影响：第一，增加单耗，浪费燃料，煤气泄漏致使单耗超过500Nm3/吨材；第二，形成平安隐患，危害操作者身心健康，最严重时在距离加热炉中心线30米外的天车操作室甚至测得200ppm的一氧化碳浓度；第三，泄漏的气体产生燃烧会使炉皮钢板变形，最严重时炉顶火苗接近1米高；第四，蓄热式加热炉的连接换向阀与蓄热室的管道既是作为煤气和空气的输入管道，也是作为排烟管道，那么在排烟状态下管道内部的负压将导致上述的裂缝和间隙卷吸冷风，增加排烟阻力。这种现象可以从炉膛压力的异常中表达出来，如炉子在某一侧排烟的时候出现的炉膛压力升高现象。5. 蓄热式加热炉的其它问题蓄热式加热炉在使用中还经常出现其他
25、问题，如氧化铁皮进入蓄热室与蓄热小球粘结在一起，影响换热效果；蓄热小球51%需进行局部更换；换向装置会由于一些部件的不可靠，如电磁阀、检测元件、气动元件压力等故障造成阀位报警而最终导致煤气切断、降温、停炉；在双蓄热当中，当一侧燃烧换向到另一侧燃烧的瞬间，会将管道当中的残存煤气从排烟管中排走，这种现象谓之“交叉污染，交叉污染既浪费了煤气又会形成一定的平安隐患。较早的双蓄热炉子多有排烟管道发生爆炸的报道，为此才将双蓄热的煤气侧和空气侧排烟管道及引风机分开，以解决平安问题。但即便如此，某些排烟管路上依然存在不甚明显的“微爆现象。1.3.2 蓄热式加热炉的开展趋势及展望 在上个世纪早期，采用蓄热室回收
26、烟气余热，将助燃空气预热到1000的技术就已出现，并普遍应用于炼铁热风炉、玻璃熔炉、平炉和熔铝炉等设备上，后来在火焰加热的均热炉上得到使用。由于这种蓄热室是用耐高温的大块格子砖砌筑而成，故其存在的缺陷比较突出，所以这种蓄热室回收余热的措施在工业炉上并未得到大力开展。随着蓄热式燃烧技术的进步和新型耐火材料的研究开发，高效蓄热式余热回收技术和高风温燃烧技术在不断完善中正走向成熟。蓄热式加热炉总的开展趋势是朝着烧嘴式蓄热式加热炉方向开展，具体表现有以下几个方面：(1) 蓄热式烧嘴加热炉和原普通加热炉相比，都是通过调整烧嘴热负荷来调节炉内温度，对于操作人员易于接受。(2) 每个烧嘴都可单独调节，上下加
27、热烧嘴能力搭配合理，加热炉各段上下加热温度的调节非常方便。(3) 炉墙两侧留有便于检修的人孔门和扒渣门。(4) 对于高热值气体燃料，可直接冷炉点火升温。(5) 烧嘴式结构可以采用集中换向和分散换向方式，分散换向那么由于换向阀靠近烧嘴，换向阀与烧嘴之间的连接管道短而小，燃烧间断时间短，因此换向时管道内残留煤气损失较少，更有利于节能。(6) 维护工作量稍大，但检修时间短，停炉时间短。2 炉子的初步设计2.1 设计的条件设计炉子的条件:1 炉子的产量:15t/h。2 加热钢种: 棒材 含碳量0.2%。 3 钢坯尺寸:标准坯 180。4 钢坯出炉温度:1180。5 燃料种类:高炉煤气2.2 炉型的选择
28、 炉子类型 炉子类型：产量较大、昼夜连续生产的轧钢车间，形状规那么的料坯例如矩形断面钢坯以在连续加热炉中加热为宜。2.2.2 段数的选择连续加热炉按温热制度可分为二段，三段和多段。二段连续加热炉由预热段和加热段组成，三段连续加热炉由预热段，加热段和均热段组成。三段连续加热炉与二段连续加热炉有以下显著优点：1允许加热段有更高的炉温，可实现强化加热，提高炉子生产率；2有均热段，料坯出炉时端面温差较小，加热质量高；3三段连续加热炉可按二段制度操作，以适应炉子生产率较大变化的要求。因此在炉子设计时就尽量彩三段连续加热炉。但对于料坯尺寸较小或生产率不高的情况，就没有必要采用三段式炉型。一般当料坯厚度时，
29、采用二段连续加热炉；当，最好采用三段连续加热炉，也可采用二段连续加热炉;当时，一般都采用三段连续加热炉。本次设计料坯尺寸为180，所以选用三段连续式推钢加热炉。2.3 料坯布置方式及加热方式的初步选择料坯布置方式据初步计算：采用单排布料。加热方式：为了保证良好的加热质量，确保料坯受热均匀，本设计将采用架空炉底双面加热方式。2.4 料坯装、出炉方式对于连续加热炉，料坯都是从炉尾装入的，而料坯的出炉那么有侧出料和端出料两种方式。从炉子的热工角度看，侧出料较好，尤其象合金钢的加热。但从炉子在车间内的布置以及侧出料时需用专门的出料装置，端出料较好。另外，在确定料坯的装出炉方式时，还应兼顾装料、出料装置
30、在车间内的放置位置以及原料和产品在车间内的运输系统是否合理等问题。本设计确定为连续加热炉，故采用料坯从炉尾装入，并且是边装炉边出炉，结合侧出料与端出料在本设计中的优缺点，如下：端进侧出料优点：对炉压的波动不明显炉子结构比较严密减少高温段向炉内吸冷风而保证钢坯出炉温度炉子端部散热少。缺点：采用出钢机侧出料时需要增加一套出钢机设备且占地面积较大。端进端出料优点：设备简单操作简单。缺点：炉内水梁与出料辊道有一高度差，相应炉子及炉后上料设备均应提高，投资较大出钢口散热较多，炉头易吸冷风。本设计采用端出料方式较适宜。2.5 燃料的选择在大多数工业炉中,一般都采用燃料作为能源。燃料又有固体燃料、液体燃料和
31、气体燃料之分，它们在工业炉中均可应用.要根据所在地区的燃料来源情况,并根据国家燃料政策和环保政策对可能供给的燃料进行分析和经济比较,随后决定取舍。 气体燃料是最理想的工业炉燃料在工业炉燃烧工艺中显示出来的优越性是固体燃料和液体燃料所不能比较的。它除了具有液体燃料的主要优点之外。还具有以下优点： (1)按需要可配制成一定热值的煤气，价格较液体燃料为低，输送方便。 (2)空气消耗系数低燃烧完全程度高、容积热负荷高燃烧过程易于调节，易于实现自动控制。 (3)煤气可以预热，有利于提高炉温，燃烧后无黑烟，无积灰环境干净，设备简单。 (4)可以在炉外完成空气,煤气的混合,以强化燃烧。 (5)对不同加热工艺
32、的适应性好,可以满足不同的温度要求和火焰长度的要求。使用气体燃料的缺点是： (1)长距离输送和贮存困难。适用范围受限制。煤气供给有赖于气源情况 (2)除了钢铁联合企业有高炉，焦炉煤气或具有天然气源的地区之外，采用造气体燃料需要专门设备。(3)有些煤气成分波动较大，对自动控制不利。(4)要特别注意煤气中毒和煤气爆炸问题。本次设计使用高炉煤气。2.6 燃烧装置的型式及其安放位置确实定燃烧装置的根本作用是组织燃料在炉子中的燃烧过程，形成良好的气体力学条件，从而保证炉内料坯的良好加热以及节能效果。炉子对燃装置一般烧有如下要求：1 在炉子所需要的热负荷条件下，在尽可能小的空气消耗系数下保证燃料的完全燃烧
33、对于工艺要求不完全燃烧的除外；2 能根据炉温制度的变化要求，在规定的供热能力变化范围内，保证稳定的燃烧过程；3 按照炉型和加热工艺的要求，保证火焰有一定的外形尺寸，以及必要的气体力学条件；4 注意改善劳动条件，保证平安生产，便于操作和管理。本设计采用空、煤气双预热上下组合式烧嘴，采用蜂窝体做蓄热体，空气蓄热室和煤气蓄热室隔开配置，空、煤气流斜交混合。蓄热式烧嘴用在加热炉上，有如下特点：(1) 其结构形式类似普通烧嘴，能直接安装在炉子侧墙上，并保持通常的炉墙厚度，而不象墙内通道式蓄热式炉那样要将炉墙加厚至多。(2) 煤气蓄热式燃烧器与空气蓄热式燃烧器在炉外分开布置，使空气与煤气通道截然分开，完全
34、防止了煤气与空气互窜的危险。(3) 容易分段供热，各段热负荷调节方便，可以按照加热工艺的需要，灵活调节加热炉温度。同一段的上部、下部烧嘴的供热量也可调节，便于改变上、下热负荷分配。从而减少钢坯上、下外表温差。(4) 炉墙两侧留有检修门和扒渣门，可及时清理氧化铁皮，减少因炉底氧化铁皮升高引发的停炉打渣。(5) 烧嘴设计结构合理，蓄热体装、卸和更换都很方便。(6) 可对单个烧嘴进行在线维护，降低了故障风险。(7) 炉墙不加厚，耐火材料用量少，炉墙既可以砌砖，也可以浇注，炉墙施工简单方便，烘炉时间短，炉子降温升温速度快，可缩短检修停炉时间。燃烧器的数量取决与所选定的装置的结构形式和单位时间内所需供热
35、量的多少。燃烧装置在加热炉上的布置位置根据炉温的上下有所不同，高温炉的燃烧器可直接安装在炉膛的高温段部或侧墙上。低温炉宜将燃烧器与炉膛隔开，燃料在专门的通道内燃烧，然后将燃烧产物引入到炉膛中。在炉温更低的情况下，可采取炉气再循环的方法，把一局部即将出炉的废气回收掺入刚入炉的炉气中，使炉温更低更均匀。5. 换向系统确实定早期蓄热材料多为高铝或莫来石小球，采用内置或外置蓄热床布置方式，整台加热炉采用2一3台大型拉动式换向阀集中换向。但这种方式存在操作不够灵活，炉子热惰性较大，炉膛压力不稳定，生产连续性较差，加热炉自动化水平低等问题。对于空煤气双蓄热而言浪费煤气也较多，平安性较差。从这种意义上讲，集
36、中换向比较适合于普碳钢等对加热质量要求不高的棒、线材坯料加热，但在加热优质碳素钢或合金钢坯料时该种方式便显得较为吃力，需要有操作更加灵活、更加完善的蓄热式燃烧系统配置。考虑到上述要求，建议将蓄热体小型化(采用陶瓷蜂窝体)，并与烧嘴置于一体，无论空气单蓄热，还是空、煤气双蓄热，加热炉每对烧嘴采用一套独立的换向装置，各燃烧器之间均具有各自完全的独立性，因此可以被认为是完全意义上的烧嘴形式，相对于集中换向来讲其每对烧嘴完全独立的换向方式，即所谓全分散换向技术。2.7 炉子供风和排烟系统加热炉上供燃烧用的一般都是选用离心式风机，供通风用的都采用轴流式风机。在不影响车间根本设施和生产运行的前提下，鼓风机
37、的安装力求使管道短，局部阻力最小。排烟系统是由产生抽力的排烟装置或排送烟气的烟道所组成，用以将炉内烟气排出炉外，保证排烟通畅是加热炉炉正常进行的重要条件。加热炉的排烟方式分为自然排烟和机械排烟两种。前者指烟囱排烟、直接排放和依靠自然抽力的排烟罩等；后者指排烟机排烟等。对于烟气温度不高的情况，可采用直接式机械排烟的方式。本设计预采用机械排烟2.8 炉子的钢结构和水冷系统的决定对炉子的某些金属部件进行冷却的目的一是为了提高其强度和使用寿命，二是为了改善劳动条件。应根据炉子温度、压力等条件，尽量减少炉子热损失的原那么来确定炉体，采用冷却装置的部位及结构形式，并对冷却系统布置提出方案。本设计采用水冷却
38、。2.9 炉子的机械自动化规模加热炉系统检测及自动控制工程：1三段空煤气手/自动控制2三段炉温手/自动控制及超温报警3三段炉压手/自 动控制4烧嘴前排烟超温报警5三段煤气支管流量指示及累计6三段空气支管流量指示及累计7风管压力、煤气压力、氮气压力指示8压缩空气、氮气太力另设现场压力指示9空、煤气低压报警及手/自动切断煤气10换向阀开关到位位置检测燃烧控制系统1三段炉温控制2各段空气和煤气流量控制3三段炉膛压力控制4换向阀换向控制，换向方式共3种：定时换向、定温换向、超温强制换向3 燃料燃烧计算3.1燃料成分及发热值干成份：CO：27%；CO2：12%；H2：2.5%；：0.5%；N2：58%煤
39、气含湿量换算为湿成分依据公式：所以，湿成分为：CO：26.83%；CO2：11.93%；H2：2.48%；：0.497%；N2：57.64%；H2O：0.62%低位发热值：+356.513.2 燃料所需空气量计算1. 空气消耗系数据资料，选取2. 理论空气量20时，查得空气的含湿量3. 实际空气量4.实际湿空气需要量3.3 单位燃烧产物的计算1. 单一成分生成量计算 总的烟气体积为2. 各成分的百分比 3. 燃烧产物的密度3.4 理论燃烧温度的计算1. 2. 1000时， 3. 1000时，4. 估计理论燃烧温度达1800以上，不估计热分解时，取， . (21)在不估计热分解的条件下，温度为2
40、242，那么估计热分解时的温度约为2000，所以可在2000下求热分解的热量。产物中的CO2和H2O的分压分别为设炉内压力接近于105Pa0.2298105Pa 0.23105Pa和0.0348105Pa 0.040105Pa。由手册查得，在2000下，它们的分解度分别为9.7%，5.45%那么分解热分别为： 所以: 误差为:3.15%，小于5%，故假设合理。假设炉温系数取，那么,通过燃烧计算可见，空、煤气在双预热到1000的条件下燃烧，完全可以满足加热工艺的要求。3.2 炉膛热交换计算 确定炉膛的尺寸1金属在炉内升温过程确实定本设计中加热钢坯的材质20号钢，钢坯尺寸180180mm，由于金属
41、在低温下具有较高塑性，导热系数较大，金属在弹性区内温度应力不会太大。因此，从提高加热炉单位生产率的角度来讲，应将金属在炉内升温分成两段：第一段，金属外表以尽可能快速度加热到出炉生产温度水平；第二阶段：金属外表温度不变，将金属断面温差缩小到允许范围内，但为了缩短金属均热时间，可将金属加热分为三个阶段。预热段：用较慢的加热速度将金属外表由20加热至900，尽可能缩小金属进入加热段的断面温差，从而减少均热时间。加热段：以尽可能快的速度将金属外表由900加热至出炉温度。均热段：金属外表温度不变，将断面温差缩小至允许值。 2金属出炉参数确实定 1金属出炉外表温度确定 对于20号钢，根据Fe-C合金状态图
42、，理论过烧温度为1470，最高加热温度为1470-150=1320，因为加热炉内氧化铁熔化温度为1300-1350，为了防止氧化铁熔化，减少钢坯烧损，故钢坯加热温度为1180。 2断面温差 钢坯出炉时允许的断面温差:t/s=100300对于低碳钢取较大值，断面温差为：t=0.09300=27。3. 炉膛宽度确实定由于所要求的产量比较小采用单排布料完全可以满足生产要求，而且单排布料可以节省炉子空间，所以本设计采用单排布料。取值a=0.25m，那么炉膛宽度B=12.8+(1+1)0.25=3.3m 取3.364m4. 炉膛各段高度： 蓄热式加热炉中，各段传热方式都以辐射传热为主，为了简化加热炉砌筑
43、工艺，在炉温水平较高的情况下尽量提高炉衬的使用寿命，各段炉顶高度采用相同值，根据经验值取：1.4m， 1.4m， 1.4m2.0m， 2.0m， 2.0m由于上下取值相差不大，可值暗上部取值进行计算。5. 设炉膛各段长度为，和6. 为了安装制作方便，炉顶结构采用平顶结构。7. 出料方式：采用端出料，有利于扩建 计算各段炉气平均有效射线行程1. 计算各段炉壁面积据公式得(21.4+3.364) 5.1 (21.4+3.364) 5.1(21.4+3.364) 5.1 2. 计算各段炉膛体积据公式得1.43.3644.62 1.43.3644.621.43.3644.62 3. 各段气体平均有效射
44、线行程据公式得： 计算炉气中CO2和H2O分压由燃烧计算知燃烧产物中的CO2和H2O分压分别为0.2298105Pa和0.0348105Pa。 预定各段炉气温度1. 设均热段炉气温度比金属加热终了时其外表温度高50，即12302. 设加热段炉气温度比金属加热终了时其外表温度高140，即13203. 设预热热段炉气温度为恒定温度，1050 计算各段炉气黑度在蓄热式加热炉中，虽然燃料的燃烧方式属扩散燃烧，但由于高炉煤气在高预热温度下，火焰属于无焰燃烧，其火焰黑度的计算方法应按无小碳粒浓度进行计算。1. 计算各段炉气和值均热段加热段预热段2. 计算各段炉气黑度据公式 得 料坯外表黑度查资料知钢铁的黑
45、度为。 各段炉顶和炉墙对金属的辐射角系数1. 均热段炉衬对金属角系数 2. 加热段炉衬对金属角系数 3预热段炉衬对金属角系数 3.2.8 计算各段炉气的导来辐射系数对于推钢式加热炉，可据公式得：均热段加热段预热热段均热段与加热段界面处 加热段与预热段界面处 3.3 加热计算 加热计算方法由手册查得，所加热料坯属于厚材。采用三期加热制度。金属加热计算是确定火焰炉热工计算的核心，其主要目的是确定金属在炉内的加热时间。这个时间是指金属从入炉开始加热到工艺要求的温度出炉时所经过的总时间。金属加热时间受钢种、尺寸、形状以及其在炉内的摆放，炉型结构，燃料种类以及温度制度等一系列因素的影响。金属加热时间可以采用比较简单的经验方法确定，也可以采用较复杂的理论计算方法确定。本设计采用理论计算的方法进行确定。推钢式三段加热炉内金属加热计算，按均热段、加热段和预热段分别进行计算。具体