步进式燃气加热炉结构及控制系统设计毕业论文.doc

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1、河北工业大学 毕业设计说明书 题 目： 步进式燃气加热炉结构及控制系统设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕

2、业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 毕业设计中文摘要步进式燃气加热炉结构及控制系统设计摘要： 工业炉的设计的目的是参考现有炉型，以热工理论为指导，设计出结构更完善的炉体结构。本设计充分考虑了工业炉系统的各个方面。对于炉膛，采用一般的平顶结构，使整体成本造价和安装费用大幅度降低。对于烟道，由于加热圆形工件时，工件下方尚有一定空间且工作间距固定可在装料侧墙下部排烟。对于天然气的预热，采用烟气加热天

3、然气。对于燃烧器，采用半喷射式烧嘴，与喷射式烧嘴相比，不仅缩短了烧嘴长度，而且通过调节一、二次空气量，从而在一定范围内可调节火焰长度。对加热炉自动控制系统的设计，使加热炉更易于使用。关键词： 步进式 燃气 加热炉 控制系统毕业设计外文摘要 the design of walking-beam gas furnace structure and control systemAbstractthe design purpose of Industrial furnace is to reference existing furnace, With thermodynamic theory as t

4、he guide, designed structure more perfect furnace construction. This design is considered with the fully industrial furnace system. For furnace, The roof structure, make the whole cost and installation cost significantly reduced. For flue, when heated circular workpiece due, below are some workpiece

5、 and work in feeding fixed spacing of the lateral wall smoke. For gas preheating, Using the natural gas to heating. For burner, using half a jet burner, compared with the jet burner, not only shorten the length of burner, and through adjusting the first and the second air quantity, thus, adjustable

6、flame length within a certain range. For the design of automatic control system of reheating furnace, make more easy to use.Keywords: walking-beam furnaces Gas furnace The control system目次1 引言42 设计任务书53 工业炉设计概论53.1 工业炉概念53.2 工业炉性能参数介绍63.3 工业炉基本分类83.4 设计内容83.5 工业炉设计原则93.6 本课题设计思路93.7 设计时间规划114 加热炉系统的

7、具体设计114.1 燃料燃烧的计算114.2 炉体基本结构的设计145 热平衡计算185.1 加热段的热平衡185.2 预热段的热平衡206 预热器的设计计算236.1 预热器的选用236.2 空气预热器的设计计算246.3 天然气预热器的设计计算297 燃烧装置的设计357.1 烧嘴的选择357.2 空气管道的设计367.3 天然气管道的设计378 排烟系统的设计计算379 自动控制系统的设计409.1 坯料的侧长称重与入炉定位409.2 坯料的装卸409.3 炉内步进机构的传动409.4 炉内燃烧状况的检测409.5 炉温炉压控制409.6 炉膛含氧量检测4010 加热炉系统的其它细节介绍

8、4110.1 进料工具的设计4110.2 传动装置的设计4110.3 钢件出口及炉门的设计4110.4 炉底的设计4110.5 炉子启动时注意事项4210.6 对于环境的影响4210.7 燃烧系统程序控制4210.8 步进机械运行过程原理4210.9 出渣系统43结 论43参考文献43致谢44附录11CAD附图加热炉系统图附录12CAD附图加热炉系统图附录2CAD附图炉膛简图附录3CAD附图预热器简图附录4CAD附图烧嘴形式图附录5CAD附图自动控制系统简图1 引言作为一种重要的热工设备，工业炉广泛应用于物料的焙烧、干燥、熔化、熔炼、加热和热处理等各种生产过程中，不仅数量众多，而且种类繁多。工

9、业炉工作的好坏将直接关系到产品的产量、质量、能耗、成本和环境污染等多项技术经济指标，因而在各工业部门的生产中都占有重要的地位。对工业炉的基本要求是：产品的质量和产量首先要满足要求；燃料或其他能源的消耗要低；建炉投资和运行费用要低；使用寿命长；操作人员的生产条件要好；污染物的排放量要符合环保的要求。一座好的工业炉应尽可能满足上述各项要求。为保证产品的质量，要准确的控制炉内的温度和气氛。选择合适的筑炉材料。工业炉按工艺用途分，有冶金工业中的各种冶炼炉、加热炉、热处理炉，机电工业中的锻造炉、干燥炉、热处理炉，陶瓷工业中的各种隧道窑、各种玻璃熔炼炉、热处理炉，石化工业中的焦化炉、加热炉、裂解炉，环保工

10、业中的废料焚烧炉，建材工业中的水泥窑等。按能源分，有煤气炉、油炉、煤炉、电炉；按热工制度及操作方式分，有恒温炉、周期炉及连续炉等。按结构形式分，由于涉及各个行业，更是不胜枚举。由于工业炉所涉及的工业过程繁多，我们可以通过掌握工业炉的基本原理来学习工业炉设计的基本方法。虽然工业炉的范畴如此之宽，涉及的工业过程如此众多，但作为工业炉，热源向物料的传热是一个基本过程，每一个工业炉都会有此过程。因此，要使工业炉的工作达到“优质、高产、低消耗、少污染”的基本目标，除了掌握正确的工艺操作之外，还必须要有合理的炉体结构予以保证。工业炉的设计从来都离不开工艺而单独进行。设计人员在设计时，首先必须根据工艺的要求

11、进行设计，使工业锅炉能够满足工艺制度所规定的要求。而从能源角度看，工业炉又是国民经济中的耗能大户。因此，如何提高工业炉热效率，合理使用一次能源，充分而有效地回收并利用二次能源，在当今能源紧缺的形势下，更显出其必要性。在工业炉的设计中，所有降低能耗的有效措施，都应力图采用。工业炉的设计的目的是参考现有炉型，以热工理论为指导，设计出结构更完善的炉体结构。优秀的设计者不应是现有工业炉的抄袭者，而应该是把现有工业炉变成更新、更完善的工业炉的创造者。对以定型的有成熟经验的工业炉，有时设计时不进行理论计算，而是凭借经验数据直接确定加热时间或者通过选用有效炉底强度，从而确定出工业炉的基本尺寸。这样不仅简单易

12、算，而且排除了理论计算时因各种系数或参数选取不当而造成的误差，这种方法稳妥可靠。但当设计新炉型或采取新的温热制度的工业炉，理论计算是必须的。对一般连续加热炉，理论计算虽然只具有一定的参考价值，但是作为一种设计方法，特别是科技水平快速发展的今天，理论计算法仍然相当重要。即使是凭借经验设计，也是要在专业理论的基础上，广泛采纳国内外先进经验，进行优化设计并加以改进。2 设计任务书课题任务：某锻造厂，需对加热后的圆柱形实心钢坯进行锻造处理。要求为其设计工业加热炉，包括炉体结构及控制系统，炉温控制在1000 ，并且每隔30秒出炉一次。钢件的具体数据为：钢件长L=1000mm，直径D=80mm；钢件进炉前

13、温度t1=20 ，出炉温度t2=800 。使用燃料为天然气，干气体体积成分（）为： 98，0.4，0.3，0.3，1。技术要求：1.控制燃料消耗量以满足不同尺寸钢坯的加热要求；2.选取合适的鼓风机和引风机；3.设计的燃烧器能满足热量需求；4.尽量使系统节能降耗，提高经济性。3 工业炉设计概论3.1 工业炉概念在工业生产中,利用燃料燃烧产生的热量,或者将电能转化成热量对工件或物料进行加热的设备,称为加热炉1。加热炉是进行锻压生产不可缺少的重要设备之一，他在很大程度上影响着锻件质量和技术指标。锻压生产前，通常要对金属坯料进行加热，其目的是为了提高坯料的温度，降低塑性变抗力，使之适应于锻压加工，当坯

14、料加热到锻压温度时，对坯料实施较小的变形力，消耗较小的能量，就能获得所需形状，尺寸和符合机械性能要求的锻件。步进炉依靠专用的步进机械是工件在炉内移动的一种机械化炉。利用耐火材料炉底支撑工件，主要向工件上部单面供热的称步进底式炉，也是一种连续作业的加热炉。工业炉主要由炉衬、炉膛、排烟系统、预热器、炉内机械、烧嘴、自动控制等装置组成2。按形式可分为步进炉、推钢炉、室式炉等等，按用途可分为轧钢加热炉、锻造加热炉及热处理炉等几种，其中以步进式炉为代表炉型，步进式加热炉2是靠专用步进机构使钢坯在炉内移动的一种机械化炉子。按其步进机构类别分为步进梁式、步进底式、步进梁底组合式三种炉型。其工作原理是依靠油缸

15、的推力使步进梁作上升、前进、下降、后退周期循环运动，将装入炉内加热的钢坯一步一步地向出料端运送。反之，它又能作前进、上升、后退、下降逆循环运动将炉内钢坯一块一块地从进料端退出。步进梁式加热炉因具有加热速度快，生产能力大、温度均匀、烧损少等优点，特别是可步进送钢、步进退钢、踏步控制、易于排空炉料时和更换钢种的优点，成为目前冶金和锻造行业普遍采用的一种先进炉型。天然气的主要成分是，气体燃料燃烧完全且易于控制，容易实现烧嘴的空气、燃料自动比例调节，为了提高燃烧效能和有效的节约燃料，我在我的设计中采用天然气加热器将天然气进行预热。此时天然气的燃烧效率就会有很大的提高3。3.2 工业炉性能参数介绍反映炉

16、子热工性能的主要参数2是：炉子装载量、炉子生产能力、炉子生产率、单位热耗、炉底加热强度与炉子热效率等。炉子装载量指每一加热周期内，一次可在装入炉内的工作或物料重量，单位为吨。炉子生产能力指对于加热炉和热处理炉指按单位时间计算的炉子加热能力，单位为kg/h；对于冲天炉则习惯称为熔化率，单位为t/h。炉子生产率指对于加热炉和热处理炉，按单位时间，单位炉底面积计算的炉子加热能力；单位为kg/（h）对于冲天炉则习惯称为炉子熔化强度，单位为t/( h)单位热耗是指在一个加热周期内，加热每千克工件所消耗的热量，单位为千焦/千克。单位消耗与炉子生产率相乘即为炉底热强度，单位为-工件或物料加热时吸收的有效热量

17、与供入炉内的热量之比，称为炉子的热效率，用下式表示炉子热效率式中 - 工件或物料吸收的有效热量；-供入炉内热量；-各项损失热量之和对于间断式加热炉： (kJ/h)式中G-炉子生产能力（kg/h）；,-工件出炉与入炉时温度（），-工件出炉与入炉时的平均比热容kJ/kg（2）对于连续式加热炉： 式中-钢材最高加热温度时的平均比热容kJ/(kgK)G-炉子生产能力-钢材最高加热温度（K）（3）.对于熔化炉:(kJ/h)式中-G炉子熔化率(kJ/h),- 物料在固态和液态下的平均比热容kJ/(kgK) ,-物料进炉、熔化和出炉温度;R-物料的熔化潜热(kJ/kg); 为了提高炉子的热工性能,除必须根据

18、工艺要求、预热器及炉用机械形式、燃烧及燃烧装置类别、适宜的炉子排烟方式等设计优良的炉型结构外,还需对炉温、炉压等进行自动控制,对燃料与助燃空气量进行自动比例调节。需要指明：实现炉子最佳性能不能单独依靠自动控制来实现，还应有严格的操作管理制度。3.3 工业炉基本分类3.3.1 按供热方式分类按供热方式工业炉分为两类4: 一是火焰炉,是用各种燃料的燃烧热量在炉内对工件或物料进行加热; 二. 是电炉,是在炉内将电能转化为热量对工件或物料进行加热。3.3.2 按热工制度工业炉也分为两类：一是间断式炉，有称周期性炉，起特点是炉膛内部不划分温度区段，炉子按一班或两班生产，在每一加热周期内炉温是变化的，如各

19、种室式炉、台车史炉、井式炉、罩式炉等；二是连续式炉，其特点是炉膛内划分温度区段，一般由预热、加热（高温）、均热（保温）三个区段组成，炉子为三班连续生产，在加热过程中每一区段内的温度可认为是不变化的，如二段或三段连续式加热炉、步进式炉、振底式炉等。3.4 设计内容本次设计中要求设计一个步进式加热炉,并在设计过程中采用一些节能措施和自动控制系统,以提高热量利用率、减少燃烧的消耗。根据设计要求，我计划设计一个步进梁式加热炉，它是连续加热炉的一种，它是依靠步进梁有循序的运动使加热的料坯在炉内逐步地从炉尾移动到出料端，使钢坯达到规定的温度后出炉。3.4.1 步进梁式炉优点我们选择步进炉作为设计炉型，主要

20、是因为它和推钢式连续加热炉相比有如下的优势性： 加热灵活性在炉长一定情况下，炉内料坯数目是可变的，而推钢式炉中则是不可变的，那样加热时间就会受到限制。而步进式炉在炉子小时产量变化的情况下可以通过改变料坯间距离来达到或保持加热时间不变的目的。 加热质量好因为步进式炉内可以使料坯间保留一定的空隙,这样扩大了受热面,加热容易均匀,断面温差小,钢坯表面没有划伤的情况。 炉长不受限制对推钢式连续加热炉来说炉长受到最大推钢长度的限制，而步进炉则不受限制。而且对于不利于推钢的细长料坯、圆棍、弯曲料坯等均可在步进炉内加热。 操作方便，改善了劳动条件如不容易混钢号，在必要时可以将炉内料坯全部或部分退出炉外，开炉

21、时间可缩短，由于不会粘钢，可以减轻繁重的体力劳动；和轧机配合比较方便、灵活。5 于实现自动化操作3.5 工业炉设计原则设计必须符合国家有关技术政策,炉子的技术性能应能满足生产工艺要求。运用不断发展的热工及机械理论，例如燃料燃烧、流体力学、传热学、机械原理、材料力学等，指导炉子的设计工作，引进并吸收国外工业炉先进技术，不断完善和提高炉子的技术性能和机械化自动程度。炉子结构尺寸应根据生产实际或科学实践数据加以确定,不应照旧有结构按比例放大或缩小。设计新的炉型结构时，要选用新材料，新装置以改进炉子结构。例如尽量采用适合炉子性能特点和方便施工的各种新型耐火材料和隔热材料，选用各种新型燃烧装置和预热回收

22、装置从而提高炉子的热效率，提高产品质量，降低燃料消耗，改善操作维修条件和提高炉子的使用寿命。熟悉各种炉用机械传动方案，熟悉炉子控制原理，不断革新炉子构件。设计炉子时，对材料选用、设备选型、通用构件的规格尺寸等，应尽可能全厂或者全车间通用以使维修方便，尤其注意不要选用已被淘汰的产品。在一定时期内,有条件有步骤地进行工业炉的三化(典型化、系列化、完善化)设计工作,及时总结和推广新技术。要采取保护环境和防止烟尘、噪声污染的治理措施。3.6 本课题设计思路按实际工况要求，本课题要设计一台步进式锻造加热炉,并在设计过程中采用一些节能措施和自动控制系统,以提高热量利用率、减少燃烧的消耗。我计划采用步进梁式

23、加热炉，作为连续加热炉的一种，它是依靠步进梁有循序的矩形运动使加热的料坯在炉内逐步地从炉尾移动到出料端，使钢坯达到规定的温度后出炉。而连续式炉又有如下这些优点：加热灵活在炉长一定情况下，炉内料坯数目是可变的，步进式炉在炉子小时产量变化的情况下可以通过改变料坯间距离来达到或保持加热时间不变的目的。加热质量好步进式炉内可以使料坯间保留一定的空隙,从而能扩大受热面,物料加热快且均匀,断面温差小,钢坯表面没有划伤的情况。步进梁采用锯齿型，在设计时我在步进长度与锯齿尺寸有一定的尺寸间距，当步进梁托起工件时，工件并非直接落在锯齿中心，而是落在前一个矩尺面上，进而滑落在矩尺中心，实现了刚件在加热过程中的反转

24、。从而更充分的均运匀受热。炉长不受限制对推钢式连续加热炉来说炉长受到最大推钢长度的限制，而步进炉则不受限制。而且对于不利于推钢的细长料坯、圆棍、弯曲料坯等均可在步进炉内加热。采用悬臂辊出料考虑到工件的截面积较小，当采用端出料时炉门较大，热量损失较多，因此我采用侧出料，由悬臂棍的滚动带动工件出炉，但由于工件为600mm长，炉墙为232mm的耐火层，116mm的隔热层，4mm的钢板组成，600mm的钢件不能独立的又内外两个悬臂辊支撑出料，因此我在炉墙内镶嵌了2个特制的悬臂辊，与其他悬臂辊合作出料。图1简单的示意了采用悬臂辊出料。图1悬臂辊出料 操作方便，改善了劳动条件如不容易混钢号，在必要时可以将

25、炉内料坯全部或部分退出炉外，亦可根据需要原地踏步；开炉时间可缩短，由于不会粘钢，可以减轻繁重的体力劳动；和锻造设备的配合比较方便、灵活。然气的二次加热采用烟气预热，一般有两个优点，一是有利于燃烧，其次是节约燃料。通过预热，用于提高炉温，提高热工性能。6便于实现自动化操作 炉膛简图见附录2。3.7 设计时间规划为保证在规定时间内圆满完成设计任务，对此次设计和研究途径做如下规划：前期阅读相关工业炉文献资料，完成外文翻译，通过设计手册的翻阅，对步进式天然气锻造加热炉工业炉的结构、特性、工作原理及行业动态有一个较深入的了解。历时两周。明确设计任务、内容，撰写开题报告。历时一周。查阅燃料与燃烧技术、锅炉

26、及锅炉房技术等，进行燃料燃烧空气需要量和烟气生成量的计算。历时一周。参阅工业炉设计手册进行加热炉基本结构的初步设计，确定燃烧器的布置，确定排烟方式和烟道位置。历时一周。进行钢材加热的传热计算，炉膛的热力计算，风烟系统的阻力计算。历时两周。 设计燃烧器，选择传送机构、自动控制系统及辅助设备。历时两周。 绘制相关图纸，CAD出图。历时四周。 完成毕业设计说明书。历时一周。4 加热炉系统的具体设计4.1 燃料燃烧的计算4.1.1 燃料的选择由于天然气热量高,容易控制燃烧,且是一种清洁能源,不会对环境造成很大污染,所以炉子燃料选择天然气。64.1.2 燃烧所需的空气量计算 ， 单位燃料完全燃烧后，燃料

27、生成气中水蒸气冷凝为0的水时，燃料所放出的全部热量称为高位发热量Qg.燃烧生成器中水中气冷却为20气态水时燃料所反出的全部热量称为低位发热量 对于气体燃料我们取燃料所需空气量计算气体燃料的单位理论空气消耗量计入空气中水分时的单位实际空气量 时 （查工业炉设计手册 ）4.1.3 燃烧生成气量及燃烧生成气密度的计算1. 单位理论燃烧生成气量（） 实际燃烧生成量 燃烧产物成分,即燃烧产物生成密度4.1.4 理论燃烧温度和实际燃烧温度计算；其中，采用耐热铸铁预热器，空气预热到。 此处省略不计，得（查文献9表5-2）查取炉温系数为0.74，得出实际燃烧温度。4.2 炉体基本结构的设计4.2.1 炉膛传热

28、计算钢坯出炉的表面温度 800钢坯入炉的表面温度 20经过预热段以后钢坯的表面温度 260烟气出炉的温度 760烟气进入预热段的温度 1000烟气在预热段的平均温度 880 公式查取自文献10炉子的有效高度B炉宽，炉气温度A系数预热段 ，取为0.612m。加热段 ，取为1.02m。4.2.1.1 炉膛内各段辐射系数炉膛的内表面积预热段： 加热段： 2.气层的有效厚度: 预热段 加热段 4.2.1.2 炉气黑度预热段：加热段：预热段温度880 预热段温度1000 加热段温度1000 4.2.1.3 综合辐射系数，为炉壁对金属的角系数；,且=砌体对钢坯的角度系数预热段 加热段 钢坯黑度 预热段温度

29、 预热段温度1000加热段温度 1000预热段和加热段交界处取平均值4.2.2 炉长炉宽的确定4.2.2.1 炉底有效长度确定由已知确定炉子最大产量：，炉子的生产能力P取，由公式F底 = G/P底=5283/350=15.1m，炉底有效长度=F底/2L=15.1/2=7.55m经计算步进梁长L=7600mm，固定梁长为7450mm，锯齿形步进梁表面盛放工件个数为n=7600/90=84.4,取n=84块，修正后步进梁长为7485mm。 4.2.2.2 炉宽的确定物料为炉内双排布置，考虑炉墙的宽、长均应满足116的整数倍，因此确定坯料端面之间距离为0.252m，坯料与壁面之间距离为0.2m，得炉

30、膛宽B=21+0.2+0.252+0.2=2.652m。 4.2.2.3 炉温制度确定对于步进式加热炉，稳定生产时，炉内温度可认为是均匀温度场，不随时间变化，只沿炉长方向变化。炉膛分为预热段与加热段两段，入料温度为20，预热段末端坯料表面温度为260，烟气流过预热段排出炉膛时温度为760，加热段温度均匀为1000。4.2.2.4 炉膛各段长度及加热时间的确定1. 依据文献8表13-37等相关资料，取预热段长度占总长的45%，加热段炉长为总长的55%，则相应预热段长度为3.53m，加热段长度为5.29m。2. 总加热时间，因，此得出各段加热时间为：预热段，加热段：。据经验公式进行校核计算，此加热

31、时间能满足该炉子的上述炉温制度。4.2.3 加热炉砌体材料与结构加热炉内衬最里层耐热层采用耐热粘土砖：导热率：0.84+0.8510-3 t ；比热容：0.879+0.2310-3t 隔热材料采用泡沫硅藻土砖，允许工作范围900 ，=0.111+0.23310-3 T 加热炉侧墙及端墙砌砖形式见图2： 墙厚：1. 独立直墙：耐火层（232mm）+隔热层（116mm）+钢板（4mm）=352mm2. 支撑拱脚的炉墙：取A型配置P322 表8-73耐火层（232mm）+隔热层（116mm）+钢板（4mm）=352mm图2 加热炉侧墙及端墙砌砖形式炉底采用平炉底 上层工作面用转为116mm高铝砖立铺

32、；下面一层为136mm两层耐火砖立铺；最底层为68mm硅藻土砖。炉顶为拱顶，耐火层为230mm耐火砖，隔热层为116mm隔热砖。5 热平衡计算5.1 加热段的热平衡5.1.1 热量收入1、燃料燃烧放出的热量2、空气预热器带入的物理热3.预热燃料所放出的热量5.1.2 热量损失1、金属吸收的热量式中：, 代入中，2、通过砌砖体散失的热量 加热段炉顶的热损失 代入公式中，通过加热段炉顶的热损失加热段炉底的热损失 ( 取经验数值)，加热段炉墙的热损失 所以加热段炉墙，炉顶及炉底的总热损失3、加热段炉门的热损失每个炉门面积,炉门数量2个炉门开启时间10S，则一小时内炉门关闭的时间炉内无内衬金属遮挡4、

33、流出加热段的废气带走的热量 表5.1 加热段热平衡表热收入千卡/时热量支出千卡/时1燃料燃烧放热36129.85B金属吸收的热量1390000砌砖体热损失40800预热空气带入物理热3259.9B炉门的热损失9073.4废气带出的热量20076.50B预热燃料所放出的热量268.84B机械不万全燃烧的热损失421.02B总计39658.59B总计1439820497.52B热平衡方程式：39658.59B1439820497.52B实取本段的燃料消耗量为5.2 预热段的热平衡5.2.1 热量收入1、由加热段进入预热段的废气带入的热量5.2.2 热量支出1、金属吸收的热量2.砌砖体散失的热量预热

34、段炉顶的热损失 代入公式中， 预热段炉底的热损失预热段炉墙的热损失 代入公式中， 所以预热段炉墙，炉顶及炉底的总热损失为3、预热段炉门的热损失（经常关闭的）每个炉门面积 ，炉门数量2个炉门开启时间10s，则一小时内炉门关闭的时间，炉内无内衬金属遮挡。4、炉门溢气带出的热量 代入式中 故表5.2 预热段热平衡表热收入千卡/时热量支出千卡/时1.燃料燃烧放热3414961.金属吸收的热量3100002.砌砖体的热损失10654.43.炉门的热损失4579.89总计341496总计325234.29热平衡方程式: 6 预热器的设计计算利用工业炉排放的烟气余热对助燃空气和气体燃料进行加热的装置称为预热

35、器8。由于炉内排出的烟气温度高达600-1200 ，约占供入炉内热量的，回收这部分热量用以预热空气和气体燃料。在本次设计中预热器属于气气热交换装置，主要用途有：提高燃料的理论燃烧温度；保证必需的炉温；节约燃料；提高燃料效率并降低钢材烧损；减少烟气排放量有利于保护环境。6.1 预热器的选用预热器应具有的基本性能：1.要有高的热回收能力,即在烟气温度一定的情况下使被预热气体获得最高的预热温度。2.预热器的综合传热系数要高，这是评价预热器性能的主要经济指标。3.空气侧及烟气侧的压力损失要尽可能小，以减少小风机的一次投资和经济性动力消耗。4.预热器单位体积的传热面积要大，由此而使预热器尺寸小、用材省、

36、重量轻、价格低。5.性能持久，维护简单，正常条件下使用寿命要长。根据以上预热器选用原则及使用范围，结合本设计的具体情况；炉子形状不是很大，出炉烟气温度在900左右。应选择采用间壁式管状空气预热器。它的特点是，价格相对低廉、体积紧凑、气密性好。为了保证空气能够预热到设计温度，换热管用耐热钢制成，在行程上采用错顺流双行程方案。预热器简图附图3。6.2 空气预热器的设计计算已知:烟气量,进入预热器烟气温,预热空气量,进入预热器空气温度,空气预热温度。空气中含，6.2.1 预热器所需热量，6.2.2 出预热器烟气温度 6.2.3 对数平均温差采用错顺流方案时 ,查图2-28D得 则6.2.4 烟气侧传

37、热系数管子外径, 管子内径, 顺列管束,管子间距, , 烟气流速。1、 雷诺数Re进口处出口处查附录中表C3，时 ， 时 进口处出口处2、烟气侧对流换热系数 假定进口壁温，出口壁温由图7-13查得各参数入口处 出口处 对流换热系数 则：进口处出口处3、烟气侧辐射传热系数辐射厚度，由图2-21，图2-2分别查得烟气温度为和时，分别查得进口处，出口处，由图2-21，图2-22分别查得烟气温度为和时，黑度进口处出口处辐射传热系数设进口处管壁温度为，由图7-14查得辐射传热系数则进口处设出口处管壁温度为，由图7-14查得辐射传热系数则出口处此时烟气侧传热系数为：进口处出口处6.2.5 空气侧传热系数取

38、空气流速 ，管子内径 ，查附录表C4，得 20时 230时 雷诺数 进口处空气流速出口处空气流速进口处出口处均大于5000,可按图7-15查得个参数,及入口处 出口处 入口处出口处6.2.6 综合传热系数k进口处出口处6.2.7 预热器传热面积考虑到预热器积灰和气流分布不均匀等不利因素，适当将传热面积增大为6.2.8 预热管排的排列1、 管子每米长度的传热面积 2、所需管子总长度3、每根单管空气流4、 并联管子根数,5、 单管长度6、 面对烟气横向管排列数所需流通面积已知管子间距管子外径则：7、 面对烟气纵向管排排数管排排列结果：双行程，单管长，单管总数 ，横向,纵向。8、 预热器外形尺寸12

39、管子距集气箱边缘两集气箱间距预热器的有效高度（不含集气箱）为预热器宽度预热器长度：6.2.9 预热器管壁温度进口处出口处6.2.10 空气侧通道阻力双行程时：6.2.11 烟气侧通道阻力已知 此时 ，由式7-23，得则烟气侧阻力：6.3 天然气预热器的设计计算已知：烟气量，进到预热器烟气温度，预热量，进到烟气预热器的天然气温度，预热温度 。烟气中含， 6.3.1 预热天然气所需热6.3.2 出预热器烟气温6.3.3 对数平均温差采用错顺流方案时查图2-28d 得6.3.4 烟气侧传热系数管子外径 ，管子内径 ，顺列管排，管子间距，烟气流速1、雷诺数进口处出口处查参考文献12表C3，进口处出口处

40、2、烟气侧对流换热系数假定进口壁温 出口壁温 由查参考文献12图7-13查得各参数 对流换热系数 则：进口处出口处3、烟气侧辐射传热系数辐射厚度 由图2-20当烟气温度为和时，分别查得进口处 ，出口处 由图2-21，图2-22分别查得烟气温度为550和 542 时，的黑度和的修正系数=1.1进口处出口处辐射传热系数设进口处管壁温度为，由查参考文献12图7-14查得辐射传热系数，则进口处设出口处管壁温度为，由图查参考文献127-14查得辐射传热系数则出口处此时烟气侧传热系数为：进口处出口处6.3.5 天然气侧换热系数取天然气流速，管子内径，查附录表C38，得，(1)雷诺数进口处流速出口处流速进口

41、处出口处（2）对于均匀壁温圆形管槽内层流充分发展换热数为（见传热学表5-3）；由表C41得天然气的热导率为 ，6.3.6 综合传热系数进口处出口处6.3.7 预热器传热面积考虑到气流分布不均等不利因素，适当将传热面积增大为0.26.3.8 预热器管排的排列1、管子每米长度的传热面积2、所需管子总长度3每根单管空气流量4、并联管子根数5、单管长度6、面对烟气横向管排列数所需流通面积已知管子间距，管子外径则：7、面对烟气纵向管排排数管排排列结果：双行程，单管长0.2m，单管总数22=4根，横向2根，纵向2根。8、预热器外形尺寸12管子距集气箱边缘两集气箱间距预热器有效高度（不含集气箱）为0.2m预

42、热器宽度预热器长度6.3.9 预热器管壁温度进口处出口处6.3.10 天然气侧通道阻力双行程时：6.3.11 烟气侧通道阻力已知 此时18则烟气侧阻力：7 燃烧装置的设计7.1 烧嘴的选择6燃烧装置选用一个天然气半喷射式TGW-4烧嘴；烧嘴燃烧能力及外型尺寸见表7-1,表7-2；该烧嘴是一种半预混式有焰烧嘴。由于利用了天然气的部分动能，又采用了充分预热的二次风，所以该烧嘴与喷射式烧嘴相比，缩短了烧嘴长度，对炉压波动不敏感，通过调节一、二次空气量，从而在一定范围内可调节火焰长度。适用的天然气低发热量为3350042000 ，嘴前天然气压力30100 ，调节比1：2，空气系数1.051.2. 表7-1 TGW-4型烧嘴燃烧能力烧嘴型号二次风量（）烧嘴燃烧能力（）TGW-4风温300风温20风温300风温2070010006691表7-2 烧嘴外形尺寸表（mm）烧嘴规格 尺寸代号ABCEFGHKTGW-4104108783/847047016013016