冶金热工基础推钢式加热炉课程设计

冶金热工基础推钢式加热炉课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 目 录 前 言2 设计任务 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 4 内容摘要5 第一部分 推钢式加热炉的概述 一加热炉的应用及其优越性7 二推钢式加热炉的分类 三推钢式加热炉的工作原理及工艺10 四推钢式加热炉的主要结构11 五联想近几年我国轧制技术的发展12 第二部分 推钢式加热炉的相关计算 一炉膛内的辐射的计算 二炉子的基本尺寸的设计及相关计算 三金属加热的计算 四燃料燃烧的相关计算 五炉子热平衡的计算 第三部分 换热器设计 一换热器的介绍 二换热器设计计算 第四部分 主要参考文献及附表 第五部分 总结 前 言 本学期我们进行了冶金本专业的一些设计特别是在我们的冶金热工基础也有一门设计这无疑让我们学习了一些在我们的课堂上学不到的知识这让我们很高兴时间虽不是那么长只有两个星期的时间但是这两个星期却对我们的学习有了很大的帮助让我们认识到学习是从一步一步开始的没有一个很好的基础是不可能把我们想要的东西得到的以下是我的个人学习和设计的全部内容 加热炉是我们冶金行业里的一个不能少的机械设备所以我们这次的主要设计就是设计加热炉通过设计可以使我们初步掌握炉子设计的步骤原则与方法并进而了解一般工业炉设计的基本规律可以使我们将各专业知识进行综合应用的能力理论联系实际解决实际问题的能力读图制图及查阅资料的能力得到锻炼并加以提高在国民经济的很多生产部门中工业炉作为一个重要设备而存在要使炉子达到优质高产低耗的要求有一个合理的炉体结构是必不可少的条件之一工业炉是工业原材料的冶炼加工或成员的精制过程中为实现预期的物理变化或化学变化所需要的加热装置因此对于我们这些将来有可能成为一个热工工作者的学生来说应具备有设计先进结构完善的工业炉的能力 工业炉设计的一般程序是初步设计技术设计施工设计炉子的初步设计是按提出的任务初步选定炉子的结构热源和各种重要辅助装置及其在炉子上的布置等在综合考虑炉子的技术经济指标和生产规模及特点的基础上确定炉子应采用的机械化和自动化程度炉子的技术设计是在初步设计的基础上作全面的热工计算和炉体总图的绘制以及某些重要辅助装置图炉子的施工设计是要求详细绘制 炉体各部砌砖图以及各种装置的零件分图并要完成土建基础各种机械附属装置及安装热工和自动自动调节系统及其安装的设计在此由于时间关系只完成炉子的技术设计内容和换热器的设计 所以我们在设计加热炉时一定的遵守以下设计原则 1加热炉设计必须符合国家有关的技术政策炉子的技术性能应满足生产工艺的要求保证机器在工作之中有一定的安全性 2运用不断发展的热工及机械理论如燃料燃烧流体力学传热学机械原理等指导炉子的设计工作引进并吸收国外炉子的先进技术不断完善和提高炉子的技术性能及机械化程度 3设计新的炉型结构时应注意提高炉子生产率提高产品质量降低燃料消耗改善操作条件和提高炉子的使用寿命 4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全车间通用以使维修方便 5在设计炉子时应尽量改善工人的操作环境减轻工人的劳动强度要采取保护环境和防止污染的必要 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 设 计 任 务 书 题 目推钢式加热炉的设计 炉子用途用于加热扁钢坯 被加热的钢坯尺寸m厚度s 012 宽度b 012 长度L 26 金属材质20碳素结构钢 钢材入炉温度20 生钢温度1210 生钢断面误差25 烟气与炉膛温度780 炉子生产能力P 50 th 燃 料混合燃气 成分CO2 965 H2 992 CH4 1277 CO 2156 O2 013 C2H6 059 N2 4530 C3H8 013 空气预热温度ta 250 采用二段式加热制度高温段1300 预热段温度1000上升到1300 摘 要 近几年随着节能降耗意识的提高节能挖潜越来越引起人们的重视在轧钢生产过程中加热炉作为最大的耗能设备同时也是整个工艺流程中最关键的设备之一运行的稳定与否将影响后面轧钢生产质量如何解决加热炉合理燃烧的问题如何保证加热炉的最佳状况是当今一直在研究的课题 推钢式加热炉由于可以很好的处理上述问题而适时推出但大多数冶金厂的轧钢机都没有推钢式加热炉因而有必要设计推钢式加热炉其设计过程基于冶金炉热工理论包括 燃料燃烧计算 钢的加热制度的确定 炉子基本尺寸的确定 炉膛内辐射的计算 金属的加热计算 炉子热平衡的计算 以及换热器的设计计算 关键词 节能降耗推钢式加热炉冶金厂轧钢机燃料燃烧钢的加热制度炉子基本尺寸 炉膛内辐射金属加热炉子热平衡换热器 Abstract In the rensent years more and more people become aware of the important of saving sources So as a intending engineer we must creat a equipment which will live up to the situation of our country and the require of whole world Today there is not a push the steel type heating furnace in the most of roll mills in the metallurgic plan Therefore designing a push the type heating furnace is imperative under the situation The procedures and cor -relative calculation is list as follows The calculation of radiation in the burner hearth The caculation of basic size of the stove The caculation of burning fuel The caculation of thermal balance The caculation of heated metal [Key words] Energy savingPush the steel type heating furnaceMetal--lurgical factoryRolling millRadiation in the burner hearthBasic size of the stoveThe metal is heatedThe burning fuelSectional view [第一部分] 推钢式加热炉概述 工业炉在冶金建材机械石化轻工电子工业等生产部门被用于各种加热目的成为不可缺少的重要热工设备加热炉是用来把初轧坯或连俦坯等热轧到热到所需温度的热工设备 一加热炉的应用及其优越性 加热炉是将物料或工件加热的设备按热源划分有燃料加热炉电阻加热炉感应加热炉微波加热炉等应用遍及石油化工冶金机械热处理表面处理建材电子材料轻工日化制药等诸多行业领域 以下便是加热炉在冶金行业中几种常见的应用 在冶金工业中加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉包括有连续加热炉和室式加热炉等金属热处理用的加热炉另称为热处理炉初轧前加热钢锭或使钢锭内部温度均匀的炉子称为均热炉广义而言加热炉也包括均热炉和热处理炉 连续加热炉广义来说包括推钢式炉步进式炉转底式炉分室式炉等连续加热炉但习惯上常指推钢式炉连续加热炉多数用于轧制前加热金属料坯少数用于锻造和热处理 主要特点是料坯在炉内依轧制的节奏连续运动炉气在炉内也连续流动一般情况在炉料的断面尺寸品种和产量不变的情况下炉子各部分的温度和炉中金属料的温度基本上不随时间变化而仅沿炉子长度变化 按炉温分布炉膛沿长度方向分为预热段加热段和均热段进料端炉温较低为预热段其作用在于利用炉气热量以提高炉子的热效率加热段为主要供热段 炉气温度较高以利于实现快速加热均热段位于出料端炉气温度与金属料温度差别很小保证出炉料坯的断面温度均匀用于加热小断面料坯的炉子只有预热段和加热段习惯上还按炉内安装烧嘴的供热带划分炉段依供热带的数目把炉子称为一段式二段式以至五段式六段式等50,60年代由于轧机能力加大而推钢式炉的长度受到推钢长度的限制不能太长所以开始在进料端增加供热带取消不供热的预热段以提高单位炉底面积的生产率用这种炉子加热板坯炉底的单位面积产量达900,1000公斤,米2?时热耗约为 05,065 ×106千卡,吨70年代以来由于节能需要又由于新兴的步进式炉允许增加炉子长度所以又增设不供热的预热段最佳的炉底单位面积产量在600,650公斤 米2?时 热耗约为 03,05 ×106千卡吨 连续加热炉是轧制车间应用最普遍的炉子 通常使用气体燃料重油或粉煤有的烧块煤为了有效地利用废气热量在烟道内安装预热空气和煤气的换热器或安装余热锅炉 在锻造和轧制生产中钢坯一般在完全燃烧火焰的氧化气氛中加热采用不完全燃烧的还原性火焰 即自身保护气氛来直接加热金属可以达到无氧化或少氧化的目的这种加热方式称为明火式或敞焰式无氧化加热成功地应用于转底式加热炉和室式加热炉 推钢式连续加热炉靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉料坯在炉底或在用水冷管支撑的滑轨上滑动在后一种情况下可对料坯实行上下两面加热炉底水管通常用隔热材料包覆以减少热损失为减小水冷滑轨造成的料坯下部的黑印近年来采用了使料坯与水管之间具有隔热作用的热滑轨有的小型连续加热炉采用了由特殊陶质材料制成的无水冷滑轨支撑在由耐火材料砌筑的基墙上这 种炉子叫无水冷炉 步进式连续加热炉 靠炉底或水冷金属梁的上升前进下降后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉炉子有固定炉底和步进炉底或者有固定梁和步进梁前者叫做步进底式炉后者叫做步进梁式炉轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热70年代以来由于轧机的大型化步进梁式炉得到了广泛应用同推钢式炉相比它的优点是运料灵活必要时可将炉料全部排出炉外料坯在炉底或梁上有间隔地摆开可较快地均匀加热完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障因而使炉的长度不受这些因素的限制中国1979年投产的步进梁式炉长为325米生产能力为每小时270吨 加热炉操作是通过在一定温度下加热工件来完成其工艺过程的节能的本质就是提高能源利用率提高热效率达到消耗最少能源的目的 二推钢式加热炉的分类 推钢式加热炉根据炉温制度可分为两段式加热炉三段式加热炉多点供热式加热炉 两段式连续加热炉按炉温制度又可分为加热期和预热期炉膛也相应的分为加热段和预热段三段式连续加热炉采取预热期加热期均热期的三段温度制度在炉子的结构上也相应的分为预热段加热段和均热段一般有三个供热点即上加热下加热与均热段供热多点供热的连续加热炉有多个供热点 按加热炉供热方式可分为顶不加热底部加热侧部加热 金属加热时在二段式加热制度下高温段的炉温应当这样选择金属表面只要达到给定的最终温度的那一瞬间沿金属表面的温差就不会超过允许值因此在二段式温度制度下金属的加热强度受到限制 金属在三段式加热状态下沿金属的进行方向在预热段和高温段之外补充第三工程----恒温均热段由于在均热段中金属接近与燃烧产物的温度因而当金属在炉内保温时使金属表面过热的愈厚要求沿断面的温度越小使用三段式制度也就越合理炉内的供热段与其它工艺区有所不同因为高温段通常是由几个供热段组成的炉内的这些区段按金属移动的方向分为第一高温段第二高温段等但是首先在金属沿高温段行进方向上还有预热段当供热段的尺寸受炉子结构的限制不能不改变时在炉子工作制度变化的情况下炉子的边界区移动使工艺段变化可能由一个区段转移到另一个区段比如由均热段和预热段转移到高温段等 三推钢式加热炉的工作原理及工艺 推钢式加热炉其钢坯在炉内是靠推钢机的推力沿炉底滑道不断向前移运燃烧产生的炉气一般是对着被加热的料坯向炉尾流动料坯移到出料端时被加入到所需要的温度经过出料口出炉再沿辊道送往轧机 推钢式加热炉的任务是把热量传给被加热的物体或按照金属加热或热处理的工艺要求从被加热的金属上出去热量 由于金属具有到热性可以通过导热中热传导的基本计算可以求出炉子的生产率和必要炉膛尺寸以及加热或冷却性质的热工性能 一种新型推钢式加热炉滑轨其特征是滑轨水平方向的形体结构为折线形从而可以变更钢料在滑轨顶面上滑动行进接触点 区域 的位置缩短定点接触的时间即变更缩短遮蔽影响接触点 区域 钢料吸热带走接触点 区域 钢料热量的区域的位置与时问从而改变钢料的加热工艺减小钢料的加热黑印温差提高钢料的加热质量钢材产品质量提高企业经济效益 加热的基本工艺要求是保证被加热的金属加热到给定的温度和保证给 定的温差范围加热过程可能有某些限制比如给定的加热速度金属在加热时的最大温差金属表面的最高温度下最短的停留时间等 为了实现规定的工艺采用各种不同的加热和冷却方式主要采用什么方法则要取决于加热和冷却的气氛 四推钢式加热炉的结构 推钢式加热炉一般呈长条形炉温是固定的炉气沿长方向流动炉子的生产操作的整个过程是连续的 推钢式连续加热炉在同一平面加热具有一定垂距的上下两个加热段以坯料为界每个加热段又分成上下加热区上下段分别由作支撑滑道用的冷却水管及炉墙围成的空间作烟道并通往排烟口上下段喷嘴分别朝炉头及炉尾方向倾斜在上段横水管底部装有下推臂顶钢机装有上推臂上下推臂之间装有传动臂来传动下推臂将坯料推出炉头钢坯是用推钢机推进炉内的并沿炉底滑道移动经过???加热段加热后从炉底滑出 推钢式加热炉的主要结构有 水冷系统炉膛四周水冷壁管全部采用直径为606 mm 的鳍片制成的密闭的模式水冷壁水冷系统主要是由大直径下降管分配集箱及其支管水冷壁上升管汽水引出管上下集箱气包组成的循环回路整个水冷壁以及敷设其上的炉墙均通过集箱上的吊杆悬吊在炉顶钢架上受热面作向下自由膨胀水冷壁上设有入孔看火孔大焦孔防爆门孔点火孔测量孔等燃烧时为防止由于炉膛负压波动所引起的水冷壁及炉墙壁结构振动引起水冷壁结构振动而造成的损坏在水冷壁外面布置了刚性梁 燃烧器燃烧器为正四角大小切圆布置为适应煤种变化和调整燃料燃烧 工况煤粉喷燃器各喷嘴出口截面做成可调节的 过热器采用辐射半辐射和对流形式蒸汽在过热器中的流程为在气包中经分离后的干燥蒸汽经炉顶及尾后包覆过热器继而进入低再悬吊管过热器及尾部包覆管过热器 再热器再热器分为高温再热器和低温再热器两部分高温再热器布置在对流过热器的水平烟道中低温再热器和旁路省煤器作并联布置在尾部竖井中在低温再热器进口管道上设有事故喷水装置为紧急事故时作降温用 省煤器省煤器由主省煤器阁墙省煤器和旁路省煤器三部分组成 五联想近几年我国轧制技术的发展 上世纪60年代以前传统生产钢材方法是先将钢水模铸成大型钢锭经加热轧制成坯钢坯经冷却清整后再加热轧成用户所需断面的成品钢材近40多年来经历了三次飞跃式发展一是将模铸改为连铸取消开坯机二是由一般连铸改为近终形连铸减少加热轧制次数无头轧制技术是钢铁加工流程的第三次飞跃即钢材生产不再是单块的间隙性的而是连续进行轧制然后根据用户需求剪切成所需长度或卷重无头轧制的好处是 1钢材全长以恒定速度进行轧制生产率有较大提高 2因对钢材全长施加恒定张力使钢材断面形状波动减少钢材质量改善这点对热轧扁平材生产特别重要 3由于成品长度不受限制根据交货状态要求剪切成品率显著提高 4由于轧材运行稳定性提高对热轧带钢来说有利于生产薄规格带钢 5和单块轧制不同钢品啮入次数减少减小对轧辊冲击有利于提高轧辊寿命 在施行无头轧制技术中分扁平材和长材两类其中又有无头轧制和半无头轧制的区别就技术类型来说分为焊接型和铸轧型两种 近年来轧制技术学科所取得的新进展也在社会经济发展中取得了巨大成就例如先进的轧制技术过程为经济建设提供性能优良的材料为社会提供与环境友好易于循环使用的ECO材料其本身在向着节省能源和资源方向发展如上所述的无头轧制等 [第二部分] 推钢式加热炉的相关计算 一炉膛内辐射计算 1燃烧产物温度 炉子热制度的确定是进行物料加热计算的前提也是炉子投产后热工操作制度的依据预热段温度1000上升到1300 故每段温度为 ?区非加热区燃烧产物温度由1000上升到1100 ?区第一加热区燃烧产物温度由1100上升到1300 ?区第二加热区燃烧产物温度为1300 ?区单层炉底单面加热区燃烧产物温度为1210 2炉膛宽度的计算Bcm 其中几区的宽度B均相等且 B炉膛宽度 L加热坯料长度 n炉内坯料排数 a扁钢同炉壁间间隙 取n 1时a 025 故B? B? B? B? 1×26，,，,×025 31 3炉膛平均高度计算经验值Hcm 比值 尺寸m 22-28 27-32 24-26 26-30 22-26 15-17 07-08 10-12 10-14 取?区 ?区 ?区 ?区 其中L表示被加热钢坯长度 5燃烧产物的最终容积计算m3每米长度 6限定燃烧产物容积的表面积m2每米长度 F 2 BH F? 2 BH? 2× 10810 236 F? 2 BH? 2× 10828 272 F? 2 BH? 2× 10826 268 F? 2 BH? 2× 10815 246 7平均射线长度m S 36×VF S? 36×V?F? 36×108236 165 S? 36×V?F? 36×2808272 400 S? 36×V?F? 36×3024268 377 S? 36×V?F? 36×162246 237 8燃烧产物中空气过剩系数把吸入空气考虑进去后选用 9修正系数 10燃烧产物层换算厚度m 由公式σ S×β σ? S?×β? 165×081 134 σ? S?×β? 400×081 324 σ? S?×β? 377×084 317 σ? S?×β? 237×084 199 11燃烧产物的黑度 查图可得各区段黑度分别为 序号 名称测量单位 符号 计算段 ? ? ? ? 1 燃烧产物温度 初始 Tr Haq 1000 1100 1300 1250 最终 Tr Hcm 1100 1300 1300 1250 平均 tr 1050 1200 1300 1250 2 炉膛宽度m B 108 108 108 108 3 炉膛平均高度 H 10 28 26 15 4 炉衬对金属辐射的角度系数 078 061 0625 072 5 燃烧产物的最终容积m3 V 108 3024 2808 162 6 限定燃烧产物容积的表面积m3 F 236 272 268 246 7 平均射线长度m S 165 377 400 237 8 燃烧产物中空气过剩系数 α 125 125 120 120 9 修正系数 β 081 081 084 084 10 燃烧产 物层的换算厚度m σ 134 324 317 199 11 燃烧产物的黑度 0305 0305 028 0283 二炉子的基本尺寸计算 1 炉子计算生产能力 P 1125 th 2 炉子装载量G G pt pzS06 1125×71×01506 199686 其中z为单位加热时间mincms 为被加热金属厚度 cm 3有效炉底总长度 Ln GnSlk3 199686 015×1×100×785×098 173 其中S为坯料厚度l为坯料长度k3为炉底有效长度内的填充系数为金属的 密度轧制钢材密度为785n 1 4 炉子的台数 N PP1 1125225 5台 5 一台炉子的有效炉底长度m Ln1 LnN 1735 346 m 6推进的最大长度m LT 250S 250×015 375 m 7一台炉子的最大有效长度m Ln1 LTLe 查图可得Le 25m 由装料琨道轴线到装料口外缘的距离 故 Ln1 LTLe 37525 35 m 8炉底砌筑长度m Lr Ln1Lk 查图可得Lk 14 m 扁钢极限位置与短部出料口之间的距离 故Lr Ln1Lk 34614 36m 9炉子区段长度 Li Lni×tit n Lnm tnt L0 ? 346 15 519 ? 346 30 1038 346 30 1038 ? 346 25 865 10炉膛宽度 由公式得B nLn1 a 10×1 11 ×04 108 m 11炉子区段平均高度 m 可知H? 10 m H? 28 m H? 26 m H? 15 m 12 炉底有效面积 m2 Fa K3Ln1L 098×346×10 3391 13炉底砌筑面积 m2 Fp LrB 36×108 3888 14炉底有效强度[kg m2h ] Ha 1000PFa 1000×2253391 6635 15按炉底砌筑面积炉底强度[kgm2h] Hp 1000P1FF 1000×2253888 5787 三炉子的基本尺寸计算值如下 序号 名称测量单位 符号 计算段 ? ? ? ? 1 炉子区长度m L 520 105 105 900 2 炉子区段平均高度m H 10 28 26 15 序号 名称测量单位 符号 计算值 1 炉子计算生产能力th P 1125 2 炉子装载量t G 199686 3 有效炉底长度m Ln 173 4 炉子台数 N 5 5 一台炉子有效长度m Ln1 346 6 推进最大长度m LT 375 7 一台炉子最大有效长度m Ln1 35 8 炉底砌筑长度m Lr 36 9 一台炉子的计算生产能力th P1 225 10 炉膛宽度m B 108 11 炉底有效面积m2 Fa 3391 12 炉底砌筑面积m2 Fp 3888 13 炉底有效强度[kg m2h ] Ha 54697 14 按砌筑面积炉底强度[kg m2h ] Hp 5787 三金属加热计算 1 金属加热计算 ??区是在温度线性上升的介质中双面加热 ?区初始温度均匀分布 ?区初始温度抛物线分布 ??区是在恒温介质中初始温度抛物线分布 ? 双面加热 ?区单面加热 2 加热时间 1 总加热时间的计算 t zS06 z为单位加热时间据附表1选择mincmS为被加热金属的厚度m 故 t 71×01506 178 h 2 各计算段加热时间计算 按照所采用的加热区相对长度选取见炉膛平均高度经验表 ?区t1 t×15 178×15 027 h ?区t2 t×30 178×30 053 h ?区t3 t×30 178×30 053 h ?区t4 t×25 178×25 045 h 3 各计算段加热时间的选顶据前面计算选定 t1 027h t2 053h t3 053h t4 045h 3假设的金属表面温度 ? ? ? ? 初始 20 430 950 1220 终止 430 950 1220 1230 平均 225 690 1085 1225 4 表面平均温度时 金属导热率[wmk] λ λ0α t t表示平均温度 查图得到不同的温度下钢的导热系数 513千卡米时? 347千卡米时? 279千卡米时? 298千卡米时? 5 表面平均温度时金属热扩散系列 m2h 查表得碳素钢的平均热容量CP值为 C? 0146千卡公斤? C? 0246千卡公斤? C? 0170千卡公斤? C? 0190千卡公斤? 由公式得 α λc×ρ c为比热 α? 0045 α? 0018 α? 0021 α? 002 6金属厚度计算 S1 S2 S3 0125m S4 025m 7傅立叶准数 由公式F0 αtS2得 F0? α?t?S?2 0045×050 0125 2 144 F0? α?t?S?2 0018×115 0125 2 1325 F0? α?t?S?2 0021×110 0125 2 1478 F0? α?t?S?2 002×0 80 025 2 0256 序号 名称单位 符号 计算值 ? ? ? ? 1 计算各计算段h t 027 053 053 045 2 选定各计算段加热时间h t 050 115 110 080 3 金属表面平均温度? t 225 690 1085 1225 4 表面平均温度的金属导热率kgm2h? λ 513 347 279 298 5 表面平均温度的金属热导扩散率m2h α 0045 0018 0021 002 6 金属计算厚度 m S 0125 0125 0125 025 7 傅立叶准数 F0 144 1325 1478 0256 图1 推钢式加热炉中的温度分布 1燃烧产物的温度 23金属心部和表面温度 4已考虑炉底管冷却影响的金属截面平均温度 四燃料燃烧及计算 给定气组成成分湿成分 组成成分 CH4 C2H6 C3H8 CO2 H2 N2 H2S H2O 体积含量 890 40 25 05 08 12 07 13 气体需要量 004762× 004762×2059 98 实际空气需要量 Ln nL0 12×98 1176 理论燃烧产物 30977742 10839 实际燃烧产物 Vn V0 n-1 L0 10839 12-1 ×98 12799 燃烧产物成分 820 1473 00547 N2 O2 322 燃烧产物重度 139 燃烧计算值如下 序号 名称 测量单位 符号 计算值 1 理论空气需要量 980 2 实际空气需要量 1176 3 理论燃烧产物量 10839 4 实际燃烧产物量 12799 5 燃烧产物重度 ρ0 139 燃烧产物成分 体积百分率 820 1473 00547 322 8710 五关于炉子热平衡计算 一热量收入项 1燃料燃烧的化学热 Q1 AQDW A---每吨如炉物料消耗的燃料量 取A 250m3t 故 Q1 AQDW 250×35 8750KJT 2物料放热反应放出的热 Q放热 G料q放kJh 式中 G料--每小时处理的物料量kgh Q放--单位物料反应放出热KJkg 3预热空气带入的热量 Q2 AnL0 CkTk-CKete 其中n---空气消耗系数 Ck---空气在tk时的比热 Te---环境温度 CKe---空气在te 时的比热 取n 12 因为tk 400? 查表得 Ck 1068KJkg? te 20? 查表得 Cke 1005kJkg? L0 980 故Q2 AnLCktk-CkeTe 250×12×980× 1068×400-1005×20 1196874kJt 4物料带入的物理量 5物料化学反应放出的热量 6预热燃料带入的热 二 热量支出项 1出炉钢坯带的热量 Q1 1000 C2T2-C1T1 其中t2---钢坯出炉温度11001225? C2--钢坯在t2温度下的比值 T1---钢坯入炉温度 C1--钢坯在t1温度的比热 取t1 20? 查表得 C1 0486 KJKg? t2 1200? 查表得 C2 07071 KJKg? 故Q 1000×07071×1200-0486×20 838795 kJt 2出炉烟气带走的热量 Q2 AVn CyTy-Cyete Vn 12669 1 取ty 900? 查得各种气体在900?的热容量CKJM3?分别为 CC02 218 CH2o 170 CSO2 218 CO2 147 CN2 139 换算成kJkg?为 CC02 0072 CH2o 0056 CSO2 0072 CO2 00485 CN2 0046 故900?时 Cy CC02×CO2CH2o ×H2O CSO2 ×SO2CO2×O2CN2×N2 0072×8200056×14730072×0054700485×3220046×8710 005578kJkg? 3 烟尘带走的热 G尘 G尘C尘t尘KJh 式中G尘---每小时生产的烟尘量Kgh C尘--烟尘的平均热容 KJkg? t尘--烟尘出炉时的温度t尘 2 查得各气体在0?和100?时的热容量CkJm? 温度比热 CC02 CH2o CSO2 CO2 CN2 0? 161 150 173 131 130 100? 180 151 189 134 131 用插入法可计算出各种气体在20?时的热 容为 CC02 162 CH2o 150 CSO2 1874 CO2 1337 换算成KJkg?为 CC02 0054 CH2o 005 CSO2 0062 CO2 0044 CN2 0043 故20?时 Cye CC02 ×CO2CH2o× H2O CSO2×SO2CO2×O2CN2× N2 0054×820005×14730062×005470044×3220043×8710 0050697 KJkg? 故Q2 AVn CyTy - Cyete 250×12799× 0055775×900 - 0050697×20 157375096kJt 3物料吸收带走的热量 4物料吸热反应带走的热量 5炉渣带走的热量 6烟尘飞灰带走热量 7燃料化学不完全燃烧的热损失 8燃料机械不完全燃烧热损失 9冷却介质带走的热量 10开启炉门或炉墙孔洞辐射热损失 11炉体表面散热损失 12炉门和炉墙孔洞逸气损失 炉子的热平衡计算数值如下 热量吸收项 热量支出项 燃料燃烧化学热 预热空气带入热量 出 炉钢坯带走热量 出炉烟气带走热量 Q1 8750kJt Q2 1196874kJt Q1 838795kJt Q2 157375096kJt 第三部分 换热器设计 一换热器的介绍 换热器作为一种热交换设备广泛用于动力交通石油化工冶金等工业领域根据不同的用途其种类及机构繁多 按参与热交换两流体的形态可分为气---气气---液液---液三种类型按一种介质向另一种介质传递热量的过程分为直接式半直接式和间接式三类直接式是冷热两流体直接接触或混合进行热交换如热水风冷冷却塔半直接式是热流体先将热量传给某中间介质一定时间后截断热流体而流过冷流体中间介质再把积蓄的热量传给冷流体如再生器蓄热器等间接式是两流体之间有一固体壁面隔开彼此进行热交换如表面式换热器等按热流体对冷流体传热主要方式分为对流式辐射式对流---辐射式按换热器材质分为金属和非金属陶瓷两类冶金行业长按换热过程分为换热式和蓄热式换热式是指参与换热的两流体同时流过间壁各自流到热交换的表面式换热器蓄热式是按周期切换操作的蓄热器如蓄热式热风炉等 金属表面式换热器的种类很多如列管式平滑钢管式套管式针翅片管式组管辐射式整体式环缝辐射式管状喷流式箱式喷流式旋流式等 换热器选型是主要参考下列因素 1被预热介质的种类2预热温度的高低3烟气温度4烟气成分及含沙量5流体压降6换热效率7流体压力及两流体压力差8换热器的造价及使用寿命9便于制造安装及检修 二换热器的设计计算 一原始数据及要求 1烟气温度t烟 960? 2 烟气量 V烟 45500Nm3h 3空气温度空气进换热器温度t1 20?空气出换热器温度t2 400? 4预热空气量V空 34600Nm3h 二设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 选择V型管状金属换热器 管子规格Φ 60×40mm按直通式布置管子间距离x1d x2d 2 1求烟气与空气的对数平均温 1 通过换热器的实际烟量 V′烟 mV烟1ΔΦNm3h V′烟 08×45500× 101 40040Nm3h 2 换热器前烟气的实际温度t烟 I烟 CP烟t烟 310×960 2976KJNm3 则在按换热器前烟气的热含量I烟为 I′烟 I烟1?Ф 2976 101 270545KJNm3由此查得 t′烟 910? 3 换热器的烟气温度 按换热器后烟气的热含量I烟 I〃烟 I′烟-V空I〃空- I′空 V烟ε 270545-45500× 127-6 45500×09 13610 K卡Nm3 由此差得t〃烟 493? 4 烟气与空气的对数平均温度 ?tm [ t′烟- t〃空 - t〃烟 -t′空 ]?[ t′烟- t〃空 t〃烟 -t′ 空 ] [ 910-400 - 493-20 ] ?[ 910-400 493 -20 ] 49127? 说明V烟 45500Nm3h取换热器烟气损失系数m 08吸入冷气使烟气增加系数 ?Ф 01 CP烟 310KJNm3在t烟 960?时的烟气比热 I为空气进换热器前的热含量当t′空 20?查得 t′空 6KJNm3t〃空为进换热器后的热含量 当t〃空 400? 查得I〃空 127K卡Nm3ε为换热器的换热系数 ε 09 2换热器的总传热系数 K 1 1a11a2 KJNm2h? 1 α1的计算 在烟气侧有辐射传热和对流传热两个部分 故α1 α1辐α1对KJNm2h? 由烟气管道内有效气层的厚度计算公式 S 187× X1X2 d-41 ×d 187× 4dd -41 ×d 34d m ?d S34 0234 0059 m 在换热器内烟气的平均温度为 \t烟 12t烟t烟〃 12910493 7015? 由S 02 \t烟 7015? 查图7得α1辐 76KJm2h? 由α1对 42200056tC× W065烟d035外 又由C 101×x1d 101×2 12 说明a1烟气侧的换热系数a2空气侧的换热系数d_管子外径 m x1x2管子中 心线的距离 m x1x2 2d的设计方案d 0057 m W烟烟道内的气流速度 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 态在此取 W烟 2msd外 0057 m 管外径 ?α1对 422000565×7015×12× 2065 com 4199 由此a1 α1辐α1对 764199 4959 KJNm2h? α2的计算 在空气侧只有对流传热 由α2 3020016t空C× W08空d02内 t空 12t空t空〃 1220400 210? 所以α2 3020016×210×808com 323 KJNm2h? 换热器的总传热系数 K 1 1a11a2 1 149891323 1961 KJNm2h? 3确定换热面积和管子数目 1 换热面积F QK?tm F V空 I〃空-I空 K?tm 34600×127-6com 434796m2 为了可靠可扩大换热面积可取F 615m2 说明d内 005 m 管道内径t空-换热器内的平均温度?W空-换热器内空气 的流速标态ms 取W空 8 ms 2 管子数目 Z 4V空3600?W空d2内 4×346003600×314×8×0052 612根 3 每根管子的平均长度 \l FZ × l?\d m 管子平均直径\d 12d内d外 120050059 00545 m 所以\l 615603×314×00545 596m 4 管子布置 垂直于烟气流方向的断面上的管子数 Z1 2V烟3600x1-d外IW烟 2×455003600×0059×596×2 359?36 根 所以沿烟气流动方向每组管子的数目 Z2 ZZ1 61236 17 根 5 管子排列简图 换热器的气壁温度 t t空t烟-t烟1α2α1 400[910,40013234989 ] 70957? 根据《有色冶金炉设计手册》第四章4-2 在650-750之间可选镍铬合金钢Gr5Mo其最高允许使用温度为750? 5 换热起的经济指标 1 换热器的热效率 η换 [V空I"空 - I空 V烟I烟]×100 [34600× 127 - 6 40040×2976]×100 3513 2 换热器的温度效率 ηt t"空t空 400910 4396 3 换热器的热回收效率 η回 V空I"空 - I空 V烟I烟 34600× 127 - 6 40040×2976 3513 换热器 名称 符号 数据 材料镍铬合金 Gr5Mo 管子规格 外径 d外 m 0057 内径 d内 m 005 总的换热系数 K k卡m2h? 196 管子数目 Z根 612 管子平均长度 L m 57 垂直烟气流动方向管子数 Z1 36 沿流动方向每组管子数 Z2 17 换热器的器壁温度 t ? 70957 允许使用最大温度 t ? 750 换热面积 F m2 585 [第四部分] 主要参考文献及附表 主要参考文献及附表 1钢铁厂工业设计参考资料冶金工业出版社,1979 2耐火材料工厂资料冶金工业出版社,1990 3贵州工业大学参考资料有色冶金炉设计手册筑炉手册冶金工业出版社 附表 金属尺寸要求 表 一 金属材质 厚度s cm 宽度 b cm 长度 l cm 低碳钢 015 185 1000 金属加热时间参考表 表 二 加热特点 炉型 金属厚度 s cm 加热时间 mincm 扁钢上下受热 推钢式 012,015 71 0155,025 80 0255,03 87 常见隔热材料主要参数 材料名称 体积参数 允许温度 导热系数 硅藻土生料粉 660,680 900 0105028×10-3 硅藻土熟料粉 420,700 900 0083021×10-3 硅藻土砖 500 900 01100145×10-3 泡沫硅藻土砖 500 900 01000233×10-3 石棉网 340 500 00870233×10-3 黏土质隔热耐火砖 400 900 00810211×10-3 矿渣棉 900,1000 500 01030174 ×10-3 硅酸钙隔热板 300 750 0621011×10-3 硅藻土石棉粉 240 650 0085 碳酸镁石棉粉 320 800 0093,0116 [第五部分] 总 结 通过本次课程设计使我们对课程设计方案的基本过程的设计方法步骤思路有一定的了解与认识在这几天大家的共同努力下我们顺利的在愉快的合作中完成了这次课程设计 这次课程设计不仅仅让我对科学研究有了进一步的认识同时也让我深深的认识到合作精神的重要性因为在这个过程中我们要翻阅大量的资料要计算大量的数据但这巨大的工作量对于我们这个团结的团队来说却显得如此的渺小虽然我们的课程设计结束了但是它留给我的印象是不可磨灭的 43