工业炉设计说明书.docx
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工业炉设计说明书
热能与动力工程2008级课程设计说明书
学院:
机械工程学院
专业:
热能与动力工程学生姓名:
李斌
班级:
热能0801
学号:
40840054
设计方向:
工业炉
指导教师:
冯俊小
1•炉型
连续加热炉
2.生产率33.8t/h
3•加热料坯尺寸180x180x2700mm
4•钢种普碳含碳量0.45%出炉温度H80P
6•燃料重油
ry=100°C
成分
C
H
0
N
S
AW
%
85.1
12.1
0.5
0.6
0.2
0.3
1.2
7•空气预热温度
tk=200°C
8•有效炉底强度
P=55Qkg/h.tn2
设计过程或说明
结果
备注
一.初步设计
1.1炉型
1.1丄生产方式:
连续式
1.1.2.炉型:
推钢式
选择原因:
钢坯尺寸为180x180x2700mm是规则的几何形状,
采用推钢式加热运行成本和维护费用相对较低。
1.1.3加热制度:
三段式加热
选择原因:
生产率>30〃/?
三段式可提高生产率,出炉温差小,
容易实现操作。
1.1.4.加热方式:
双面加热
选择原因:
由于料坯尺寸适中,长度较长采用双面加热可增人加热面积。
1.1.5.装出料方式:
端进端出
选择原因:
由于连续推钢所以需要端进,料坯较宽较长宜采用端出,推钢操作设施简便。
1.1.6.布料方式:
单排布料
选择原因:
本炉设计产量为33.8t/h,属于较低产量,适宜采用单
排布料,双排或多排布料操作麻烦,温度不均。
1.1.7.炉顶:
拱顶
选择原因:
料坯长为2700mm单排布置,故炉内宽B=2700+2*a
a=200mm~300mm,所以B不超过4m。
1.2炉衬结构:
三层浇注料,采用耐火层+绝热层+保温层三层结构外加钢结构保护层。
选择原因:
浇注料灵活好用,工序先进简单。
1.3燃料:
重油(题目给定)
1.4燃烧装置:
低压油喷嘴,空气预热
选择原因:
空气预热温度<300°C选用低压油喷嘴较为经济。
烧嘴采用侧面布置,这样安置简单,炉长方向易均匀,单个烧嘴能力人。
1.5预热装置:
金属换热器
选择原因:
利用炉内排出的高温烟气对空气进行预热,可节约燃料,提高效率和理论燃烧温度。
选择小型金属换热器安装位置在炉顶上部专用的钢结构支撑。
1.6供风装置:
加热炉上供燃烧用的一般都采用离心式风机,供通风用的一般都选用轴流式风机。
1.7排烟方式:
采用自然排烟方式
1.8冷却方式:
水冷
选择原因:
炉子内部采用水管冷却,炉头处采用水冷梁冷却,纵横冷水管滑道支撑能力好。
1.9炉子的机械化规模:
1.9.1仪控系统:
热工检测和自动调节装置。
测量参数:
(1)温度(炉温.料坯.预热空煤气•烟气温度)
(2)压力(炉压.风压.油压)
(3)流量(重油量.蒸汽量.风量)
(4)烟气成分分析
自动调节参数:
(1)炉温调节(炉内供热)
(2)燃烧调节(空燃比)
(3)炉压调节
1.9.2炉子各部位机械结构:
炉门选择:
炉尾:
车底式炉门
炉头:
扇轮式炉门
选择依据:
装出料方式决定炉门大小和安放位置
预留孔洞:
检测用:
测温孔•测压孔.烟气分析孔
其它用:
扒渣孔•人孔.窥视孔
钢结构支架:
主要有:
侧立柱.拱角梁.水平拉杆.炉尾钢板
二.技术设计
2.1燃料燃烧计算
内容包括
(1)
单位燃料完全燃烧空气需要量
Ln
(2)
单位燃料完全燃烧燃烧产物量
匕
(3)
燃烧产物成分分析及其密度
P
(4)
理论燃烧温度
6
(5)
燃料低位发热屋
0
2.1.1燃料类型和成分重油
成分
C
H
0
N
S
A
W
%
85.1
12.1
0.5
0.6
0.2
0.3
1.2
2.1.2燃料低位发热量计算
Qd=339ACy+1030Hy-108.9(0〉'—S')—25.12W'
=41257.6AV/Kg
2.1.3空气消耗系数的确定
液体低压烧嘴:
1.10-1.15,取n=1.12
2.1.4空气需要量与燃烧产物量
(1)理论空气需要量
Uo=0.0889Cy+0.2667Hy+0.0333(S'—O')=10.8w3/Kg
Eo=Z?
'ox(l+0.00124g:
o)=10.8x(l+0.00124xl8.9)
=11.05/Kg
(2)实际空气需要量
Un=11x1/0=1.12xl0.8=12.096/Kg
设计过程或说明
结果
备注
Un=nxUo=1.12x11.05x12.376/w3/kg
(3)实际燃烧产物量
%=比。
2+%。
+%+%+%
其中.乂(入=0.0187xCy=1.59m3//^
%=0.112xH〉+0.0124W'+0.00124g=xUn
=1.653"/Kg
匕s=0.0075v=0.001W/Kg
V(K=0.2l(n-l)I^o=0.272屛/Kg
Vv,=0.008A^v+0.79Z?
/?
=9.56m5/Kg
W=1.59+1.653+0.0014+0.272+9.56
=13.(W/Kg
2.1.5燃烧产物成分及密度
(1)燃烧产物成分:
V159
CO.-5x100—、xlOO-12.16
-Vn13.08
HQ-Vhz°xlOO-1,653xlOO-12.64
-Vn13.08
Vn777
O;—QxlOO—•xlOO-2.08
・Vn13.08
SO;-X100-00014X100-0.0107
-Vn13.08
N\-VnzXlOO-9,56xlOO-73
・Vn13.08
(2)燃烧产物密度:
设计过程或说明
结果
备注
44CO;+18HQ+64SO;+320;+28N;
p=====
22.4x100
=1.283Kg/卅
2.1.6理论燃烧温度与实际温度
(1)理论燃烧温度1
耳_2+严+严-0,其中,。
可忽略不计
0=41257.6KJ/Kg
/
a=200X[(1.12X11.05X13097)+(0.00124x18.9x1.12x11.05x1.5174)]
=3330(KJ/Kg)
若不估计分解热则
可估计理论燃烧温度为1800°C,此时
Cp=(12.16x2.4226+12.64x1.9055+2.08x1.5559+73x1.4705)/100
=1.64/CJ/CC*m3)
‘=0+0=41257.6+3330=207%
"VnxCp13.08x1.64
在温度为2078°C情况下,若考虑产物分解
假设炉压为2內,则CO/分压约为O.12xlO5P«,fco2=0.173
HQ分压约为).13xl0'Pa,九°=0.057
则
Q(=12600x0.173xl.59+10800x0.057x1.653=4483.5(AV/Kg)
于是f_Q,+Q一©_41257.6+3330-4483.5_]沪op
/VnxCp13.08x1.64
与假设有较大落差,重新估计理论燃烧温度为1900度,炉压不变贝畑=0.072,fHzO=0.027
/
于是=0+Z=41257.6+3330-1924=血化
VnxCz,13.08x1.64
与假设相差不大,故理论燃烧温度取两者平均值1944°C
(1)实际燃烧温度ts=f?
lxfl
根据连据连续加热炉,强度为P=550Kg/h•nr
取%=0.725,所以实际燃烧温度^=0.725x1944^1400^
2.2炉膛尺寸确定
2.2.1炉子的基本尺寸确定
(1)有效炉长
G_33.8x1000~nLP,."1x2.7x550
根据钢坯尺寸取推钢比为200,允许的最人推钢长度为0.18*200=36m,大于炉宽,所以不需要采用双排布料。
(2)炉子内宽
B=nl+(n+l)a,a为每排料坯之间的间隙d=0・2〜03取0.25
3=2.7+0.5=3.2加
(3)炉膛高度和炉型曲线
根据经验可选取各部位炉膛高度
预热段比=比=1.1m,加热段Q=//,=1.6m,均热段亿=l-5m
炉尾抬髙段H5=1.6m,火压高度比=25+(100〜150)
=360+(100〜150)取480mm
2.3三段式炉温制度和供热制度
钢坯入炉时表面温度tmz0=20"C,钢坯入炉时屮心温度%。
=20"C
钢坯预热终了进入加舸时表面温度,助间=700。
C,
钢坯预热终了进入加舸时中心温度,/心后期计算决定,
钢坯加热终了进入均牺时表面温度,助,心=1180°C,
钢坯预加终了进入均舸时中心温度,/”心后期计算决定,钢坯出炉时表面温度,仁3=1180。
。
钢坯入炉时中心温度,/,”护题目给定的允许断面雄决定
烟气出炉温度,取或=750°(7,
烟气从加热段进入预臟时的温度,取^=iio(rc,
烟气从均热段进入加臟时的温度,取^=1400°C,烟气在均热段温度,取庐=仁3+(20〜40)取1210°C,
2.3.2供热制度
三段式制度炉温分为预热段•加热段•和均热段,炉型也分为三段,燃料主要消耗于均热锻和加热段。
有三个供热点,均热段.上加热.卞加热。
各段燃料供入比例为均热:
上加热:
卞加热为30:
40:
60,按其总量的130%计算。
2.4加热时间的确定
2.4.1预热时间计算
(1)炉气平均温度
—1
4=-g+Q)=0.5x(750+1100)=925°C
(2)钢坯表面平均温度
——2?
G+亍(%厂仁。
)=20+-x(700-20)=473P
(3)总合导热系数的计算
A,辐射系数计算
计算项目
计算公式
炉底面和
\f=bl\
炉壁面和
|F;=(3+2H)L
炉膛体积
S-3.6V.
气层有效厚度
Fg
炉气平均温度
_氧化碳PS值
_氧化碳黑度
杳图
水葵气PS宿■
水菱气黑度
—查图二^
Cw
Cc
炉气黑度
£o=氏Q+C/j
钢坯表面黑度
钢坯表面和
角度系数
问严耳冴]
5.760
•
1.37
2.07
1201K
1523K
16.95
25.69
0.13
0.154
17.51
26.47
0.144
1.55
0.97
0.97
1.05
1.05
0.276
0.312
0.8
0.8
卩•叫2.&Z,
0.540.41
设计过程或说明
结
果
备
注
厂厂
[(訝-(制]a辐厂〒—
辭_”曲,由以上表中数据计算炉气.炉壁对金表面的
导来辐射系数
C_5.6766[1+俺(1-6)]
0126+%(1-6)(6+6-)
_5.67x0.35x0.8[1+0.52(1-0.35)]_?
肿屮
035+0.52(1-0.35)(0.35+0.8-035x0.8)'
C一5・67£。
6[1+%(1—6)]
"^0+^120-^o)(^O+e2~£Q£Q)
__5.67x0.35x0.8[U0.52(l-0.35)]_3珊/府f
0.35+0.52(1—0.35)(0.35+0.8—0.35x0.8)'
3.3[(12.01)—(7.46忙]2&4皿冲
辐1201-746
5对流辐射系数计算
©对=5.7x(1+0.55x1.23x1.5)=11.48w/m2-k
所以a=a酉+a对=]28.4+11.48=140w/m2•k
(4)热流密度:
q=必/=140(925—473)=63280w/〃/
(5)料坯导热系数a(假设预热后端面平均4A差0为70。
0
预热段料坯平均温度v=tmsl-=473--x70=426°C
(6)预热时间计算(用第二类边界条件分析计算)
查考资料得到含碳量).45%的普碳钢导热系数i=42.8\v/〃7・°C,导温系数为
1.013xl0-5m2/5,根据计算简化条件不妨假设r>5'-°°9'一-266.54s,
3a3x1.013x10-'
再NXS,由厶式f'始+2%几[s'+"S)3人C
甬r/222.S2“cc“、242.82.0.092
得=[(Ccl_Cv0)x—x—--1x一=[(700_20)xx-—lx
預zzulqs32a632800.0932xl.013xl0-5
s2o092
-3820$〉-s-266.545,所以假设成立,预热时可为环-3820s
3a3x1.013x10-'饮
令x=o,由上式求得的预热结束后料坯中心点温度为
设计过程或说明
结果
备注
qSr2ar1_
Sd=CncO+
2~3]
…632800.097xl.013xl0"5x38201
-20+
—x——[;j=633vC,
2
42.80.0923
预热结束时,料坯断面品差为M-9x$-63280x009-66.5P,
2X242.8
与假设的爼=7(rc相差不大,上述结果可取。
预热结束时断面怙温差
为人均=也
2?
一一x/V=700--x66.5=656°C
33
2.4.2加热时间的计算
(1)加热段平均温度(瞅方均温)
⑺心)4=|
[(几J+SsJ4]=少7『+1453“]=心厂1279K,仏=1006°C
(2)加热段平均温度(几何均值计算)
(人丿4=J(T4岸一厂"心)了J一广呦)+(人心)4
=J(1673"
-1453’)(1373"-9734)+(1279)4
=>j^=1543K,:
=1270°C
(3)综合传热系数
炉气.炉壁对金属表面的导來畐射系数
C_5.67£°6[1+%(1-£。
)]
012”
久(1—勺胰+冬一勺勺)
__5.67x0.35x0.8[l+0.52(l-0.35)]—33计/K4
0.35+0.52(1—0.35)(0.35+0.8—0.35x0.8)"
由此求出辐射给热系数
Qn[(
T“T
&2/1ffts2
100}(100)」_3.3[(15.43)—(12.79)“]一7小,血*
%
Tx2~Tms21543-1279
所以综合传热系数为z=a辐+Q对=374.1+11.48=385.53加加?
弋(4)料坯导热系数a(假设预热后端面平均JA差d为70°C)
22
预热段料坯平均温度、,=-—2=1006-—x70=959.3°C
•33
(5)加热时间计算
查表得到导热系数l=27.2w/zn°C,导温系数为0.53xl0f/s
设计过程或说明
结果
备注
由公式胃:
-,罗)计算得%(<,罗)
G一-均y九、.儿
1270-1180_.
--0.147
1270-656
由于“S=385.53x0.09=]276
227.2
查图得到处-1.7,所以5L7xS[1.7x0.09:
_2598sS2川a0.53x10-5
由公式鱼一也-①”“•(;,°:
)计算得
心一人均5z
—/—、水#CIT%
fmc2-2一4一4均)g”c(s2,)
=1270-(1270-656)•①”“(1.7,1.278)
=1270-614x0.25=1116.5^
所以加热结束时料坯断帀温差为=/V”心-Gg
=1180-1116.5=63.5P和假设的=7(TC很接近上述结果可取。
加热结束时断面平均鍛为
27
切=Uz-jxAZ=1180-亍x63.5=1137.7°C
2.4.3均热段时间计算(第-类边界条件)
(1)均热段钢坯表面平塑度(算术平均温度)
f"“3=+仁3)=1180P
(2)均热结束时断面温差
△厶VSX(100〜300)=0.09x100=0.9°C取7°C
(3)料坯导温系数?
查资料得到L180°C,钢坯导热系姒=29.7w加°C,密度
p=7820Kg/汩,Cp=0.69IK//Kg•。
C,所以
/29.7c■4\c-5r,
a===0.34x10nrIs
Cp・p0.691x7820x1000
(4)均热时间计算(表面越维持不变)
5=0(£),由于5=垄=丄=0.11,所以①(W)=0.17
均热时间:
TjUn=1200S
S-\t263.5S・
查图可得Z=0.&所以环=0.8x°°9-=1200s
S'JJ0.54xl0-5
2.5各段长度的确定
总加热时间%.=3820+2598+1200=126.97mm
T2090
%=126.97niii预〜热段
Ly=11Am
加热段
Lj=7.77加
均热段
厶加=3.59,«
预热段长度Ly=」xL,=——x22.76=11.4/^占全长的50.1%
'%效7618
T。
气9只
加热段长度Lj=-^xL,=^—x22.76=7.77/w,占全长的34.1%
"T&“7618
均热段长度L^=HlxL效=222x22.76=3.59,占全长的15.8%
%.7618
2.6砌体设计
砌体设计的主要内容式:
正确选择耐火材料与绝热材料;正确决定炉墙、炉顶与炉底结构:
确定砌体的系列尺寸;按照炉子的热工要求正确设计燃烧室、排烟道等。
2.6.1、预热段
预热段炉膛内壁温度用经验公式求得:
g=750°C
心=乙+(50~100),°C可以取750°C
材料选择和参数假设如F
N
料材
度
温C)高e最
11/二.h导mA/扌八al
KC
5)驚
耐火层
R
绝热层
00
9
R
保温层
00
6
S
0—tl
Ri
七2R2七3只3七4
①,兄3
耐火层
隔热层
保温层
温度假设:
t]=750°C、
t2=
650°C、
t3=400°C.t4=70°C
_p2(T>/T
无=由上表得知,兄与T为线性关系
T「l\
:
.Z=o+*b(7]+T2)
人=[0.72+0.5xlO-3x-x(750+650)]x1.16
2
=1.241w/m°C
=[0.062+0.177xl0_3xix(650+400)]xl.l6
=O.18Ow/〃7・°C
入=[0.04+0.16x107x*(400+70)]x1.16
=0.09vv//n-°C
a=(7.1+0.052Z4)x1.16=12.46w/m2-°C热阻R=2+冬+冬+l=1.245°c/w
\&a
750-70,
热流q==586.34w/〃厂
1.245
温度验算:
=640°C<900°C丄q=>r3=262°C<600°C
Z2
e
◎—『4=-r~c]n—=66.6°C
・几3
与假设接近,且符合材料适用温度限制。
21=1.241w/m°C
22=0.180w/7?
.°C
兄3=0.09vt7w°C
a=l2A6w/m2・°C
/?
=1.245°C/w
q=586.34vv//i2
262、加热段
加热段炉壁温度:
6[1+(1-6)(1-6)0•[厂_殆
6+久(1-6)6+6(1-6)]°■
式中:
厶、7\、T2——分别为炉气,炉膛内壁.物料表面温度
%6——分别为炉气和物料表面温度
%一一炉壁对物料表面角系数
由前面计算知7;=1543K,0=1279K,将加热段的参数带入上式计算得:
7;=1450K、t]=1177°C°
材料选择和参数假设:
$材
最咼温度(°C)
rph
•滞/m取八al
Kc
團1(r
耐火层
砖O
二1
-
\7质QN
/ H R 绝热层 F R 保温层 E E 物料表 面温度 用平均 温度计 参考书 [31P81 及P96 表4・16 耐火层隔热层 _rA(T)dT 兀=,由上表得知,兄与T为线性关系 TT =0.549vv/wr°C : .2=o+*b(7]+T2) 人=[0.25+0.22xlO-3x|x(U77+850)]xl.l6 =0.549W/W? ・°C =[0.062+0.177xl0-3xlx(850+520)]xl,16 =0.183w/m-°C 23=[0.04+0.16xl0-3xlx(520+70)]xl.l6 =0.101vv/w-°C a=(7.1+0.052)xl.16=12.5w/m2•°C? •+冬+生+丄=2.34°C/w ]177—20 热流q==492・3w/用 234 温度验算: =^-t/=>G=761°C<900oC 人
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