工业炉设计说明书.docx

1、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/h3加热料坯尺寸180x180x2700 mm4钢种普碳 含碳量0.45% 出炉温度H80P6 燃料 重油ry = 100C成分CH0NSA W%85. 112. 10.50.60.20.31.27 空气预热温度tk = 200 C8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

2、择原因：钢坯尺寸为180x180x2700 mm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270

3、0mm单排布置，故炉内宽B=2700+2*a,a = 200mm300mm,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

4、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

5、：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02.1.1燃料类型和成分 重油成分CH0NSAW%85. 112. 10.50.60.20.31.22.1.2燃料低位发热量计算Qd = 339 ACy +1030 Hy-108.9(0 S) 25.12 W= 41257.6AV/Kg2.1.3空气消耗系数的确定液体低压烧嘴：1.10-1.15,取n=

6、1.122.1.4空气需要量与燃烧产物量(1)理论空气需要量Uo = 0.0889 Cy + 0.2667 Hy + 0.0333 (S O ) = 10.8w3 /KgEo = Z?ox(l + 0.00124g：o)= 10.8x(l + 0.00124xl 8.9)=11.05 /Kg(2)实际空气需要量Un = 11x1/0 = 1.12 xl0.8 = 12.096/Kg设计过程或说明结果备注Un = nx Uo = 1.12 x 11.05 x 12.376 /w3 / kg（3）实际燃烧产物量% =比。2+%。+%+%+%其中.乂（入=0.0187xCy = 1.59m3/% =

7、 0.112x H+ 0.0124W + 0.00124g= x Un= 1.653/Kg匕s = 0.0075v = 0.001W / KgV（K = 0.2 l（n-l）Io = 0.272屛 / KgVv, = 0.008Av + 0.79Z?/? = 9.56m5 / KgW = 1.59+1.653+0.0014+0.272+9.56= 13.（W/Kg2.1.5燃烧产物成分及密度（1）燃烧产物成分：V 1 59CO.- 5x100、xlOO-12.16-Vn 13.08HQ - Vhz xlOO- 1,653 xlOO-12.64- Vn 13.08V n 777O； Q xlOO

8、 xlOO -2.08Vn 13.08SO； - X100 - 0 0014 X100 - 0.0107-Vn 13.08N-Vnz XlOO - 9,56 xlOO-73Vn 13.08（2）燃烧产物密度：设计过程或说明结果备注44CO； + 18HQ + 64 SO； + 320； + 28N；p = = = = = 22.4x100= 1.283 Kg/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 = 200 X(1.12 X11.05 X13097) + (0.00124 x 18.9x1.12x11

9、.05x1.5174)= 3330( KJ/Kg)若不估计分解热则可估计理论燃烧温度为1800C,此时Cp =(12.16 x 2.4226 +12.64x1.9055 + 2.08x 1.5559 + 73x1.4705 )/100= 1.64/CJ/CC*m3)=0 + 0= 41257.6 + 3330 =207%Vn xCp 13.08x1.64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 =0.173HQ 分压约为).13xl0Pa,九 = 0.057则Q( = 12600 x0.173xl.59 +10800 x 0.05

10、7 x 1.653 = 4483 .5(AV / Kg)于是f _ Q，+Q 一 _ 41257.6 + 3330-4483.5 _沪op/ VnxCp 13.08x1.64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?lx fl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=0.725x19441400

11、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 = 0203取0.253 = 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+（100150）= 360+（100 150）取480mm

12、2.3三段式炉温制度和供热制度钢坯入炉时表面温度tmz0 = 20C,钢坯入炉时屮心温度。= 20C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=1180C,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=1400C, 烟气在均热段温度，取庐=仁3+(2040)取1210C,2.3.2供热制度

13、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14= - g + Q) = 0.5 x (750+1100) = 925C(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-3.6 V .气层有效厚度Fg炉气平均

14、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CwCc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5.7601.372. 071201K1523K16. 9525.690.130.15417.5126.470.1441. 550. 970. 971.051. 050. 2760. 3120.80.8卩叫 2.&Z,0. 54 0. 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 _ 5.67661 + 俺(1-6)012 6 + % (1 - 6)(6 + 6 - )_ 5.67x

15、0.35x 0.81 + 0.52(1-0.35) _ ? ,肿 屮035 + 0.52(1 - 0.35)(0.35 + 0.8 - 035 x 0.8)C 一 567。61+%(1 6)0 + 12 0 - o)(O + e2 QQ)_ 5.67x0.35x0.8U0.52(l-0.35) _3珊/府 f0.35 + 0.52(1 0.35)(0.35 + 0.8 0.35x0.8)3.3(12.01)(7.46 忙2&4 皿冲辐 1201-7465对流辐射系数计算对=5.7 x (1+0.55 x 1.23x 1.5) = 11.48w /m2-k所以 a = a酉 + a对=28.4+

16、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 = 426C(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 = 42.8v/7C,导温系数为1.013xl0-5m2/5,根据计算简化条件不妨假设r5 - 9 一-266.54s,3a 3x1.013x10-再NX S,由厶式f 始+ 2 %几s + S) 3人C甬 r/ 2 2 2. S2 “cc “、 2 42.8

17、 2. 0.092得= (Ccl _Cv0)x x - -1 x 一 = (700_20)x x -lx 預 zzul q s 3 2a 63280 0.09 3 2xl.013xl0-5s2 o 092- 3820$ - s - 266.545,所以假设成立，预热时可为环- 3820s3a 3x1.013x10- 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q Sr2ar 1_Sd = CncO +2 3 63280 0.09 7xl.013xl05 x3820 1-20 +x ； j = 633vC,242.8 0.092 3预热结束时，料坯断面品差为M - 9

18、 x $ - 63280 x 0 09 - 66.5P,2 X 2 42.8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 = 656C3 32.4.2加热时间的计算（1）加热段平均温度（瞅方均温）心）4 = |(几 J+ SsJ4=少7+ 1453“=心厂 1279K,仏=1006C（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,： = 1270C（3）综合传热系数炉气.炉壁对金属表

19、面的导來畐射系数C _ 5.6761 + %（1 - 。）012 ”久（1 勺胰+冬一勺勺）_ 5.67x0.35x0.8l+0.52(l-0.35) 33计/ K40.35 + 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 / 1 ffts2100(100)_3.3(15.43)(12.79)“一7小,血*%Tx2Tms2 1543 -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70C）2 2预热段料坯平均温度、,=- 2

20、 = 1006- x70 = 959.3C 3 3（5）加热时间计算查表得到导热系数l = 27.2w/znC,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 _ .- -0.1471270-656由于 “S = 385.53x0.09 = 2762 27.2查图得到处-1.7,所以5 L7xS 1.7x0.09： _2598s S2 川 a 0.53x10-5由公式鱼一也-”“（；,：）计算得心一人均 5 z/ 、水 #CIT %fmc2 -2 一 4 一 4均）g”c（s2，）=1270-（1270-656

21、） ”“ （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2 7切=Uz-jxAZ =1180-亍 x63.5 = 1137.7C2.4.3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）= 1 180P（2） 均热结束时断面温差厶 V S X （100 300） = 0.09x100 = 0.9C取7C（3） 料坯导温系数？查资料得到L180C,钢坯导热系姒= 29.7w

22、加C,密度p = 7820Kg / 汩，Cp = 0.69 IK/ / Kg 。C,所以/ 29.7 c 4 c-5 r ,a = = = 0.34x10 nr IsCp p 0.691x7820x1000（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（W）= 0.17均热时间：TjUn = 1200 SS- t2 63.5 S查图可得Z = 0.&所以环=0.8x 9- = 1200sS JJ 0.54xl0-52.5各段长度的确定总加热时间 . =3820+2598+1200 = 126.97mmT 2090% = 126.97 niii 预热段Ly =

23、11 Am加热段Lj = 7.77 加均热段厶加=3.59,预热段长度Ly=xL,=x 22.76 = 11.4/占全长的50.1% 效 7618T 。气9只加热段长度Lj = -xL, = x 22.76 =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%. 76182.6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+（5010

24、0） , C可以取750C材料选择和参数假设如FN料 材度温C) 高e 最11/ 二.h 导m A / 扌八alKC5 ) 驚耐火层R绝热层009R保温层006S0 tlRi七2 R 2七3只3七4，兄3耐火层隔热层保温层温度假设：t=750C、t2 =650 C、t3 =400C. t4 = 70C_ p 2(T/T无= 由上表得知，兄与T为线性关系Tl:.Z = o + *b(7 +T2)人=0.72 + 0.5xlO-3 x-x(750+650)x 1.162= 1.241w/mC=0.062 + 0.177xl0_3xix(650 + 400)xl.l6= O.18Ow/7C入=0.0

25、4 +0.16x107 x* (400+70)x 1.16= 0.09vv/n-Ca = (7.1 + 0.052Z4)x 1.16 = 12.46w/m2 - C 热阻 R = 2 +冬 + 冬 + l = 1.245c/w & a750-70 ,热流 q = = 586.34w/厂1.245温度验算：= 640C r3 = 262C 600CZ2e4 = -rc n = 66.6C 几3与假设接近，且符合材料适用温度限制。21 = 1.241 w/ mC22 =0.180w/7?.C兄3 = 0.09vt7w Ca = l2A6w/m2 C/? = 1.245C/wq = 586.34vv

26、/i2262、加热段加热段炉壁温度:61 + (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； = 1450 K、t=1177C材料选择和参数假设：$ 材最咼 温度 (C)rph 滞/m 取八alKc團1 (r耐火层砖O二 1-7 质QN/xHR绝热层FR保温层EE物料表面温度用平均温度计参考书31P81及 P96表416耐火层 隔热层_ rA(T)dT兀= ，由上表得知，兄与T为线性关系TT=0.549 vv/wr C:.2 = o + *b(7 +T2)人=0.25 +0.22xlO-3 x|x(U77+ 850)xl.l6=0.549W/W?C=0.062 + 0.177xl0-3xlx(850+520)xl,16= 0.183w/m-C23 =0.04 + 0.16xl0-3xlx(520+70)xl.l6= 0.101vv/w-Ca = (7.1 + 0.052)xl. 16 = 12.5w/m2 C ? + 冬 + 生 + 丄=2.34C / w177 20热流q = = 4923w/用234温度验算：=-t/=G =761C900oC人