120th全高爐煤氣蓄熱式推鋼加熱爐的設(shè)計畢業(yè)論文-預(yù)覽頁

　

【正文】 ，而設(shè)備維護費用也較高，因此，要引起我們這方面的工程技術(shù)人員的注意，必須在這方面加快步伐，必須加快加熱爐溫度控制設(shè)備的國產(chǎn)化步伐，這也是我國要成為世界鋼鐵工業(yè)強國應(yīng)具備的基本條件。鋼坯出爐溫度設(shè)定值根據(jù)軋制工段操作工經(jīng)驗的要求確定，而不是根據(jù)鋼坯的具體軋制狀況由計算機控制系統(tǒng)自動確定，這樣做的結(jié)果不是加熱能耗過高就是軋制負(fù)荷過大，軋制設(shè)備使用壽命降低，因此，開發(fā)將鋼坯的溫度控制與鋼坯軋制負(fù)荷控制結(jié)合起來的集成控制系統(tǒng)已成為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)基礎(chǔ)自動化和加熱爐綜合集成控制技術(shù)的當(dāng)務(wù)之急，國內(nèi)類似的研究較少。高溫空氣燃燒技術(shù)(HTAC)是20世紀(jì)90年代以來發(fā)達國家開始普遍推廣應(yīng)用的一種全新型燃燒技術(shù)，它具有高效煙氣回收、高溫預(yù)熱空氣及低NO排放的多重優(yōu)越性。工作溫度不高的換向以一定的頻率進行切換，使兩個蓄熱式燃燒器處于蓄熱與放熱交替的工作狀態(tài)，從而達到節(jié)能和降低NO排放量等目的，常用的切換周期為30~200s.HTAC技術(shù)原理圖 目前，HTAC技術(shù)可廣泛應(yīng)用于冶金、石化、機械、建材和鍋爐等行業(yè)的熱工設(shè)備上。④爐內(nèi)平均溫度增加，加強了爐內(nèi)的傳熱，導(dǎo)致相同尺寸的熱工設(shè)備，其產(chǎn)量可以提高20%以上，大大降低了設(shè)備的造價。2001年1月，在邯鄲鋼鐵公司中板廠投產(chǎn)了中國第一座蓄熱式燒嘴加熱爐，,加熱坯料的最大規(guī)格為2500mm1200mm220mm，加熱能力為80t/h，加熱鋼溫度為1150mm~1250℃,空氣預(yù)熱溫度達1100℃，燃燒為高爐焦?fàn)t混合煤氣，熱值為6688kj/Nm,節(jié)能達40%以上。我國數(shù)以萬計的工業(yè)加熱爐和其他各類工業(yè)爐窯，采用HTAC技術(shù)后，平均節(jié)能率可達30%。并使低熱值煤氣的工業(yè)化應(yīng)用成為現(xiàn)實。（2）蓄熱式燃燒技術(shù) 實際應(yīng)用中的幾個問題1） 蓄熱體設(shè)計 蓄熱體是蓄熱式燃燒技術(shù)最關(guān)鍵的部件，直接影響蓄熱室的大小、熱效率和經(jīng)濟效益的高低。① 球狀蓄熱體（簡稱蓄熱球）蓄熱球是目前過內(nèi)應(yīng)用最廣泛的蓄熱體。此外，隨著蓄熱球球徑的減少或高度的增加，蓄熱體的阻力損失增大。但由于其容重較小（求的1/10），導(dǎo)致單位體積的蓄熱量較小，換向時間較短（40~70s），大大增加了換向閥的動作頻率。應(yīng)用設(shè)計時可適當(dāng)增加壁厚和孔距來提高容重和耐久性。值得一提的是，此問題目前尚未音義足夠的重視。實踐中很多爐子采用了單獨設(shè)置一些常規(guī)燒嘴的辦法，一方面增加了管道復(fù)雜程度，另一方面由于數(shù)量有限，爐膛升溫速度較慢。如果四通換向閥布置在爐子一側(cè)，還存在兩側(cè)燒嘴（或噴口）管網(wǎng)阻力不對稱的問題。（3） 結(jié)論在蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用中：1）蓄熱球是較成熟的蓄熱體，但其比表面積較小；蜂窩體需重點提高耐久性。2） 無論各種大型工業(yè)爐、各種中型工業(yè)爐和各種小型工業(yè)爐均可應(yīng)用，而以小型工業(yè)爐最能發(fā)揮其優(yōu)越性3）無論各種類型的加熱爐：推鋼式爐、步進式爐、多室式快速爐均可應(yīng)用，而以多室式快速爐最能發(fā)揮起優(yōu)越性。爐子的生產(chǎn)率提高20%~30%。2)節(jié)能顯著：比冷空氣節(jié)能60%~65%，比換熱器預(yù)熱助燃空氣節(jié)能30%以上，空燃雙氣皆高溫預(yù)熱，其節(jié)能更為顯著。5)排煙溫度低，維護費用低，因蓄熱式工業(yè)爐的排煙溫度接近露點，＜150℃。如軋鋼加熱爐、均熱爐、加熱爐、鋼包烘烤裝置，熔鋁爐、銅反射爐、玻璃熔化爐、罩式熱處理爐、環(huán)形加熱爐、輻射管氣體滲碳爐、鍛造爐、梭式爐等等。這將對我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略起到重要的作用。總之采用煤的氣化方法來是實現(xiàn)固體燃料在HTAC上的應(yīng)用，這項技術(shù)的實現(xiàn)將對節(jié)能環(huán)保產(chǎn)生難以估量的影響。在歐、美、日熱處理行業(yè)用天然氣能源占1/4以上。此外對提高熱處理的產(chǎn)品質(zhì)量很有好處，因天然氣本身就是一種還原性保護氣氛。“十五”開發(fā)兩項西氣東輸工程，預(yù)計“十五”末天然氣產(chǎn)量超過500億m/年，為發(fā)展天然氣能源，發(fā)展HTAC改善能源結(jié)構(gòu)，改善環(huán)境保護，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益，保證我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。3） 總結(jié)經(jīng)驗，加速推廣應(yīng)用 近年來，HTAC在我國一直受到政府的重視和支持。科技界與工業(yè)界應(yīng)很好地總結(jié)交流，政府應(yīng)從財力上和政策上給予進一步的支持，使HTAC得以迅速推廣應(yīng)用，使我國的工業(yè)能耗指標(biāo)在最短的時間內(nèi)趕上世界先進水平。 爐膛熱交換計算爐膛熱交換計算的目的是確定爐氣經(jīng)過爐墻的總的導(dǎo)來輻射系數(shù)，對于雙面加熱的連續(xù)加熱爐，可只計算上部爐膛的導(dǎo)來輻射系數(shù)，下部爐膛按上部爐膛相同處理。 S=。 ___料坯最小厚度，m. 當(dāng)=，算得ａ=5000=1936mm,q取1400mm,縱水管外側(cè)端頭尺寸L=(600014004)/2=“掉道”的要求，一般 L=150~a/2mm,即L=150~700mm,本設(shè)計中L=400mm,合乎要求。單根縱水管受力：P及彎矩計算：P==4103Kg。12120mm的碳素?zé)o縫鋼管，查得其截面系數(shù)為W=： J==≈840cm。 2）橫水管根數(shù)的確定以及其布置 ①L/2320+1 ② 布置：在本爐中，由于爐膛內(nèi)寬較寬，故采用帶支柱的橫水管， 橫水管受力圖③橫水管的強度計算： 橫水管的兩端被爐子鋼結(jié)構(gòu)支撐，故兩端屬于固定梁結(jié)構(gòu)，對于橫水管中的支柱結(jié)構(gòu)和橫水管所構(gòu)成的力系，為簡便起見，將支柱看作固定點，將整個橫水管和支柱構(gòu)成的系統(tǒng)看作是固定點縮短了的幾段固定梁支撐結(jié)構(gòu)。所以，此時對應(yīng)的截面系數(shù)為、： W===90cm。 對25段進行分析，其受力圖如下圖 由橫水管布置圖可知：a=438mm, b=700mm,最大彎矩在4處，其方程為： M。10820mm，其W=105cm。10820mm的碳素?zé)o縫鋼管。預(yù)熱段和加熱段采用熱流等于常數(shù)的邊界條件求解，均熱段計算方法有兩種：一種是根據(jù)經(jīng)驗直接確定均熱段實底段長度，另一種方法是選定均熱度求均熱時間，后一種方法多用于均熱床架空的時候。由于， 故，==在加熱段末端鋼坯的平均溫度為1133℃，查表得=(Kg.℃) (3) 預(yù)熱段末端處鋼的表面熱流密度 q=其中，——加熱段導(dǎo)來輻射系數(shù)，= ——加熱段爐氣溫度，=1350℃ ——加熱段始端鋼坯加熱溫度， =℃ ——透熱深度，S=查《火焰爐設(shè)計參考資料》表31得，t=690℃時，KJ/(.℃) q=首先令，則 =593879則=，回代得 =538464 則= 回代 =544492此時= =543994由于誤差已經(jīng)很小，不必再重新計算所以取 爐尾處金屬表面熱流 已知 t=1150℃,t=20℃ ==358956KJ/(4) 各段金屬加熱時間1）預(yù)熱段 平均熱流 查《火焰爐設(shè)計計算參考資料》表35得，20℃時，預(yù)熱段金屬加熱時間 ，其中k—金屬的形狀系數(shù)，對于平板k=1 則==2)加熱段 平均熱流 金屬在加熱段的熱焓增量 則3）均熱段 金屬在均熱段加熱時間 總加熱時間 ： 爐子主要尺寸確定（1）有效長度 其中，P—爐子生產(chǎn)率，P=120t/h —加熱時間， b—料坯寬度，b=150mm n—爐內(nèi)料坯擺放排數(shù)，n=1 g—料坯平均單重 由于均熱段加1m長實底床，故爐子的實際有效長度是（2）預(yù)熱段長度 （3）加熱段長度 （4）均熱段長度 (5) 爐體示意圖 爐體示意圖（6）爐子總長 因為本設(shè)計爐型采用的是均熱段全架空結(jié)構(gòu)，留1m長的一段實底，便于設(shè)計出鋼平臺，并能縮小料坯的斷面溫差，消除水管黑印 出料爐門中心線到均熱段處端墻的距離A,根據(jù)經(jīng)驗取A=1600mm 則 注：若爐體采用砌磚結(jié)構(gòu)，為了施工方便，上述尺寸必須滿足磚尺寸的倍數(shù)關(guān)系，為此可適當(dāng)調(diào)整。 爐子操作參數(shù) （1）有效爐底面積： （2）鋼壓爐底面積： （3）爐底利用系數(shù)： （4）有效爐底強度： （5）鋼壓爐底強度： 爐膛熱平衡與燃料消耗計算 基準(zhǔn)溫度為車間內(nèi)環(huán)境平均溫度，設(shè)t=20℃ 預(yù)熱段 （1）爐膛的熱收入Q 1)燃料燃燒化學(xué)熱 = 2）預(yù)熱段空氣帶入的物理熱其中查表知： t=1000℃,C, t=20℃, =10203)預(yù)熱煤氣帶入的物理熱查表知，t=1000℃, t20℃, =15694)金屬氧化放熱（預(yù)熱段） 由于金屬在爐膛中氧化放熱主要在預(yù)熱段和加熱段，均熱段可忽略不計，根據(jù)經(jīng)驗a—鋼在爐中的氧化燒損率，Kg/Kg 取a= 5)加熱段向預(yù)熱段輻射的能量 （2）預(yù)熱段爐膛熱支出 1）加熱金屬帶出的物理熱 KJ/h 2)出爐膛煙氣帶出的物理熱損失 由經(jīng)驗知，蓄熱式加熱爐出爐煙氣溫度一般比爐氣溫度低50℃故 ℃50℃=1100℃ 查表，℃，=℃,t=20℃時，C=℃ = =32133)爐體的散熱損失 =598417KJ/h4)冷卻水帶走的物理熱 5）溢氣損失忽略不計6）其他損失 所以 = =5880 = =5880=所以 預(yù)熱段爐膛熱平衡 熱量收入 熱量支出項目名稱熱量項目名稱熱量燃料燃燒 金屬加熱 預(yù)熱空氣物理熱 出爐煙氣 預(yù)熱煤氣物理熱 冷卻水帶走 加熱段向預(yù)熱段輻射物理熱 爐體散熱 氧化放熱 其他損失 合計 同理計算可得： ,加熱段爐膛熱平衡見下表 加熱段爐膛熱平衡 熱量收入 熱量支出項目名稱熱量項目名稱熱量燃料燃燒 金屬加熱 預(yù)熱空氣物理熱 出爐煙氣 預(yù)熱煤氣物理熱 冷卻水帶走 加熱段向預(yù)熱段輻射物理熱 爐體散熱 氧化放熱 其他損失 合計 均熱段 同理計算可得： ， 均熱段爐膛熱平衡 熱量收入 熱量支出項目名稱熱量項目名稱熱量燃料燃燒 金屬加熱 預(yù)熱空氣物理熱 出爐煙氣 預(yù)熱煤氣物理熱 冷卻水帶走 爐體散熱 其他損失 合計 故： 爐膛熱平衡 爐膛熱平衡 熱量收入 熱量支出項目名稱熱量 %項目名稱熱量%燃料燃燒 金屬加熱 空氣物理熱 出爐煙氣 煤氣物理熱 冷卻水帶走 輻射物理熱 爐體散熱 氧化放熱 其他損失 合計 100 100（1）經(jīng)濟指標(biāo) 1）單位燃耗： 2）單位熱耗： 3）爐膛熱效率： 4）爐子熱效率： 5）理論空氣量： 6）理論煙氣量： 供熱系統(tǒng) 蓄熱式加熱爐燃燒系統(tǒng)由蓄熱式燒嘴、端燒嘴、空氣——煙氣兩位三通換向閥、煤氣——煙氣兩位三通換向閥、空氣管道系統(tǒng)、煤氣管道系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)等組成。本爐采用分散換向控制，該換向系統(tǒng)以氮氣驅(qū)動，工作可靠，壽命長，系統(tǒng)帶有完善的電子程序控制功能。 全爐共62對蓄熱式燒嘴，每側(cè)有31對蓄熱式燒嘴。結(jié) 論 本次設(shè)計蓄熱式推鋼加熱爐的目的主要是充分利用高溫空氣蓄熱燃燒技術(shù)使高爐煤氣理論燃燒溫度達到加熱爐的工藝要求，使得高爐煤氣得到充分的利用。蓄熱式加熱爐采用蓄熱式燒嘴，成對安裝于爐墻兩側(cè)，利用換向系統(tǒng)來改變兩側(cè)成對燒嘴的工作情況，一個燒嘴燃燒工作，則另一個蓄熱排煙，爐子每段都安裝蓄熱燒嘴。普通的加熱爐的爐內(nèi)煙氣由均熱段向預(yù)熱段流動，向煙道排入