蓄熱式步進加熱爐設計本科畢業設計-資料下載頁

【導讀】初步設計對加熱爐的選型結構做出來初步的選擇；技術參數、結構形式加熱爐重要輔助設備進行選擇。量及產品質量，同時減少了對環境的污染，達到了節能減排的目標。在國內會擁有廣闊的發展前景。

　　

【正文】 = % 河北 聯合 大學 輕工學院 畢業設計 23 濕2CO = K ? 干2CO = ? % =% 濕2H = K ? 干2H = ?% = % 濕4CH4 = K ? 干4CH = ?% = % 濕2N = K ? 干2N = ?% = % 表 2 濕成分 成分 CO CO2 H2 N2 CH4 H2O 合計 高爐煤氣 100 低位發熱值： (根據門捷列夫公式 ) 4242 HCCHHCOQ ????低 ......................(3) 31 2 6 . 1 5 2 4 . 4 3 1 0 7 . 2 6 3 . 2 2 3 5 6 . 5 1 0 . 5 93 6 3 7 /k J N m? ? ? ? ? ?? 燃料所需空氣量計算 1) 空氣消耗系數 據資料，選取 ?n 2) 理論空氣量 20℃ 時，查得空氣的含濕量 3/2 Nmgg OH ?干 21 420濕濕濕 CHCOHL ??? = 33/Nm Nm ........................(4) 3) 實際空氣量 330 1. 2 0. 71 4 0. 85 7 /nL nL Nm Nm? ? ? ?................................(5) nL濕 =nOH Lg ?? 干）( ....................................(6) nL濕 = (1+) 河北 聯合 大學 輕工學院 畢業設計 24 = NmNm/3 單位燃燒產物的計算 1) 各成分體積計算 2222 ONOHCOn VVVVV ?????? ..?? ..?? ..?? ..(7) 2 39。 39。 39。24COV CO CO CH? ? ? 1( 2 4 . 4 3 1 3 . 9 7 0 . 5 9 ) 100? ? ? ? = 3 m? 2339。39。 324( 2 ) 1 % 0 . 0 4 4HO mV H H C m? ? ? ? 2339。 32( 7 9 ) 1 % 1 . 2 3 2Nn mV N L m?? ? ? ? 23 302 1 ( 1 ) 1 % 2 1 0 . 2 0 . 7 1 4 1 % 0 . 0 3O mV n L m? ? ? ? ? ? ? ?.?? ..? （ 8） 總的煙氣體積為 2 2 2 23 31 . 6 9 6n C O H O N O mV V V V V m? ? ? ? ?.?? ..?? ..（ 9） 2) 各成分的百分比 239。2 0 .3 9 23%1 .6 9 6COnVCO V? ? ? 239。2 0 .0 4 4 2 .6 %1 .6 9 6HOnVHO V? ? ? 239。2 1 .2 3 2 7 2 .6 4 2 %1 .6 9 6NnVN V? ? ? 239。2 0 .0 3 1 .7 6 9 %1 .6 9 6OnVO V? ? ? 3) 燃燒產物的密度 39。 39。 39。 39。2 2 2 24 4 1 8 2 8 3 22 2 .4C O H O N O? ? ? ?? ?????? (10) 河北 聯合 大學 輕工學院 畢業設計 25 ? ? kg m? 理論燃燒溫度的計算 1) 336 37 /Q kJ Nm?低 2) 1000℃ 時， ? ?31 .4 2 1 /C kJ Nm??空， 31218 /n k kQ L C t K J N m??空 3) 1000℃ 時， ? ?℃NmkJC ?? 3/ 3/1 5 9 71 0 0 05 9 NmkJtCQ rr ????燃 已知產物中的 CO2 和 H2O 的分壓分別為 (設爐內壓力接近于105Pa)10 5Pa≈10 5Pa 和 10 5Pa 由手冊查得，在 2021℃ 下，它們的分解度分別為 ?2COf， ?OHf2。 則分解熱分別為： 2 431 2 6 0 0 2 3 1 .6 9 6 9 .7 0 6 1 0 4 7 6 .7 6 /COQ k J Nm?? ? ? ? ? ?分 2 32 5 .4 8 /HOQ kJ Nm?分 34 7 6 .7 6 2 5 .4 8 5 0 2 .2 4 /fQ k J Nm? ? ? 3 6 3 7 1 2 1 8 1 5 9 7 5 0 2 . 2 4 20521 . 7 1 4 1 . 6 9 6Lt ? ? ????℃ ????? ..(11) 誤差為 %，小于 5%，故假設合理。 若爐溫系數取 ?L? ，則 205 2 153 9s L Ltt?? ? ? ?℃ 通過燃燒計算可見，空、煤氣在雙預熱到 1000℃ 的條件下燃燒，完全可以滿足加熱工藝的要求。 爐膛熱交換計算 爐膛熱交換計算的主要目的是確定爐氣經爐壁到爐料的總導來輻射系數 C 值，為金屬加熱計算提供必要的數據。 火焰爐爐膛熱交換是一個相當復雜的過程，工程上應用的計算式都是根據實際工況進行簡化假設后的理想情況下得出的公式。這些假設條件是： 爐氣充滿爐膛，且在整個爐膛內部的溫度是均勻的，爐氣對于爐壁和爐料的輻射線和反射線在任何方向上的吸收率相等；爐壁和爐料表面的溫度都是均勻的； 在爐膛輻射熱交換中爐壁河北 聯合 大學 輕工學院 畢業設計 26 只是輻射傳熱的中間體，既不獲得熱量也不失去熱量； 爐膛看作是一個封閉體系。 爐膛內爐料的加熱是以輻射傳熱為主，還是以對流傳熱為主主要取決于爐氣溫度和流動速度，加熱爐用于加熱爐料的爐溫一般高于800℃ ，且爐氣通常為自然流動，所以爐膛熱交換以輻射傳熱為主。 爐 膛尺寸的確定 1) 爐膛寬度的確定 排數排料 180000 0 .9 36 5 0 9 0 .1 5 2 2 0Gn P l E?? ? ?? ? ? ? ? ???? ?? ?? (12) n=1 取值 a =，則爐膛寬度 mmB 9 4 0 02 0 029 0 0 010 ????? 2) 爐膛高度 蓄熱式加熱爐中，各段傳熱方式都以輻射傳熱為主，為了簡化加熱爐砌筑工藝，在爐溫水平較高的情況下盡量提高爐襯使用壽命，各段爐頂高度采用相同值，根據經驗選取 ?上 ?下 由于上下取值相差不大，可按上部取值進行計算。 3) 設爐膛各段長度為 預L ， 加L ，和 均L 。 4) 為了安裝制作方便，爐頂結構采用平頂結構。 5) 出料方式：采用側出料，減少爐頭吸冷風。 金屬出爐參數的確定 斷面溫差的允許范圍透熱深度 S=100～ 300℃/m 對于低碳鋼取較大值：斷面溫差為 ???? t ℃ 算各段爐氣平均有 效射線行程 1) 計算各段爐壁面積 據公式 iii LBHF )2( ?? ???? ??????????? .(13) 得 F?預 (2+ ) L預 = F?加 (2+) L加 = L加 河北 聯合 大學 輕工學院 畢業設計 27 ?均F (2+) 均L = 均L 2) 計算各段爐膛體積 據公式 iii BLHV ? ?? ??? ..???????????? ..(14) 00 14. 1V H B L L L? ? ? ?預 預 預 預上 1. 5 9. 40 0 14 .1V H B L L L? ? ? ?加 上 加 加 加 1. 5 9. 40 0 14 .1V H B L L L? ? ? ?均 上 均 均 均 3) 各段氣體平均有效射線行程 據公式 ????????? iii FVS ????????????????(15) 得： 4 1 4 .10 .9 41 2 .4 LS L???? ? ?????預預 預 4 1 4 .10 .9 41 2 .4 0 0 LS L???? ? ?????加加 加 4 1 4 .10 .9 41 2 .4 0 0 LS L???? ? ?????均均 均 4) 計算爐氣中 CO2和 H2O 分壓 由燃燒計算知燃燒產物中的 CO2和H2O 分壓分別為 10 5Pa ,10 5Pa 預定各段爐氣溫度 設均熱段爐氣溫度比金屬加熱終了時其表面溫度高 50℃ 即?均qt 1230℃ 設二加熱段爐氣溫度比金屬加熱終了時其表面溫度高 140℃ 即qt ?加 1320℃ 為了控制加熱一段爐溫不至過大，加熱一段爐溫取為 1100 即qt ?預 1100℃ 河北 聯合 大學 輕工學院 畢業設計 28 計算各段爐氣黑度 二氧化碳的黑度： ? ? ? ? 22 ????? gCOCO TSP? 水蒸氣的黑度： ? ? 100/22 ????? gOHOH TSP? 據公式 OHCOq 22 ??? ?? ??? ??? ..??????????? .(16) 得 ? ? ? ?? ?1 / 3 1 3 4 12 30 27 3 / 10 0 264 12 30 27 3 / 10 0 38q???? ? ? ? ? ? ?? ? ?均 ? ? ? ?? ?1 / 3 1 3 4 13 20 27 3 / 10 0 264 13 20 27 3 / 10 0 25? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ?加 ? ? ? ?? ?1 / 3 1 3 4 11 00 27 3 / 10 0 264 11 00 27 3 / 10 0 55? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ?預 各段爐頂和爐墻對金屬的輻射角度系數 1) 相鄰鋼坯中心距 c 取 1 鋼坯表面黑度為 ?? 2) 輻射角度系數 據公式 ? ? mm bnLBHc bnL 22 212 ????? ???????????? .(17) 得：均熱段 ? ?12 2 0 .8 1 9 0 .5 41 2 1 .5 9 .4 2 0 .8 1 9? ? ? ???? ? ? ? ? ? ?，加熱段 12 ? ? ，預熱段 12 ? ? 。 計算各段爐氣的平均綜合輻射系數 對于步進式加熱爐，可據公式 )1( gkm ??? ?? ??? q mqgk mC 24kJ/ ( )mK????????? ..(18) 得： 均熱段 ? ?2 0 .4 3 0 .2 3 8 0 .8 5 .80 .2 3 8 0 .5 4 0 .8 1 0 .2 3 8g kmC ????? ? ?均 24kJ/ ( )mK? 河北 聯合 大學 輕工學院 畢業設計 29 加熱段 ? ?2 0 . 4 3 0 . 2 2 5 0 . 8 6 . 5 70 . 2 2 5 0 . 5 4 0 . 8 1 0 . 2 2 5g k mC ????? ? ?加 24kJ/ ( )mK? 預熱段 ? ?2 0 . 4 3 0 . 2 5 5 0 . 8 6 . 1 30 . 2 5 5 0 . 5 4 0 . 8 1 0 . 2 5 5g k mC ????? ? ?預 24kJ/ ( )mK? 均熱段與加熱段界面處 2/)( 加均均加 g k mg k mg k m CCC ?? ( ) / 2 ? ? ? )/(kj 42 Km ? 加熱段與預熱段界面處 2/)( 預加加預 g k mg k mg k m CCC ?? ( ) / 2 ? ? ? )/(kj 42 Km ? 金屬加熱計算 金屬加熱計算是確定火焰爐熱工計算的核心，其主要目的是確定金屬在爐內的加熱時間。這個時間是指金屬從入爐開始加熱到工藝要求的溫度出爐時所經過的總時間。金屬加熱時間受鋼種、尺寸、形狀以及其在爐內的擺放，爐型結構，燃料種類以及溫度制度等一系列因素的影響。 溫度制度的確定及邊界條件 1) 溫度制度的確定 本設計中加熱鋼坯的材質為 40 號鋼，斷面尺寸為 mm800150? ，由于金屬在低溫下具有較高塑性，導熱系數較大，金屬在彈性壓力內溫度應力不會太大，因此，從提高加熱爐單位生產率的角度上來講，應將金屬在爐內的升溫分成兩段： 第一段，金屬表面以盡可能快的速度加熱到鋼坯出爐溫度水平。 第二段，金屬表面 溫度不變將金屬斷面溫差縮小到允許的范圍內，但為了縮小金屬均熱時間，本設計將金屬加熱分為三個階段 預熱段：較慢的加熱速度將金屬表面由 20℃ 加熱至 900℃ ，盡可能縮小金屬 河北 聯合 大學 輕工學院 畢業設計 30 進入加熱段的斷