內蒙古科技大學目錄一、燃料燃燒計算11.1燃料成分11.2空氣需要量和燃燒產物量及其成分的計算21.3燃燒產物密度計算31.4理論燃燒溫度的計算3二、鋼坯加熱時間的計算42.1預熱段計算42.2加熱段計算62.3均熱段計算82.4爐體長度的確定102.5加熱時間的確定11三、爐子基本尺寸的確定153.1爐膛寬度的確定153.2爐膛高度的確定15四、熱平衡計算及燃料消耗量的確定174.1熱量收入項174.2熱量支出項19五、設計總結27六、參考資料27一、燃料燃燒計算1.1燃料成分已知的天然氣成分見表1.1表1.1 天然氣成分天然氣種類CH4 CO2COH2N2CmHnO2H2O體積分數（%）7.09.22117.142.60.60.22.31.2空氣需要量和燃燒產物量及其成分的計算理論空氣需要量（1-1）式中，為燃料中各成分的體積分數。空氣過剩系數取n=1.1實際空氣需要量 （1-2）燃燒產物量 （1-3） （1-4）式中， ，為燃料中各成分的體積分數。 （1-5）式中， ，為燃料中各成分的體積分數；為實際空氣需要量，m3/m3；為1 m3干氣體所吸收的水蒸氣的重量，g/m3。 （1-6）式中 燃料中氮氣的體積分數； 實際空氣需要量，m3/m3。 （1-7）式中 空氣過剩系數，取n=1.1； 理論空氣需要量，m3/m3。所以燃燒產物成分 （1-8） （1-9） （1-10） （1-11）1.3燃燒產物密度計算 （1-12）式中， ，為燃燒產物中各成分的體積分數，%。1.4理論燃燒溫度的計算空氣預熱溫度t1 =400時 （1-13）式中 燃料低位發熱量，kj/m3， =18004.18 kj/m3； 空氣的物理熱量，kj/m3；燃燒產物量，m3/m3。燃燒產物中的空氣含量 （1-14）式中 過剩空氣系數，n=1.1； 理論空氣需要量，m3/m3；燃燒產物量，m3/m3。查冶金加熱爐設計與實例圖2-3，得到理論燃燒溫度=1835二、鋼坯加熱時間的計算將環形加熱爐按爐長方向分為三個計算段，每段爐氣溫度取平均值并視作不變，進行分段計算加熱時間和爐長2.1預熱段計算爐膛的內表面積： （2-1）式中 爐膛高度，m，設預熱段高度H=1.3m； 爐膛寬度，m，設爐膛寬度B=6.5m；爐膛長度，m；預熱段長度，m。氣層有效厚度： （2-2）式中 氣體的輻射有效系數，取=0.9； 充滿氣體的容器體積，m3；容器的內壁面積，m2；預熱段長度，m。 （2-3）式中 爐氣中CO2的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。 （2-4）式中 爐氣中H2O的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。當 時 （2-5）所以該溫度時的爐氣黑度為 （2-6）當時 （2-7）所以該溫度時的爐氣黑度為 （2-8） 式中 爐氣中CO2的黑度； 爐氣中H2O的黑度； 和水蒸氣分壓有關的校正系數，=1.06。砌體對鋼坯的角度系數 （2-9）式中 鋼坯的受熱表面積，m2； 爐壁的內表面積，m2。綜合輻射系數 預熱段溫度800 （2-10） 預熱段溫度1280 （2-11）式中 爐氣黑度； 鋼坯黑度；砌體對鋼坯的角度系數。2.2加熱段計算爐膛的內表面積： （2-12）式中 爐膛高度，m，設加熱段高度H=1.5m； 爐膛寬度，m，設爐膛寬度B=6.5m；爐膛長度，m；加熱段長度，m。氣層有效厚度： （2-13）式中 氣體的輻射有效系數，取=0.9； 充滿氣體的容器體積，m3；容器的內壁面積，m2；加熱段長度，m。 （2-14）式中 爐氣中CO2的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。 （2-15）式中 爐氣中H2O的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。當 時 （2-16）所以該溫度時的爐氣黑度為 （2-17）當時 （2-18）所以該溫度時的爐氣黑度為 （2-19） 式中 爐氣中CO2的黑度； 爐氣中H2O的黑度； 和水蒸氣分壓有關的校正系數，=1.06。砌體對鋼坯的角度系數 （2-20）式中 鋼坯的受熱表面積，m2； 爐壁的內表面積，m2。綜合輻射系數 預熱段溫度1280 （2-21） 預熱段溫度1350式中 爐氣黑度； 鋼坯黑度；砌體對鋼坯的角度系數。2.3均熱段計算爐膛的內表面積： （2-22）式中 爐膛高度，m，設均熱段高度H=1.2m； 爐膛寬度，m，設爐膛寬度B=6.5m；爐膛長度，m；均熱段長度，m。氣層有效厚度： （2-23）式中 氣體的輻射有效系數，取=0.9； 充滿氣體的容器體積，m3；容器的內壁面積，m2；均熱段長度，m。 （2-24）式中 爐氣中CO2的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。 （2-25）式中 爐氣中H2O的分壓，Pa； 氣層有效厚度，m。當 時 所以該溫度時的爐氣黑度為 （2-26）當時 （2-27）所以該溫度時的爐氣黑度為 （2-28） 式中 爐氣中CO2的黑度； 爐氣中H2O的黑度； 和水蒸氣分壓有關的校正系數，=1.06。砌體對鋼坯的角度系數 （2-29）式中 鋼坯的受熱表面積，m2； 爐壁的內表面積，m2。綜合輻射系數 均熱段溫度1350 （2-30）均熱段溫度1280 （2-31）式中 爐氣黑度； 鋼坯黑度；砌體對鋼坯的角度系數。預熱段和均熱段交界處取平均值 （2-32）加熱段和均熱段交界處取平均值 （2-33）2.4爐體長度的確定最大生產率 預選爐底強度 加熱面積 （2-34） 又 （2-35） 有 爐長L的確定 （2-36）實際爐長 （2-37）式中 環形爐中徑，m。爐膛有效面積 （2-38）式中 鋼坯長度，m；有效爐長，m。2.5加熱時間的確定要求每小時加熱的鋼坯數為233根每根鋼坯的質量為加熱時間的計算（1） 預熱時間的計算 （2） 加熱時間的計算 （3） 均熱時間的計算所以爐內放置的鋼坯根數為 2331.136=265根在加熱完了時鋼坯的溫差為20，則加熱段終了時鋼坯的平均溫度為： （2-39）在此溫度下鋼坯的熱含量查鋼鐵廠工業爐設計參考資料上冊 第47 頁 得：查相同資料第 48 頁得熱導率：加熱段終了進入鋼坯表面的熱流為： （2-40）加熱段：加熱段終了處了爐氣溫度： （2-41） =1355.6 預熱段終了和加熱段開始處的鋼坯表面溫度先按700計算，然后再進行校核。交界處熱流為： （2-42） =439857.951 鋼坯的溫度差為： （2-43）鋼坯的平均溫度： 此溫度下= 347.8 kj/kg （2-44） 加熱段內鋼坯的熱含量增加值為： （2-45） 加熱段內的平均熱流為： （2-46）鋼坯在加熱段內的時間為： （7-61）加熱段的長度為： （2-47）均熱段：均熱段完了取岀爐時鋼坯的溫差為10，則均熱終了時鋼坯的平均溫度為： （2-48）在此溫度下鋼坯的熱含量，查鋼鐵廠工業設計參考資料上冊 第47 頁 得：熱導率，查鋼鐵廠工業設計參考資料上冊 第48 頁 得：均熱段終了進入鋼坯表面的熱流為： （2-49）均熱段終了處的爐氣溫度： （2-50） 加熱段終了和均熱段開始處鋼坯的表面溫度按1200計算，然后再進行校核。交界處的熱流為： （2-51） =159097.9594 鋼坯內的溫度差為： （2-52）鋼坯的平均溫度為： （2-53）此溫度下= 754.7 kj/kg均熱段內鋼坯的熱含量增加值為： （2-54）均熱段內的平均熱流為： （2-55）鋼坯在均熱段內的時間為： （7-71）均熱段的長度為： （2-56）預熱段：預熱段內鋼坯的熱含量增加值為： （2-57） 預熱段爐長為： （） （2-58）鋼坯在預熱段內的時間為： () （2-59）預熱段內的平均熱流為： （2-60）預熱段開始處即裝料爐門口處的熱流為： （2-61）裝料爐門口處爐氣溫度為： （2-62） =201三、爐子基本尺寸的確定3.1爐膛寬度的確定 （3-1）式中 鋼坯長度，m。設計中實取爐寬為6.5m。3.2爐膛高度的確定（1）預熱段爐膛高度預熱段爐膛的有效高度 （3-2）式中 系數，A=0.55； 爐膛寬度，m；爐氣溫度，。預熱段爐膛的全高 （3-3）式中 爐膛的有效高度，m； 鋼坯的厚度，m。設計中實取預熱段爐膛高度為1.4m。（2）加熱段爐膛高度加熱段爐膛的有效高度 （3-4）式中 系數，A=0.65； 爐膛寬度，m；爐氣溫度，。加熱段爐膛的全高 （3-5）式中 爐膛的有效高度，m； 鋼坯的厚度，m。設計中實取加熱段爐膛高度為1.7m。（3）均熱段爐膛高度均熱段爐膛的有效高度 （3-6）式中 系數，A=0.55； 爐膛寬度，m；爐氣溫度，。 （3-7）式中 爐膛的有效高度，m； 鋼坯的厚度，m。設計中實取均熱段爐膛高度為1.5m。四、熱平衡計算及燃料消耗量的確定4.1熱量收入項（1）燃料燃燒的化學熱量 （4-1）式中 燃料消耗量，m3/h；燃料的低發熱量，kj/m3。（2）燃料帶入的物理熱量 （4-2）式中 燃料消耗量，m3/h；燃氣的平均比熱容，kj/(m3)；燃氣的預熱溫度，。因燃料未進行預熱，故可忽略。（3）空氣預熱帶入的物理熱量 （4-3）式中 燃料消耗量，m3/h；空氣過量系數；理論空氣需要量，m3/ m3；空氣的平均比熱容，kj/(m3)；空氣預熱溫度，。（4）霧化用蒸汽帶入的熱量 （4-4）式中 燃料消耗量，m3/h；理論空氣需要量蒸汽消耗量，kg/ kg；水蒸氣的溫度，；水蒸氣的平均比熱容，kj/(kg)。（5）鋼氧化反應的化學熱量 （4-5）式中 由于鐵的氧化而放出的熱量；爐子小時產量，t/h；鋼坯氧化燒損率，kg/ kg。4.2熱量支出項（1）鋼加熱所需的熱量 （4-6）式中 爐子小時產量，t/h；鋼坯出爐時的熱含量，kj/kg；鋼坯裝爐時的熱含量，kj/kg。（2）出爐煙氣帶走的熱量 （4-7）式中 燃料消耗量，m3/h；燃燒產物量（煙氣量），m3/ m3；煙氣出爐時的溫度，；出爐溫度時，煙氣的平均比熱容，kj/( m3)。（3）燃料化學不完全燃燒損失的熱量 （4-8）式中 燃料消耗量，m3/h；燃燒產物量（煙氣量），m3/ m3；CO，H2的混合發熱值，kj/ m3；煙氣中未完全燃燒成分的百分數。（4）燃料因機械不完全燃燒損失的熱量 （4-9）式中 燃料消耗量，m3/h；燃料因機械不完全燃燒而損失的百分數；燃料的低發熱量，kj/m3。（5）爐體砌筑散熱或蓄熱損失的熱量爐墻、爐頂的散熱損失 （4-10）式中 砌體內壁至空氣的綜合傳熱系數，kj/（m2h）；砌體內表面溫度，；外界空氣溫度，；砌體的散熱面積，m2。爐底的散熱損失（環形加熱爐為實爐底） （4-11）式中 形狀系數，圓形爐底取4； 爐底材料的導熱系數，kj/（mh）； 爐底面積，m2； 爐底的最小寬度，m；砌體內表面溫度，；外界空氣溫度，。爐體砌筑材料組成見表8.3。表8.3 爐體砌筑材料組成爐墻重質澆注料耐火纖維380mm100mm爐頂重質澆注料輕質澆注料耐火纖維板240mm90mm30mm爐底耐磨澆注料輕質粘土磚輕質保溫磚耐火纖維 續表230mm210mm140mm50mm各砌筑材料的導熱系數：重質澆注料的導熱系數輕質澆注料的導熱系數輕質保溫磚的導熱系數輕質粘土磚的導熱系數耐火纖維板、耐火纖維的導熱系數1）爐墻散熱計算設爐膛溫度為t1=1300，環境溫度為t4=20，爐墻外表面溫度為t3，砌筑材料各層的溫度分別為t2，通過的熱流為q，各層的砌筑材料的厚度分別為S1、S2、導熱系數分別為1、2。通過方程組迭代求出未知量計算結果匯總見表8.4表8.4 計算結果匯總表材料厚度SS1S2m0.3800.100導熱系數123.830.51溫度tt1t2t3t413009338220熱流qq781.32）爐頂散熱計算設爐膛溫度為t1=1300，環境溫度為t5=20，爐頂外表面溫度為t4，砌筑材料各層的溫度分別為t2，t3，通過的熱流為q，各層的砌筑材料的厚度分別為S1、S2、S3，導熱系數分別為1、2、3。通過方程組迭代求出未知量計算結果匯總見表8.5表8.5 計算結果匯總表厚度SS1S2S3m0.2400.0900.030導熱系數1233.870.740.081 續表溫度tt1t2t3t4t51300115992611420熱流qq2010.33）爐底散熱計算設爐膛溫度為t1=1300，環境溫度為t6=30，爐頂外表面溫度為t5，砌筑材料各層的溫度分別為t2、t3、t4，通過的熱流為q，各層的砌筑材料的厚度分別為S1、S2、S3、S4，導熱系數分別為1、2、3、4，形狀系數為S=4，爐底最小寬度為B=6.5m。通過方程組迭代求出未知量計算結果匯總見表8.6表8.6 計算結果匯總表厚度SS1S2S3S4m0.2300.2100.1400.050導熱系數12341.1100.5010.7420.081溫度tt1t2t3t4t5t61320115683468810430 續表熱流qQ796.8（6）爐門和窺孔因輻射而散失的熱量 （4-12）式中 爐門和窺孔處的爐溫，K； 爐門或窺孔的面積，m2； 角度修正系數； 一小時內爐門或窺孔的開啟時間，min。爐門散熱窺孔散熱（7）爐門、窺孔、墻縫等因冒氣而損失的熱量在熱平衡計算中，本項熱損失通常包括在第二項出爐煙氣帶走的熱量中，不單獨進行計算。 （4-13）（8）爐子水冷構件吸熱損失的熱量 （4-14）式中 爐子小時產量，t/h；耗水量，t/t； 回水溫度，； 來水溫度，。（9）其他熱損失 （4-15）式中 燃料消耗量，m3/h；燃料的低發熱量，kj/m3；占燃料燃燒熱的1.5%。熱收入=熱支出 （4-16） （4-17） （4-18）熱量總和 （4-19）實際單位熱耗 （4-20）式中 燃料消耗量，m3/h；燃料的低發熱量，kj/m3；爐子小時產量，t/h。為了便于比較和評價爐子工作，通常都將熱量的收支各項及其在總熱量中所占比例列成熱平衡表，見表8.7表4.1 熱平衡表類型項目數值（kj/h）比例（%）熱 收 入 項燃料燃燒的化學熱量7399543082.38燃料帶入的物理熱量00.00空氣預熱帶入的物理熱量1003936211.37鋼氧化反應的化學熱量42322504.8霧化用蒸汽帶入的熱量00.00熱 支 出 項鋼加熱所需的熱量4236848041.5出爐煙氣帶走的熱量3449334833.7燃料化學不完全燃燒損失的熱量1609442415.7燃料因機械不完全燃燒損失的熱量00.00爐體砌筑散熱或蓄熱損失的熱量59384275.4爐門和窺孔因輻射而散失的熱量6570430.60爐門、窺孔、墻縫等因冒氣而損失的熱量00.00爐子水冷構件吸熱損失的熱量20900002.05其他熱損失11099311.09考慮到燃料在燒嘴處留有一定的余量，取強化系數為1.2，則實際需要的燃料量為：五、設計總結