熱軋板廠180th蓄熱式步進加熱爐設計畢業(yè)設計

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1、 河北聯(lián)合大學輕工學院 COLLEGE OF LIGHT INDUSTRY, HEBEI UNITED UNIVERSITY 畢業(yè)設計說明書 設計題目：熱軋板廠180t/h蓄熱式步進加熱爐設計 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級：熱能與動力工程 指導教師： 201年月日 摘 要 本設計題目是包鋼熱軋板廠180t/h蓄熱式連續(xù)加熱爐，在借鑒已有相關文獻的基礎上，對加熱爐進行了設計和計算，主要包括初步設計和技術設計。初步設計對加熱爐的選型結構做出來初步的選擇；技術設計對加熱爐設計進行全面的熱力

2、計算并確定了加熱爐的主要技術參數(shù)、結構形式加熱爐重要輔助設備進行選擇。通過本次畢業(yè)設計，改善蓄熱式燃燒技術，節(jié)約了燃料，提高爐子熱效率，提高了產量及產品質量，同時減少了對環(huán)境的污染，達到了節(jié)能減排的目標。 由于本設計采用了先進的蓄熱式高溫空氣燃燒技術，該技術擁有多方面的優(yōu)勢，尤其在節(jié)能降耗和環(huán)保方面取得了很大的成效，相信在國內會擁有廣闊的發(fā)展前景。 關鍵詞: 加熱爐；高爐煤氣；蓄熱式燃燒；高效節(jié)能 ABSTRACT In this paper, Baogang Hot MILL 180 t / h fo

3、r Regenerative furnace requirements of a graduation project Reference has been in the literature on the basis of blast furnace gas to fuel the furnace design a comprehensive thermal calculation。Including combustion, the heating time, the metal structure, masonry design, heat balance calculation. In

4、the projector adumbrate the blast and the air at the same time,not only improve the thermal efficiency,but efficiedcly make use of the blast furnace gas.Focus on the selection process heating furnace, the heating time and load calculation of changes in how the changes in operating parameters were st

5、udied and discussed, the furnace important supplementary equipment selection, concluded that the design and the work of the next step Their ideas and perspectives.Through this graduate design and improve regenerative combustion technology, to improve the thermal efficiency of the stove, the goal of

6、improving product quality, while using the stove vaporization cooling system, reducing the water pipes and India to ensure heating quality. Because the design adopted the high temperature air combustion technology, it owned the various advantage, particularly at economized on energy to decline to

7、consume and environmental protection to obtain the very big result，we believed that it will own vast development foreground in the domestic。 Keywords: furnace，blast furnace gas，regenerative comb ustion，high efficiency and energy saving VI 河北聯(lián)合大學輕工學院　　畢業(yè)設計目錄 目　　錄 引 言 1 1

8、 緒論 2 1.1蓄熱式燃燒技術的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀 2 1.1.1蓄熱式燃燒技術的歷史 2 1.1.2蓄熱式燃燒技術的發(fā)展 2 1.2 蓄熱式（高溫空氣）燃燒技術的特點 3 1.3 國內外的研究現(xiàn)狀 4 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀 4 1.3.2 國內研究現(xiàn)狀 5 1.4 蓄熱式加熱爐發(fā)趨勢及展展望 6 1.5 開發(fā)與應用高溫空氣燃燒技術的前景 6 2 初步設計 8 2.1 燃料的選擇 8 2.2 加熱工藝的確定 9 2.3 爐型選擇 10 2.4 料坯布置方式及加熱方式的選擇 12 2.5 料坯的裝出爐方式 12 2.6 選擇燃燒裝置的形式及其安裝位置的確定 1

9、3 2.7 換熱裝置的形式及其換向系統(tǒng)的確定 14 2.8 爐子供風和排煙系統(tǒng) 15 2.9 爐底水管的確定 15 2.10 爐子的鋼結構及冷卻系統(tǒng)的確定 17 2.11爐子的機械化及自動化 18 3 技術設計 19 3.1燃料燃燒計算 19 3.1.1燃料成分及發(fā)熱值 19 3.1.2 燃料所需空氣量計算 20 3.1.3 單位燃燒產物的計算 20 3.1.4 理論燃燒溫度的計算 21 3.2爐膛熱交換計算 22 3.2.1 爐膛尺寸的確定 22 3.2.2 金屬出爐參數(shù)的確定 23 3.2.3 算各段爐氣平均有效射線行程 23 3.2.4 預定各段爐氣溫度

10、24 3.2.5 計算各段爐氣黑度 24 3.2.6 各段爐頂和爐墻對金屬的輻射角度系數(shù) 24 3.2.7 計算各段爐氣的平均綜合輻射系數(shù) 25 3.3 金屬加熱計算 25 3.3.1 溫度制度的確定及邊界條件 26 3.3.2 均熱段爐氣溫度校核 26 3.3.3 金屬加熱的各段熱流密度計算 27 3.3.4 金屬加熱時間的計算 28 均熱段加熱時間 31 3.4 爐子主要尺寸的確定 31 3.4.1 計算爐子長度 31 3.4.2 爐子結構和操作參數(shù) 31 3.4.3 爐門數(shù)量和尺寸的確定 32 3.4.4 爐膛各部分用耐火材料及其尺寸的確定 33 3.4.5

11、 爐底水管結構尺寸 34 3.5 爐底水管強度計算 35 3.5.1 爐底水管布置特點 36 3.5.2 爐底水管強度計算原則 36 3.5.3 固定梁和步進梁的強度計算 37 3.6爐膛熱平衡和燃料消耗量的計算 43 3.6.1 爐膛熱收入項 44 3.6.2 爐膛熱支出項 44 3.6.3 爐膛熱平衡及燃料消耗量的計算 55 3.6.4 列爐膛熱平衡表 55 3.6.5 爐子工作指標 56 3.7燃燒器的選擇與布置 56 3.7.1選擇依據(jù) 56 3.7.2燒嘴布置情況 56 3.7.3安裝間距的參考值的計算 59 3.8空氣管路的設計計算 59 3.8.1

12、計算條件 59 3.8.2計算各段管徑 59 3.9煤氣管路的設計計算 63 3.9.1計算條件 63 3.9.2計算各段管徑 63 3.10各管道的阻力損失計算 68 3.10.1管路阻力計算 68 3.10.2煙道阻力計算 68 3.11風機的選型 69 結 論 71 參考文獻 72 致 謝 73 附 錄 74 河北聯(lián)合大學輕工學院　　畢業(yè)設計引言 引 言 高溫空氣燃燒技術在日、美等國家簡稱為HTAC技術，在西歐一些國家簡稱為HPAC(Highly Preheated Air Combustion)技術，亦稱為無焰燃燒

13、技(Flameless combustion)。其基本思想是讓燃料在高溫低氧濃度(體積)氣氛中燃燒。它包含兩項基本技術措施：一項是采用溫度效率高達95%，熱回收率達80%以上的蓄熱式換熱裝置，極大限度回收燃燒產物中的顯熱，用于預熱助燃空氣，獲得溫度為800～1000℃，甚至更高的高溫助燃空氣。另一項是采取燃料分級燃燒和高速氣流卷吸爐內燃燒產物，稀釋反應區(qū)的含氧體積濃度，獲得濃度為15% ～3%(體積)的低氧氣氛。燃料在這種高溫低氧氣氛中，首先進行諸如裂解等重組過程，造成與傳統(tǒng)燃燒過程完全不同的熱力學條件，在與貧氧氣體作延緩狀燃燒下釋出熱能，不再存在傳統(tǒng)燃燒過程中出現(xiàn)的局部高溫高氧區(qū)。這種燃燒是

14、一種動態(tài)反應，不具有靜態(tài)火焰。它具有高效節(jié)能和超低NOX排放等多種優(yōu)點，又被稱為環(huán)境協(xié)調型燃燒技術 HTAC技術具有高效、節(jié)能和低污染等特性，自從面世以來，就受到世界工業(yè)界和企業(yè)界的廣泛關注。它徹底打破了傳統(tǒng)燃燒的模式，進入到新的未知領域——高溫低氧燃燒領域。它是一項既節(jié)能又利于環(huán)保且極具活力的技術，值得大力推廣和開發(fā)。對于企業(yè)界來說，它可以大幅度降低能耗和生產成本，提高其運行的經濟性和市場競爭力。HTAC技術被認為是具有創(chuàng)造性、實用性以及增長潛力的新的戰(zhàn)略技術。 在鋼鐵工業(yè)中，加熱爐是主要的耗能設備之一。合理解決加熱爐的燃料問題，提高燃料利用率，對于降低能源消耗，減少鋼坯氧化燒損，提高加

15、熱質量從而進一步提高整個軋線生產過程的經濟效益，具有非常重要的意義 本設計是指導教師劉克儉根據(jù)包鋼軋鋼廠燃高爐煤氣步進梁蓄熱式加熱爐擬題。 79 河北聯(lián)合大學輕工學院　畢業(yè)設計 1 緒論 1.1蓄熱式燃燒技術的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀 1.1.1蓄熱式燃燒技術的歷史 蓄熱式高溫空氣燃燒技術，19世紀中期就開始用于高爐熱風爐、平爐、焦爐、玻璃熔爐等規(guī)模大且溫度高的爐子。其原理是采用蓄熱室余熱回收裝置，交替切換煙氣和空氣，使之流經蓄熱體，達到在最大程度上回收高溫煙氣的顯熱，提高助燃空氣溫度的效果。但傳統(tǒng)的蓄熱室采用格子磚作蓄熱體，傳熱效率低，蓄熱室體積龐大，換

16、向周期長，限制了它在其他工業(yè)爐上的應用。新型蓄熱室，采用陶瓷小球或蜂窩體作蓄熱體，其比表面積高達200～1000m2/m3，比老式的格子磚大幾十倍至幾百倍，因此極大地提高了傳熱系數(shù)，使蓄熱室的體積可以大為縮小。另外，由于換向裝置和控制技術的提高，使換向時間大為縮短，傳統(tǒng)蓄熱室的換向時間一般為20～30min，而新型蓄熱室的換向時間僅為0.5～3min。新型蓄熱室傳熱效率高和換向時間短，帶來的效果是排煙溫度低（200℃以下），被預熱介質的預熱溫度高（只比爐溫低100～150℃）。因此，廢氣余熱得到接近極限的回收，蓄熱室的溫度效率可達到85%以上，熱回收率達80%以上。隨著蓄熱式燃燒技術的進步和新

17、型耐火材料的研究開發(fā)，高效蓄熱式余熱回收技術和高風溫燃燒技術在不斷完善中正走向成熟。 1.1.2蓄熱式燃燒技術的發(fā)展 1982年英國Hotwork公司和British Gas公司合作，首次研制出了緊湊型的陶瓷球蓄熱系統(tǒng)RCB(Regenerative Ceramic Burner)。系統(tǒng)采用陶瓷球作為蓄熱體，比表面積可達240m2/m3，因此蓄熱能力大大增強、蓄熱體體積顯著縮小、換向時間降至1～3min，溫度效率明顯提高(一般大于80％)，而預熱溫度波動一般小于15℃。在隨后幾年里，對該蓄熱系統(tǒng)又進行了大量的實驗研究并作了試用。在不銹鋼退火爐、步進梁式爐上的應用均達到了預期的效果，取得了顯

18、著的經濟效益。 日本在1985年前后詳細考察了RCB的應用技術和實際使用情況后，開始進一步研制。20世紀 90年代初，日本鋼管株式會社(NKK)和日本工業(yè)爐株式會社(NFK)聯(lián)合開發(fā)了一種新型蓄熱器，稱為高效陶瓷蓄熱系統(tǒng)HRS(High-cycle Regenerative Combustion System)。在蓄熱體選取上，采用壓力損失小、比表面積更大的陶瓷蜂窩體，以減少蓄熱體的體積和重量。為了實現(xiàn)低NOx排放，蓄熱體和燒嘴組成一體聯(lián)合工作，采用兩段燃燒法和煙氣自身再循環(huán)法來控制進氣，效果很好。NKK進行了多次試驗，對測得的數(shù)據(jù)進行了分析。結果發(fā)現(xiàn)，預加熱后進入燃燒器的空氣溫度已接近廢氣

19、排放溫度。數(shù)據(jù)顯示，空氣預熱溫度達1300℃、爐內O2含量為11%時NOx排放量是40kg/m3 [1]。HRS的開發(fā)，不僅實現(xiàn)了煙氣余熱極限回收及NOx排放量的大幅度降低，而且這種新型燃燒器還引發(fā)產生了一種新的燃燒技術——高溫空氣燃燒技術HTAC(High Temperature Air Combustion)。 1.2 蓄熱式（高溫空氣）燃燒技術的特點 高溫空氣燃燒技術的基本特征： 1) 采用高效蓄熱式余熱回收技術，實現(xiàn)高溫煙氣余熱的“極限”回收； 2) 助燃空氣預熱溫度超過燃料自燃點溫度，燃燒穩(wěn)定性擴大，為組織低氧燃燒創(chuàng)造條件； 3) 燃料在燃燒區(qū)高溫低氧燃燒，火焰體積顯著擴大

20、，峰值溫度降低，實現(xiàn)超低NOx的生成與排放。 　　基于高溫空氣燃燒技術的基本特征，高溫空氣燃燒技術具有如下一些優(yōu)勢： 1) 高效節(jié)能。采用高效蓄熱式煙氣余熱回收裝置，交替切換煙氣與空氣，“極限”回收排煙余熱。煙氣熱回收效率超過80%?；鹧骟w積成倍擴大，爐內溫度分布更均勻，平均溫度升高，換熱(包括輻射換熱與對流換熱)進一步增強，熱利用率得以提高研究結果表明，采用高溫空氣燃燒技術，一般可實現(xiàn)節(jié)能30%以上。 2) 低污染。主要表現(xiàn)在3個方面：(1)低NOx污染。盡管助燃空氣預熱溫度很高，但由于燃燒區(qū)氧濃度降低，火焰體積成倍擴大，降低了燃燒的峰值溫度，避免了熱力型NOx的大量生成，實現(xiàn)了超低N

21、Ox排放(一般為～)；(2)低排放。節(jié)能即減少燃料消耗，減少燃料消耗也就意味著可減少溫室氣體的排放。該技術可實現(xiàn)30%以上的節(jié)能，也就意味著可減少30%以上的排放；(3)低燃燒噪音?；鹧骟w積顯著增大，使單位體積的燃燒強度減弱，燃燒噪音大大降低。 3) 縮小裝置尺寸。爐內換熱效率的提高，可使相同產量加熱爐的尺寸縮小或者同樣大小加熱爐的產量提高。裝置尺寸縮小，從而可降低設備的初投資。 4) 燃燒穩(wěn)定性好。由于助燃空氣溫度預熱到燃料自燃點以上，燃料一進人爐內就能著火燃燒，提高了燃燒的穩(wěn)定性。 5) 燃燒區(qū)擴大。通過組織爐內低氧氣氛燃燒，火焰體積成倍增大，爐內溫度場分布更均勻，有利于被加熱件的均

22、勻受熱。 6) 對燃料的適應性擴大。助燃空氣預熱溫度升高，降低了對燃料熱值的要求，有利于低熱值燃料的有效利用。 7) 延長爐膛使用壽命。燃燒火焰峰值溫度降低、可使爐壁免受高溫灼燒，從而延長爐膛的使用壽命。 8) 便于燃燒控制。煙氣余熱的“極限”回收，弱化了過?？諝鈱訜釥t總熱效率的影響，擴大了燃燒的調節(jié)范圍，便于燃燒控制。 9) 經過蓄熱室后的煙氣溫度較低，煙道和煙囪的內襯可不采用耐火材料。 10) 高溫空氣燃燒器結構緊湊，體積小，安裝方便，可方便地用于舊爐改造，且改造工程量不大。 由上所述，蓄熱式空氣燃燒技術的主要優(yōu)勢在于：(1) 節(jié)能潛力巨大，平均節(jié)能25% 以上。因而可以向大

23、氣環(huán)境少排放二氧化碳25% 以上，大大緩解了大氣的溫室效應。(2) 擴大了火焰燃燒區(qū)域，火焰的邊界幾乎擴展到爐膛的邊界，從而使得爐膛內溫度均勻，這樣一方面提高了產品質量，另一方面延長了爐膛壽命。(3) 對于連續(xù)式爐來說，爐長方向的平均溫度增加，加強了爐內傳熱，導致同樣產量的工業(yè)爐其爐膛尺寸可以縮小20% 以上，換句話說，同樣長度的爐子其產品的產量可以提高20% 以上，大大降低了設備的造價。(4) 由于火焰不是在燃燒器中產生的，而是在爐膛空間內才開始逐漸燃燒，因而燃燒噪聲低。(5)采用傳統(tǒng)的節(jié)能燃燒技術，助燃空氣預熱溫度越高，煙氣中NOX含量越大；而采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術，在助燃空氣預熱溫度

24、非常高的情況下，NOX含量卻大大減少了。(6) 爐膛內為貧氧燃燒，導致鋼坯氧化燒損減少。(7) 爐膛內為貧氧燃燒，有利于在爐膛內產生還原焰，能保證陶瓷燒成等工藝要求，以滿足某些特殊工業(yè)爐的需要。 1.3 國內外的研究現(xiàn)狀 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀 1982年英國的Hotwork Deveiopment公司和Britist.station研究所合作開發(fā)了國際第一座填充球蓄熱式爐從此以后，世界上一些工業(yè)發(fā)達國家相繼開發(fā)和采用了這項技術。新型蓄熱式加熱爐技術之所以引起普遍重視和迅速推廣應用是因為它能最大限度的回收出爐煙氣的熱量，大幅度的節(jié)約燃料、降低成本，還能提高爐子的產量，同時大大減少二氧化

25、碳和氮氧化物的排放量，有利環(huán)境保護，因此這項技術在國際上被稱為21世紀的關鍵技術之一。 90年代以來歐、美、日等國家在蓄熱式燃燒技術和應用方面取得了很大進展，把節(jié)能和環(huán)保有機的結合起來提升為“高溫空氣燃燒技術”。尤其是日本，現(xiàn)已有150多座工業(yè)爐采用了這項技術。日本鋼管、新日鐵、川崎、住友等鋼鐵公司都在軋鋼加熱爐上采用了這項技術，收到節(jié)能20%～30%提高產量15%～20%的效果。 隨著蓄熱式燃燒技術的進步和新型耐火材料的研究開發(fā)，高效蓄熱式余熱回收技術和高風溫燃燒技術在不斷完善中正走向成熟。上世紀80年代由日本研發(fā)的“高溫空氣低氧燃燒技術”(High Temperature Ai

26、r Combustion，簡稱HTAC)得到了快速推廣，造成國外高爐煤氣的利用率大大提高。目前，國外高爐煤氣利用技術的發(fā)展已達到相當成熟的階段，尤其是蓄熱式燃燒技術的發(fā)展，為負能煉鋼打下了良好的基礎。 1.3.2 國內研究現(xiàn)狀 中國自二十世紀八十年代開始有國外譯文介紹，八十年代中后期國內熱工界也開始研究新型蓄熱式技術，建立了專門的陶瓷球蓄熱式實驗裝置。東北大學、北京科技大學、機械部第五設計研究院、冶金部鞍山熱能研究院等對此技術都有研究，但是工業(yè)應用很少。1998年9月萍鄉(xiāng)鋼鐵有限責任公司首次和大連北島能源技術有限公司合作采用蓄熱式燃燒技術進行軋鋼連續(xù)式加熱爐燃燒純高爐煤氣技術的開發(fā)研究，并

27、率先在萍鋼棒材公司軋鋼加熱爐上應用，在國內首次實現(xiàn)了蓄熱式技術燃燒高爐煤氣在連續(xù)式軋鋼加熱爐上的應用。此爐作為國內第一座蓄熱式軋鋼加熱爐，盡管在許多方面還不盡人意，但應該說為國內蓄熱式燃燒技術應用在冶金行業(yè)連續(xù)式加熱爐開辟了先河，此后，國內有多家公司開展蓄熱式燃燒技術的研究和在國內的推廣應用，蓄熱式燃燒技術逐漸成熟。如北京神霧公司的蓄熱式燒嘴加熱爐，秦皇島設計院的蓄熱式加熱爐等。在蓄熱式燃燒技術方面形成了一套較完善的設計思想和方法，蓄熱式技術在工業(yè)爐上的應用，實現(xiàn)了高產、優(yōu)質、低耗、少污染和高自動化水平，達到了燃燒工業(yè)爐“三高一低”(高爐溫、高煙溫、高余熱回收和低惰性)的發(fā)展方向的要求。 1

28、.4 蓄熱式加熱爐發(fā)趨勢及展展望 在上個世紀早期，采用蓄熱室回收煙氣余熱，將助燃空氣預熱到1000℃的技術就已出現(xiàn)，并普遍應用于煉鐵熱風爐、玻璃熔爐、平爐和熔鋁爐等設備上，后來在火焰加熱的均熱爐上得到使用。由于這種蓄熱室是用耐高溫的大塊格子磚砌筑而成，故其存在的缺陷比較突出，所以這種蓄熱室回收余熱的措施在工業(yè)爐上并未得到大力發(fā)展。 隨著蓄熱式燃燒技術的進步和新型耐火材料的研究開發(fā)，高效蓄熱式余熱回收技術和高風溫燃燒技術在不斷完善中正走向成熟。 蓄熱式加熱爐總的發(fā)展趨勢是朝著燒嘴式蓄熱式加熱爐方向發(fā)展，具體表現(xiàn)有以下幾個方面： 1) 蓄熱式燒嘴加熱爐和原普通加熱爐相比，都是通過調整燒嘴熱

29、負荷來調節(jié)爐內溫度，對于操作人員易于接受。 2) 每個燒嘴都可單獨調節(jié)，上下加熱燒嘴能力搭配合理，加熱爐各段上下加熱溫度的調節(jié)非常方便。 3) 爐墻兩側留有便于檢修的人孔門和扒渣門。 4) 對于高熱值氣體燃料，可直接冷爐點火升溫。 5) 燒嘴式結構可以采用集中換向和分散換向方式，分散換向則由于換向閥靠近燒嘴，換向閥與燒嘴之間的連接管道短而小，燃燒間斷時間短，因此換向時管道內殘留煤氣損失較少，更有利于節(jié)能。 6) 維護工作量稍大，但檢修時間短，停爐時間短。 蓄熱式加熱爐在我國作為一種新生事物正在蓬勃發(fā)展，并已顯示出極其廣闊的發(fā)展前景，它將使我們的環(huán)境更優(yōu)美、空氣更新鮮、生活更美好。

30、 1.5 開發(fā)與應用高溫空氣燃燒技術的前景 　　從我國工業(yè)爐的能源結構來看，盡管以煤為主體的能源結構在很長時間內難以改變但總的發(fā)展趨勢表明，煤所占的比例在逐年下降而氣體燃料所占比例在 不斷上升到2050年，煤炭在一次能源消費結構中所占比重可望下降到50%以下、同時，固體燃料在終端能源結構中的比重將從1990年的66%降至16%，這為開發(fā) 與應用高溫空氣燃燒技術提供了基礎條件，從我國工業(yè)爐的能耗現(xiàn)狀來看， 我國工業(yè)爐的能源利用總體水平不高，僅相當于國外發(fā)達國家50～60年代的水平工業(yè)爐的熱效率平均不到30%(世紀90年代已達到42%)，而國際上工業(yè)爐的熱效率平均為50%以上。我國工業(yè)爐窯

31、的這種高能耗、低效率的現(xiàn)狀，將與我國經濟的快速發(fā)展不相適應開發(fā)與應用高溫空氣燃燒技術，已是形勢所迫，急不可待。 　　從我國的節(jié)能政策來看，近年來我國政府十分重視節(jié)能工作，堅持開發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位，成為我國能源戰(zhàn)略的基本方針。經計算機專家系統(tǒng)的測算，在全國232家重點能耗企業(yè)中，717座工業(yè)爐的年總能耗為259萬t標準煤，占企業(yè)總能耗的29.28%，煙氣余熱資源30.95萬t標準煤，余熱回收率33.85%，尚有20.47萬t潛力。由此可見，我國工業(yè)爐節(jié)能潛力還很大。為響應我國的節(jié)能政策，開發(fā)與應用高溫空氣燃燒技術，就顯得十分必要了。 從我國工業(yè)爐的污染控制狀況來看，控制污染的首要措

32、施就是要降低能耗，以減少原來浪費的那部分能源所造成的污染物排放。其次，就是要在必要的燃料消耗過程中加以控制和治理。目前，治理污染主要關注的還只停留在粉塵排放上，至于CO、SO2和NOx等一類污染物的治理還未提到議事日程上來。面對我國的經濟迅速發(fā)展和大氣環(huán)境污染狀況嚴重惡化的局面，應當而巳也必須在技術可行的條件下，堅持節(jié)能和污染控制兩手抓，而不能總是走“先生產、后治理”的老路結合我國國情，開發(fā)與應用高溫空氣燃燒技術，探索一條節(jié)能與污染并重的新路子。 綜上所述，開發(fā)與應用高溫空氣燃燒技術符合我國的國情，在我國推廣該技術有著廣大的市場前景。 2

33、 初步設計 初步設計目的根據(jù)生產及工藝等方面的要求，確定出爐子的方案，為技術設計做好準備。在爐子的初步設計中，根據(jù)設計條件的要求，選擇爐子的型式，燃料和各種重要輔助裝置的型式及其在爐子上的布置等。在綜合考慮爐子的技術經濟指標和全廠和車間生產規(guī)模和特點的基礎上，確定爐子應采用的機械化和自動化程度。爐子初步設計基本上確定了爐子的結構和生產概貌。為了設計完善，可以設定幾個方案，經過分析對比，最后擇優(yōu)選定，之后再進行下一步設計----技術設計。 爐子的技術設計中，主要做全面的計算（包括熱工計算，爐體結構計算等），并繪制爐體結構總圖。爐子的技術設計是施工設計的的基本技術資料和依據(jù)。設計已知條件：

34、 1）蓄熱式三段連續(xù)步進式加熱爐，產量120t/h 2）鋼坯尺寸150mm800mm9000 mm（含C量40%） 3）加熱工藝要求，即鋼坯的加熱溫度、出爐時內外溫差、加熱速度、爐內氣氛要求等：1180℃ ，環(huán)境溫度：20℃ 4）所能提供給爐子的熱源狀況：高爐煤氣 5）空、煤氣預熱溫度：>=1000℃ 2.1 燃料的選擇 爐子選用何種燃料受很多因素的影響。一般考慮：產品質量的要求、爐子結構的特點、經濟上合理、燃料的供應條件（生產、運輸、合理利用資源等）、操作條件（勞動條件、調節(jié)性能、自動化水平、安全）等因素。因此，燃料的合理選用不單純是技術和經濟問題，而且要符合國家方針政策和做到資

35、源的充分合理利用。 1）固體燃料 固體燃料一般指的是煤或焦炭，其優(yōu)點是：(1) 燃燒設備簡單，安全可靠；(2) 投資省，生產費用一般比較低；(3) 運輸與儲存簡單方便。其缺點是：(1) 加熱質量差；(2) 操作條件差，勞動強度大，環(huán)境污染大；(3) 燃燒過程不易調節(jié)；(4) 爐子結構受燃燒條件的限制較大。 因此，固體燃料適用于對熱工制度要求不高的小型爐子，當燒煤量較大時，要有適當?shù)臋C械化措施。 2）液體燃料 目前，在爐子上用的液體燃料主要是重油或渣油。液體燃料的優(yōu)點是：(1)發(fā)熱量高，熱量利用好，爐溫高，燃燒波動小，調節(jié)范圍大，有條件實現(xiàn)自動控制；(2) 存運輸方便，灰分少，損耗??；

36、(3) 燃燒裝置可以安裝在爐子的各個部位，易于實現(xiàn)不同工藝的要求。缺點是：(1) 需要增加一套燃料貯備、預熱及輸送系統(tǒng)，動力消耗較大；(2) 爐子熱工參數(shù)調節(jié)控制較復雜；爐子維護工作量較大。 3）氣體燃料 氣體燃料與固體、液體燃料相比，其優(yōu)點是：(1) 過?？諝庀禂?shù)低，燃燒完全，容積熱負荷高，燃燒過程容易調節(jié)，易于實現(xiàn)自動控制；(2) 對工藝的適應性好，可滿足從低溫到高溫、從長火焰到短火焰的各種要求；(3) 燃燒后無黑灰無積灰，環(huán)境干凈。其缺點是：(1) 長距離輸送和貯存困難，使用范圍受限制；(2) 除鋼鐵廠有高爐、焦爐煤氣或附近有天然氣之外，采用人造氣體燃料（如發(fā)生爐煤氣、水煤氣、城市煤

37、氣等），價格較高；(3) 某些煤氣成分波動較大，對自動控制不利；(4) 一般在同樣預熱空氣的條件下，熱效率比油低；(5) 按一定比例與空氣混合后有爆炸危險，因此應注意操作安全，并要防止煤氣中毒。結合本長的實際情況，該加熱爐采用高爐煤氣燃料，一方面可以將廠區(qū)內自產的高爐煤氣合理利用起來，減少對環(huán)境的污染，另一方面可以降低成本，提高效益。 本加熱爐采用高爐煤氣。 2.2 加熱工藝的確定 　　爐子的“三高一低”(高爐溫、高煙溫、高余熱回收、低惰性)理論為加熱爐的設計及運行指出了方向，找到了目標。十幾年來，在這一理論的指導下，加熱爐結構和運行方案有了許多革新，但是我們應該清醒的認識到，在“三高一

38、低”理論指導下設計的加熱爐，是在實現(xiàn)一種接近加熱能力極限的加熱工藝，爐溫設置到加熱工藝允許的最高限，加熱速度也設置到最快，爐長設計到最短。這種基于“極限加熱”理念設計出的加熱爐，要想全面達到設計指標，對運行調節(jié)水平提出十分高的要求(爐溫的小幅提高、加熱時間的小幅度延長都有可能導致氧化鐵的熔化，致使氧化率大幅度升高甚至出現(xiàn)粘鋼事故，而均熱期爐溫的小幅降低、加熱時間的小幅度縮短又可能導致斷面溫差超過允許值)，而且使加熱爐對不同工藝的適應性大大降低，因此縮小了加熱爐運行調節(jié)的空間，給加熱爐的調節(jié)增加了難度。故本設計采用一種“平衡加熱”工藝，“平衡加熱”工藝不再單純以提高生產率為核心，以最高加熱速度作

39、為確定爐溫制度依據(jù)，而是主要以確保斷面溫差和減少燒損為核心，以鋼坯在爐內的平衡升溫速度為依據(jù)來確定爐溫制度。在“平衡加熱工藝”中，應首先確定將鋼坯在爐內的平衡升溫工藝制度，該制度將鋼坯在爐內的升溫過程分為三個階段：預熱段，用較慢的加熱速度將鋼坯表面加熱至900℃，這一階段慢速加熱目的是為了盡可能縮小鋼坯進入快速加熱期的斷面溫差，以期盡可能縮短均熱時間，以達到確保鋼坯出爐斷面溫差，而且這可以使鋼坯在表面溫度達到900℃后的在爐時間最短，達到降低氧化率的目的。由于鋼坯在900℃以下時的氧化速度較低，因而在這一階段由于慢速加熱而使加熱時間的延長，帶來的氧化量增加并不明顯。加熱段，將鋼坯表面溫度以盡可

40、能高的速度提高到出爐溫度水平，這一階段爐溫和加熱速度都設置到工藝允許的最高水平，目的是盡可能縮短金屬在自身溫度較高時地在爐停留時間，不但可以提高產量，而且可以減少氧化。均熱段，在金屬表面溫度不變的情況下縮小斷面溫差。 2.3 爐型選擇 該加熱爐采用上、下側燒嘴的供熱方式和吊掛平爐頂結構，構造簡單，操作、維護簡便。用爐內擋火墻將爐膛從裝料端到出料端依次分為預熱段、加熱段和均熱段共三個段。每一段可單獨供熱，上下爐膛及各燒嘴(供熱點)熱負荷可調。 爐膛各部分高度和長度及爐頂?shù)男螤羁偡Q為爐型曲線。一座工業(yè)爐設計的合理與否，決定于爐型曲線。它對爐膛內的傳熱有很大影響，直接影響著工業(yè)爐的加熱能力和燃

41、料利用。爐型曲線的設計尚無可靠的計算公式或指標，主要根據(jù)類似工業(yè)爐的經驗來確定。 1) 工業(yè)爐各段長度。預熱段長度L1，加熱段長度L2和均熱段長度L3可根據(jù)金屬加熱計算中各段加熱時間的比例以及類似工業(yè)爐的實際情況決定。當加熱料坯的規(guī)格、材質較多時，原則上應按各規(guī)格、各材質進行多次計算，求得不同的加熱時間τ而總長L相同。但對不同的規(guī)格和材質，各段長度在全長中占的比例不同，生產操作的時候，可以通過開閉燃燒器(改變供熱制度)來調節(jié)各段比例。各段長度選擇要得當，盡可能滿足最大的加熱時間，同時可適當增設燒嘴以便調節(jié)。 2) 爐膛高度。爐膛高度是指爐底滑道頂面(或爐底磚砌表面)至爐頂中心之間的距離，在

42、爐膛寬度已定，各段長度比例相對穩(wěn)定的條件下，它是決定爐膛空間大小、爐型曲線是否合適的關鍵尺寸。 1) 決定爐膛高度時主要考慮下列因素： (1) 爐型應設計成各供熱段之間相對分開，減少相互間的輻射熱交換以實現(xiàn)規(guī)定的爐溫制度和供熱制度。 (2) 在燃燒方面要保證有足夠的燃燒空間。首先爐膛容積應保證燃料的充分燃燒和被爐氣所充滿，有利于向料坯的傳熱。它隨燃料種類、燃燒方式、燃燒器的布置及熱負荷的不同而有所差異。實踐表明，燃煤氣的加熱爐，尤其是燃低熱值煤氣的加熱爐，爐膛高度都較大。從燃煤氣改為燃煤時，爐膛高度一般應適當降低。若燒重油或天然氣等高熱值煤氣時，則爐膛高度也要降低。另一方面，從爐氣流動方

43、面來考慮，要使爐氣充滿爐膛或貼附金屬表面。當火焰不充滿爐膛時，抬高加熱爐爐頂，不僅不會增加傳熱，反而會減少金屬所獲得的有效熱。爐膛越高這種情況越易于發(fā)展，所以在連續(xù)加熱爐的設計中，往往是在結構允許的條件下壓低爐膛。燃料和燃燒方式不同，爐內燃燒狀況也不同，一般有焰燃燒黑度較大，火焰向坯料給熱所占的比例比無焰燃燒時要高，爐壁輻射給料坯的熱量比例有所降低，因此爐膛高度不宜過分增大，以保證火焰盡量接近料坯表面為原則。第三，從傳熱方面考慮有利于增加爐襯對金屬的輻射傳熱，在爐氣充滿爐膛的條件下，爐襯面積相對越大。因此從傳熱觀點出發(fā)，要求盡可能抬高爐頂，以增加爐襯輻射傳熱，這一結論與前面的結論正好相反，在設

44、計時要綜合考慮，但近年來連續(xù)加熱爐都傾向于壓低爐頂，以保證爐氣充滿爐膛。 (3) 爐膛曲線及其空間的大小，應保證在既定的熱負荷范圍內爐膛壓力分布合理，爐頭與爐尾的壓差要小，以減少端頭吸風和爐尾冒火現(xiàn)象。 綜合考慮以上幾點，根據(jù)經驗選取爐膛高度為， 2) 一般來說，在產量較大、晝夜連續(xù)生產的軋鋼車間，形狀規(guī)則的料坯以在連續(xù)加熱爐中加熱為宜。 步進式連續(xù)加熱爐是推鋼式連續(xù)加熱爐的發(fā)展，它區(qū)別于推鋼式連續(xù)加熱爐的主要特點是用專用的步進機構使料坯在爐內運動以代替推鋼機推動料坯在爐內運動。 步進式連續(xù)加熱爐大體可以分為兩類：一類是單面加熱(上加熱)的步進式爐，稱“步進底式爐”；另一類是由水冷的

45、步進梁和固定梁組成的雙面加熱(上下加熱)步進式爐稱“步進梁式爐”。步進底式爐主要用來加熱質量要求高的特殊鋼、普通鋼的中小型坯或鋼管、鋼板的熱處理等。步進梁式爐主要用于生產率高的大板塊和方坯的加熱。 和推鋼式爐相比，步進式爐具有下列主要特點： (1) 用料靈活。步進周期和步距均可隨生產要求在一定范圍內任意變化； (2) 加熱時間短，可實現(xiàn)快速加熱； (3) 可加熱某些不便于推鋼的料坯。如圓柱坯、薄板坯、管子、異形坯等； (4) 完全消除了“翻爐”和“粘鋼”現(xiàn)象。爐長不受推鋼長度限制，生產率高； (5) 可消除或在很大程度上減少“水管黑印”，料坯下表面也不會劃傷，加熱質量高； (6)

46、 步進機構比推鋼機的制作和維護要復雜，建爐投資大。 因此本設計料坯運動采用步進式 2.4 料坯布置方式及加熱方式的選擇 1) 料坯布置方式。目前連續(xù)加熱爐一般采用單排或雙排，很少采用雙排以上的。在設計爐子時，要根據(jù)料坯長度、爐子生產率、爐子計算長度、甚至車間布置等情況確定。對于步進式連續(xù)加熱爐，爐長一般無限制條件，所以通常為單排，也可采用雙排，本設計產量較小采用單排布置 2) 加熱方式。采用架空爐底雙面加熱的方式。雙面加熱比單面加熱具有更高的爐子生產率，良好的加熱質量，所以絕大多數(shù)連續(xù)加熱爐都采用雙面受熱，只有在料坯厚度較小(δ＜100mm)的情況下，加熱料坯上下表面溫差不大，可不采用

47、下加熱(要求生產率較高時亦可采用雙面加熱)，另外，雖然厚度較厚(δ＞100mm)，但長度較短的料坯(L＜1000mm)的料坯，因支撐結構困難，下加熱作用不大，所以不亦采用下加熱。 2.5 料坯的裝出爐方式 在設計中，應考慮生產線與裝出料之間的關系?，F(xiàn)代化加熱爐裝出料都采用機械裝置完成。因此，必須留出加熱爐或爐群的裝出料機的工作空間，同時也應考慮加熱爐本身的適應性。 連續(xù)式加熱爐的物料大多是從爐尾部進入，但對于特長料坯在步進爐內的加熱，采用側進料為宜。料坯的出爐方式有側出料和端出料兩種。后者吸冷風和冒火比較嚴重，但在車間布置上有很大的優(yōu)勢，可以沿軋制輥道布置數(shù)座加熱爐。前者需專門的出料裝置

48、，且只能在輥道端點布置一座加熱爐，供較大斷面尺寸的物料加熱時選用，側出料時需要專門的出料裝置，且只能在輥道端點布置一座加熱爐，但爐門位于爐壓線以上，從工業(yè)爐熱工角度看，性能優(yōu)于端出料，以減少因爐門吸冷風而造成的氧化。 考慮到爐子可以加熱長度不等的料坯初步采用料坯的側進料為宜，另外從爐子的熱工角度看，側出料較好，尤其像合金鋼的加熱，還可減少爐頭吸冷風，故采用側出式。 2.6 選擇燃燒裝置的形式及其安裝位置的確定 燃燒裝置是用來實現(xiàn)燃料燃燒過程中以向爐內提供熱源的設備。因此它是火焰爐的核心部分。燃燒裝置處應保證在規(guī)定的熱負荷條件下實現(xiàn)完全燃燒，或根據(jù)特殊的加熱要求實現(xiàn)不完全燃燒以取得實現(xiàn)規(guī)定

49、的燃燒氣體成分外，還應保證燃燒過程穩(wěn)定，火焰的方向形狀，剛度和鋪展性要符合爐型及加熱工藝要求。 蓄熱式燒嘴成對工作，二者交替變換燃燒和排煙工作狀態(tài)，燒嘴內的蓄熱體相應變換放熱和吸熱狀態(tài)。成對的燒嘴分設于爐膛的A側和 B側，當A側燒嘴燃燒時，空氣流經積聚了熱量的蓄熱體而被加熱，與此同時，B側燒嘴排煙，煙氣熱量被蓄熱體吸收，換向工作后，B側燒嘴燃燒，空氣同樣被蓄熱體加熱，A側燒嘴排煙，煙氣熱量被蓄熱體吸收。如此周而復始，通過蓄熱體這一媒介，出爐煙氣的余熱被轉換成空氣的物理熱，而得到回收利用。通過蓄熱式燒嘴，煙氣排出溫度可降到150℃以下，空氣可預熱到1000℃以上，熱回收率達到85%以上

50、，溫度效率達到90%以上。這樣不僅可以節(jié)約大量能源，向大氣排放的煙氣量也大幅度下降，有很好環(huán)保效果。 本設計采用空、煤氣雙預熱上下組合式燒嘴，采用蜂窩體做蓄熱體，空氣蓄熱室和煤氣蓄熱室隔開配置，空、煤氣流斜交混合。陶瓷蜂窩體具有比表面積大、耐高溫、耐急冷耐熱性好、導熱性能好、更換容易等優(yōu)點。 蓄熱式燒嘴用在加熱爐上，有如下特點： 1) 其結構形式類似普通燒嘴，能直接安裝在爐子側墻上，并保持通常的爐墻厚度，而不象墻內通道式蓄熱式爐那樣要將爐墻加厚至多。 2) 煤氣蓄熱式燃燒器與空氣蓄熱式燃燒器在爐外分開布置，使空氣與煤氣通道截然分開，完全避免了煤氣與空氣互竄的危險。 3) 容易分段供熱

51、，各段熱負荷調節(jié)方便，可以按照加熱工藝的需要，靈活調節(jié)加熱爐溫度。同一段的上部、下部燒嘴的供熱量也可調節(jié)，便于改變上、下熱負荷分配。從而減少鋼坯上、下表面溫差。 4) 爐墻兩側留有檢修門和扒渣門，可及時清理氧化鐵皮，減少因爐底氧化鐵皮升高引發(fā)的停爐打渣。 5) 燒嘴設計結構合理，蓄熱體裝、卸和更換都很方便。 6) 可對單個燒嘴進行在線維護，降低了故障風險。 7) 爐墻不加厚，耐火材料用量少，爐墻既可以砌磚，也可以澆注，爐墻施工簡單方便，烘爐時間短，爐子降溫升溫速度快，可縮短檢修停爐時間。 燃燒器的數(shù)量取決與所選定的裝置的結構形式和單位時間內所需供熱量的多少。燃燒裝置在加熱爐上的布置位

52、置根據(jù)爐溫的高低有所不同，高溫爐的燃燒器可直接安裝在爐膛的高溫段部或側墻上。低溫爐宜將燃燒器與爐膛隔開，燃料在專門的通道內燃燒，然后將燃燒產物引入到爐膛中。在爐溫更低的情況下，可采取爐氣再循環(huán)的方法，把一部分即將出爐的廢氣回收摻入剛入爐的爐氣中，使爐溫更低更均勻。 2.7 換熱裝置的形式及其換向系統(tǒng)的確定 1) 換熱裝置的形式的確定 設置換熱裝置的目的有二：其一，在使用發(fā)熱量較低的燃料時有利于燃燒，有利于提高爐溫，主要保證用能設備所需的熱工性能為主；其二，在使用發(fā)熱量較高的燃料時，則以節(jié)能降耗為主。利用加熱爐排出的高溫煙氣來預熱空氣和煤氣，對于改善燃燒過程、節(jié)約燃料、提高燃燒效率具有重要

53、意義。 本設計預采用蜂窩體作為蓄熱體回收煙氣熱量。蜂窩體的高溫段材質為高純鋁質材料，有較高的耐火度和良好的抗渣性；中部采用莫來石材料；低溫段材質為堇青石，其特點是在低于1000℃的工況下具有較好的抗腐蝕和耐急冷急熱性。蜂窩體的前端增加剛玉擋磚，減少高溫爐膛對蜂窩體的輻射，同時可增加蜂窩體的堆放穩(wěn)定性。與顆粒狀蓄熱體(球形蓄熱體)比較，蜂窩狀蓄熱體有如下優(yōu)點：單位體積換熱面積大，100孔/平方英寸的蜂窩體是Φ15mm球比表面積的5.5倍，Φ20mm球的7倍。在相同條件下，將等質量氣體換熱到同一溫度時的蜂窩體體積僅為球狀蓄熱體的1/3～1/4，重量僅為球的1/10左右，這就意味著蜂窩體蓄熱燃燒器

54、構造更輕便、結構更緊湊。蜂窩體壁很薄僅0.5～1mm，透熱深度小，因而蓄熱、放熱速度快，溫度效率高，換向時間僅為30～45s，這比球狀蓄熱體的換向時間3min 大大縮短，更利于均勻爐內溫度場，保證鋼坯均勻加熱，這一點對加熱合金鋼、高碳鋼尤為有利。按照蜂窩體內氣流通道規(guī)則，阻力損失僅為球狀的1/3～1/4。球形蓄熱體氣流阻力損失隨空氣流速增大而增大，其變化規(guī)律為冪函數(shù)關系，球徑大則阻力變小，但蓄熱室結構也要相應增大。蜂窩體由于有較高壓力的氣體頻繁換向，起到了吹刷通道作用，故不易產生灰塵沉積堵塞。對于爐膛較寬的爐子，相對應爐長較短，爐兩側可供布置燒嘴的空間較小，采用比表面積小的小球時常常由于空間的

55、限制使得蓄熱能力不足。因此，在采用蓄熱式燒嘴形式的加熱爐當中，應用比表面積大于小球幾倍的蜂窩體是必然的選擇。采用陶瓷小球不方便在線更換，而陶瓷蜂窩體則有利于蓄熱體的在線更換，這可以保證非常好的生產連續(xù)性。 2) 換向系統(tǒng)的確定 早期蓄熱材料多為高鋁或莫來石小球，采用內置或外置蓄熱床布置方式，整臺加熱爐采用2一3臺大型拉動式換向閥集中換向。但這種方式存在操作不夠靈活，爐子熱惰性較大，爐膛壓力不穩(wěn)定，生產連續(xù)性較差，加熱爐自動化水平低等問題。對于空煤氣雙蓄熱而言浪費煤氣也較多，安全性較差。從這種意義上講，集中換向比較適合于普碳鋼等對加熱質量要求不高的棒、線材坯料加熱，但在加熱優(yōu)質碳素鋼或合金鋼

56、坯料時該種方式便顯得較為吃力，需要有操作更加靈活、更加完善的蓄熱式燃燒系統(tǒng)配置?？紤]到上述要求，建議將蓄熱體小型化(采用陶瓷蜂窩體)，并與燒嘴置于一體，無論空氣單蓄熱，還是空、煤氣雙蓄熱，加熱爐每對燒嘴采用一套獨立的換向裝置，各燃燒器之間均具有各自完全的獨立性，因此可以被認為是完全意義上的燒嘴形式，相對于集中換向來講其每對燒嘴完全獨立的換向方式，即所謂全分散換向技術。 2.8 爐子供風和排煙系統(tǒng) 加熱爐上供燃燒用的一般都是選用離心式風機，供通風用的都采用軸流式風機。在不影響車間基本設施和生產運行的前提下，鼓風機的安裝力求使管道短，局部阻力最小。 排煙系統(tǒng)是由產生抽力的排煙裝置或排送煙氣的

57、煙道所組成，用以將爐內煙氣排出爐外，保證排煙通暢是加熱爐爐正常進行的重要條件。加熱爐的排煙方式分為自然排煙和機械排煙兩種。前者指煙囪排煙、直接排放和依靠自然抽力的排煙罩等；后者指排煙機排煙等。對于煙氣溫度不高的情況，可采用直接式機械排煙的方式。本設計預采用機械排煙 2.9 爐底水管的確定 步進梁式爐爐底水管和推鋼式爐爐底水管有類似的地方，都是由冷卻水管構成。但他們的受力條件和結構都有著重要的區(qū)別。推鋼式爐內鋼坯是在滑道水管上滑行，滑道水管由橫水管固定和支撐，而橫水管則由爐側鋼柱固定和支撐，所以它們既能承受縱向力，又能承受橫向力，步進梁式爐內鋼坯運動則是由步進梁和固定梁支撐，而步進梁和固定梁

58、都不可能用橫水管固定在爐側鋼柱上。所以步進梁和固定梁及支柱必須有足夠的強度和剛度，以承受因鋼坯不均衡負載所產生的橫向作用力及步進時產生的橫向振動。 1) 爐底水管結構 　　步進梁式爐底水管結構主要有三種形式 (1) 單管支撐的爐底梁結構 這種結構的步進梁和固定梁是通長的，單管水管立柱支撐，這種結構的立柱水管立柱數(shù)量最少，因而，可減少水冷熱損失，(水管受熱面小)，耗水量和基建費用低，所以應用較廣。但要求梁和立柱(尤其是步進梁水管結構)都必須有較高的強度和剛度．特別是立柱要有很好的穩(wěn)定性，因此大都采用直徑較粗的鋼管(立柱水管關徑大于橫梁管徑)以克服橫向作用力和橫向振動，由于立柱水管的直徑較

59、大，為了提高立柱水管內的冷卻水的流速以免產生水垢和其它雜物造成堵塞，而不增加水量，采用了套管結構。 (2) 框架支撐的爐底梁結構 這種結構的優(yōu)點是較能經受爐底梁的橫向作用的外力和熱應力。為了減小步進梁和固定梁長度方向上受熱膨脹而造成變形，將爐底水管沿長度方向上分成幾段，并將立柱連成框架。這種結構可較大改善立柱的穩(wěn)定性，并可避免因熱膨脹造成整個爐底梁的變形。這種結構與第一種結構相比增加了立柱的數(shù)量和連接立柱的橫水管，因而增加了水冷卻受熱面積，也就增加了水冷卻熱損失，同時增加了投資。 (3) “門型”支柱梁結構 這種結構也稱為“馬蹄形”或“倒Ｕ形”結構，當加熱鋼坯的厚度較小，步進梁和固定梁

60、中心距也較小，又要采用下端供熱方式，那么這種結構的步進梁和固定梁的立柱布置在同一條直線上，增加了燃燒通道的寬度，使縱向燃燒火焰在“門”中通過，實現(xiàn)了下端燒嘴供熱。對于步進梁和固定梁中心距較大(大于2000mm)其通道寬度可滿足燃燒火焰的要求。不必采用這種結構。 設計加熱爐的爐長不算太長，產量為120屬于中小型加熱爐，考慮到減少水冷損失，減少投資，無需將爐底水管沿長度方向上分成幾段。因此采用第一種結構形式，了提高立柱水管內的冷卻水的流速以免產生水垢和其它雜物造成堵塞，而不增加水量，采用了套管結構。 2.10 爐子的鋼結構及冷卻系統(tǒng)的確定 1) 鋼結構 爐子鋼結構的主要作用是：(1) 維護

61、爐體的外部形狀，固定爐子砌體；(2) 安裝固定爐子附件；(3) 承受拱頂?shù)乃椒至虻鯍鞝t頂?shù)暮芍兀?4) 承受爐子砌體因熱膨脹而產生的應力；(5) 保持爐子砌體的嚴密性；各部分的鋼結構分別選擇如下： 爐頂鋼結構：主要構件是采用焊接H型鋼制成的橫梁，H型鋼的兩端架在爐墻兩側立拄的頂端。 側立柱：由工字鋼，組合槽鋼和鋼板焊接而成，下端用地腳螺栓與爐子基礎固定，上部用槽鋼圈梁聯(lián)成的矩形框架。 爐底鋼結構：由工字鋼，槽鋼和鋼板焊接組成。 2) 冷卻系統(tǒng) 根據(jù)爐子溫度，壓力等條件和盡量減少熱損失的原則來確定冷卻裝置的部位及其結構形式，并對水冷或汽化冷卻系統(tǒng)的布置提出方案。對爐子進行冷卻的目的

62、有兩個，一個是為了提高其強度和使用壽命，二是為了改善勞動條件。冷卻方式有水冷和汽化冷卻兩種。汽化冷卻與水冷相比有如下優(yōu)點：(1) 可節(jié)約用水； 可以將冷卻構件產生的熱損失大部分轉化為蒸汽來加以利用；(2) 由于汽化冷卻采用軟化凈水，不易沉淀和結垢，使爐內構件的壽命比水冷時提高一倍以上。 鑒于汽化冷卻的以上優(yōu)點，本設計采用汽化冷卻。汽化冷卻的工作原理如下： 軟水箱里的合格軟水通過給水泵供應到氣包，然后通過自然循環(huán)供給加熱爐的7根水梁，由于加熱爐內溫度高達1200℃左右，水梁內的軟水在高溫下形成汽水混合物，帶走熱量達到冷卻水梁的目的，形成的汽水混合物通過上升管道進入氣包。氣包內設有汽水分離裝

63、置，汽水混合物中的蒸汽供給用戶。汽化冷卻系統(tǒng)原理圖如下： 2.11爐子的機械化及自動化 　　現(xiàn)代工爐為了準確控制各種爐況參數(shù)，掌握工業(yè)爐的熱工過程，使工業(yè)爐經常地、穩(wěn)定的處于最佳熱工狀態(tài)，保證加熱質量，提高工業(yè)爐的熱效率，同時也是為了維護工業(yè)爐設備，延長使用壽命，改善操作人員的勞動條件，保證工業(yè)爐的安全生產，工業(yè)爐上需要配備一整套的熱工測量和自動調節(jié)裝置。同時目前工業(yè)爐加熱物料的品種比以往大大增加，而加熱要求又大為提高，為了使工業(yè)爐對不同物料的加熱都能處于最佳工作狀態(tài)，使加熱質量最優(yōu)，能耗最低，必須配備計算機自動控制系統(tǒng)。 一般系統(tǒng)自動調節(jié)的內容包括：燃燒的調節(jié)(空氣和燃料的調節(jié))，

64、爐溫的調節(jié)(向爐內供熱)，爐膛壓力的調節(jié)，液位的調節(jié)等。 3 技術設計 3.1燃料燃燒計算 計算單位燃料進行完全燃燒的空氣需要量（）。其目的在于合理，有效地控制燃燒過程，達到最佳燃燒狀態(tài)；同時也是正確的選用或設計計算燃燒裝置，供風系統(tǒng)及檢測?？刂葡到y(tǒng)的重要依據(jù)。 計算單位燃料進行完全燃燒的燃燒產物（煙氣）生成量（）燃燒產物成分（%）及其密度）。燃料燃燒產物的生成量及其密度是設計煙道，煙囪或選用排煙機等不可缺少的依據(jù)。而燃燒產物成分是計算爐氣黑度所必需的數(shù)據(jù)。 計算燃料理論燃燒溫度（）。它是估算實際爐溫能否達到工藝要求的重要數(shù)據(jù)之一；同時也是選擇燃料種類及其燃燒方法的參考。 計算燃

65、料低發(fā)熱量（）。已知路子設計生產率時的總熱量消耗，根據(jù)即可求出爐子總燃料消耗量B。同時也使計算的重要依據(jù)。 3.1.1燃料成分及發(fā)熱值 表1 干成份 成分 CO CO2 H2 N2 CH4 合計 高爐煤氣 25 14.3 3.3 56.8 0.6 100 　　煤氣含濕量 %..................(1) 換算為濕成分據(jù)公式： ....................................(2) = K = 0.97725% = 24.43% = K = 0.97714.3% =13.97% = K = 0.9773.3

66、% = 3.22% = K = 0.9770.6% = 0.59% = K = 0.97756.8% = 55.5% 表2 濕成分 成分 CO CO2 H2 N2 CH4 H2O 合計 高爐煤氣 24.43 13.97 3.22 55.5 0.59 2.29 100 　　低位發(fā)熱值：(根據(jù)門捷列夫公式) ......................(3) 3.1.2 燃料所需空氣量計算 1) 空氣消耗系數(shù) 據(jù)資料，選取 2) 理論空氣量 20℃時，查得空氣的含濕量 =0.714........................(4) 3) 實際空氣量 ................................(5) =....................................(6) = (1+0.0012418.9)0.857 = 0.8769 3.1.3 單位燃燒產物的計算