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1、加热炉课程设计模版1. 设计条件1炉子生产率： P = 40 t/h；2加热金属参数：加热钢种为 40# 碳素钢；料坯尺寸 1101102800 mm；加热初始平均温度为 20；加热终了表面温度为 1200；加热终了断面温差 45 ；3燃料参数：预热温度设定为 20；燃料种类设定为天然气；燃料成分见下表：成分 CH4 C2H6 C3H8 H2 CO CO2 N2 总和天然气（% ）90.63 1.61 2.58 2.55 0.01 0.44 2.18 100.04助燃空气预热温度：350 ；5烟气出炉膛温度： 670 ；2. 热工计算2.1 燃料燃烧计算1. 天然气干、湿成分换算根据燃料温度
2、20查表得 g = 18.9 g/标 m3(干空气),则k= 100/(100+0.12418.9)= 0.977 由 k=0.977 可计算天然气湿成分，计算结果列入下表成分 CH4 C2H6 C3H8 H2 CO CO2 N2 H2O 总和天然气（%）88.55 1.57 2.52 2.49 0.01 0.43 2.13 2.30 100.0燃料低位发热量计算 3356.18.634.715908.25107.26126.54/DQ KJm2. 计算理论空气需要量 L0024 3(. )/(.59853175219.5/nmCOHL Hm3. 计算实际燃烧产物需要量 Ln（有焰燃烧，选取
3、n=1.1）230 31.950.2/(4/nsLm4. 计算燃烧产物生成量及成分(每 100m3燃料)22 2 3242683042 0.1.529.679.13791().7.COngHOHOnNVC mLmL22 33.6815049.620.815.7nCNSOVV则生成物含量见下表产物成分 C02 N2 O2 H2O总和含量（%）8.63 70.56 1.7 19.11 100.05. 计算燃烧产物重度 32241834 1.2/.402.410COHNOkgm =6. 计算燃料理论燃烧温度350时， ，设燃烧温度为 18002100，则3/.Cm空 .96kJ3)/(octC=1.
4、7251240.9206C1867ntQV低 空 燃 分理 因此，可满足连续加热炉加热工艺。2.2 炉膛热交换计算计算目的是确定炉气经过炉壁对金属的导来辐射系数 CgKM kJ/(m2.h.K4)。1.预定炉膛主要尺寸：炉膛高度 B。对于中型连续加热炉，假设 H=550/(m 3.h.K4),则，取 n=1，a=0.166。.401.82252.8PnHlSE则 B=nl+(n+1)a=12.8+20.166=3.132m, B/0.116=27,整数，符合耐火砖条件。所以取 B 为 3132mm。炉膛各段高度。查表，对燃气大型加热炉，取 H 预上 900mm ，H 加上 = 1600mm。炉
5、膛各段长度。设均热段长度 L 均 ，加热段长度为 L 加 ，预热段长度为 L预 。炉顶结构：上加热采用端加热，B4m，为降低成本采用 60砖砌筑拱顶。出料方式：侧出料。32. 计算各段平均有效射线行程（60拱顶） 计算各段充满炉气的炉膛体积 2 23(0.43)(1.632-0.43.1)4.599VHBLLm加 加 上 加 加预 预 预 预 上 计算各段包围炉气的炉壁内表面积 3(21.78)(.78.).702132KFBLL加 加 上 加 加 预 预预 底 预 上取气体辐射有效系数为 =0.9，得S 加 = 0.9 = 0.9 m4VF加加 围 4.59.087加加S 预 = 0.9 =
6、 0.9 m预 围预 2.31.L预预3. 计算炉气中 CO2 和 H2O（汽）分压PCO2 = 8.63/100 = 0.0863 大气压PH2O = 19.11/100 = 0.1911 大气压4. 预确定各段炉气温度 设加热段炉气温度比金属加热终了时其表面温度高 60，即tg 加 = t 表终 + 60 = 1200+60 =1260 设预热段炉气温度与炉长成近似线性关系，则：tg 预 = 12607955. 计算各段炉气黑度 1/30.50.80.611/30.50.80.61267371(29)().9()2190.240657371()()92.93().9.170.260gg 加
7、预6. 计算各段炉墙和炉顶对金属的角度系数（60拱顶） MKM nL.8.462H0.78B2167312.0.9.加 加 上预 预 上47. 计算各段导来辐射系数（取 M = 0.8 ） 2420.431()().9.80.496.2410.9kJ/(m.hK)06(8)2.31()gKggKMgKMKgggKMKgC加 预 预预 预 预 24.470.8.6(0.27)9.kJ/(.h)0618M预加预界面处： kJ/(m2.h.K4)1.94C.35gKM加 预2.3 金属加热计算金属加热计算是连续加热炉全部热工计算的核心。有实底段的二段连续加热炉内金属加热计算，按加热段、预热段和加热段
8、实底段分别进行计算。首先将这三段分成四个界面，即：金属入炉处（炉尾）为 0 界面；预热段终了、加热段开始处为 1 界面；双面加热段终了、实底床开始处为 2 界面；加热段终了金属出炉处为 3 界面。则：01 为预热段，12 为双面加热段，23 为单面加热段。计算顺序为界面 3、2、1、0。1. 计算 3 界面处金属加热有关参数金属表面温度 t 表终 = 1200；金属断面温差设为 t 终 = 45；计算金属断面平均温度该处为单面加热，所以金属断面平均温度近似为t 均 3=t 表终0.7 t 终=1200 0.745=1168.5计算金属表面热流 q 表 3查表得 1168.5时 40#钢的导热系
9、数为 28.99636=104 kJ/(m2.h. )3 221045891kJ/(m.h).tqsV终表计算加热段炉气温度 tg34 4443gKMt2738509127310 2158C10.0gqt C 表 3表 终加 注：计算结果与假设加热段各温度相差较小，所以不必重新设定和计算，故取 tg3=1258。2. 计算 2 界面处金属加热有关参数设炉气温度 tg2 = tg3=1258，求金属表面温度 t 表 2、断面温度 t2 和表面热流 q 表 2。计算该处金属表面温度 t 表 25计算傅里叶准数 F0按经验取实底床长度 L 床 =4.0m，查表得 20时 40#钢的密度=7853 k
10、g/m3.24.012.875310.24LSlnhP床床根据 t3 均 =1168.5，查表 40#钢导热系数 a=0.021m2/h,透热深度（双面加热）S=0.11/2=0.055, 022.1.6705aFS计算毕渥数 Bi，给热系数 2328914kJ/(mhC)4670.5.gqtSi表 表 终 计算函数值由 F0=1.67，Bi=0.78 查表得 2(,)(1.67,08).52aS所以， 215804 C.t表计算金属表面热流 q 表 2g44 4432T12587316273C().9()()150kJ/(mh)1000gKMq 表表 加计算金属断面温差设 t2均=1120，
11、则查表得 40#钢坯的导热系数为 102 kJ/(m2.h)t2= =S表q15704.22C计算金属中心温度和平均温度t 中 2 = t 表 2 t 21146 421104t 均 2=t 表 20.7t2= 11460.742=1117注：计算结果与设定温度相差小，误差小于 0.3%，所以不必重新设定和计算，故取 t2 均 =1117。计算金属热焓值 i 加由 t2 均 =1117，查表得 40#钢比热 Cp=0.6866 kJ/(kg.)。则：i 加 =11170.6866=767 kJ/kg3. 计算 1 界面处金属加热有关参数计算炉膛热量利用系数只预热助燃空气，查表得，当 t 空=3
12、50时，C 空=1.296 kJ/(Nm 3.)6当 T 废膛=670时，C 废膛=1.463 kJ/(Nm 3.)，Q D= 35124kJ/Nm3， Ln=10.29 Nm3/Nm3， Vn =11.55Nm3/Nm3 则：4nQLtt51240.926501.4670.2.93 低 空 空 废 膛 废 膛低 空 空计算加热段热量利用系数设加热段流入预热段的废气温度 1258，查表得，当 t 空=350 时，C 空=1.296kJ/(Nm3.) ；T 废加=1258时,C g2=1.588 kJ/(Nm3.)；则nng4QLCtVt351240.926501.58120.43.93 2低
13、空 空加 低 空 空计算金属在预热段的热焓增量根据 t 均 3=1168.5，查表算得 40#钢比热：c p=0.6850 kJ/(kg.) 得：i 总 i 终 i 始 1168.50.6850 200.4773 790.9 kJ/kg取 q 辐=500000 kJ/(m2h)， FB(H 预上2S)=3.132（0.90.11）=2.5m 2加热段向预热段辐射的热量：Q 辐=q 辐 F=5000002.5=125104 kJ/h，则：44 0.431250 i (1)79.()3/7QkJgP加 辐预 i 预 =i 初 +i 预 =200.4773+350=359.546 kJ/kg计算金属
14、平均温度设 t 1 均611，查表得 cp = 0.58895 kJ/(kg.)，则： 1359.46108tC均 注：计算值与设定值相差很小，因此不必重新设定和计算,取 t1 均=611计算金属表面热流式中，加热段和预热段平均导来辐射系数： =10.325kJ/(m2.h.K4) 加 预gKMC加热段炉气温度：t g1t g2=tg3=1258,t 1 均 =610；透热深度：S=0.055 ；40#钢在 610时的导热系数为 120kJ/(m.h.)，则4 41 14g14q 0.5T+83312572C()0.0 0gKMS qq 表均表 1加 预 均令 A= =0，得 q 表 1=10.325(15.314-8.834)=504504，带入得 A=77.077；10.532依上述步骤迭代得最终结果：A=A=73.46，则 q 表1=312073.46/0.055=480829 kJ/(m2.h)。7计算金属表面温度 t 表 1t 表 1=t 均 1+ S48029.55671.433qC表 计算金属断面温差t1= 148029.10.9q表计算金属中心温度t 中 1 = t 表 1 t 1671.46 11
