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1、二 步进式加热炉设计计算2.1 热工计算原始数据(1)炉子生产率：p=245t/h(2)被加热金属： 1)种类：优质碳素结构钢(20#钢) 2)尺寸：25022003600 (mm)(板坯) 3)金属开始加热(入炉)温度：t始=20 4)金属加热终了(出炉)表面温度：t终=1200 5)金属加热终了(出炉)断面温差：t15(3)燃料 1)种类：焦炉煤气 2)焦炉煤气低发热值：Q低温=17000kJ/标m3 3)煤气不预热：t煤气=20表1-1 焦炉煤气干成分(%)成分焦炉煤气3.10.42.9957.925.41.3(4)出炉膛烟气温度：t废膛=800(5)空气预热温度(烧嘴前)：t空=350
2、2.2 热工计算 2.2.1 焦炉煤气干湿成分换算查燃料燃烧附表5， 由上式得 代入表21中，得表2-1 焦炉煤气湿成分(%)成分CO2O2C2H4COH2CH4N2H2O合计焦炉煤气3.02900.30902.83368.793956.574124.81841.27022.2899100 2.2.2 计算焦炉煤气低发热值 = =17094.6830 KJ/m误差 计算值与设计值相差很小，可忽略不计。2.2.3 计算理论空气需要量L0把表2-1中焦炉煤气湿成分代入 =2.2.4 计算实际空气需要量Ln查燃料及燃烧，取n=1.1代入 标m3/标m3实际湿空气消耗量 = =6.0999 标m3/标
3、m32.2.5 计算燃烧产物成分及生成量 标m3/标m3 =0.4231 标m3/标m3 标m3/标m3 = 1.2526 标m3/标m3 标m3/标m3 =3.7507 标m3/标m3 标m3/标m3 =0.0897标m3/标m3 燃烧产物生成总量 标m3/标m3 燃烧产物成分 将燃烧产物生成量及成分列于下表 表2-2 焦炉煤气燃烧产物生成量（标m3/标m3）及成分（%）成分名称合计生成量（标m3）0.42311.25263.75070.08975.5161体积含量（%）7.670322.708167.99551.62611002.2.6 计算煤气燃烧产物重度按燃烧产物质量计算把表2-2中燃
4、烧产物体积百分含量代入 Kg/m3 =1.2063Kg/m32.2.7 计算燃料理论燃烧温度由t空=350，查燃料与燃烧表得C空=1.30kJ/标m3， 由燃料与燃烧P38,得燃烧室(或炉膛)内的气体平衡压力接近1个大气压(大多数工业炉如此),那么式中各组分的分压将在数值上与各组分的成分相等)即 . .所以,由燃料与燃烧附表8, 附表9,得 ,所以 所以 误差在误差范围内，故不必再假设。因此，可满足步进式加热炉加热工艺要求2.3 炉膛热交换计算2.3.1 预确定炉膛主要尺寸炉膛宽度 式中 料坯长度 mm； a料坯之间和料坯端头与炉墙内表面的距离，一般取300mm； n炉内物料摆放排数，这里取双
5、排； 对于砌砖炉体结构，为砌筑施工方便，炉体宽度应为耐火砖宽度（0.116m）的整数倍，经计算，为满足耐火砖的宽度整数倍的要求，所以取炉膛高度：由经验考虑，参照钢铁厂工业炉设计参考资料，对燃气中型加热炉，取炉膛高度分别为，。炉膛长度：设加热段长度为L加，预热段长度为L预，均热段长度为L均；炉顶结构：内宽B4m,用平顶；出料方式：端出料；2.3.2 计算炉膛相关尺寸各段炉底面积 F加底=BL加=6.96L加m2 F预底=BL预=6.96L预m2 F=BL均=6.96L均m2各段炉墙（侧墙）和炉顶（平顶）内表面积 F加表=2H加上L加+ BL加= =11.52 L加m2 各段包围炉气内表面积 F加
6、围=8.12L加+11.72L加=19.84L加m2F预围=8.12L预+10.12L预=18.24 L预m28.12+10.52=18.64m2各段充满炉气的空腔体积 V加= 8.121.8L加=14.616L加 m3V预= m3 2.3.3 计算各段平均有效射线行程查钢铁厂工业炉设计参考资料，各种形状的气层中，沿不同方向的射线行程的长度并不都相等，计算辐射时要采用平均射线行程L m式中：气体辐射有效系数，一般与气体黑度，几何形状有关，取=0.850.9 F围绕气体的容积表面积 m2 V气体所充满的容积 m3 m m m2.3.4 计算炉气中二氧化碳和水汽分压由燃料燃烧计算，见表2-2，得P
7、CO2=6.145/100=0.076703大气压 PH2O=19.132/100=0.227081大气压2.3.5 计算各段炉气温度由工业炉设计手册知，炉温与钢材表面温度之差为温度位差，对于一般加热炉，一般不超过 50100，这里取均热段炉气温度比加热终了时金属表面温度高50，即查火焰炉，取加热段炉气温度 预热段炉气温度变化规律近似为线性变化，即 2.3.6 计算各段炉气黑度(1)查钢铁厂工业炉设计参考资料, 均热段 加热段 预热段 (2)求炉气黑度预热段(1050C)查表得, , 求 因为计算同时含有和的燃烧生成物的黑度时,由于的辐射光带和吸收光带有一部分重合,因而混合气体的总辐射要比混合
8、气体中所含单独辐射的总和小一些，既 式中：黑度的修正值 查手册图7-66，1所以 1 加热段（1300C） 同理： 查图7-66得， 均热段（1250C） 求查图7-66得， 综上所述：，2.3.7 计算各段炉墙和炉顶对金属的角度系数 导来辐射系数 C式中： ，炉气、炉料的黑度 ，炉壁对炉料的角度系数，为炉料与炉壁的面积， 对于平顶，双排料:=2.3.8 计算各段导来辐射系数对于钢铁，。取，代入得 =10.20 =9.657 =9.18 2.4 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。按炉子有效长度分成三个区段(即预热段、加热段、均热段)分别进行计算。计算方法简述如下：预热段和
9、加热段采用热流等于常数的边界条件求解。均热段计算有两种方法根据经验直接确定均热段实底段长度。选定均热度求均热时间。后一种方法用于均热床架空的时候，它与实际情况相差很大，应根据经验修正。2.4.1 均热段该金属加热开始时，断面温度呈抛物线分布（设计手册下，P89），取出炉时，钢的断面温差为10，采用抛物线的理想平均值求法。加热终了时，钢坯的平均温度在此温度下，钢的导热系数 求热流密度 式中：S钢材厚度（m），对于双面加热，厚度取，均热段炉气温度 =1201.46前面假设温度为1250，误差为 5% 故不必再重新假设。求热焓在1193时，Cp=0.68716kJ/(kg)热焓 i= Cp*t=11
10、93.33*0.68716=820.0109 kJ/kg2.4.2 加热段设加热段加热终了时，金属断面温差=50（1） 钢坯平均温度（2） 加热段末端钢坯表面热流查设计手册，在1167时， （3） 加热段炉气温度 与前面假设炉气温度1300仅相差20 误差 5%故不必再假设。（4） 均热度 式中：均热度金属均热开始时的表面与中心温度差金属均热终了时的表面与中心温度差 因为 查钢铁厂工业炉设计参考资料P288，图825，对于大平板：=0.2时，所以 （5） 加热段内钢坯热焓加热段内钢坯平均温度1167，查表Cp=0.6894 kJ/(kg)2.4.3 燃料利用系数及钢坯热焓分配(1) 加热段燃料利用系数 式中：， 代入得 ： =0.42（2）炉膛燃料利用系数本设计中只预热助燃空气，所以上式可以写为 =0.6606(3) 金属在炉膛中的总热焓增量(4) 金属在预热段的热焓增量 式中：，加热段向预热段辐射热量； q辐射热流，一般q=100000130000千卡/m，这里取q=110000千卡/m； F界面面积； F= (5) 求金属平均温度设t均3=550，查火焰炉设计计算参考资料表3-3得，cP=0.5736 kJ/(kg) 则5%设计值与计算值相差很小，因此不必重算。2.4.4 预热段热流及加热时间（1）预热段始端热流
