蓄熱式步進(jìn)加熱爐設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要摘 要本設(shè)計(jì)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(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)加熱爐進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，主要包括初步設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)對(duì)加熱爐的選型結(jié)構(gòu)做出來初步的選擇；技術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)加熱爐設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的熱力計(jì)算并確定了加熱爐的主要技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式加熱爐重要輔助設(shè)備進(jìn)行選擇。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，改善蓄熱式燃燒技術(shù)，節(jié)約了燃料，提高爐子熱效率，提高了產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的污染，達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo)。由于本設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)，該技術(shù)擁有多方面的優(yōu)勢(shì)，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(nèi)會(huì)擁有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞: 加熱爐；高爐煤氣；蓄熱式燃燒；高效節(jié)能ABSTRACTIn this paper, Baogang Hot MILL 180 t / h for 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 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 studied 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 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 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 savingV河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄目錄引 言11 緒論21.1蓄熱式燃燒技術(shù)的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀21.1.1蓄熱式燃燒技術(shù)的歷史21.1.2蓄熱式燃燒技術(shù)的發(fā)展21.2 蓄熱式（高溫空氣）燃燒技術(shù)的特點(diǎn)31.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀41.3.1 國外研究現(xiàn)狀41.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀51.4 蓄熱式加熱爐發(fā)趨勢(shì)及展展望61.5 開發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)的前景62 初步設(shè)計(jì)82.1 燃料的選擇82.2 加熱工藝的確定92.3 爐型選擇102.4 料坯布置方式及加熱方式的選擇122.5 料坯的裝出爐方式122.6 選擇燃燒裝置的形式及其安裝位置的確定132.7 換熱裝置的形式及其換向系統(tǒng)的確定142.8 爐子供風(fēng)和排煙系統(tǒng)152.9 爐底水管的確定152.10 爐子的鋼結(jié)構(gòu)及冷卻系統(tǒng)的確定172.11爐子的機(jī)械化及自動(dòng)化183技術(shù)設(shè)計(jì)193.1燃料燃燒計(jì)算193.1.1燃料成分及發(fā)熱值193.1.2 燃料所需空氣量計(jì)算203.1.3 單位燃燒產(chǎn)物的計(jì)算203.1.4 理論燃燒溫度的計(jì)算213.2爐膛熱交換計(jì)算223.2.1 爐膛尺寸的確定223.2.2 金屬出爐參數(shù)的確定233.2.3 算各段爐氣平均有效射線行程233.2.4 預(yù)定各段爐氣溫度243.2.5 計(jì)算各段爐氣黑度243.2.6 各段爐頂和爐墻對(duì)金屬的輻射角度系數(shù)243.2.7 計(jì)算各段爐氣的平均綜合輻射系數(shù)253.3金屬加熱計(jì)算253.3.1 溫度制度的確定及邊界條件263.3.2 均熱段爐氣溫度校核263.3.3 金屬加熱的各段熱流密度計(jì)算273.3.4 金屬加熱時(shí)間的計(jì)算28均熱段加熱時(shí)間313.4 爐子主要尺寸的確定313.4.1 計(jì)算爐子長度313.4.2 爐子結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)313.4.3 爐門數(shù)量和尺寸的確定323.4.4 爐膛各部分用耐火材料及其尺寸的確定333.4.5 爐底水管結(jié)構(gòu)尺寸343.5 爐底水管強(qiáng)度計(jì)算353.5.1 爐底水管布置特點(diǎn)363.5.2 爐底水管強(qiáng)度計(jì)算原則363.5.3 固定梁和步進(jìn)梁的強(qiáng)度計(jì)算373.6爐膛熱平衡和燃料消耗量的計(jì)算433.6.1 爐膛熱收入項(xiàng)443.6.2 爐膛熱支出項(xiàng)443.6.3 爐膛熱平衡及燃料消耗量的計(jì)算553.6.4 列爐膛熱平衡表553.6.5 爐子工作指標(biāo)563.7燃燒器的選擇與布置563.7.1選擇依據(jù)563.7.2燒嘴布置情況563.7.3安裝間距的參考值的計(jì)算593.8空氣管路的設(shè)計(jì)計(jì)算593.8.1計(jì)算條件593.8.2計(jì)算各段管徑593.9煤氣管路的設(shè)計(jì)計(jì)算633.9.1計(jì)算條件633.9.2計(jì)算各段管徑633.10各管道的阻力損失計(jì)算683.10.1管路阻力計(jì)算683.10.2煙道阻力計(jì)算683.11風(fēng)機(jī)的選型69結(jié) 論71參考文獻(xiàn)72致 謝73附 錄74河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)引言引 言 高溫空氣燃燒技術(shù)在日、美等國家簡稱為HTAC技術(shù)，在西歐一些國家簡稱為HPAC(Highly Preheated Air Combustion)技術(shù)，亦稱為無焰燃燒技(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(xiàng)基本技術(shù)措施：一項(xiàng)是采用溫度效率高達(dá)95%，熱回收率達(dá)80%以上的蓄熱式換熱裝置，極大限度回收燃燒產(chǎn)物中的顯熱，用于預(yù)熱助燃空氣，獲得溫度為8001000，甚至更高的高溫助燃空氣。另一項(xiàng)是采取燃料分級(jí)燃燒和高速氣流卷吸爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物，稀釋反應(yīng)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(jìn)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(xué)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)。這種燃燒是一種動(dòng)態(tài)反應(yīng)，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(diǎn)，又被稱為環(huán)境協(xié)調(diào)型燃燒技術(shù)HTAC技術(shù)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(guān)注。它徹底打破了傳統(tǒng)燃燒的模式，進(jìn)入到新的未知領(lǐng)域高溫低氧燃燒領(lǐng)域。它是一項(xiàng)既節(jié)能又利于環(huán)保且極具活力的技術(shù)，值得大力推廣和開發(fā)。對(duì)于企業(yè)界來說，它可以大幅度降低能耗和生產(chǎn)成本，提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和市場競爭力。HTAC技術(shù)被認(rèn)為是具有創(chuàng)造性、實(shí)用性以及增長潛力的新的戰(zhàn)略技術(shù)。在鋼鐵工業(yè)中，加熱爐是主要的耗能設(shè)備之一。合理解決加熱爐的燃料問題，提高燃料利用率，對(duì)于降低能源消耗，減少鋼坯氧化燒損，提高加熱質(zhì)量從而進(jìn)一步提高整個(gè)軋線生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益，具有非常重要的意義本設(shè)計(jì)是指導(dǎo)教師劉克儉根據(jù)包鋼軋鋼廠燃高爐煤氣步進(jìn)梁蓄熱式加熱爐擬題。88河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒論1.1蓄熱式燃燒技術(shù)的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀1.1.1蓄熱式燃燒技術(shù)的歷史蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)，19世紀(jì)中期就開始用于高爐熱風(fēng)爐、平爐、焦?fàn)t、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(jīng)蓄熱體，達(dá)到在最大程度上回收高溫?zé)煔獾娘@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，換向周期長，限制了它在其他工業(yè)爐上的應(yīng)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(dá)2001000m2/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(shù)的提高，使換向時(shí)間大為縮短，傳統(tǒng)蓄熱室的換向時(shí)間一般為2030min，而新型蓄熱室的換向時(shí)間僅為0.53min。新型蓄熱室傳熱效率高和換向時(shí)間短，帶來的效果是排煙溫度低（200以下），被預(yù)熱介質(zhì)的預(yù)熱溫度高（只比爐溫低100150）。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(dá)到85%以上，熱回收率達(dá)80%以上。隨著蓄熱式燃燒技術(shù)的進(jìn)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(shù)和高風(fēng)溫燃燒技術(shù)在不斷完善中正走向成熟。1.1.2蓄熱式燃燒技術(shù)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(dá)240m2/m3，因此蓄熱能力大大增強(qiáng)、蓄熱體體積顯著縮小、換向時(shí)間降至13min，溫度效率明顯提高(一般大于80)，而預(yù)熱溫度波動(dòng)一般小于15。在隨后幾年里，對(duì)該蓄熱系統(tǒng)又進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究并作了試用。在不銹鋼退火爐、步進(jìn)梁式爐上的應(yīng)用均達(dá)到了預(yù)期的效果，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。日本在1985年前后詳細(xì)考察了RCB的應(yīng)用技術(shù)和實(shí)際使用情況后，開始進(jìn)一步研制。20世紀(jì) 90年代初，日本鋼管株式會(huì)社(NKK)和日本工業(yè)爐株式會(huì)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(shí)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(jìn)氣，效果很好。NKK進(jìn)行了多次試驗(yàn)，對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)加熱后進(jìn)入燃燒器的空氣溫度已接近廢氣排放溫度。數(shù)據(jù)顯示，空氣預(yù)熱溫度達(dá)1300、爐內(nèi)O2含量為11%時(shí)NOx排放量是40kg/m3 1。HRS的開發(fā)，不僅實(shí)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(chǎn)生了一種新的燃燒技術(shù)高溫空氣燃燒技術(shù)HTAC(High Temperature Air Combustion)。1.2 蓄熱式（高溫空氣）燃燒技術(shù)的特點(diǎn)高溫空氣燃燒技術(shù)的基本特征：1) 采用高效蓄熱式余熱回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔庥酂岬摹皹O限”回收；2) 助燃空氣預(yù)熱溫度超過燃料自燃點(diǎn)溫度，燃燒穩(wěn)定性擴(kuò)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(kuò)大，峰值溫度降低，實(shí)現(xiàn)超低NOx的生成與排放。基于高溫空氣燃燒技術(shù)的基本特征，高溫空氣燃燒技術(shù)具有如下一些優(yōu)勢(shì)：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(kuò)大，爐內(nèi)溫度分布更均勻，平均溫度升高，換熱(包括輻射換熱與對(duì)流換熱)進(jìn)一步增強(qiáng)，熱利用率得以提高研究結(jié)果表明，采用高溫空氣燃燒技術(shù)，一般可實(shí)現(xiàn)節(jié)能30%以上。2) 低污染。主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：(1)低NOx污染。盡管助燃空氣預(yù)熱溫度很高，但由于燃燒區(qū)氧濃度降低，火焰體積成倍擴(kuò)大，降低了燃燒的峰值溫度，避免了熱力型NOx的大量生成，實(shí)現(xiàn)了超低NOx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(shù)可實(shí)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(qiáng)度減弱，燃燒噪音大大降低。3) 縮小裝置尺寸。爐內(nèi)換熱效率的提高，可使相同產(chǎn)量加熱爐的尺寸縮小或者同樣大小加熱爐的產(chǎn)量提高。裝置尺寸縮小，從而可降低設(shè)備的初投資。4) 燃燒穩(wěn)定性好。由于助燃空氣溫度預(yù)熱到燃料自燃點(diǎn)以上，燃料一進(jìn)人爐內(nèi)就能著火燃燒，提高了燃燒的穩(wěn)定性。5) 燃燒區(qū)擴(kuò)大。通過組織爐內(nèi)低氧氣氛燃燒，火焰體積成倍增大，爐內(nèi)溫度場分布更均勻，有利于被加熱件的均勻受熱。6) 對(duì)燃料的適應(yīng)性擴(kuò)大。助燃空氣預(yù)熱溫度升高，降低了對(duì)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?fàn)t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，弱化了過剩空氣對(duì)加熱爐總熱效率的影響，擴(kuò)大了燃燒的調(diào)節(jié)范圍，便于燃燒控制。9) 經(jīng)過蓄熱室后的煙氣溫度較低，煙道和煙囪的內(nèi)襯可不采用耐火材料。10) 高溫空氣燃燒器結(jié)構(gòu)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(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于：(1) 節(jié)能潛力巨大，平均節(jié)能25% 以上。因而可以向大氣環(huán)境少排放二氧化碳25% 以上，大大緩解了大氣的溫室效應(yīng)。(2) 擴(kuò)大了火焰燃燒區(qū)域，火焰的邊界幾乎擴(kuò)展到爐膛的邊界，從而使得爐膛內(nèi)溫度均勻，這樣一方面提高了產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面延長了爐膛壽命。(3) 對(duì)于連續(xù)式爐來說，爐長方向的平均溫度增加，加強(qiáng)了爐內(nèi)傳熱，導(dǎo)致同樣產(chǎn)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(chǎn)品的產(chǎn)量可以提高20% 以上，大大降低了設(shè)備的造價(jià)。(4) 由于火焰不是在燃燒器中產(chǎn)生的，而是在爐膛空間內(nèi)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(shù)，助燃空氣預(yù)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(shù)，在助燃空氣預(yù)熱溫度非常高的情況下，NOX含量卻大大減少了。(6) 爐膛內(nèi)為貧氧燃燒，導(dǎo)致鋼坯氧化燒損減少。(7) 爐膛內(nèi)為貧氧燃燒，有利于在爐膛內(nèi)產(chǎn)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(nèi)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(dá)國家相繼開發(fā)和采用了這項(xiàng)技術(shù)。新型蓄熱式加熱爐技術(shù)之所以引起普遍重視和迅速推廣應(yīng)用是因?yàn)樗茏畲笙薅鹊幕厥粘鰻t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(chǎn)量，同時(shí)大大減少二氧化碳和氮氧化物的排放量，有利環(huán)境保護(hù)，因此這項(xiàng)技術(shù)在國際上被稱為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 90年代以來歐、美、日等國家在蓄熱式燃燒技術(shù)和應(yīng)用方面取得了很大進(jìn)展，把節(jié)能和環(huán)保有機(jī)的結(jié)合起來提升為“高溫空氣燃燒技術(shù)”。尤其是日本，現(xiàn)已有150多座工業(yè)爐采用了這項(xiàng)技術(shù)。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(xiàng)技術(shù)，收到節(jié)能20%30%提高產(chǎn)量15%20%的效果。隨著蓄熱式燃燒技術(shù)的進(jìn)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(shù)和高風(fēng)溫燃燒技術(shù)在不斷完善中正走向成熟。上世紀(jì)80年代由日本研發(fā)的“高溫空氣低氧燃燒技術(shù)”(High Temperature Air 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(shù)的發(fā)展已達(dá)到相當(dāng)成熟的階段，尤其是蓄熱式燃燒技術(shù)的發(fā)展，為負(fù)能煉鋼打下了良好的基礎(chǔ)。1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國自二十世紀(jì)八十年代開始有國外譯文介紹，八十年代中后期國內(nèi)熱工界也開始研究新型蓄熱式技術(shù)，建立了專門的陶瓷球蓄熱式實(shí)驗(yàn)裝置。東北大學(xué)、北京科技大學(xué)、機(jī)械部第五設(shè)計(jì)研究院、冶金部鞍山熱能研究院等對(duì)此技術(shù)都有研究，但是工業(yè)應(yīng)用很少。1998年9月萍鄉(xiāng)鋼鐵有限責(zé)任公司首次和大連北島能源技術(shù)有限公司合作采用蓄熱式燃燒技術(shù)進(jìn)行軋鋼連續(xù)式加熱爐燃燒純高爐煤氣技術(shù)的開發(fā)研究，并率先在萍鋼棒材公司軋鋼加熱爐上應(yīng)用，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了蓄熱式技術(shù)燃燒高爐煤氣在連續(xù)式軋鋼加熱爐上的應(yīng)用。此爐作為國內(nèi)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(yīng)該說為國內(nèi)蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用在冶金行業(yè)連續(xù)式加熱爐開辟了先河，此后，國內(nèi)有多家公司開展蓄熱式燃燒技術(shù)的研究和在國內(nèi)的推廣應(yīng)用，蓄熱式燃燒技術(shù)逐漸成熟。如北京神霧公司的蓄熱式燒嘴加熱爐，秦皇島設(shè)計(jì)院的蓄熱式加熱爐等。在蓄熱式燃燒技術(shù)方面形成了一套較完善的設(shè)計(jì)思想和方法，蓄熱式技術(shù)在工業(yè)爐上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、少污染和高自動(dòng)化水平，達(dá)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。1.4 蓄熱式加熱爐發(fā)趨勢(shì)及展展望在上個(gè)世紀(jì)早期，采用蓄熱室回收煙氣余熱，將助燃空氣預(yù)熱到1000的技術(shù)就已出現(xiàn)，并普遍應(yīng)用于煉鐵熱風(fēng)爐、玻璃熔爐、平爐和熔鋁爐等設(shè)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(shù)的進(jìn)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(shù)和高風(fēng)溫燃燒技術(shù)在不斷完善中正走向成熟。蓄熱式加熱爐總的發(fā)展趨勢(shì)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(gè)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(diào)整燒嘴熱負(fù)荷來調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度，對(duì)于操作人員易于接受。2) 每個(gè)燒嘴都可單獨(dú)調(diào)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(diào)節(jié)非常方便。3) 爐墻兩側(cè)留有便于檢修的人孔門和扒渣門。4) 對(duì)于高熱值氣體燃料，可直接冷爐點(diǎn)火升溫。5) 燒嘴式結(jié)構(gòu)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(shí)間短，因此換向時(shí)管道內(nèi)殘留煤氣損失較少，更有利于節(jié)能。6) 維護(hù)工作量稍大，但檢修時(shí)間短，停爐時(shí)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。 1.5 開發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)的前景從我國工業(yè)爐的能源結(jié)構(gòu)來看，盡管以煤為主體的能源結(jié)構(gòu)在很長時(shí)間內(nèi)難以改變但總的發(fā)展趨勢(shì)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(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比重可望下降到50%以下、同時(shí)，固體燃料在終端能源結(jié)構(gòu)中的比重將從1990年的66%降至16%，這為開發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)提供了基礎(chǔ)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(dāng)于國外發(fā)達(dá)國家5060年代的水平工業(yè)爐的熱效率平均不到30%(世紀(jì)90年代已達(dá)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)爐窯的這種高能耗、低效率的現(xiàn)狀，將與我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展不相適應(yīng)開發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)，已是形勢(shì)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(jiān)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(jīng)計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)的測(cè)算，在全國232家重點(diǎn)能耗企業(yè)中，717座工業(yè)爐的年總能耗為259萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，占企業(yè)總能耗的29.28%，煙氣余熱資源30.95萬t標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)我國的節(jié)能政策，開發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)，就顯得十分必要了。從我國工業(yè)爐的污染控制狀況來看，控制污染的首要措施就是要降低能耗，以減少原來浪費(fèi)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(guān)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(duì)我國的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和大氣環(huán)境污染狀況嚴(yán)重惡化的局面，應(yīng)當(dāng)而巳也必須在技術(shù)可行的條件下，堅(jiān)持節(jié)能和污染控制兩手抓，而不能總是走“先生產(chǎn)、后治理”的老路結(jié)合我國國情，開發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)，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(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)符合我國的國情，在我國推廣該技術(shù)有著廣大的市場前景。2 初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)目的根據(jù)生產(chǎn)及工藝等方面的要求，確定出爐子的方案，為技術(shù)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。在爐子的初步設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)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(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和全廠和車間生產(chǎn)規(guī)模和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定爐子應(yīng)采用的機(jī)械化和自動(dòng)化程度。爐子初步設(shè)計(jì)基本上確定了爐子的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)概貌。為了設(shè)計(jì)完善，可以設(shè)定幾個(gè)方案，經(jīng)過分析對(duì)比，最后擇優(yōu)選定，之后再進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)-技術(shù)設(shè)計(jì)。爐子的技術(shù)設(shè)計(jì)中，主要做全面的計(jì)算（包括熱工計(jì)算，爐體結(jié)構(gòu)計(jì)算等），并繪制爐體結(jié)構(gòu)總圖。爐子的技術(shù)設(shè)計(jì)是施工設(shè)計(jì)的的基本技術(shù)資料和依據(jù)。設(shè)計(jì)已知條件：1）蓄熱式三段連續(xù)步進(jìn)式加熱爐，產(chǎn)量120t/h2）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(shí)內(nèi)外溫差、加熱速度、爐內(nèi)氣氛要求等：1180 ，環(huán)境溫度：204）所能提供給爐子的熱源狀況：高爐煤氣5）空、煤氣預(yù)熱溫度：>=10002.1 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(chǎn)品質(zhì)量的要求、爐子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)上合理、燃料的供應(yīng)條件（生產(chǎn)、運(yùn)輸、合理利用資源等）、操作條件（勞動(dòng)條件、調(diào)節(jié)性能、自動(dòng)化水平、安全）等因素。因此，燃料的合理選用不單純是技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題，而且要符合國家方針政策和做到資源的充分合理利用。1）固體燃料固體燃料一般指的是煤或焦炭，其優(yōu)點(diǎn)是：(1) 燃燒設(shè)備簡單，安全可靠；(2) 投資省，生產(chǎn)費(fèi)用一般比較低；(3) 運(yùn)輸與儲(chǔ)存簡單方便。其缺點(diǎn)是：(1) 加熱質(zhì)量差；(2) 操作條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，環(huán)境污染大；(3) 燃燒過程不易調(diào)節(jié)；(4) 爐子結(jié)構(gòu)受燃燒條件的限制較大。因此，固體燃料適用于對(duì)熱工制度要求不高的小型爐子，當(dāng)燒煤量較大時(shí)，要有適當(dāng)?shù)臋C(jī)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(diǎn)是：(1)發(fā)熱量高，熱量利用好，爐溫高，燃燒波動(dòng)小，調(diào)節(jié)范圍大，有條件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；(2) 存運(yùn)輸方便，灰分少，損耗小；(3) 燃燒裝置可以安裝在爐子的各個(gè)部位，易于實(shí)現(xiàn)不同工藝的要求。缺點(diǎn)是：(1) 需要增加一套燃料貯備、預(yù)熱及輸送系統(tǒng)，動(dòng)力消耗較大；(2) 爐子熱工參數(shù)調(diào)節(jié)控制較復(fù)雜；爐子維護(hù)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(diǎn)是：(1) 過?？諝庀禂?shù)低，燃燒完全，容積熱負(fù)荷高，燃燒過程容易調(diào)節(jié)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；(2) 對(duì)工藝的適應(yīng)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(diǎn)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?fàn)t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、城市煤氣等），價(jià)格較高；(3) 某些煤氣成分波動(dòng)較大，對(duì)自動(dòng)控制不利；(4) 一般在同樣預(yù)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(xiǎn)，因此應(yīng)注意操作安全，并要防止煤氣中毒。結(jié)合本長的實(shí)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(nèi)自產(chǎn)的高爐煤氣合理利用起來，減少對(duì)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(shè)計(jì)及運(yùn)行指出了方向，找到了目標(biāo)。十幾年來，在這一理論的指導(dǎo)下，加熱爐結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方案有了許多革新，但是我們應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到，在“三高一低”理論指導(dǎo)下設(shè)計(jì)的加熱爐，是在實(shí)現(xiàn)一種接近加熱能力極限的加熱工藝，爐溫設(shè)置到加熱工藝允許的最高限，加熱速度也設(shè)置到最快，爐長設(shè)計(jì)到最短。這種基于“極限加熱”理念設(shè)計(jì)出的加熱爐，要想全面達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)水平提出十分高的要求(爐溫的小幅提高、加熱時(shí)間的小幅度延長都有可能導(dǎo)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(shí)間的小幅度縮短又可能導(dǎo)致斷面溫差超過允許值)，而且使加熱爐對(duì)不同工藝的適應(yīng)性大大降低，因此縮小了加熱爐運(yùn)行調(diào)節(jié)的空間，給加熱爐的調(diào)節(jié)增加了難度。故本設(shè)計(jì)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(chǎn)率為核心，以最高加熱速度作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(nèi)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(yīng)首先確定將鋼坯在爐內(nèi)的平衡升溫工藝制度，該制度將鋼坯在爐內(nèi)的升溫過程分為三個(gè)階段：預(yù)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(jìn)入快速加熱期的斷面溫差，以期盡可能縮短均熱時(shí)間，以達(dá)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(dá)到900后的在爐時(shí)間最短，達(dá)到降低氧化率的目的。由于鋼坯在900以下時(shí)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(shí)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(shè)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(shí)地在爐停留時(shí)間，不但可以提高產(chǎn)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(cè)燒嘴的供熱方式和吊掛平爐頂結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡單，操作、維護(hù)簡便。用爐內(nèi)擋火墻將爐膛從裝料端到出料端依次分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段共三個(gè)段。每一段可單獨(dú)供熱，上下爐膛及各燒嘴(供熱點(diǎn))熱負(fù)荷可調(diào)。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(shè)計(jì)的合理與否，決定于爐型曲線。它對(duì)爐膛內(nèi)的傳熱有很大影響，直接影響著工業(yè)爐的加熱能力和燃料利用。爐型曲線的設(shè)計(jì)尚無可靠的計(jì)算公式或指標(biāo)，主要根據(jù)類似工業(yè)爐的經(jīng)驗(yàn)來確定。1) 工業(yè)爐各段長度。預(yù)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(jì)算中各段加熱時(shí)間的比例以及類似工業(yè)爐的實(shí)際情況決定。當(dāng)加熱料坯的規(guī)格、材質(zhì)較多時(shí)，原則上應(yīng)按各規(guī)格、各材質(zhì)進(jìn)行多次計(jì)算，求得不同的加熱時(shí)間而總長L相同。但對(duì)不同的規(guī)格和材質(zhì)，各段長度在全長中占的比例不同，生產(chǎn)操作的時(shí)候，可以通過開閉燃燒器(改變供熱制度)來調(diào)節(jié)各段比例。各段長度選擇要得當(dāng)，盡可能滿足最大的加熱時(shí)間，同時(shí)可適當(dāng)增設(shè)燒嘴以便調(diào)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，在爐膛寬度已定，各段長度比例相對(duì)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(guān)鍵尺寸。1) 決定爐膛高度時(shí)主要考慮下列因素：(1) 爐型應(yīng)設(shè)計(jì)成各供熱段之間相對(duì)分開，減少相互間的輻射熱交換以實(shí)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(yīng)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(fù)荷的不同而有所差異。實(shí)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(shí)，爐膛高度一般應(yīng)適當(dāng)降低。若燒重油或天然氣等高熱值煤氣時(shí)，則爐膛高度也要降低。另一方面，從爐氣流動(dòng)方面來考慮，要使?fàn)t氣充滿爐膛或貼附金屬表面。當(dāng)火焰不充滿爐膛時(shí)，抬高加熱爐爐頂，不僅不會(huì)增加傳熱，反而會(huì)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(shè)計(jì)中，往往是在結(jié)構(gòu)允許的條件下壓低爐膛。燃料和燃燒方式不同，爐內(nèi)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(shí)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(duì)金屬的輻射傳熱，在爐氣充滿爐膛的條件下，爐襯面積相對(duì)越大。因此從傳熱觀點(diǎn)出發(fā)，要求盡可能抬高爐頂，以增加爐襯輻射傳熱，這一結(jié)論與前面的結(jié)論正好相反，在設(shè)計(jì)時(shí)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(yīng)保證在既定的熱負(fù)荷范圍內(nèi)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(fēng)和爐尾冒火現(xiàn)象。綜合考慮以上幾點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取爐膛高度為，2) 一般來說，在產(chǎn)量較大、晝夜連續(xù)生產(chǎn)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(jìn)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(diǎn)是用專用的步進(jìn)機(jī)構(gòu)使料坯在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)以代替推鋼機(jī)推動(dòng)料坯在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)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(jìn)式爐，稱“步進(jìn)底式爐”；另一類是由水冷的步進(jìn)梁和固定梁組成的雙面加熱(上下加熱)步進(jìn)式爐稱“步進(jìn)梁式爐”。步進(jìn)底式爐主要用來加熱質(zhì)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(jìn)梁式爐主要用于生產(chǎn)率高的大板塊和方坯的加熱。和推鋼式爐相比，步進(jìn)式爐具有下列主要特點(diǎn)：(1) 用料靈活。步進(jìn)周期和步距均可隨生產(chǎn)要求在一定范圍內(nèi)任意變化；(2) 加熱時(shí)間短，可實(shí)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(chǎn)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(huì)劃傷，加熱質(zhì)量高；(6) 步進(jìn)機(jī)構(gòu)比推鋼機(jī)的制作和維護(hù)要復(fù)雜，建爐投資大。因此本設(shè)計(jì)料坯運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)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(shè)計(jì)爐子時(shí)，要根據(jù)料坯長度、爐子生產(chǎn)率、爐子計(jì)算長度、甚至車間布置等情況確定。對(duì)于步進(jìn)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(shè)計(jì)產(chǎn)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(chǎn)率，良好的加熱質(zhì)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(100mm)的情況下，加熱料坯上下表面溫差不大，可不采用下加熱(要求生產(chǎn)率較高時(shí)亦可采用雙面加熱)，另外，雖然厚度較厚(100mm)，但長度較短的料坯(L1000mm)的料坯，因支撐結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮生產(chǎn)線與裝出料之間的關(guān)系?，F(xiàn)代化加熱爐裝出料都采用機(jī)械裝置完成。因此，必須留出加熱爐或爐群的裝出料機(jī)的工作空間，同時(shí)也應(yīng)考慮加熱爐本身的適應(yīng)性。連續(xù)式加熱爐的物料大多是從爐尾部進(jìn)入，但對(duì)于特長料坯在步進(jìn)爐內(nèi)的加熱，采用側(cè)進(jìn)料為宜。料坯的出爐方式有側(cè)出料和端出料兩種。后者吸冷風(fēng)和冒火比較嚴(yán)重，但在車間布置上有很大的優(yōu)勢(shì)，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，且只能在輥道端點(diǎn)布置一座加熱爐，供較大斷面尺寸的物料加熱時(shí)選用，側(cè)出料時(shí)需要專門的出料裝置，且只能在輥道端點(diǎn)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(fēng)而造成的氧化?？紤]到爐子可以加熱長度不等的料坯初步采用料坯的側(cè)進(jìn)料為宜，另外從爐子的熱工角度看，側(cè)出料較好，尤其像合金鋼的加熱，還可減少爐頭吸冷風(fēng)，故采用側(cè)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(shí)現(xiàn)燃料燃燒過程中以向爐內(nèi)提供熱源的設(shè)備。因此它是火焰爐的核心部分。燃燒裝置處應(yīng)保證在規(guī)定的熱負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)完全燃燒，或根據(jù)特殊的加熱要求實(shí)現(xiàn)不完全燃燒以取得實(shí)現(xiàn)規(guī)定的燃燒氣體成分外，還應(yīng)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(duì)工作，二者交替變換燃燒和排煙工作狀態(tài)，燒嘴內(nèi)的蓄熱體相應(yīng)變換放熱和吸熱狀態(tài)。成對(duì)的燒嘴分設(shè)于爐膛的A側(cè)和B側(cè)，當(dāng)A側(cè)燒嘴燃燒時(shí)，空氣流經(jīng)積聚了熱量的蓄熱體而被加熱，與此同時(shí)，B側(cè)燒嘴排煙，煙氣熱量被蓄熱體吸收，換向工作后，B側(cè)燒嘴燃燒，空氣同樣被蓄熱體加熱，A側(cè)燒嘴排煙，煙氣熱量被蓄熱體吸收。如此周而復(fù)始，通過蓄熱體這一媒介，出爐煙氣的余熱被轉(zhuǎn)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(yù)熱到1000以上，熱回收率達(dá)到85%以上，溫度效率達(dá)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(shè)計(jì)采用空、煤氣雙預(yù)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(dǎo)熱性能好、更換容易等優(yōu)點(diǎn)。蓄熱式燒嘴用在加熱爐上，有如下特點(diǎn)：1) 其結(jié)構(gòu)形式類似普通燒嘴，能直接安裝在爐子側(cè)墻上，并保持通常的爐墻厚度，而不象墻內(nèi)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(xiǎn)。3) 容易分段供熱，各段熱負(fù)荷調(diào)節(jié)方便，可以按照加熱工藝的需要，靈活調(diào)節(jié)加熱爐溫度。同一段的上部、下部燒嘴的供熱量也可調(diào)節(jié)，便于改變上、下熱負(fù)荷分配。從而減少鋼坯上、下表面溫差。4) 爐墻兩側(cè)留有檢修門和扒渣門，可及時(shí)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，蓄熱體裝、卸和更換都很方便。6) 可對(duì)單個(gè)燒嘴進(jìn)行在線維護(hù)，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)間短，爐子降溫升溫速度快，可縮短檢修停爐時(shí)間。燃燒器的數(shù)量取決與所選定的裝置的結(jié)構(gòu)形式和單位時(shí)間內(nèi)所需供熱量的多少。燃燒裝置在加熱爐上的布置位置根據(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(cè)墻上。低溫爐宜將燃燒器與爐膛隔開，燃料在專門的通道內(nèi)燃燒，然后將燃燒產(chǎn)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?cè)霠t的爐氣中，使?fàn)t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(shè)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(shí)有利于燃燒，有利于提高爐溫，主要保證用能設(shè)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(shí)，則以節(jié)能降耗為主。利用加熱爐排出的高溫?zé)煔鈦眍A(yù)熱空氣和煤氣，對(duì)于改善燃燒過程、節(jié)約燃料、提高燃燒效率具有重要意義。本設(shè)計(jì)預(yù)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(zhì)為高純鋁質(zhì)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(zhì)為堇青石，其特點(diǎn)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(duì)蜂窩體的輻射，同時(shí)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(diǎn)：單位體積換熱面積大，100孔/平方英寸的蜂窩體是15mm球比表面積的5.5倍，20mm球的7倍。在相同條件下，將等質(zhì)量氣體換熱到同一溫度時(shí)的蜂窩體體積僅為球狀蓄熱體的1/31/4，重量僅為球的1/10左右，這就意味著蜂窩體蓄熱燃燒器構(gòu)造更輕便、結(jié)構(gòu)更緊湊。蜂窩體壁很薄僅0.51mm，透熱深度小，因而蓄熱、放熱速度快，溫度效率高，換向時(shí)間僅為3045s，這比球狀蓄熱體的換向時(shí)間3min 大大縮短，更利于均勻爐內(nèi)溫度場，保證鋼坯均勻加熱，這一點(diǎn)對(duì)加熱合金鋼、高碳鋼尤為有利。按照蜂窩體內(nèi)氣流通道規(guī)則，阻力損失僅為球狀的1/31/4。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(guān)系，球徑大則阻力變小，但蓄熱室結(jié)構(gòu)也要相應(yīng)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(chǎn)生灰塵沉積堵塞。對(duì)于爐膛較寬的爐子，相對(duì)應(yīng)爐長較短，爐兩側(cè)可供布置燒嘴的空間較小，采用比表面積小的小球時(shí)常常由于空間的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(dāng)中，應(yīng)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(chǎn)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(nèi)置或外置蓄熱床布置方式，整臺(tái)加熱爐采用2一3臺(tái)大型拉動(dòng)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(chǎn)連續(xù)性較差，加熱爐自動(dòng)化水平低等問題。對(duì)于空煤氣雙蓄熱而言浪費(fèi)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(duì)加熱質(zhì)量要求不高的棒、線材坯料加熱，但在加熱優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼坯料時(shí)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(duì)燒嘴采用一套獨(dú)立的換向裝置，各燃燒器之間均具有各自完全的獨(dú)立性，因此可以被認(rèn)為是完全意義上的燒嘴形式，相對(duì)于集中換向來講其每對(duì)燒嘴完全獨(dú)立的換向方式，即所謂全分散換向技術(shù)。2.8 爐子供風(fēng)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(fēng)機(jī)，供通風(fēng)用的都采用軸流式風(fēng)機(jī)。在不影響車間基本設(shè)施和生產(chǎn)運(yùn)行的前提下，鼓風(fēng)機(jī)的安裝力求使管道短，局部阻力最小。排煙系統(tǒng)是由產(chǎn)生抽力的排煙裝置或排送煙氣的煙道所組成，用以將爐內(nèi)煙氣排出爐外，保證排煙通暢是加熱爐爐正常進(jìn)行的重要條件。加熱爐的排煙方式分為自然排煙和機(jī)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(jī)排煙等。對(duì)于煙氣溫度不高的情況，可采用直接式機(jī)械排煙的方式。本設(shè)計(jì)預(yù)采用機(jī)械排煙2.9 爐底水管的確定步進(jìn)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(gòu)成。但他們的受力條件和結(jié)構(gòu)都有著重要的區(qū)別。推鋼式爐內(nèi)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(cè)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(jìn)梁式爐內(nèi)鋼坯運(yùn)動(dòng)則是由步進(jìn)梁和固定梁支撐，而步進(jìn)梁和固定梁都不可能用橫水管固定在爐側(cè)鋼柱上。所以步進(jìn)梁和固定梁及支柱必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受因鋼坯不均衡負(fù)載所產(chǎn)生的橫向作用力及步進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的橫向振動(dòng)。1) 爐底水管結(jié)構(gòu)步進(jìn)梁式爐底水管結(jié)構(gòu)主要有三種形式(1) 單管支撐的爐底梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的步進(jìn)梁和固定梁是通長的，單管水管立柱支撐，這種結(jié)構(gòu)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(fèi)用低，所以應(yīng)用較廣。但要求梁和立柱(尤其是步進(jìn)梁水管結(jié)構(gòu))都必須有較高的強(qiáng)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(guān)徑大于橫梁管徑)以克服橫向作用力和橫向振動(dòng)，由于立柱水管的直徑較大，為了提高立柱水管內(nèi)的冷卻水的流速以免產(chǎn)生水垢和其它雜物造成堵塞，而不增加水量，采用了套管結(jié)構(gòu)。(2) 框架支撐的爐底梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是較能經(jīng)受爐底梁的橫向作用的外力和熱應(yīng)力。為了減小步進(jìn)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(jié)構(gòu)可較大改善立柱的穩(wěn)定性，并可避免因熱膨脹造成整個(gè)爐底梁的變形。這種結(jié)構(gòu)與第一種結(jié)構(gòu)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(shí)增加了投資。(3) “門型”支柱梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)也稱為“馬蹄形”或“倒形”結(jié)構(gòu)，當(dāng)加熱鋼坯的厚度較小，步進(jìn)梁和固定梁中心距也較小，又要采用下端供熱方式，那么這種結(jié)構(gòu)的步進(jìn)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(shí)現(xiàn)了下端燒嘴供熱。對(duì)于步進(jìn)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(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)加熱爐的爐長不算太長，產(chǎn)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(jié)構(gòu)形式，了提高立柱水管內(nèi)的冷卻水的流速以免產(chǎn)生水垢和其它雜物造成堵塞，而不增加水量，采用了套管結(jié)構(gòu)。2.10 爐子的鋼結(jié)構(gòu)及冷卻系統(tǒng)的確定1) 鋼結(jié)構(gòu)爐子鋼結(jié)構(gòu)的主要作用是：(1) 維護(hù)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(chǎn)生的應(yīng)力；(5) 保持爐子砌體的嚴(yán)密性；各部分的鋼結(jié)構(gòu)分別選擇如下：爐頂鋼結(jié)構(gòu)：主要構(gòu)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(cè)立拄的頂端。側(cè)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(chǔ)固定，上部用槽鋼圈梁聯(lián)成的矩形框架。爐底鋼結(jié)構(gòu)：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(jié)構(gòu)形式，并對(duì)水冷或汽化冷卻系統(tǒng)的布置提出方案。對(duì)爐子進(jìn)行冷卻的目的有兩個(gè)，一個(gè)是為了提高其強(qiáng)度和使用壽命，二是為了改善勞動(dòng)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(diǎn)：(1) 可節(jié)約用水；可以將冷卻構(gòu)件產(chǎn)生的熱損失大部分轉(zhuǎn)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(jié)垢，使?fàn)t內(nèi)構(gòu)件的壽命比水冷時(shí)提高一倍以上。鑒于汽化冷卻的以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)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(yīng)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(nèi)溫度高達(dá)1200左右，水梁內(nèi)的軟水在高溫下形成汽水混合物，帶走熱量達(dá)到冷卻水梁的目的，形成的汽水混合物通過上升管道進(jìn)入氣包。氣包內(nèi)設(shè)有汽水分離裝置，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(jī)械化及自動(dòng)化現(xiàn)代工爐為了準(zhǔn)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(jīng)常地、穩(wěn)定的處于最佳熱工狀態(tài)，保證加熱質(zhì)量，提高工業(yè)爐的熱效率，同時(shí)也是為了維護(hù)工業(yè)爐設(shè)備，延長使用壽命，改善操作人員的勞動(dòng)條件，保證工業(yè)爐的安全生產(chǎn)，工業(yè)爐上需要配備一整套的熱工測(cè)量和自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。同時(shí)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(duì)不同物料的加熱都能處于最佳工作狀態(tài)，使加熱質(zhì)量最優(yōu)，能耗最低，必須配備計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。一般系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的內(nèi)容包括：燃燒的調(diào)節(jié)(空氣和燃料的調(diào)節(jié))，爐溫的調(diào)節(jié)(向爐內(nèi)供熱)，爐膛壓力的調(diào)節(jié)，液位的調(diào)節(jié)等。3 技術(shù)設(shè)計(jì)3.1燃料燃燒計(jì)算計(jì)算單位燃料進(jìn)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(dá)到最佳燃燒狀態(tài)；同時(shí)也是正確的選用或設(shè)計(jì)計(jì)算燃燒裝置，供風(fēng)系統(tǒng)及檢測(cè)。控制系統(tǒng)的重要依據(jù)。計(jì)算單位燃料進(jìn)行完全燃燒的燃燒產(chǎn)物（煙氣）生成量（）燃燒產(chǎn)物成分（%）及其密度）。燃料燃燒產(chǎn)物的生成量及其密度是設(shè)計(jì)煙道，煙囪或選用排煙機(jī)等不可缺少的依據(jù)。而燃燒產(chǎn)物成分是計(jì)算爐氣黑度所必需的數(shù)據(jù)。計(jì)算燃料理論燃燒溫度（）。它是估算實(shí)際爐溫能否達(dá)到工藝要求的重要數(shù)據(jù)之一；同時(shí)也是選擇燃料種類及其燃燒方法的參考。計(jì)算燃料低發(fā)熱量（）。已知路子設(shè)計(jì)生產(chǎn)率時(shí)的總熱量消耗，根據(jù)即可求出爐子總?cè)剂舷牧緽。同時(shí)也使計(jì)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COCO2H2N2CH4合計(jì)高爐煤氣2514.33.356.80.6100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% = 3.22%= K = 0.9770.6% = 0.59%= K = 0.97756.8% = 55.5%表2 濕成分成分COCO2H2N2CH4H2O合計(jì)高爐煤氣24.4313.973.2255.50.592.29100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(jì)算1) 空氣消耗系數(shù)據(jù)資料，選取2) 理論空氣量20時(shí)，查得空氣的含濕量 =0.714.(4)3) 實(shí)際空氣量.(5) =.(6)= (1+0.0012418.9)0.857= 0.87693.1.3 單位燃燒產(chǎn)物的計(jì)算1) 各成分體積計(jì)算.(7) = .（8）總的煙氣體積為.（9） 2) 各成分的百分比3) 燃燒產(chǎn)物的密度(10) 3.1.4 理論燃燒溫度的計(jì)