湖北新冶钢170机组环形炉计算书

湖北新冶钢钢管公司 170机组(p21X42m环形炉蓄热式改造工程计算说明书北京寸长二 00 六年六月目录一、 热平衡计算2二、加热能力计算 11三、管道阻力计算 13四、参考文献 19第一部分、热平衡计算热量收入项目1、燃料燃烧的化学能量Q 二 BQy Kcal/h1 DW式中：B燃料消耗量，Nm3/hQ y 燃料低位发热量， Kcal/Nm3DW设定：能耗为1.5GJ/t，产量为G=60t/h；已知煤气热值Qy =5700KJ/Nm3DW.5 = L5 x 10 x 60 = 15789 (Nm3/h)(按照 16000 Nm3/h 计算)5700二 21786909Kcal/h)16000 x 5700Q =1 4.1862、预热燃烧用空气带入的物理热量Q 二 Be t a L Kcal/h2 k k 0式中：ck、tk燃烧用空气的平均比热和预热温度；a 燃料燃烧时的空气过剩系数；L0燃料燃烧时所需的理论空气量，Nm3/Nm3助燃空气为常温，无预热，通过蓄热体预热空气的带入热量在支出项中消除, .此部分热量不计。3、预热煤气带入的物理热量Q 二 Be t Kcal/h3 k k式中：ck、tk燃烧用煤气的平均比热和预热温度; 煤气预热温度tk=300 C查表得煤气主要成分（湿）成分XCOCO2H2N2H2O体积百分数%27.33.6410.8351.924.2计算质量百分数：V M27.3 x 28g = coCO =co 中27.3 x 28 + 3.64 x 44 +10.83 x 2 + 51.92 x 28 + 4.2 x 18VMiii=1=30.87coco2= 6.46COvmi=13.64 x 4427.3 x 28 + 3.64 x 44 +10.83 x 2 + 51.92 x 28 + 4.2 x 18VM= H HZVMiii=110.83 x 227.3 x 28 + 3.64 x 44 +10.83 x 2 + 51.92 x 28 + 4.2 x 18=0.87VM车 NN 2 XvMiii=151.92 x 2827.3 x 28 + 3.64 x 44 +10.83 x 2 + 51.92 x 28 + 4.2 x 18=58.72H2OVMH O HO2VMii4.2 x 1827.3 x 28 + 3.64 x 44 +10.83 x 2 + 51.92 x 28 + 4.2 x 18i=1=3.05煤气的比热:c = X g c 一 100ki ii=1=(30.87 x 0.315 + 6.46 x 0.447 + 0.87 x 0.311 + 58.72 x 0.314 + 3.05 x 0.368) 一 100=0.324 Q = Be t = 16000 x 0.324 x 300 = 1555200Kcal/h3 k k4、 钢氧化反应的化学热量每公斤钢氧化反应的化学热量大致为 1350KcalGaQ = 1350 Kcal/h4100式中：G炉子产量，Kg/ha 氧化烧损率， %当烧损率小于1%时，此项可忽略不计此部分热量不计。热量支出项目1、炉料加热所需的热量Kcal/h式中：i、i 炉料装炉和出炉时的热含量，Kcal/Kg；12以 20#钢为例，i =1300X0.164=214(Kcal/Kg)2i =01: Q二 60x 103 x (214 - 0) = 12840000(Kcal/h)12、 出炉烟气带走的热量Q = BVc tKcal/h2 y y y式中： V 单位燃料燃烧时产生的烟气量， Nm3/Nm3； yc 、 t 出炉烟气的平均比热和温度 yy蓄热式加热炉该项支出热量由两部分组成： 通过烧嘴排出炉外烟气带走热量Q2-1Q = 60%V c t Kcal/h2-10 y1 y1式中：V0燃料燃烧理论烟气量，Nm3/h查表得：c =0.340 Kcal/Nm3 Cy1t =150 Cy1 Q二 60% x 2.04 x 16000x 0.340 x 150 二 489600(Kcal/h)2-1 通过炉尾烟道排出烟气带走热量Q2-2Q= 40%Vc t Kcal/h2-20 y 2 y 2式中：V0燃料燃烧理论烟气量，Nm3/h查表得：c =0.65 Kcal/Nm3 Cy2t =300 Cy2 Q二 40% x 2.04x 16000x 0.65x 300 二 2545920(Kcal/h)2-1: Q = Q + Q =489600+2545920=3035520(Kcal/h)22 -12 - 23、 燃料化学不完全燃烧损失的热量COQ二 BV x 4350 x Kcal/h 3 y100式中：co烟气中CO含量，%环形炉在正常工作时，a 1,为完全燃烧，该项损失的热量可以忽略不计4、炉子砌体散热或蓄热损失的热量对于连续生产的炉子，砌体温度分别处于稳定状态下，通过炉墙、炉顶及架空炉底的 散热损失可按下式计算：Q二 K(t -1 ) FKcal/h4 n w 0式中：K砌体内壁至空气的综合传热系数，Kcal/m2hCt 砌体内表面温度，Cnt 外界空气温度，CwF 砌体的散热面积， m2 0已知：炉墙为粘土浇注料 N-2 和溧珠高强隔热耐火砖 PG-0.8 复合结构炉顶为粘土浇注料N-2为主要材料的复合结构炉底为低水泥浇注料LGL70和溧珠高强隔热耐火砖PG-0.8复合结构对于冶钢钢管公司的该环形炉，炉内可近似划分为两个温度段；1) 低温段：炉内平均温度： t =1000 Cn1炉墙：厚度工S =0.465m,1q105炉墙面积：F = xx(16.8 + 25.2)x 1.6 =61.5 m21q 3601九K =1q-1q R 工 S 1q1q九=0.72 + 0.5 x 1031 = 0.72 + 0.5 x 10-3 x 1000 = 1.22 1qn11.22K = = 2.651q0.465 Q= K (t -t )F = 2.65 x (1000 - 0) x 61.5 = 162975Kcal/h4-1q1q n1w1 1q炉顶：厚度工S =0.3m1d105炉顶面积：F 二兀(12.62 - 8.42)x=80.8m21d360K1d1d1d九二 1 + 0.22 x 10-31 二 1 + 0.22 x 10-3 x 1000 二 1.22 1dn11.22K 二一二 4.071d0.3 Q 二 K (t -1 )F 二 4.07 x (1000 - 0) x 80.8 二 328856 Kcal/h4-1d1d n1w1 1d炉底：厚度工S =0.57m1di105炉底面积：F 二兀(12.62 - 8.42)x=80.8m21di360K1di1 九=1dR乙S1di1di九 二 1.03 + 0.19 x 10-31 二 1.03 + 0.19 x 10-3 x 1000 二 1.22 1din1K1di1.220.57二 2.142d R Q 二 K (t -1 )F 二 2.14x (1000- 0) x 80.8 二 172912 Kcal/h4-1di1di n1 w1 1di: Q = Q+ Q+ Q= 162975 + 328856 +172912 = 664743 Kcal/h4-14-1q4-1d4-1di2) 高温段：炉内平均温度：t =1250 Cn2炉墙：厚度工S =0.465m,2q255炉墙面积：F = 兀 x(16.8 + 25.2)x 1.6 = 149.5 m22q 3601 九K =2 q R 工 S2 q2 q九=0.72 + 0.5 x 1031 = 0.72 + 0.5 x 10-3 x 1250 = 1.3452qn 2K = 2.892q0.465 Q=K (t -t )F =2.89x(1250-0)x149.5=540069Kcal/h4-2q2q n2 w2 2q炉顶：厚度工S =0.3m2d255 炉顶面积：F 二兀(12.62 - 8.42) x=196m22d360九24S2d2d九 =1 + 0.22 x 10-31= 1 + 0.22 x 10-3 x 1250 = 1.3452dn 2K = 1345 二 4.4832d 0.3: Q4-2d炉底二 K (t t )F 二 4.483 x (1250 0) x 196 二 1098335Kcal/h2 d n 2w2 2 d厚度工S =0.57m2di炉底面积：F=2di兀(12.62 - 8.42)x 255=196m2360K2di1九R2di=2 di工S2di二 0.7 + 0.516 x 10-3 x 1250 二 1.345九 二 0.7 + 0.516 x 10-312 din 2K 二空二 2.362di0.57:.Q二 K (t t )F 二 2.36 x (1250 0) x 196 二 578200Kcal/h4-2 di2 di n 2w2 2 di: Q = Q+ Q+ Q= 540069 +1098335+578200 = 2216604Kcal/h4-24-2q42d4-2di: Q = Q + Q= 664743 + 2216604 = 2814877Kcal/h44-14 - 25、炉门和窥孔因辐射而损失的热量Q = 4.88(二)4 FKcal/h51060式中：T 炉门和窥孔处的炉温，K；LF炉门和窥孔的面积，m2；e 角度修正系数；屮一一小时内炉门和窥孔开启的时间，min；对于钢管公司170机组环形炉，只考虑进出料炉门，其它孔洞的散热损失均可不 计，根据图纸，进出料炉门的尺寸为：900X 1350mm，炉门开启时间，在正常生产的情 况下，不考虑炉门关闭，按照全开计算；F=0.9X1.35=1.215 m2查表 P.250 图 7-55 得： e =0.74:.Q= 4.88 x (73)4 x 1.215 x 0.74 x = 236062 Kcal/h5-110060Q5-2=488 x (9001；。273)4 x 1215 x 074 x 60 =83065Kcal/h: Q = Q + Q= 236062 + 83065 = 319127 Kcal/h5 5-15-26、炉门、窥孔、墙缝等因冒气而损失的热量在一般的火焰炉计算中，本项热损失包括在第二项出炉烟气带走的热量中，不单独计算。7、 水封槽散热损失已知，环形炉水封槽循环水量A=28t/h，常温时水温t=10C,工作时水温t2=50C, 水蒸发量G=2t/h，水比热Cp=1Kcal/Kg C,T=100C，水汽化潜热 i = 539kcal / kgq循环水散热量旷 A X1000X(t2 -11)X Cp + 1000辽Kcal/h二 28 x 1000 x (50 -10) x 1 + 2 x 1000 x 539 二 21980008、 其它热损失1) 氧化铁皮带走的热量氧化成铁皮比热为0.21Kcal/KgCQ7-1Ga二 1.3 x 0.21 x t 二 0.00273Gat100Kcal/h式中：t氧化铁皮的温度，。Ca 氧化烧损率，% Q二 0.00273x 60x 1 x 1300 二 212.94 Kcal/h7-12) 其它未估计的热损失Q二 2134372Kcal/h7-2: Q二 Q + Q二 212.94 + 2134372 二 2134585 Kcal/h77-17- 2Q = Q + Q + Q + Q + Q12345热量总收入：=21786909 +1555200Kcal/h=23342109Q = Q + Q + Q + Q + Q + Q + Q1234567热量总支出：=12840000 + 3035520 + 2814877 + 319127 + 2198000 + 2134585Kcal/h=23342109炉子热效率：=55.01%Q; _ 12840000Q _ 23342109热平衡计算统计表项目符号数值总热量燃料燃烧的化学热量Q121786909热量收预热燃烧用空气带入的物理热量Q223342109入项目预热煤气带入的物理热量Q31555200钢氧化反应的化学热量Q4一炉料加热所需的热量Q112840000出炉烟气带走的热量Q23035520燃料化学不完全燃烧Q3热量支炉子砌体散热或蓄热损失的热量Q4281487723342109出项目炉门和窥孔因辐射而损失的热量Q5319127炉门、窥孔、墙缝等因溢气而损失的热量水圭寸槽循环水的热损失Q62198000其它散热损失Q72134585注：1、散热损失Q包含Q和炉门、窥孔、7 3. ” 一墙缝等因溢气而损失的热量。2、炉子砌体散热或蓄热损失的热量Q4木考虑本环形炉因年久而增加的散热损失，考虑炉子热效率第二部分、加热能力计算本环形炉改造主要指标是最大产量达到 60t/h 的要求。设计计算如下:一、加热时间计算已知钢坯的直径为e 190mm,长为3600mm,单重806公斤,是碳钢或低合金钢。环形炉内钢材加热时间一般采用经验指标计算 ,加热碳素钢和低合金钢直径在100240mm范围内时，可按十=(4.5+0.05d)Xd= (4.5+0.05 X 19)X 19=103.55 分( d=190mm=19cm)考虑低合金钢加热时间，可按T =1.2X工=124.26分。设产量60 t/h时，每分钟出钢支数n二60X1000二1.24支/分，全炉布料162支,从进炉60 x 806到出炉需化时t二竺二130分钟。1.24由此可见tT，所以坯料在炉内能充分受热。二、炉子产量环形炉半径为21 mm ,进出料口夹角为14.5 , 环形炉有效炉长L 二 21 x 3.1416 x (360 14.5)二 63m。全炉共装料e 190X162 支、每支料重 806 公斤。360所以单位炉长的装钢量G二162 X 806二2072.6公斤/米、63炉子产量 p 二 60XLXG 二 60X63X272.6 二 63t。t124.26因此,原环形炉的尺寸大小和坯料设置 ,坯料规格是能满足加热时间和炉子产量要 求。为了保证此次改造达标,在上述计算的基础上,在以下几方面进行考虑。三、炉膛尺寸的确定本环形炉中径e 21m,炉宽4.2m,净高1.6m为了准确控制各段炉温和灵活调整加热工艺制度,炉膛划分预热、加一、加二、加 三、均热五段制,炉内各区段的划分是通过烧嘴的布置,炉内设置隔墙和压低预热段的高 度来实现。预热段压低到离炉底高为1.0m,此处烟气流速为(1.11.2) Nm/s,这种措施可有效提高预热段中热烟气同冷钢坯之间的对流换热,有利于单耗的下降。四、炉子供热量及其分配原环形炉设计时最大产量为40 t/h.单耗为2.0GJ/t钢，总供热80GJ/h。炉内分预加，一加、二加、均热四段，加热量是四段均分。实际 生产时因炉尾烟气温度太高，影响预热器正常使用，预加只能关闭或少开，总的供热 量减少，产量随之也降低。本改造方案中提高总供热为90GJ/h以上，炉内分预热，一加、二加、三加、均热 五段，预热段炉顶压下，提高对流换热，一加、二加、三加，占总加热量 80%、均热 占总加热量20%、这种供热比例有利于满足各种加热工艺，有利于提高炉子产量。五、合理设置管道系统，准确选择助燃风机和排烟风机随着炉子供热量分配的调整，各管道系统应作相应的变更，尤其是在空燃比自控调节的系统中，根据炉内各段供热量的分配，本方案中将二加、三加的煤气和空气管 道加大，调节阀门和流量孔板相应也改大，以满足实际使用需要。其余维持不变。为了保证燃烧系统的正常使用，各管系经过严密计算（详见管道阻力计算）提出 煤气供气压力为900011000Pa,助燃风机型号规格为9-26 Nq12.5D, 160kw、排烟机 型号规格为Y9-38 N10D,90kw。六、蓄热式燃烧技术的应用众所周知，蓄热式燃烧技术的特点是降低烟气余热损失，提高助燃风温，提高燃烧温度，增强炉内高温辐射加热能力，致使炉内温度均匀，提高热效率和钢坯加热质 量，一般经验在其他条件相同之下，采用蓄热式燃烧技术可提高炉子产量约 10%左右。综上所述，本次改造在设计计算上是完全能够达到环形炉的产量和能耗指标。参考文献1 机械工业部设计研究院：王秉铨主编工业炉设计手册（第二版）北 京：机械工业出版社，19962 钢铁厂工业炉设计参考资料编写组钢铁厂工业炉设计参考资料（上 册）北京：冶金工业出版社，19793 全国热工、冶金节能技术研讨会蓄热式燃烧技术理论与实践成都: 华冶信息研究所， 2002