2900m3炼铁高炉送风系统设计(共29页)

精选优质文档-倾情为你奉上*本科毕业设计（论文）2900m3炼铁高炉送风系统设计学生姓名： 学生学号： 院（系）： 年级专业： 指导教师： 二*年五月专心-专注-专业摘 要随着矿产、煤炭资源的开发与利用，矿煤资源变得越来越明显，降低高炉燃料比任务更重。而在实施降低焦炭消耗各项措施中，有效地设计送风系统是十分有效的。本次设计内容为2900m3高炉送风系统设计，通过配料计算和物料平衡计算，算出每吨生铁鼓风量，并确定配矿的合理性。再利用其他条件，算出单位时间所需风量和风压，对比各类鼓风炉性能参数后，选择了全静叶可调轴流式鼓风炉。在设计热风炉主要尺寸时，主要需要确定高炉有效容积、冶炼强度和要求风温。并且根据热风炉的尺寸，材料性能等要求，计算设计出热风炉的外形以及各部位尺寸大小，最后利用CAD制图软件画出了设计出的内燃式热风炉。所有数据校核后，达到理论值要求范围，符合实际情况，所以本次送风系统的设计可行的。关键词：高炉炼铁，送风系统，鼓风炉，热风炉ABSTRACT With the development and utilization of mineral resources, coal resources, coal resources become more and more obvious, reduce the rate of blast furnace task. In the implementation of various measures of reducing coke consumption, effectively design of air supply system is very effective.本次设计内容为2900m3高炉送风系统设计，通过配料计算和物料平衡计算，算出每吨生铁鼓风量，并确定配矿的合理性。再利用其他条件，算出单位时间所需风量和风压，对比各类鼓风炉性能参数后，选择了全静叶可调轴流式鼓风炉。在设计热风炉主要尺寸时，主要需要确定高炉有效容积、冶炼强度和要求风温。并且根据热风炉的尺寸，材料性能等要求，计算设计出热风炉的外形以及各部位尺寸大小，最后利用CAD制图软件画出了设计出的内燃式热风炉。 This design content for the design of air supply system of 2900m3 blast furnace, through calculating and material balance calculation, calculated per ton of pig iron blast volume, and to determine the reasonable ore blending. And with other conditions, calculate the unit time required air volume and pressure, performance comparison of various parameters of the furnace blast, the whole stationary blade adjustable axial flow type blast furnace. The main dimensions of the stove design, mainly to determine the effective volume, blast furnace smelting intensity and air temperature. And according to the hot blast stove size, material performance requirements, design and calculation of hot air furnace shape and size of each part of sizes, finally use CAD software to draw the internal combustion type hot air stove designs.所有数据校核后，达到理论值要求范围，符合实际情况，所以本次送风系统的设计可行的。 All the data check, meets the requirement of value in theory, in line with the actual situation, so the design of the air system is feasible.Key words: Blast furnace ironmaking, air supply system, blast furnace, blast furnace目 录231 绪论1.1研究背景 高炉炼铁技术日益成熟，设备大型化、生产规模化是其它炼铁技术无法比拟的。高炉冶炼对燃料要求较其它炼铁方法严格，降低焦比以降低成本一直是高炉炼铁目标。但随着矿产、煤炭资源的开发与利用，矿煤资源变得越来越明显，降低高炉燃料比任务更重。深化炼铁技术、改进设备装备，是高炉炼铁重要任务之一。在实施降低焦炭消耗各项措施中，有效地设计送风系统，是行之有效的。1.2本课题内容与开展的意义 高炉送风系统包括鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路以及管路上的各种阀门等。即由鼓风机出来的冷风，经热风炉加热到规定温度，通过管路连续稳定地向高炉送风的系统。热风带入高炉的热量约占总热量的四分之一，目前鼓风温度一般为10001200，最高可达1400，提高风温是降低焦比的重要手段，也有利于增大喷煤量1,2。 准确选择送风系统鼓风机，合理布置管路系统，阀门工作可靠，热风炉工作效率高，是保证高炉优质、低耗、高产的重要因素之一。合理的送风制度3对提高高炉生产具有重要意义。2 工艺计算 2.1 概述本次设计需要鼓风量以及每吨生铁消耗的石灰等数据来确定鼓风机和热风炉的选择，所以进行以下工艺计算。同时，攀枝花地区钒钛磁铁矿丰富，所以选择钒钛磁铁矿为本次设计的主要矿，其他条件如下。2.2 工艺条件2.2.1 原料、焦炭、喷煤和生铁成分及元素分配表 因为钒钛磁铁矿的碱度不够，无法冶炼，所以加入了天然块矿和石灰石，使之碱度合适。表2.1 原料成分(%)种类FeMnPSVTiP2O5FeOMnO2MnOCaO钒钛磁铁烧结矿48.580.110.0090.040.1296.6480.0212.3900.1411.03天然块矿47.010.890.230.107000.529.631.4109.82混合矿48.450.170.0260.0420.1196.1160.0612.170.11280.128810.93石灰石000.0140.01200000053.68续表2.1 原料成分(%)种类MgOSiO2Al2O3FeS2Fe2O3FeSTiO2V2O5SO2烧损(CO2)钒钛磁铁烧结矿1.087.31055.630.111.080.2300100天然块矿2.2915.041.710.256.4600002.92100混合矿1.187.921.0570.031655.70.09210.190.211600.23100石灰石1.321.681.120.031600000.0342.17100表2.2 焦炭成分表（%）固定碳（Ck）灰分(Ak)（11.46）SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O585.834.165.420.870.120.850.030.01续表2.2 焦炭成分表（%）有机物（1.72）挥发分(0.99)S游离水N2H2SCO2COCH4H2N20.270.90.550.10.650.10.10.041000.564.5表2.3 喷吹无烟煤成分(%)CH2O2H2ON2SSiO2Al2O3CaOMgOFeO67.824.314.040.870.430.7811.57.60.610.431.61100表2.4 生铁成分(%)FeMnSiPSVTiC95.120.220.070.0580.0720.290.14.08100表2.5 元素分配(%)名称FeMnPSV TiSi转入炉渣1.9550-78309999.7转入生铁98.0550100167010.3转入煤气-7-2.2.2 其他条件配矿比：烧结矿：天然块矿=92%：8%；炉渣碱度：R=1.15；焦比K=460kg/t；煤比M=170kg/t；富氧率=2.05%；直接还原度rd=0.45；鼓风湿度1.5%；CH4耗碳量为总碳量的1.2%。本次设计的高炉假设建在海拔为100米的平原地区。2.3 配料计算2.3.1 根据铁平衡计算矿石需要量根据以上已知条件，以1t生铁作为计算单位进行计算。则：焦炭带入Fe量：460（0.008556/72+0.000356/88）=3.12 kg无烟煤带入Fe量：1700.016156/72=2.13 kg进入生铁中Fe量：100095.12%=951.2 kg进入渣中Fe量：951.21.95/98.05=18.92 kg需要混合矿供应的Fe量：951.2-3.12-2.13+18.92=964.87 kg故需要混合矿量:964.87/0.4845=1991.48 kg2.3.2 根据碱度平衡计算石灰用量混合矿带入CaO量：1991.480.1093=217.66 kg焦炭带入CaO 量：4600.87%=4.00 kg无烟煤带入CaO量 ：1700.61%=1.04 kg共带入CaO 量：217.66+4.00+1.04=222.70 kg混合矿带入SiO2 量：1991.480.0792=157.72 kg焦炭带入SiO2 量：4604.16%=19.14 kg无烟煤带入SiO2 量：17011.5%=19.55 kg共带入SiO2 量：196.41 kg还原硅所消耗的SiO2量：10000.07%60/28=1.5kg石灰石用量：（196.41-1.5）1.15-222.7/（0.5368-0.01681.15）=2.80kg2.3.3 确定矿石配比考虑机械损失（包括炉尘），矿石的实际需要量见下表2.6 表2.6 冶炼每吨炼钢生铁原料消耗表 名称 干料，kg机械损失，% 水分，%实际用量，kg 混合矿 1991.48 3 - 2051.22石灰石 2.80 1 - 2.83 焦炭 460 2 4.8 491.28 合计 2454.28 2545.332.3.4 终渣成分及数量计算 根据以上给出的元素确定终渣的成分，其中钛是以TiO2、钒是以V2O5、锰是以MnO的形式进入终渣的4，其他成分还包括S、CaO、FeO、SiO2、Al2O3和MgO，根据已知给出的元素配比和计算出的原料成分，可以计算出终渣的中各成分的的量和占总渣的百分比。（1）S含量 炉料全部含S量： 1991.480.00042+4600.0056+1700.0078+2.800.00012=4.74kg 进入生铁的S量： 10000.072%=0.72 kg 煤气带走的S量： 4.740.07=0.33 kg 故进入炉渣的S量：4.74-0.72-0.33=3.69 kg（2）FeO量： 18.9272/56=24.33kg（3）MnO量： 1991.480.00170.571/55=2.19kg（4）SiO2量： 196.41-1.5+2.80.0168=194.96 kg（5）CaO量： 222.7+2.80.5368=224.20 kg（6）终渣的Al2O3量： 1991.480.01057+4600.0542+1700.076+2.80.0112=58.93 kg （7）终渣的MgO量 1991.480.0118+4600.0012+1700.0043+2.80.0132=24.82kg（8）终渣的V2O5量 （1991.480.001190.3）182/102=1.26kg（9）终渣的TiO2量 1991.480.061160.99=120.58 kg终渣成分见表2.7。表2.7 终渣成分组元SiO2Al2O3CaOMgOMnO FeOSV2O5TiO2合计CaO/SiO2kg194.9658.93224.2024.822.1924.333.691.26120.58653.121.15%29.859.0234.233.750.343.700.540.1918.38100.00 计算得到的终渣成分见表2.7。查CaO-SiO2-Al2O3相图可得该炉渣的熔化温度为1350，在1400时的粘度为0.4PaS，符合高炉冶炼对渣性能要求。2.3.5 生铁成分校核计算生铁预定成分并不是实际的生铁成分，在实际生产过程中，需要对生铁预定成分进行校核。根据原料组成和元素配比率计算出生铁中各元素的含量。生铁预定成分中，某些元素是给定的，不用校核。例如:S，Si和Fe。含P量：（1991.480.00026+2.80.00014+4600.000162/142）/1000=0.054%含S量： 0.072% 含Si量： 0.07%含Mn量：10000.44%0.5/1000=0.22% 含Fe量： 95.12% 含V量： 1991.480.001190.7/1000=0.17%含Ti量: 1991.480.061160.01/1000=0.12%含C量： 1-0.054%-0.072%-0.07%-0.17%-95.12%-0.17%-0.12%=4.224%校核的生铁成分见表2.8。校核结果与生铁预定成分的误差很小，表明原定生铁成分合适5。表2.8 实际生铁成分（%）元素FeSiMnPSVTiC合计含量95.120.070.170.0540.0720.170.124.224100.002.4 物料平衡计算2.4.1 根据碳平衡算入炉风量 按风口前燃烧的C量计算入炉风量 风口前燃烧的C量 焦碳带入固定碳：4600.8583=394.82 kg 煤粉带入固定碳：1700.6782=115.29 kg 共计带入碳： 510.11 kg 生成CH4的碳量：510.110.012=6.12 kg 生成溶于铁的碳量：0.040441000=40.44 kg 还原Mn的碳量：2.212/55=0.48 kg 还原Si的碳量：0.724/28=0.60 kg 还原P的碳量：0.5460/62=0.52 kg 还原V的碳量：2.99/51=0.51 kg 还原Ti的碳量：112/48=0.25 kg 还原Te的碳量：951.20.4512/56=91.72 kg 忽略CO2消耗的碳量,则直接共耗碳：91.72 kg 风口燃烧碳量：510.11-（94.08+6.12+40.44）=369.47 kg C风占入炉总碳量：369.47/510.11100%=72.43%2.4.2 计算风量 鼓风成分假设为空气与人工加入的氧气对半混合的气体，则：鼓风中氧气的浓度：（0.210.985+0.50.015）+（0.21+0.290.015）（1-0.0205）+0.02051/2=0.222m3/m3风口前燃烧碳素所需的氧气量：369.4722.4/24=344.84 m3其中喷煤可供氧量：170（0.0404/32+0.0087/36）22.4=5.73 m3每吨生铁的鼓风量：（344.84-5.73）/0.222=1527.52 m32.4.3 计算煤气成分及数量（1）CH4由燃烧碳素生成的CH4：6.1222.4/12=11.43 m3焦碳挥发CH4：4600.00122.4/16=0.64 m3进入煤气的CH4：11.43+0.64=12.07 m3（2） H2由鼓风水分分解出的H2：1581.670.015=23.73 m3焦碳挥发及有机H2： 460（0.009+0.001）22.4/2=51.52 m3煤粉分解H2： 170（0.0431+0.00872/18）22.4/2=83.90 m3入炉总H2： 23.73+51.52+83.90=159.15 m3喷吹下40%H2参与还原，则此参加还原的H2量为： 159.150.4=63.66 m3生成CH4的H2量： 11.432=22.86 m3进入煤气的H2量： 159.15-63.66-22.86=72.63 m3（3） CO2由Fe2O3还原成FeO所生成的CO2：1991.480.55722.4/160=155.30 m3由FeO还原成Fe所生成的CO2： 951.2（1-0.45）22.4/56=209.26 m3由MnO2还原成Mn生成CO2： 1991.480.22.4/87=0.58 m3另外，H2参加还原反应，相当于同体积的CO所参加的反应6，所以CO2生成量应该减去63.66m3总计，间接还原生成CO2量： 155.30+209.26+0.58-63.66=301.48 m3石灰石分解出的CO2量： 2.80.421722.4/44=0.60 m3焦碳挥发分的CO2量： 4600.00122.4/44=0.23 m3混合矿分解CO2量： 1991.480.002322.4/44=2.33 m3煤气中总的CO2量： 304.64 m3（4） CO风口碳素燃烧生成CO： 369.4722.4/12=689.68 m3各元素直接还原生成CO： 94.0822.4/12=175.62 m3焦碳挥发分中CO： 4600.006522.4/28=2.39 m3间接还原消耗CO： 301.48 m3（5） N2鼓风带入N2： 1581.67（1-0.015）0.79=1230.78 m3焦碳带入N2： 460（0.0027+0.0004）22.4/28=1.14 m3喷煤带入N2： 1700.004322.4/28=0.58 m3煤气中总的N2： 1232.50 m3 下表2.9是煤气成分表表2.9 煤气成分表成分CO2CON2H2CH4 总计V煤/V风体积304.64566.211232.5072.6312.072188.051.383%13.9225.88 56.333.320.551002.4.4 物料平衡表（1）1m3鼓风量： （0.210.98532+0.790.98528+0.01518）/22.4=1.28kg/m3 全部鼓风量： 1527.521.28=1955.23 kg（2）1m3煤气量： （0.139244+0.258828+0.563328+0.03322+0.005516）/22.4=1.31 kg 全部煤气量：2188.051.31=2866.35 kg（3） 炉料带入水分： 4600.045+1700.0087=22.18 kg H2还原生成的水： 63.6618/22.4=51.16 kg 总计水分： 73.34 kg （4） 机械损失（炉尘）： 2545.33-2454.28-22.18=68.87 kg 物料平衡见下表2.10表2.10 物料平衡表序号收入项kg序号 支出项kg1 原料2545.331生铁1000.002 鼓风1955.232炉渣653.123 煤粉170.003煤气2866.354水分73.345炉尘68.87共计4670.564661.68绝对误差8.88相对误差0.19% 一般平衡表中的相对误差应该在0.3%以下7，本次计算为0.19%，所以计算成立。 2.5 结论根据已知条件计算出冶炼1t生铁是所需的石灰石的用量为2.80kg，混合矿的质量为1991.48kg。同时，计算出鼓风量1527.52m3，以及煤气组成及数量，通过编制物料平衡表，算出相对误差在0.19%，也可以得出本次计算成立。3 鼓风机设计3.1 概述高炉鼓风机是高炉冶炼的重要动力设备。它不仅直接为高炉冶炼提供所需的氧气，还为炉内煤气流的运动克服料柱阻力提供必需的动力，使高炉生产中各种气体循环流动8。高炉鼓风机是高炉的“心脏”。3.2 高炉鼓风机技术要求（1）有足够的送风系统能力，即不仅能提供高炉冶炼所需要的风量，而且鼓风机的出口压力要能够足以克服送风系统的阻力损失，高炉料柱阻力损失以保证有足够高的炉顶煤气压力。（2）风机的风量及风压要有较大宽的调节范围，即风机的风量和风压均应适应与炉况的顺行。冶炼强度的提高与降低，喷吹燃料与富氧操作以及其他的多种因数变化的影响。（3）送风均匀而稳定，即风压变动时，风量不得自动的产生大幅度变化。（4）能够保证长时间连续，安全及高效率运行。3.3 高炉鼓风机选择（1）鼓风机出口风量的计算鼓风机出口风量包括入炉风量、送风系统漏风量和热风炉换炉时的充风量之和。计算时用标准状态下的风量表示。1） 高炉入炉风量的计算公式3-1 （3-1）式中: 高炉入炉风量，；高炉有效容积，； 冶炼强度，一般取综合冶炼强度，本设计为1.1；每吨干焦的耗风量，。 qj=qn/k （3-2） 式中: qn每吨生铁耗风量，； k焦比，kg/t；因为qn、k在上一节中均计算出了结果，所以每吨干焦的耗风量为： qj=1527.520.46=3320.70高炉入炉风量为：qv=29001.13320.70/1440=7356.27 2） 送风系统漏风量损失计算公式3-3 （3-3）式中 送风系统漏风量损失，；漏风系数，正常情况，大型高炉为10%左右，中小型高炉为左右。qo=107356.27=735.63 3） 热风炉换炉时的充风量计算 热风炉换炉时，若风机仍按照原来的风量送风，高炉风口的风压势必会降低，从而导致炉内的煤气流动性，影响炉况稳定，这种情况大型高炉来说，影响不可忽视，生产中是根据经验公式估算，或按经验取值确定。其经验公式如下3-4： （3-4）式中：热风炉换炉时的充风量充风量占入炉风量的百分数，取C=qo =7356.2710=735.63 4） 鼓风机出口风量计算qc=qv+qo+qo=7356.27+735.63+735.63=8827.52（2）鼓风机出口风压的确定 高炉鼓风机出口风压等于高炉料柱阻力损失,炉顶煤气压力和送风系统的管道阻力损失三者之和。表3.1是国内外一些高炉所需风压。1） 炉顶煤气压力常压操作的高炉炉顶压力一般为0.020.03 MPa；高压操作时高炉炉顶煤气压力，大型高炉为0.150.25 MPa；中型高炉为0.10.15 MPa；小型高炉为0.060.12 MPa。本设计高压操作的高炉煤气压力选取=0.25 MPa。2） 高炉料柱阻力损失高炉料柱阻力损失的大小与高炉有效容积,燃料条件和高炉操作者情况有关,根据生产实际情况选取=0.15 MPa。3） 送风系统的管道阻力损失一般根据条件与经验取值。取=0.02 MPa。要求的鼓风机出口风压MPa。表3.1 国内外一些高炉所需风压炉容/原料条件料柱阻力损失/MPa送风系统阻力损失/MPa炉顶压力/MPa风机出口压力/MPa5000自熔性烧结矿0.024000自熔性烧结矿0.022000自熔性烧结矿0.021500自熔性烧结矿0.021000自熔性烧结矿0.02620自熔性烧结矿0.02（3）风机选择大气状况对鼓风机影响比较大，尤其是当地大气压，湿度和气温等，因此需要一个修正系数。我国主要地区的风量修整系数和风压修正系数见表3.2。表3.2 各类地区K值及 K值季 节一类地区二类地区三类地区四类地区五类地区KKKKKKKKKK夏 季冬 季全年平均0.550.680.630.620.770.710.70.790.730.790.890.830.750.900.830.850.960.910.80.960.880.91.081.00.940.990.920.951.121.04注：地区分类是按海拔标高划分高原地区：一类海拔高度约在3000以上的地区； 二类海拔高度在的地区； 三类海拔高度在的地区。平原地区：四类海拔高度在400以下的地区； 五类海拔高度在100以下的地区。本设计属于五类地区。选择高炉鼓风机时应该考虑以下几点：1)高炉鼓风机最大鼓风质量鼓风量应能满足夏季高炉最高冶炼强度的要求；冬季，风机应能在经济区域工作，不放风，不飞动。2)对于高压炉顶高炉，应考虑常压冶炼的可行性和合理性。风机在ABCD区域工作，A点是夏季最高冶炼强度工作点；C点是冬季最低气温，常压操作，最低冶炼强度工作点；D点是冬季最高气温，高压操作，最低冶炼强度工作点。3)常压操作的中小型高炉，一般是以电动机带动离心风机，因转数固定，只有一条特性曲线，选择鼓风机应该使风机在年平均的气象条件下和工况点与效率最高点相适应。（4）鼓风机工况点风量与风压计算高炉鼓风机必须根据鼓风机的特性曲线来选择。不能直接用铭牌风量，风压来确定，因此，要对标准的风量和风压必须修正换算。按下式要求的鼓风机出口风量换算为鼓风机工况点容积风量。1) 风量及风压可由公式3-5 q=qc/K (3-5)式中： 鼓风机特性曲线上工况点的容积风量，；要求鼓风机在标准状态下的容积风量，；K风量修正系数。得： q= 8827.52/0.92=9595.13 根据公式3-6将鼓风机特性曲线上工况点的风压（绝对大气压力）换算为某地区的鼓风机实际出口风压（绝对大气压力）。 P= P/ K （3-6）式中： P 某地区要求鼓风机实际达到的出口风压，MPa;P鼓风机特性曲线上工况点的风压，绝对大气压力，MPa。 K风量修正系数。得： P= 0.42/1.04=0.40 MPa 2) 鼓风机工况区确定高炉鼓风机在不同季节和不同冶炼条件下操作时，要求鼓风机的风量和风压均能在较大的范围内变动，这个允许变化的范围称为鼓风机运行的工况区，鼓风机运行的工况区必须在鼓风机的安全范围内。确定鼓风机运行工况区的目的之一，是为了能更具现有鼓风机的特性曲线来选择高炉鼓风机。鼓风机运行在安全线上的风量称为临界工况9。临界工况为经济工况的。 随着高炉向大型化发展，轴流式鼓风机日趋广泛应用。日本高炉自60年代末以来，几乎全都选用轴流式鼓风机。我国现有的某些高炉鼓风机其容量和驱动方式见表3.3。表3.3 高炉容积与鼓风机配置炉容/鼓风机型号风量/风压/MPa转速/功率/kw传动方式620AK-1300离心式15001.84500汽动AK-1300轴流式2000压缩比3.5调速汽轮机直接传动6000汽动1000Z-3250-46轴流式3250压缩比4.2440012000电动1000K-3250-41-1离心式32503.012000汽动1500静叶可调轴流式4500压缩比4.0调速汽轮机直接传动汽动1500K-3250-41离心式42503.517300汽动2000静叶可调轴流式6000压缩比调速汽轮机直接传动汽动2500静叶可调轴流式60004.532000同步电动3200AG120/16RL6轴流式82004.8300039460同步电动4063全静叶可调轴流式96005.148000同步电动 对于本设计所选取的鼓风机型号与配置见表3.4。表3.4 高炉鼓风机配置备用情况鼓风机型号风量/风压/0.1MPa转速r/min功率传动方式共选2台鼓风机，1台备用全静叶可调轴流式9600压缩比5.148000同步电动3.4 本章结论 根据2900高炉在本设计条件下所需的风量以及风压，所设计的鼓风炉是型号全静叶可调轴流式鼓风机，共选2台鼓风机，一台备用。4 热风炉设计4.1 热风炉概述热风炉实质上是一个热交换器。现代高炉普遍采用蓄热式热风炉。由于燃烧和送风交替进行，为保证向高炉连续供风，通常每座高炉配置三座或四座热风炉。热风炉的大小及各部位尺寸，取决于高炉所需要的风量及风温。热风炉的加热能力用每1m3高炉有效容积所具有的加热面积表示，一般为 80110m2/m3或更高。根据燃烧室和蓄热室布置形式的不同，热风炉分为三种基本结构形式，即内燃式热风炉、外燃式热风炉和顶燃式热风炉10。因为相对于内燃式热风炉的各种技术性能比较成熟，所以本设计使用内燃式热风炉，并且选取四座内燃式热风炉，采用交叉并联送风。 内燃式热风炉的结构如图4.1所示。 图4.1 内燃式热风炉4.2 热风炉主要组成4.2.1 燃烧室燃烧室是燃烧煤气的空间，内燃式热风炉位于炉内一侧紧靠大墙。燃烧室断面形状有三种：圆形、眼睛形和复合形，见图4.2。本次设计选用复合形。图4.2 燃烧室断面形状A圆形；B眼睛形；C复合形 燃烧室隔墙由两层互不错缝的高铝砖砌成，2900m3大型高炉用一层345mm和一层230mm高铝砖砌成。互不错缝是为受热膨胀时，彼此没有约束。燃烧室比蓄热室要高出300500mm，以保证烟气流在蓄热室内均匀分布11。4.2.2 蓄热室蓄热室是热风炉进行热交换的主体，它由格子砖砌筑而成。格子砖的特性对热风炉的蓄热能力、换热能力以及热效率有直接影响。蓄热室的结构可以分为两类，即在整个高度上格孔截面不变的单段式和格孔截面变化的多段式。从传热和蓄热角度考虑，本次设计选用多段式。对格子砖的要求是：有较大的受热面积进行热交换；有一定的砖重量来蓄热，保证送风周期内不产生过大的风温降；能引起气流扰动，保持高流速，提高对流体传热效率；砌成格子室后结构稳定，砖之间不产生错动。它表示格子砖的蓄热能力，同样送风周期，填充系数大的砖型，由于蓄热量多，风温降小，能维持较高的风温水平。减小格孔可增大砖占有的体积，也就增大了蓄热能力。格孔大小取决于燃烧用煤气的含尘量，如果含尘量大，格孔小时就容易堵塞。随煤气净化水平的提高，格孔有减小的趋势。常用的格子砖基本上分两类，板状砖和块状穿孔砖。本次设计选用块状穿孔砖。 块状穿孔砖，是在整块砖上穿孔，而孔型有圆形、方形、长方形、六角形等，本次设计采用采用较多的是七孔砖，图4.3为七孔格子砖结构图。块状穿孔砖的优点是砌成的蓄热室稳定性好，砌筑快，受热面积大。缺点是成本高。为了引起气流扰动和增加受热面积，常在孔内增加突缘，或将孔做成有一定锥度，还可将长方形孔隔13层扭转90。格子砖安装图图4.3 七孔格子砖热风炉工作中，希望蓄热室上部高温段多贮存一些热量，所以上部格子砖填充系数（V）较大而有效通道面积（）较小，这样送风期间不致冷却太快，以免风温急剧下降。在蓄热室下部由于温度低，气流速度也较低，对流传热效果减弱，所以应设法提高下部格子砖热交换能力，较好的办法是采用波浪形格子砖或截面互变的格孔，以增加紊流程度，改善下部对流传热作用。蓄热室是热风炉最重要的组成部分，砌筑质量必须从严要求。在炉箅子安装合格后，先在其上用浓粘土泥浆找平，厚度不大于5mm，有的厂用机械加工的办法找平，炉箅子上不用泥浆。第一层格子砖按炉箅子的格孔砌筑，根据炉箅子格孔中心画上两根相互垂直的十字中心线作为格子砖的控制线。再从中心开始砌成十字形砖列，然后在四个区域内，沿十字砖列依次向炉墙方向砌筑。第一层格子砖砌完后，清点完整的格孔数并做出记录。以后各层格子砖均为干砌，要确保格孔垂直，格子砖边缘与炉墙间留1015mm的膨胀缝，膨胀缝内填以草绳或木楔以防格子砖松动。整个格子砖砌完后，应进行格子砖清理，格孔堵塞的数量不应超过第一层格子砖完整孔的3。4.2.3 炉墙炉墙起隔热作用并在高温下承载，因此各部位炉墙的材质和厚度要根据砌体所承受的温度、荷载和隔热需要而定。炉墙一般由砌体（大墙）、填料层、隔热层组成。2900m3属于大高炉，所以大墙厚度一般取350mm，砖缝小于2mm。隔热砖取80mm硅藻土砖、紧靠炉壳砌筑。在隔热砖和大墙之间留有87mm的水渣石棉填料层，以吸收膨胀和隔热。炉墙砌砖是在安好篦子支柱，经校正和灌浆找平后进行的。砌筑时以炉壳为导面，用样板砌筑。炉篦子以下砌成不错缝的同心圆环，炉篦子以上按炉墙结构砌筑。热风口、燃烧口周围一米半径范围内的砌体紧靠炉壳，以防止填料脱落时窜风。其间不严处用与砌体同成份的浓泥浆填充堵严，热风出口与热风短管的内衬热接头应沿炉壳方向砌成直缝，不得咬缝，防止炉墙膨胀时将热风出口砌砖切断窜风。在燃烧室和蓄热室之间的隔墙厚度为460mm，隔墙与拱顶不能完全砌死相互抵触，要留有200到250mm的膨胀缝。4.2.4 拱顶拱顶是连接燃烧室和蓄热室的砌筑结构，在高温气流作用下应保持稳定，并能够使燃烧的烟气均匀分布在蓄热室断面上。由于拱顶是热风炉温度最高的部位，必须选择优质耐火材料砌筑，并且要求保温性能良好。本次设计的是内燃式热风炉，拱顶为半球形，见图4.4。这种结构的优点是炉壳不受水平推力，炉壳不易开裂。拱顶砖厚度（砖长）一般380450mm，外砌113mm隔热砖，常用硅藻土砖。对拱顶温度大于1400的热风炉，应在拱顶砖外砌二层隔热砖，一层是230mm（轻质高铝砖），另一层是65113mm硅藻土砖。最近有的热风炉用硅酸铝耐火纤维板贴于炉壳上隔热，有较好的效果。如果炉壳上喷涂不定形耐火材料，则硅酸铝纤维贴于不定形耐火材料上。综上所述各部位砌体所用的材质应与工作条件相适应。在热风炉上部1/3高度高温区所用的耐火材料，应具有良好的抗蠕变和抗侵蚀性，国内多用含Al2O365的高铝砖，国外有的用含SiO29496的硅砖或Al2O37276的莫来石砖。热风炉中下部温度不高，但荷重较大，故多用粘土砖或高铝砖。本次设计的内燃式热风炉拱顶以优质粘土砖或高铝砖砌筑，厚450mm，向外是230mm厚硅藻土砖和113mm填料层，在拱顶砌体的上部与炉壳之间留有300600mm膨胀间隙。 图4.4 热风炉半球形拱顶结构拱顶砖常用硅藻土砖。另外可以用硅酸铝耐火纤维板贴于炉壳上隔热，有较好的效果。如果炉壳上喷涂不定形耐火材料，则硅酸铝纤维贴于不定形耐火材料上。4.2.5 燃烧器燃烧器是用来将煤气和空气混合，并送进燃烧室内燃烧的设备。对燃烧器的要求是：首先应有足够的燃烧能力，即单位时间能送进、混合、燃烧所需要的煤气量和助燃空气量，并排出生成的烟气量，不致造成过大的压头损失（即能量消耗）。其次还应有足够的调节范围，空气过剩系数可在1.051.50范围内调节。应避免煤气和空气在燃烧器内燃烧、回火，保证在燃烧器外迅速混合、完全而稳定地燃烧12。燃烧器种类很多，我国常见的有套筒式和栅格式，就其材质而言又分金属燃烧器和陶瓷燃烧器13。这种燃烧器的优点是结构简单，阻损小，调节范围大，不易发生回火现象，因此，过去国内热风炉广泛采用这种燃烧器。金属燃烧器的缺点是： （1）由于空气与煤气平行喷出，流股没有交角，故混合不好，燃烧时需较大体积的燃烧室才能完成充分燃烧； （2）由于混合不均，需较大的空气过剩系数来保证完全燃烧，因此降低了燃烧温度，增大了废气量，热损失大； （3）由于燃烧器方向与热风炉轴线垂直，造成气流直接冲击燃烧室隔墙，折回后又产生“之”字型运动。前者给隔墙造成较大温差，加速隔墙的破损，甚至“短路”，后者“之”字运动与隔墙的碰点，可造成隔墙内层掉砖，还会造成燃烧室内气流分布不均； （4）燃烧能力小。 由上述分析，金属燃烧器已不适应热风炉强化和大型化的要求，正在迅速被陶瓷燃烧器所取代。 陶瓷燃烧器又主要有套筒式与栅格式，套筒式陶瓷燃烧器的主要优点是结构简单，构件较少，加工制造方便。但燃烧能力较小，一般适合于中、小型高炉的热风炉采用。 栅格式陶瓷燃烧器与套筒式燃烧器比较，其优点是空气与煤气混合更均匀，燃烧火焰短，燃烧能力大，耐火砖脱落现象少。但其结构复杂，构件形式种类多，并要求加工质量高。大型高炉的外燃式热风炉，多采用栅格式陶瓷燃烧器。综合比较后，本次设计选用栅格式陶瓷燃烧器。4.3 热风炉设计计算热风炉的大小以及各部位的尺寸取决于热风量和热风温度，通过前面的计算，可知，每吨生铁的所需的热风量为1527.52m3，设计风温为1300，高炉有效容积为2900m3，选4座热风炉，每1m3高炉有效容积所具有的加热面积取80m2/m3。热风炉全部加热面积： 802900= 去掉燃烧室和拱顶所占加热面（一般占总加热面的0.5）， 0.5=1160每座热风炉蓄热室的加热面积为： （-1160）4=57710 热风炉主要尺寸是外径和全高，而高径比（H/D）对热风炉的工作效率有直接影响14，一般新建热风炉的高径比在5.0左右。高径比过低时会造成气流分布不均，格子砖不能很好利用；高径比过高热风炉不稳定，并且可能导致下部格子砖不起蓄热作用。我国设计的不同炉容热风炉的高径比见表4.1。表4.1 不同炉容热风炉的高径比高炉容积 (m3)255620102612601513180020502560H2884033500370003816044450444705400047250D上5400下5200上7300下67808000上8310下80009000上9330下9000上9960下950010000H/D5.554.944.624.954.934.945.684.72本次设计为2900m3高炉，热风炉内径：选取外径10m，炉壳钢板厚20mm，绝热砖厚80mm，填料层厚87mm，耐火砖厚350mm，故内径为： 10-2（0.35+0.087+0.020+0.088）=8.91 m热风炉总断面积： （8.912）/4=62.32 m2一般燃烧室占热风炉总断面积的20到25，本次取24，则燃烧室面积为： 62.320.24=14.96 m2蓄热室面积为： 62.32-14.96=47.36 m2格空尺寸选5050，砖厚40mm，一个格孔面积为： （0.05+0.04）2=0.0081 m2全部格孔数： 47.360.0081=58471个1m长格孔加热面积： 10.054=0.2 m21m长全部格孔加热面积： 0.25847=1169.4 m2格子砖高度： 577101169.4=49.35 m燃烧室为复合形，如图4.5取半圆R部分占燃烧室断面的57。 图4.5 复合形燃烧室则： 1/2R2=14.960.57 R = 2.33 m另取左上扇形 R= 1.8 m 校核燃烧室断面积：F燃=1/23.142.332+1/23.141.82+1.8（2.33-1.8）2=15.5 m2若核对面积比原来过大或者过小，可用R调节。其它尺寸：格子砖的上缘到球形拱顶砖的中心距取1500mm，炉顶砌砖厚度为450+230+113=793mm（高铝砖厚450mm，向外是230mm厚硅藻土砖和113mm填料层），球顶与炉壳之间留膨胀缝600mm，支柱及箅子高度为2000mm，炉底钢板厚20mm，找平水泥层60mm，炉顶钢板厚20mm。拱顶半径为89102=4455mm。热风炉全高：H=20+60+2000+49350+1500+793+4455+600+20=58798mm核算：H/D=58798=5.88，在46之间，是稳定的15。4.4本章结论及设计热风炉的CAD图热风炉内径是外部直径减去炉壳钢板厚，绝热砖厚，填料层厚，耐火砖厚四者之和的两倍，故内径是10-2（0.35+0.087+0.020+0.088）=8.91 m，热风炉中上部比中下部多砌了一层755mm的耐火材料。蓄热室中上部格子砖高18920mm，下部格子砖高30430mm。煤气入口高度定为1500mm，热风出口高度定为18600mm，空气口3200mm，热风口直径为1200mm，其他都为1100mm。燃烧室直径为R+R=2.33+1.8=4.13m，在燃烧室和蓄热室之间的隔墙厚度为460mm，由上面热风炉尺寸计算知：热风炉外径10m，炉壳钢板厚20mm，绝热砖