115t_h燃焦炉煤气推钢式连续加热炉的设计;热能与动力工程

安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共78页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊115t/h燃焦炉煤气推钢式连续加热炉的设计热能与动力工程专业王敏(069014092)指导教师：胡爱凤讲师摘要推钢式连续加热炉是传统的、使用最广泛的连续加热炉，它是靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。该加热炉具有结构简单、操作方便、运行可靠、造价低廉的特点，运用于各种轧制前的加热和某些锻造前的加热，自本世纪初沿用至今。该设计是在所学《传热学》《工程热力学》《火焰炉》等专业课的基础上，查阅大量加热炉设计资料，对加热炉进行整体设计。该设计为产量为115t/h（焦炉煤气）方坯推钢式连续加热炉。设计内容包括文献综述、热工计算、金属加热计算、炉子主要尺寸确定、炉膛热平衡与燃料消耗量计算、煤气烧嘴的选用、空气换热器设计计算、空气管路阻力损失计算及鼓风机选择、烟道阻力损失及烟囱计算、英文文献翻译等几部分。最后运用CAD对加热炉本体进行总体绘图。关键词：推钢式加热炉热平衡安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共78页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊AbstractPusher-typefurnaceisakindoftraditionalfurnacethatisthemostwidelyusedbypushingsteelmachineformaterialtransporttaskscompletely.Ithasmanyadvantageslistedbelow:simpleinstructure,convenientoperation,reliableworkinglowcost.Itisappliedtoavarietyofpre-rollingheatingandsomepre-forgingheating,sincethebeginningofthiscenturyisinuse.ThisdesignisbasedontheHeatTransfer,EngineeringThermodynamics,FlameFurnaceandothercourse,andreferredtoalargenumberoffurnacedesigninformationfortheoveralldesignofthefurnace.Theproductionofthecontinuousslabpusher-typefurnaceisdesignedas115t/h..Thedesignincludesliteraturereview,thermalcalculation,metalheatingcalculation,thedeterminetothefurnacemaindimensions,furnaceheatbalanceandfuelconsumed,thechoiceofthegasburner,heatexchangerdesignandcalculation,airlinespressuredropcalculationandairblowerchoice,flueresistancelossandthechimneycalculation,theEnglishtranslationoftheliteratureandothers.Finally,theCADsoftwareisusedtodrawthewholebodyofthefurnace.Keyword:Pusher-typeFurnaceHeatbalance安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共78页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1．文献综述1.1加热炉的概述[1]加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉，包括有连续加热炉和室式加热炉等。金属热处理用的加热炉另称为热处理炉。初轧前加热钢锭或使钢锭内部温度均匀的炉子称为均热炉。广义而言，加热炉也包括均热炉和热处理炉。1.2加热炉的一般组成部分[6]加热炉是一个复杂的热工设备，它一般由炉子热工工艺系统、装出料系统、热工检测及自动控制系统等部分组成。三个系统相互配合，使炉子正常运转。其中炉子的工作室（炉膛）、供热系统（风机、油泵、管道、燃烧装置等）、排烟系统（烟道、烟闸、换热器、余热锅炉、烟囱、排烟机等）以及冷却系统等构成了炉子的热工工艺系统，它是加热炉最基本的组成部分。故以下仅对热工工艺系统中的主要组成部分加以介绍。1.2.1炉膛（工作室）炉膛（工作室）是炉子的核心，主要的热工及工艺过程都在工作室内完成。炉膛一般是由炉墙、炉顶和炉底构成的一个近乎六面体的空间，是对金属工件进行加热的地方。因工艺和用途不同，炉膛形状是各式各样的。在加热炉的运行过程中，不仅要求炉膛能够在高温和荷载条件下保持足够的强度和稳定性，要求能够耐受炉气、炉尘和炉渣的侵蚀和冲刷，而且要求有足够的绝热保温和气密性能。因此，要求构成炉墙、炉顶和炉底等所用的材料、结构型式和尺寸等都必须具备以上性能，以保证炉子能够正常工作。1)炉墙安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共78页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊炉子四周的围墙称为炉墙。加热炉都采用直立的炉墙，分为侧墙和端墙。沿炉子长度方向上的炉墙称为侧墙；炉子两端的炉墙称为端墙。为保证炉墙结构的稳定性，炉墙必须有一定的厚度，并应炉子尺寸的增大和炉膛温度的升高而增厚。为了减少散热和蓄热损失，炉墙应设有绝热层。侧墙的厚度一般为2～2.5块砖厚（464～580mm），其中起稳定作用的主墙用粘土砖砌筑，厚度为1.5～2块砖厚，其余部分为绝热材料，构成复合炉墙。用耐火浇注料或耐火可塑料等制作的炉墙，主墙厚度一般为250～300mm。端墙厚度应视烧嘴孔道尺寸而定，一般为2.5～4块砖厚。为了使炉子具有一定的强度和良好的气密性，炉墙外面包以4～10mm厚的钢板外壳做炉墙的防护层。炉墙最经济厚度，应根据砌体的材料费和蓄热散热损失引起的燃料费进行优化计算确定。炉墙上设有炉门、窥视孔、烧嘴孔、以及热工参数检测孔等孔洞。为防止砌体受损，炉墙应尽可能避免直接承受附加载荷，炉门、冷却水管等构件应设置在钢结构上。2）炉顶炉顶事炉膛组成中的薄弱环节。炉顶是否牢固可靠，对炉子工作有重大影响。加热炉的炉顶按其结构分为拱顶和吊顶两种。拱顶用楔形砖砌筑或不定形耐火材料捣制而成。拱顶的拱角拱顶。和、、之间，通常采用的有可变化在1801209060180~60拱顶的厚度和材质与炉子跨度和炉内温度条件有关。一般炉子的跨度较大时，炉顶的厚度则应相应适当加大。当拱顶跨度在3.5m以下时，拱顶的耐火砖层为230～250mm，绝热层为65～150mm。当跨度在3.5mm以上时，耐火砖层为230～300mm，绝热层为120～200mm。当炉子跨度大于4m时，由于拱顶所承受的侧压力很大，一般耐火材料的高温结构强度已很难满足，因而大多数采用吊顶结构。吊顶是由一些特制的异形砖组成的，异形砖用金属吊杆单独地或成组地吊在炉子钢结构上。加热炉用吊顶材料，高温部分通常采用一级粘土砖或高铝砖，低温部分可采用普通粘土砖。在连续式加热炉上多采用吊顶（平顶）而不采用拱顶。这是应为它不受炉子跨度限制，便于局部修理，便于安装烧嘴，炉气在炉膛宽度上铺展均匀。3）炉底安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共78页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊炉底的工作条件非常恶劣。它不仅要承受被处理物料的机械负荷、碰撞与摩擦等作用，有时还要受到被处理物料的化学侵蚀及熔体的渗透等。炉底结构型式和所用材料，决定于工艺过程和炉内的工作温度及化学反应的性质。炉底有固定式炉底和移动式炉底（机械化炉底）两种形式。固定式炉底的炉子，被处理的炉料靠推钢机推动在陆地上移动。为了避免物料与炉底耐火材料直接摩擦而损坏炉底与金属表面，有些情况下，在炉底上装有金属滑轨或水冷管滑道。机械化的活动炉底带动炉内物料一道移动，属于这种类型的炉子很多，其中主要有步进式加热炉、转底式加热炉、分室式加热炉和链式加热炉等。炉底的厚度和材质取决于炉子的尺寸和温度。一般变化在200～700mm，炉底下部用绝热材料隔热。由于镁砖具有良好的抗渣性，所以在轧钢加热炉的炉底上用镁砖砌筑，并且为了便于氧化铁皮的清除，在镁砖上还要再铺上一层40～50mm厚的镁砂。在1000ºC左右的热处理炉或无氧化加热炉上，因为氧化铁皮的侵蚀问题较小，炉底也可采用粘土砖砌筑。1.2.2排烟系统为了使加热炉能正常工作，需要不断供给燃料所用的空气，同时又要不断地把燃烧后产生的废烟气排出炉外，因此，炉子设有排烟系统。工业炉的排烟方式分为自然排烟和机械排烟两种。前者指烟囱排烟、直接排放和依靠自然抽力的排烟罩等；后者指排烟机排烟、喷射排烟等。1）烟道烟道是连接炉膛和烟囱的烟气通道。设计烟道时，必须充分考虑其断面尺寸和密封绝热问题，因为前者的大小影响烟气流动阻力损失和造价，后者的好坏影响排烟系统的吸力和余热回收率。对烟道布置的要求：(1)地下烟道不会妨碍交通和地面上的操作，因此一般烟道都尽量布置在地下。(2)要求烟道路程短，局部阻力损失小。(3)烟道较长时，其底部要有排水坡度，以便集中排出烟道积水。(4)当烟道中有废热回收装置时，一般要设置旁通烟道和相应的闸板、人孔等，以便在废热回收装置检修时可不影响炉子的生产操作。安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共78页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊烟道内衬粘土砖的厚度与烟气温度有关。当烟气温度为500ºC～800ºC，烟道内宽度小于1m时，一般用113mm厚的粘土砖，大于1m时，用230mm厚粘土砖；烟气温度低于500ºC时可用100号机制红砖砌筑内衬。当烟道没有混凝土外框时，外层用红砖砌筑，其厚度应能保证烟道结构稳定。2）烟道闸板为了控制排烟量以调节炉膛压力，烟道上必须设置烟道闸板。当烟气温度低于400ºC～600ºC时，闸板可用灰口铸铁件或铸钢件制作；当温度高于600ºC～700℃时，应采用水冷闸板、空冷闸板、衬砖闸板或耐热合金钢制造的闸板。对烟道闸板的要求如下：(1)闸板的位置应便于操作和维修，有条件时，闸板要尽可能安装在室内不妨碍交通的地方。(2)装在预热器前后的闸板，其位置和结构要尽量避免烟气通过预热器时产生偏流。(3)烟道闸板的断面可以适当小于主烟道断面，以利于改善闸板的调节功能。3）烟囱加热炉的排烟一般都用烟囱，应为它不需要消耗动力，维护简单，只有当烟囱抽力不足时，才采用引风机或喷射管来帮助排烟。烟囱是最常用的一种排烟装置。烟囱结构有砖烟囱、钢筋混凝土烟囱(内衬砖)和金属烟囱(有的衬砖有的不衬砖)。其中金属烟囱寿命低，易受腐蚀，但它建造快，造价低。当烟温高于350ºC时，金属烟囱要砌内衬，衬砖厚度一般为半块砖。烟温达到350ºC～500ºC时用红砖砌筑，高度为烟囱的1／3，烟温为500ºC～700ºC时烟囱全高衬砌红砖，700ºC以上时烟囱全高衬砌耐火砖。烟囱必须有独立的基础，不能与烟道基础相连，以免烟囱下沉时烟道基础断裂。烟囱底部应设人孔，以备烘烤烟囱、扒灰和修理内衬之用。1.2.3炉子基础与钢结构1）炉子基础修建炉子时必须打好炉子基础。炉子基础一方面要承受整个炉子的质量不致下沉或倒塌；另一方面还要防止炉底受潮或遭受地下水的侵袭，保证炉子正常工作。安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共78页第7页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊根据炉子的大小和土质的好坏，炉子基础可采用不同材料