热能与动力工程毕业论文Word格式文档下载.docx
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Becausethedesignadoptedthehightemperatureaircombustiontechnology,itownedthevariousadvantage,particularlyateconomizedonenergytodeclinetoconsumeandenvironmentalprotectiontoobtaintheverybigresult，webelievedthatitwillownvastdevelopmentforegroundinthedomestic。
Keywords:
furnace，blastfurnacegas，regenerativecombustion，highefficiency
andenergysaving
河北联合大学轻工学院毕业设计目录
目
录
引
言............................................................................................................................
1
绪论..........................................................................................................................
2
1.1
蓄热式燃烧技术的历史发展与现状..................................................................
1.1.1蓄热式燃烧技术的历史...............................................................................
1.1.2蓄热式燃烧技术的发展..............................................................................
1.2
蓄热式（高温空气）燃烧技术的特点
.............................................................
3
1.3
国内外的研究现状.............................................................................................
4
1.3.1国外研究现状..............................................................................................
1.3.2国内研究现状..............................................................................................
5
1.4
蓄热式加热炉发趋势及展展望.........................................................................
6
1.5
开发与应用高温空气燃烧技术的前景
初步设计..................................................................................................................
8
2.1
燃料的选择.........................................................................................................
2.2
加热工艺的确定.................................................................................................
9
2.3
炉型选择...........................................................................................................
10
2.4
料坯布置方式及加热方式的选择...................................................................
12
2.5
料坯的装出炉方式...........................................................................................
2.6
选择燃烧装置的形式及其安装位置的确定...................................................
13
2.7
换热装置的形式及其换向系统的确定
...........................................................
14
2.8
炉子供风和排烟系统.......................................................................................
15
2.9
炉底水管的确定...............................................................................................
2.10炉子的钢结构及冷却系统的确定.................................................................
17
2.11炉子的机械化及自动化..................................................................................
18
技术设计..............................................................................................................
19
3.1
燃料燃烧计算....................................................................................................
3.1.1燃料成分及发热值.....................................................................................
3.1.2燃料所需空气量计算................................................................................
20
3.1.3单位燃烧产物的计算................................................................................
3.1.4理论燃烧温度的计算21
3.2炉膛热交换计算22
3.2.1炉膛尺寸的确定22
3.2.2金属出炉参数的确定23
3.2.3算各段炉气平均有效射线行程23
3.2.4预定各段炉气温度24
3.2.5计算各段炉气黑度24
3.2.6各段炉顶和炉墙对金属的辐射角度系数24
3.2.7计算各段炉气的平均综合辐射系数25
3.3金属加热计算25
3.3.1温度制度的确定及边界条件26
3.3.2均热段炉气温度校核26
3.3.3金属加热的各段热流密度计算27
3.3.4金属加热时间的计算28
均热段加热时间31
3.4炉子主要尺寸的确定31
3.4.1计算炉子长度31
3.4.2炉子结构和操作参数31
3.4.3炉门数量和尺寸的确定32
3.4.4炉膛各部分用耐火材料及其尺寸的确定33
3.4.5炉底水管结构尺寸34
3.5炉底水管强度计算35
3.5.1炉底水管布置特点36
3.5.2炉底水管强度计算原则36
3.5.3固定梁和步进梁的强度计算37
3.6炉膛热平衡和燃料消耗量的计算43
3.6.1炉膛热收入项44
3.6.2炉膛热支出项44
3.6.3炉膛热平衡及燃料消耗量的计算55
3.6.4列炉膛热平衡表55
3.6.5炉子工作指标56
3.7燃烧器的选择与布置56
3.7.1选择依据56
3.7.2烧嘴布置情况56
3.7.3安装间距的参考值的计算59
3.8空气管路的设计计算59
3.8.1计算条件59
3.8.2计算各段管径59
3.9煤气管路的设计计算63
3.9.1计算条件63
3.9.2计算各段管径63
3.10各管道的阻力损失计算68
3.10.1管路阻力计算68
3.10.2烟道阻力计算68
3.11风机的选型69
结论71
参考文献72
致谢73
附录74
河北联合大学轻工学院毕业设计引言
引言
高温空气燃烧技术在日、美等国家简称为HTAC技术，在西欧一些国家简
称为HPAC（HighlyPreheatedAirCombustion）技术，亦称为无焰燃烧技（Flameless
combustion）。
其基本思想是让燃料在高温低氧浓度（体积）气氛中燃烧。
它包含两
项基本技术措施：
一项是采用温度效率高达95%，热回收率达80%以上的蓄热
式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度为
800～1000℃，甚至更高的高温助燃空气。
另一项是采取燃料分级燃烧和高速气
流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为15%～3%（体
积）的低氧气氛。
燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，
造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出
热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。
这种燃烧是一种动态反
应，不具有静态火焰。
它具有高效节能和超低NOX排放等多种优点，又被称为
环境协调型燃烧技术
HTAC技术具有高效、节能和低污染等特性，自从面世以来，就受到世界工业界和企业界的广泛关注。
它彻底打破了传统燃烧的模式，进入到新的未知领域——高温低氧燃烧领域。
它是一项既节能又利于环保且极具活力的技术，值得大力推广和开发。
对于企业界来说，它可以大幅度降低能耗和生产成本，提高其运行的经济性和市场竞争力。
HTAC技术被认为是具有创造性、实用性以及增长潜力的新的战略技术。
在钢铁工业中，加热炉是主要的耗能设备之一。
合理解决加热炉的燃料问题，提高燃料利用率，对于降低能源消耗，减少钢坯氧化烧损，提高加热质量从而进一步提高整个轧线生产过程的经济效益，具有非常重要的意义
本设计是指导教师刘克俭根据包钢轧钢厂燃高炉煤气步进梁蓄热式加热炉拟题。
1绪论
1.1蓄热式燃烧技术的历史发展与现状
1.1.1蓄热式燃烧技术的历史
蓄热式高温空气燃烧技术，19世纪中期就开始用于高炉热风炉、平炉、焦
炉、玻璃熔炉等规模大且温度高的炉子。
其原理是采用蓄热室余热回收装置，交
替切换烟气和空气，使之流经蓄热体，达到在最大程度上回收高温烟气的显热，
提高助燃空气温度的效果。
但传统的蓄热室采用格子砖作蓄热体，传热效率低，
蓄热室体积庞大，换向周期长，限制了它在其他工业炉上的应用。
新型蓄热室，
采用陶瓷小球或蜂窝体作蓄热体，其比表面积高达200～1000m2/m3，比老式的
格子砖大几十倍至几百倍，因此极大地提高了传热系数，使蓄热室的体积可以大为缩小。
另外，由于换向装置和控制技术的提高，使换向时间大为缩短，传统蓄
热室的换向时间一般为20～30min，而新型蓄热室的换向时间仅为0.5～3min。
新型蓄热室传热效率高和换向时间短，带来的效果是排烟温度低（
200℃以下），
被预热介质的预热温度高（只比炉温低
100～150℃）。
因此，废气余热得到接近
极限的回收，蓄热室的温度效率可达到
85%以上，热回收率达
80%以上。
随着
蓄热式燃烧技术的进步和新型耐火材料的研究开发，高效蓄热式余热回收技术和高风温燃烧技术在不断完善中正走向成熟。
1.1.2蓄热式燃烧技术的发展
1982年英国Hotwork公司和BritishGas公司合作，首次研制出了紧凑型的陶瓷球蓄热系统RCB（RegenerativeCeramicBurner）。
系统采用陶瓷球作为蓄热体，比表面积可达240m2/m3，因此蓄热能力大大增强、蓄热体体积显著缩小、换向时间降至1～3min，温度效率明显提高（一般大于80％），而预热温度波动一般小于15℃。
在随后几年里，对该蓄热系统又进行了大量的实验研究并作了试用。
在不锈钢退火炉、步进梁式炉上的应用均达到了预期的效果，取得了显著的经济效益。
日本在1985年前后详细考察了RCB的应用技术和实际使用情况后，开始进一步研制。
20世纪90年代初，日本钢管株式会社（NKK）和日本工业炉株式会社
（NFK）联合开发了一种新型蓄热器，称为高效陶瓷蓄热系统HRS（High-cycleReg
enerativeCombustionSystem）。
在蓄热体选取上，采用压力损失小、比表面积更
大的陶瓷蜂窝体，以减少蓄热体的体积和重量。
为了实现低NOx排放，蓄热体
和烧嘴组成一体联合工作，采用两段燃烧法和烟气自身再循环法来控制进气，效
果很好。
NKK进行了多次试验，对测得的数据进行了分析。
结果发现，预加热
后进入燃烧器的空气温度已接近废气排放温度。
数据显示，空气预热温度达130
0℃、炉内O2含量为11%时NOx排放量是40kg/m3[1]。
HRS的开发，不仅实现了
烟气余热极限回收及NOx排放量的大幅度降低，而且这种新型燃烧器还引发产
生了一种新的燃烧技术——高温空气燃烧技术HTAC（HighTemperatureAirCo
mbustion）。
1.2蓄热式（高温空气）燃烧技术的特点
高温空气燃烧技术的基本特征：
1）采用高效蓄热式余热回收技术，实现高温烟气余热的“极限”回收；
2）助燃空气预热温度超过燃料自燃点温度，燃烧稳定性扩大，为组织低氧燃烧创造条件；
3）燃料在燃烧区高温低氧燃烧，火焰体积显著扩大，峰值温度降低，实现超低NOx的生成与排放。
基于高温空气燃烧技术的基本特征，高温空气燃烧技术具有如下一些优势：
1）高效节能。
采用高效蓄热式烟气余热回收装置，交替切换烟气与空气，“极
限”回收排烟余热。
烟气热回收效率超过80%。
火焰体积成倍扩大，炉内温度分布更均匀，平均温度升高，换热（包括辐射换热与对流换热）进一步增强，热利用
率得以提高研究结果表明，采用高温空气燃烧技术，一般可实现节能30%以上。
2）低污染。
主要表现在3个方面：
（1）低NOx污染。
尽管助燃空气预热温度很
高，但由于燃烧区氧浓度降低，火焰体积成倍扩大，降低了燃烧的峰值温度，避
免了热力型NOx的大量生成，实现了超低NOx排放（一般为30106～50106）；
（2）低CO2排放。
节能即减少燃料消耗，减少燃料消耗也就意味着可减少温室气体
CO2的排放。
该技术可实现30%以上的节能，也就意味着可减少30%以上的CO2排
放；
（3）低燃烧噪音。
火焰体积显著增大，使单位体积的燃烧强度减弱，燃烧噪
音大大降低。
3）缩小装置尺寸。
炉内换热效率的提高，可使相同产量加热炉的尺寸缩小或者同样大小加热炉的产量提高。
装置尺寸缩小，从而可降低设备的初投资。
4）燃烧稳定性好。
由于助燃空气温度预热到燃料自燃点以上，燃料一进人
炉内就能着火燃烧，提高了燃烧的稳定性。
5）燃烧区扩大。
通过组织炉内低氧气氛燃烧，火焰体积成倍增大，炉内温度场分布更均匀，有利于被加热件的均匀受热。
6）对燃料的适应性扩大。
助燃空气预热温度升高，降低了对燃料热值的要求，有利于低热值燃料的有效利用。
7）延长炉膛使用寿命。
燃烧火焰峰值温度降低、可使炉壁免受高温灼烧，从而延长炉膛的使用寿命。
8）便于燃烧控制。
烟气余热的“极限”回收，弱化了过剩空气对加热炉总热效率的影响，扩大了燃烧的调节范围，便于燃烧控制。
9）经过蓄热室后的烟气温度较低，烟道和烟囱的内衬可不采用耐火材料。
10）高温空气燃烧器结构紧凑，体积小，安装方便，可方便地用于旧炉改造，且改造工程量不大。
由上所述，蓄热式空气燃烧技术的主要优势在于：
（1）节能潜力巨大，平均
节能25%以上。
因而可以向大气环境少排放二氧化碳25%以上，大大缓解了
大气的温室效应。
（2）扩大了火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，从而使得炉膛内温度均匀，这样一方面提高了产品质量，另一方面延长了炉膛寿命。
（3）对于连续式炉来说，炉长方向的平均温度增加，加强了炉内传热，导致
同样产量的工业炉其炉膛尺寸可以缩小
20%以上，换句话说，同样长度的炉子
其产品的产量可以提高20%以上，大大降低了设备的造价。
（4）由于火焰不是
在燃烧器中产生的，而是在炉膛空间内才开始逐渐燃烧，因而燃烧噪声低。
（5）
采用传统的节能燃烧技术，助燃空气预热温度越高，烟气中
NOX含量越大；
而
采用蓄热式高温空气燃烧技术，在助燃空气预热温度非常高的情况下，
NOX含
量却大大减少了。
（6）炉膛内为贫氧燃烧，导致钢坯氧化烧损减少。
（7）
炉膛内
为贫氧燃烧，有利于在炉膛内产生还原焰，能保证陶瓷烧成等工艺要求，以满足某些特殊工业炉的需要。
1.3国内外的研究现状
1.3.1国外研究现状
1982年英国的HotworkDeveiopment公司和Britist.station研究所合作开发了国
际第一座填充球蓄热式炉从此以后，世界
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