課程設(shè)計終稿11

1、目錄1 熱風爐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計21.1 熱風爐的概述21.2爐基的設(shè)計和選擇41.3爐殼的設(shè)計51.4爐墻的設(shè)計51.5拱頂?shù)脑O(shè)計61.6蓄熱室的設(shè)計71.7燃燒室的設(shè)計81.8爐箅子與支柱的設(shè)計92格子磚的選擇93 燃燒器選擇與設(shè)計133.1金屬燃燒器133.2陶瓷燃燒器134 熱風爐用耐火材料164.1 硅磚164.2 高鋁磚164.3 粘土磚164.4 隔熱磚164.5 不定形材料165 管道與閥門的選擇設(shè)計235.1管道175.2.閥門186 熱風爐的簡易計算206.1 燃燒計算206.2 簡易計算266.3磚量計算28331 熱風爐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1 熱風爐的概述（1）熱風爐的原理是借助

2、煤氣燃燒將熱風爐格子磚燒熱，然后再將冷風通入格子磚。冷風被加熱并通過熱風管道送到高爐。目前蓄熱室熱風爐有三種基本形式，即內(nèi)燃式，外燃式，頂燃式熱風爐。（2）傳統(tǒng)內(nèi)燃式熱風爐如下圖所示，它包括蓄熱室和燃燒室兩大部分，并由爐基，爐底，爐襯，爐箅子，支柱等構(gòu)成。熱風爐的有效尺寸決定于高爐的有效容積，冶煉強度要求的風溫。圖1-1 傳統(tǒng)式熱風爐我國設(shè)計的尺寸參考表1-1。表1-1 我國設(shè)計的尺寸參考下表：1002506201036120015131800205025164063上434654007300800085009000933099600900010100下52006780900095004.80

3、5.574.804.704.954.934.935.705.575.35我所設(shè)計的熱風爐是外燃式熱風爐（3）外燃式熱風爐是內(nèi)燃式熱風爐的進化和發(fā)展，他是燃燒室和蓄熱室分別在兩個圓柱形殼體內(nèi)，兩個室的頂部以一定方式連接起來。根據(jù)連接的方式不同形成了四種主要的結(jié)構(gòu)形式，即地得式，拷貝式，馬琴式和新日鐵式，如下圖所示：地得式外燃式熱風爐拱頂由1/4小球拱和1/4的大球拱將燃燒室和蓄熱室連成一體，如本鋼的5號高爐；拷貝式外燃式熱風爐兩室的半球拱頂又配有膨脹圈的連接管連接；馬琴式蓄熱室的定不是有錐形縮口，拱頂是由兩個半徑相同的1/4球頂和一個平地半圓柱連接管組成，如鞍鋼1050高爐；新日鐵式熱風爐的蓄熱

4、室拱頂有錐形縮口，拱頂由兩個半徑相同的半球形頂和一個圓柱形管組成，連接管上設(shè)有膨脹補縮器，如馬鋼的3600高爐和寶鋼的所有高爐。根據(jù)一序列的參考材料我選擇設(shè)計新日鐵式外燃式熱風爐新日鐵是外燃式熱風爐的特點：蓄熱室拱頂有錐形縮口，拱頂由兩個半徑相同的半球形頂和一個圓柱形管組成，連接管上設(shè)有膨脹補縮器。為了使熱風和混入的冷風混合均勻，在每一個熱風爐燃燒室熱風口處設(shè)有一個混風室，在混風室和燃燒室之間的連接管上亦設(shè)有通用型伸縮管，以吸收兩者的不均勻膨脹和連接管的軸向膨脹。我國目前使用的外燃式熱風爐（地得式，馬琴式，新日鐵式）數(shù)量已達40多座，其中使用最多，應(yīng)用效果最好的為新日鐵式外燃式熱風爐。設(shè)計的過

5、程中可參考太鋼4350高爐熱風爐的設(shè)計，其設(shè)計參數(shù)參照表1-26。表1-2 太鋼4350m3高爐設(shè)計參數(shù)：項目燃燒室爐殼外徑mm燃燒室爐殼外徑mm拱頂溫度格子磚高度mm送風風溫度格子磚類型單位爐容加熱面積m2/m3燃料組成每座熱風爐加熱面積m2參數(shù)1000061001450350101250七孔高效74.4高爐煤氣，焦爐煤氣80910新日鐵式熱風爐爐型結(jié)構(gòu)如下圖：圖1-39新日鐵式熱風爐1.2爐基的設(shè)計和選擇由于整個熱風爐重量很大又經(jīng)常震動，且荷重將隨高爐容積的擴大和風溫的提高而增加，故對爐基壓球很嚴格。地基的耐壓力不小于2.02.5kg/cm2,為了防止熱風爐產(chǎn)生不均勻下沉而使冠達變形或撕裂

6、，將全部熱風爐基礎(chǔ)做成一個整體，高出地面200400mm，以防水浸基礎(chǔ)由或16Mn鋼筋和325號水泥澆灌成鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)。土壤承載力不足時，需打樁加固。生產(chǎn)實踐表明，不均勻下沉未超過允許值時，可將熱風爐基礎(chǔ)又做成單體分離形式，如武鋼、鞍鋼兩座大型高爐，克節(jié)省大量鋼材。1.3爐殼的設(shè)計熱風爐的爐殼由820mm厚的鋼板焊成。對一般部位可?。?1.4D（mm）。開孔多的部位可?。?1.7D（mm）, 為鋼板厚度（mm），D為爐殼內(nèi)徑（m），鋼板厚度主要根據(jù)爐殼直徑、內(nèi)壓、外殼溫度、外部負荷而定。爐殼下部是圓柱體，頂部為半球體。為確保密封爐殼連同封板焊成一個不漏氣的整體。由于爐內(nèi)風壓較高，加上爐殼耐火

7、磚的膨脹，使熱風爐底部承受到很大的壓力，為防止底板向上抬起，熱風爐爐殼用地腳螺栓固定在基礎(chǔ)上，同時爐底封板與基礎(chǔ)之間進行壓力灌漿，保證板下密實，也可以把地腳螺栓改成錨固板，并在底封板上灌上混泥土。將爐殼固定使其不變形，或把平底封板加工成蝶形底，使熱風爐成為一個手內(nèi)壓的氣罐，減弱操作應(yīng)力的影響。在施工過程中對焊接必須進行X光探傷檢驗，要求爐殼橢圓度不大于直徑的千分之二，整個中心線的傾斜（爐頂中心與爐底中心差）不大于30mm。為了保證爐殼和爐內(nèi)砌磚的密封性，在砌磚前后要試漏、試壓，檢查砌磚前試驗壓力為0.31.5kg/,砌磚后工作壓力的1.5倍試壓，每小時壓力降=1.5%.蓄熱室、燃燒室的拱頂和連

8、接管處采用（韌性耐龜裂鋼板）含錳、鋁的鎮(zhèn)靜鋼。高溫區(qū)爐殼外側(cè)用0.5mm鋁板包覆，鋁板與爐殼間填充后3mm保溫氈，使爐殼溫度控制在150250，防止內(nèi)表面結(jié)露，也防止突然降溫（暴雨）使爐殼急冷而產(chǎn)生應(yīng)力。爐殼內(nèi)表面涂硅氨基甲酸乙醋樹脂保護層，防止與爐殼接觸。1.4爐墻的設(shè)計爐墻一般由耐火層、絕熱層和隔熱層組成。作用是保護爐殼和減少熱損失。各層厚度應(yīng)根據(jù)爐殼溫度和所用耐火材料的界面溫度確定。如圖1-4所示。因爐墻溫度自上而下逐漸升高、所以不同高度耐火層和絕熱層厚度不同。一般下部區(qū)域溫度低、荷重大，宜選用較厚耐火磚，減薄的絕熱層，所留膨脹縫可小。上部高溫區(qū)，荷重小，但為了減少熱損失，應(yīng)增加絕熱層的

9、厚度，耐火層可較薄。爐墻通常由345mm耐火磚砌筑，一般風溫水平的熱風爐和爐殼接觸的是65mm后的硅藻土磚絕熱層，絕熱層和耐火磚之間是60145mm后的干水渣填料層，用以緩沖膨脹。兩層絕熱磚之間填以5090mm后的干水渣或硅藻土或石粉。隔墻上部由于燃燒室位置在熱風爐內(nèi)的一側(cè)，靠格子磚的隔墻為兩面加熱，而靠熱風爐大墻一側(cè)的隔墻為一面加熱。因此，前者的溫度比后者高，產(chǎn)生的高溫蠕變大，而耐火材料不適應(yīng)高溫時，就使燃燒室向格子磚方向傾斜，并進而使上部格磚嚴重錯孔。圖1-4爐墻的組成我所設(shè)計的新日鐵式外燃式熱風爐燃燒室與蓄熱室的爐墻是分開設(shè)計的，蓄熱室根據(jù)內(nèi)燃式的蓄熱室爐墻要求來設(shè)計，燃燒室爐墻按燃燒室

10、的要求來設(shè)計（上面講述了設(shè)計方法）。1.5拱頂?shù)脑O(shè)計拱頂是連接燃燒室和蓄熱室的砌筑結(jié)構(gòu)，它長期處于高溫狀態(tài)工作，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的內(nèi)火材料，并保證砌體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，燃燒時高溫煙氣流均勻地進入蓄熱室。外燃式熱風爐拱頂有半球形，錐型，1/4球形等等，目前國內(nèi)外燃式熱風爐一般多采用新日鐵式的半球形。拱頂所有的磚襯有設(shè)置在爐殼上得三層轉(zhuǎn)托支撐，與大墻砌體脫離開，成為一個獨立結(jié)構(gòu)，以保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。新日鐵式熱風爐的拱頂對稱，尺寸小，拱頂，大墻，縮口相對獨立，可以自由漲落，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，氣流分布好。外燃式拱頂結(jié)構(gòu)如圖1-5在拱頂內(nèi)襯的內(nèi)火磚材質(zhì)，決定拱頂溫度水平。如表1-3所示，為了減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量和提高拱頂?shù)姆€(wěn)定

11、性，應(yīng)盡量縮小拱頂?shù)闹睆?，并適當減薄砌體的厚度。拱頂砌體厚度減薄后，其內(nèi)外溫度差降低，熱應(yīng)力減少，可相當延長拱頂壽命。中型熱風爐磚厚以300500mm為宜，大型高爐熱風爐磚厚以350400mm為宜。但是磚型過多制造麻煩，過少則施工困難。國內(nèi)部頒標準以有了3組9種拱頂定型磚適用于砌筑內(nèi)部半徑為21003900mm的半球形拱頂。拱頂?shù)南虏康谝粚哟u為拱腳磚。常用鋼圈加固，使爐殼少受水平力作用。在拱頂?shù)恼袨樘刂频臓t頂蓋磚，上有安裝測拱頂溫度的電熱偶孔。為了提高熱效率，減少熱損失好保護爐殼，拱頂?shù)母魺崾鞘种匾?。高風溫熱風爐拱頂隔熱磚的厚度為400500mm,一般由23層隔熱磚組成。表1-3 熱風爐

12、拱頂耐火襯材質(zhì)與爐頂溫度的關(guān)系材質(zhì)粘土磚高鋁磚硅磚標號RN-38RL-48L2-65DG-95爐頂溫度12501350145015501.6蓄熱室的設(shè)計蓄熱室是熱風爐進行熱交換的主體，它由格子磚砌筑而成。磚的表面就是蓄熱室的加熱面，格子磚塊作為貯熱介質(zhì)，所以蓄熱室的工作既要傳熱快又要貯熱多，而且要有盡可能高的溫度。格子磚的特性對熱風爐的蓄熱能力，換熱能力以及熱效率有直接影響。蓄熱室斷面積，一般是從選定的熱風爐蓄熱室直徑扣除燃燒室斷面積而得到的，它應(yīng)該用填滿格子磚的通道面積中的氣流速度來核算。為了保證傳熱速度，要求氣流在紊流狀態(tài)流動，即雷諾數(shù)大于2300。由于氣體在高溫下粘度增大，而且格孔小不易

13、引起紊流，故現(xiàn)代高風溫熱風爐要求有較高的流速以滿足傳熱的要求，在生產(chǎn)中常有這樣的情況，蓄熱面積不少，頂溫很高，但風溫上不去，煙道溫度卻上升很快，其原因主要是流速低造成的。蓄熱室工作的好壞，風溫和傳熱效率如何，與格孔大小、形狀、磚量等也有很大的關(guān)系。蓄熱室椎體部及上部圓筒大墻由內(nèi)向外分別采用硅磚和高鋁質(zhì)隔熱磚砌筑，磚襯和耐酸噴涂料之間填充隔熱纖維板，硅磚和隔熱磚之間填充高溫下易發(fā)熱的填充料，以吸收錐段砌體的熱膨脹。整個爐襯由設(shè)置在爐殼上的磚托支撐，與拱頂及蓄熱室直筒部砌體完全脫開。外燃式的蓄熱室與燃燒室分開，克服了內(nèi)燃式隔墻的一些缺陷，增強了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使氣流分布均勻。1.7爐箅子與支柱的設(shè)計蓄

14、熱室全部格子磚都通過爐箅子支持在支柱上，當廢氣溫度不超過350，短期不超過400時，用普通鑄鐵就能穩(wěn)定的工作，當廢氣溫度較高時，可用耐熱鑄鐵（Ni0.4%0.8%，Cr0.6%1.0%）或高硅耐熱鑄鐵。為避免堵住格孔，支柱和爐箅子（圖1-7）的結(jié)構(gòu)應(yīng)和格孔相適應(yīng)。支柱高度要滿足安裝煙道哦冷風管道的凈空需要，同時保證氣流暢通。爐箅子的塊數(shù)與支柱相同，而爐箅子的最大外形尺寸，要能從煙道口進出。2格子磚的選擇格子磚的選擇對熱風爐工作有相當大的關(guān)系。例如：蓄熱室工作的好壞和轉(zhuǎn)熱效率如何。與格孔大小、形狀、磚量等有很大關(guān)系。對格子磚選擇很重要。對格子磚的要求是：1）單位體積格子磚具有最大的受熱面積。2）

15、有和受熱面積相適應(yīng)的磚量來儲熱，以保證一定的范圍內(nèi)，不引起過大的風溫降落。3）盡可能地引起氣流擾動，保持較高的流速，以提高對流傳熱、速度。4）有足夠的建筑穩(wěn)定性。5）便于加工制造、安裝、維護成本低。格子磚的主要特性指數(shù)參見標2-1：表2-1 格子磚的主要參數(shù)SV=1-dsm加熱面積通道面積填充系數(shù)水力學直徑當量厚度格子磚質(zhì)量（1）1m格子磚的受熱面積S（/m）。對方孔格子磚可按下式計算：式中 b格孔邊長，m；格子磚厚度，m。希望格子磚的受熱面積大些，因為它是熱交換的基本條件，同樣體積的格子磚，受熱面積大則風溫和熱效率高，一般板格子磚的受熱面積小，穿孔格子磚的受熱面積大。（2）有效通道截面積。對

16、方孔格子磚可按下式計算：由于熱風爐中對流傳熱方式占比重較大，值小可提高流速，從而提高傳熱效率。但值過小會導致氣流阻力損失的增加，消耗較多的能量。一般值在0.280.46之間。（3）1m格子磚中耐火磚的體積或稱填充系數(shù)V。V=1-它表示格子磚的蓄熱能力，同樣送風周期，填充系數(shù)大的磚型，由于蓄熱能量多，風溫降小，能維持較高的風溫水平。一般要綜合考慮V和兩個指標，不要追求其中一個指標而影響另一個指標。（4）當量厚度。格子磚當量厚度可以用下式表示：如果格子磚是一塊平板，兩面受熱，則當量厚度就是實際高度，但實際上蓄熱功當量室內(nèi)格子磚是相互交錯的，部分表面被擋住，不起作用，所以格子磚的當量厚度總是比實際厚

17、度大，這說明當實際磚厚度一定時，當量厚度小則格子磚利用好。如果格子磚是任意形態(tài)的，則1m格子磚的受熱面積和有效通道截面積表達式分別為： S=孔周長/（空面積+磚面積） =通道面積/(通道面積+磚面積)減小格孔可增大磚占有的面積，也就是增大了蓄熱能力。格孔大小取決于燃燒的含塵量，如果含塵量大，格孔小就容易堵塞。隨煤氣進化水平的提高，格孔又減小的趨勢。上述格子磚特性指數(shù)是相互影響，以正方形格孔磚為例。在磚厚度不同時計算得出的熱工特性和格孔大小的關(guān)系，減少格孔尺寸可以增加磚占的體積 V=1- ，即增加了蓄熱能力。當格孔尺寸大于磚厚時，減少格孔尺寸以增加熱面積，即換熱能力，當格孔尺寸等于磚厚時，加熱面

18、積最大，磚厚減薄可顯著增加加熱面積S，但卻帶來磚占的體積V=1-，減少和通道面積的增加。從熱工角度來看，格孔小些，磚厚些，蓄熱能力增強，而且易形成擾動，強化了換熱過程，格孔小，通道面積減小，可能使煙氣和鼓風流速增高，增加了對流換熱。但是格孔大小主要取決于燃燒所用煤氣的凈化程度，煤氣含塵量多。格孔小了就容易堵塞，且不容易清灰。現(xiàn)代高爐的含塵量不斷下降，格孔又逐漸減小的趨勢。格孔尺寸與煤氣含塵量關(guān)系如表3-2所示。表2-2 格孔尺寸與煤氣含塵之間的關(guān)系煤氣含塵量/1030流體直徑/mm456080我國大型高爐格孔多采用5060mm，中小型高爐多用80mm。格孔是比較合理的結(jié)構(gòu)，它是在上下部格孔數(shù)相

19、同的條件下，上部高溫區(qū)采用較大格孔與當量厚度，孔道平滑以利于高溫下的輻射傳染和多儲存些高溫熱量。而下部低溫區(qū)在條件許可的情況下，盡量能采用小格孔和薄的當量厚度，用增加波紋等修飾的方法增加渦流程度，以利于對流傳熱，但多段式砌筑麻煩，清灰困難。我國常用五孔格子磚（5050）的熱工特性表3-3。表2-3常用五孔格子磚的熱工特性（5050）特性數(shù)值流體直徑（ds）51.79mm格子磚厚（）36mm1m磚格子加熱面積24.9m通道面子（）0.322m磚占體積（1-）0.6771m磚重（）高鋁磚1762/m粘土磚1491/m當量厚度（）54.43重量系數(shù)（m/s）60.0/常用的格子磚基本上分兩類，板狀轉(zhuǎn)

20、和塊狀穿孔磚。板狀磚的每個孔由4塊磚組成。為增加磚的表面積或使氣流產(chǎn)生紊流提高對流傳熱能力，還有波紋轉(zhuǎn)和切角豆點磚。切角豆點磚切角形成的水平通道還可使整個蓄熱室斷面氣流分布均勻。板狀轉(zhuǎn)具有價格低的優(yōu)點，但砌成的蓄熱室穩(wěn)定性差，容易倒塌和錯位。目前，無論是大高爐還是小高爐的熱風爐已經(jīng)很少采用這類磚了。塊狀穿孔磚，是在整塊磚上穿孔，而空形有圓形、方形、長方形、六角形等，采用較多是五孔磚和七孔磚。塊狀穿孔轉(zhuǎn)的優(yōu)點是砌成的蓄熱室穩(wěn)定性好，砌磚快，受熱面積大。缺點是成本高。為了引起氣流擾動和增加受熱面積，常在孔內(nèi)增加凸緣，或?qū)⒖鬃龀捎幸欢ㄥF度，還可將長方形孔隔13層扭轉(zhuǎn)90。我國部分廠家使用的五孔磚和七

21、孔磚性能參數(shù)見表2-4。表2-4 五孔磚和七孔磚性能比較項目五孔磚七孔磚攀鋼攀鋼首鋼鞍鋼攀鋼寶鋼首鋼首鋼本鋼格孔尺寸/mm52525070486855554565525243434748424845當量直徑/mm53.8158.3053.2053.81434347.54545有效通道截面積/m2.m-20.3310.4340.410.4320.4090.4090.4560.410.364受熱面積/m2.m-324.6529.7530.628.73338.0738.0638.0638.3632.375當量厚度/mm54.333835.431.0231.0128.432.539格子厚度/mm383

22、0.3230 304019.5蓄熱室的結(jié)構(gòu)可能分為兩類，即在整個高度上格孔截面不變的單段式和格孔截面變化的多段式。從傳熱和蓄熱角度考慮，采用多段式較為合理。熱風爐工作中，希望蓄熱室上部高溫段多貯存一些熱量，所以上部格子磚填充系數(shù)（V）較大而有效通道截面積（）較小，這樣送風期間不致冷卻太快，以免風溫急劇下降。在蓄熱室下部由于溫度低，氣流速度也較低，對流傳熱效果減弱，所以應(yīng)設(shè)法提高下部格子磚熱能力，較好的辦法是采用波浪形格子磚或截面互變的格孔，以增加紊流程度，改善下部對流傳熱作用。蓄熱室是熱爐最重要的組成部分，砌筑質(zhì)量必須從嚴要求。在爐箅子安裝合格后，先在其上用濃粘土泥漿找平，厚度不大于5mm，有

23、的廠用機械加工的辦法找平，爐箅子不用泥漿。第一層格子磚按爐箅子的格孔砌筑，根據(jù)爐箅子格孔中心畫上兩根相互垂直的十字中心線作為格子磚的控制線。再從中心線開始砌成十字形磚列，然后再四個區(qū)域內(nèi)，沿十字磚列依次向爐墻方向砌筑。第一層格子磚砌完后，清點完整的格孔數(shù)并做出記錄。以后各層格子磚均勻為干砌，要確保格孔垂直，格子磚邊緣與爐墻留1015mm的膨脹縫，膨脹縫內(nèi)填以草繩或木楔以防格子磚松動。整個格子磚砌完后，應(yīng)進行格子磚清理，格孔堵塞的數(shù)量不應(yīng)超過第一層格子磚完整孔的3%。格子磚有“獨立磚柱”和“整體交錯”兩種砌筑方式。獨立磚柱結(jié)構(gòu)，在砌筑高度上公差要求不太嚴格，但穩(wěn)定性差；交錯砌筑法是上、下層格子磚

24、相互咬砌，使蓄熱室形成一個整體的砌筑方法，該方法可以有效地防止格子磚的傾斜位移。整體砌筑對格子磚本身公差要求嚴格，砌筑前要認真挑選、分類。交錯砌筑法如圖22所示。圖2-23 燃燒器選擇與設(shè)計燃燒器種類很多，常見的有套筒式和柵格式，就其材質(zhì)而言又分金屬燃燒器和陶瓷燃燒器。3.1金屬燃燒器煤氣道與空氣道為一套筒結(jié)構(gòu)，進入燃燒室后相混合并燃燒。這種燃燒器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，阻損小，調(diào)節(jié)范圍大，不易發(fā)生回火現(xiàn)象，因此，過去國內(nèi)熱風爐廣泛采用這種燃燒器。此次設(shè)計采用的為陶瓷燃燒器。3.2陶瓷燃燒器陶瓷燃燒器是用耐火材料砌成的，安裝在熱風爐燃燒室內(nèi)部。一般是采用磷酸鹽耐火混泥土或礬土水泥耐火混泥土預(yù)制而成，

25、也有采用耐火砌筑成的。常用的陶瓷燃燒器：（1）套筒式陶瓷燃燒器套筒式燃燒器是目前國內(nèi)熱風爐用得最普遍的一種燃燒器。這種燃燒器由兩個套筒和空氣分配帽組成，如圖2-2a所示。燃燒時，空氣從一側(cè)進入到外面的環(huán)形套筒內(nèi)，從頂部的環(huán)狀圈空氣分配帽上的狹窄噴口中噴射出來。煤氣從另一側(cè)進入到中心管道內(nèi)，并從其頂部出口噴出，由于空氣噴口中心線與煤氣中性線成一定交角（一般為50左右），所以空氣與煤氣在進入燃燒室時能充分混合，完全燃燒。有的還在空氣道與煤氣之間的管壁上部開設(shè)與煤氣道軸向正交的矩形一次空氣進入口，形成空氣與煤氣兩次混合，這就進一步提高了空氣與煤氣的混合及燃燒效果。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件少，加工制造方便

26、。但燃燒能力較小，一般適合于中小型高爐的熱風爐。（2）柵格式陶瓷燃燒器柵格式陶瓷燃燒器的空氣通道與煤氣通道呈間隔布置，如圖2-2b所示。燃燒時，煤氣與空氣都從被分成若干個狹窄通道中噴出，在燃燒器上部的柵格處得到混合后進行燃燒。這種燃燒器與套筒式燃燒器比較，其優(yōu)點是空氣與煤氣混合更均勻，燃燒火焰短，燃燒能力在，耐火能力大，耐火磚脫落現(xiàn)象少。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件形式種類多，并要求加工質(zhì)量高。大型高爐的外然式熱風爐多采用柵格式陶瓷燃燒器（3）三孔式陶瓷燃燒器如圖2-2c所示。三孔式陶瓷燃燒器的顯著特點是有按個通道，即中心分為焦爐煤氣通道，外側(cè)圓環(huán)為高爐煤氣通道，二者之間的圓環(huán)形空間為助燃空氣通道。在燃

27、燒器的上部設(shè)有氣流分配板，各種氣流從各自的分配孔中噴射出來，被分割成小的流股，使氣體充分的混合，同時進行燃燒。優(yōu)點：不僅使氣體流混合均勻，燃燒充分，燃燒火焰短，而且是采取了低發(fā)熱值的高爐煤氣將高發(fā)熱值的焦爐煤氣包圍在中間燃燒的形式，避免了高溫氣流燒壞隔墻，特別是避免了熱風出口處的磚被燒壞的弊病。另外，采取高爐煤氣的焦爐煤氣是從燃燒器的中心部位噴出的，所以燃燒氣流的中心溫度經(jīng)邊緣煤氣的溫度高，約200左右。缺點：是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用磚種類多，施工復(fù)雜，目前只有部分大型高爐的外燃式熱風爐采用這種燃燒器。陶瓷燃燒器有如下優(yōu)點：（1） 助燃空氣與煤氣流一定交角，交角將空氣或煤氣分割成許多細小流股，因 此混

28、合好，能完全燃燒。（2） 氣體混合均勻，空氣過剩系數(shù)小，可提高燃燒溫度。（3） 燃燒氣體向上噴出，消除“之”字形運動，不再沖刷隔墻，延長了隔墻 的壽命，同時改善了氣流分布。燃燒能力大，為進一步強化熱風爐和熱風爐大型化提供了條件。圖3-2幾種常用的陶瓷燃燒器a-套筒式陶瓷燃燒器；b-三孔式陶瓷燃燒器；c-柵格式陶瓷燃燒器I-磷酸混凝土 II-粘土磚1-二次空氣引入孔；2-一次空氣引入孔；3-空氣帽；4-空氣環(huán)道；5-煤氣直管；6-煤氣收縮管；7-煤氣通道；8-助燃空氣入口；9-焦爐煤氣入口；10-高爐煤氣入口 在焦爐煤氣不夠充足的條件下，可以采用兩孔的柵格式陶瓷燃燒器。圓形柵格式陶瓷燃燒器已經(jīng)在

29、國內(nèi)使用了多年，有成熟的使用經(jīng)驗，其磚型簡單，加工量少，易于砌筑施工，且具有空，煤氣混合均勻，火焰短，耐火磚剝落少，燃燒穩(wěn)定，燃燒能力打等優(yōu)點，適用于外燃式熱風爐，有利于減少制造和砌筑的費用。在設(shè)計的過程當中由于焦爐煤氣很少，因此我首選圓形柵格式陶瓷燃燒器。4 熱風爐用耐火材料4.1 硅磚硅磚主要成分是，其含量在95%左右。由鱗石英、方石英和玻璃相組成。硅磚高溫性能好，耐火度及荷重軟化溫度較高，蠕變溫度高且蠕變變率小，有利于熱風爐穩(wěn)定，不足的是它的體積密度小，蓄熱能力差。硅磚在600以下發(fā)生相變，體積又較大的膨脹，容易破壞砌體的穩(wěn)定性，因此，硅磚的使用溫度應(yīng)大于600。在熱風爐內(nèi)硅磚一般用于拱

30、頂、燃燒室和蓄熱室爐襯的上部以及上部格子磚。熱風爐用硅磚的性能見表5-2.4.2 高鋁磚高鋁磚質(zhì)地堅硬、致密、密度大，抗壓強度高，有很好的耐磨性和較好的導熱性，在高溫下體積穩(wěn)定，蠕變性僅次于硅磚。普遍應(yīng)用于高溫區(qū)域，如拱頂、中上部格子、燃燒室隔墻等。一些國家熱風爐用高鋁磚性能見表5-3.4.3 粘土磚粘土磚主要成分是和，隨著和含量的不同，性質(zhì)也發(fā)生變化。粘土磚熱穩(wěn)定好，高溫燒成的粘土磚殘余收縮小。粘土磚粘耐火度和荷重軟化溫度低，蠕變溫度低，蠕變率大。但是磚容易易加工，價格廉價，廣泛應(yīng)用于熱風爐中、低溫度區(qū)域、中下格子磚及磚襯。粘土磚用量約占熱風爐用磚總量的30%50%。4.4 隔熱磚熱風爐用隔

31、熱磚有硅藻土磚、輕質(zhì)硅磚、輕質(zhì)粘土磚、輕質(zhì)高鋁磚以及陶瓷纖維磚等。隔熱磚氣孔率大，密度小，導熱性低，機械強度低，但在使用中應(yīng)可以支承自身質(zhì)量。4.5 不定形材料熱風爐用不定形材料有耐火、隔熱及耐酸三種噴涂料。耐火噴涂料主要用于高溫部位爐殼及熱風管內(nèi)，以防止竄風燒壞鋼殼。隔熱涂層料導熱系數(shù)低，可以減少熱損失。耐酸涂層料用于拱頂、燃燒室及蓄熱室上部鋼殼，其作用是防止高溫生成物中等酸性氧化物對爐殼的腐蝕。當采用雙層噴涂料時，隔熱噴涂料靠鋼殼噴涂，然后再噴涂耐酸或耐火涂料。熱風爐用噴涂料的性能見表54.目前國產(chǎn)FN130噴涂料在理化性能和施工性能上均達到或超過日本的CN130G噴涂料，且價格只有其1/

32、7.先已有50余座高爐應(yīng)用。另外，國產(chǎn)MS耐酸質(zhì)噴涂料也全面達到了日方MIX387指標，價格不到其1/3。我國內(nèi)燃式熱風爐爐襯和格子磚普遍采用高鋁磚和豁粘土磚砌筑；外燃式熱風爐，高溫部分一般采用硅磚砌筑，中低溫部位則依次用高鋁磚和豁粘土磚砌筑。美國熱風爐高溫部位一般采用硅磚砌筑，蓄熱室上部溫度高于1420的部位采用抗堿性強、導熱性好和蓄熱量大的方鎂石格子磚。日本熱風爐用磚處理得比較細致，不同部位選用不同的耐火磚，同時還考慮到耐火材料的高溫蠕變性能。熱風爐壽命可達到1520年。熱風爐選用耐火材料主要依據(jù)爐內(nèi)溫度分布，通常下不采用粘土磚，中不采用高鋁磚，上部高溫區(qū)為耐高溫、抗蠕變的材質(zhì)如硅磚、低蠕

33、變高鋁磚等。5 管道與閥門的選擇設(shè)計熱風爐是高溫高壓裝置，其燃料易燃易爆且有毒，因此熱風爐的管道與閥門必須工作可靠，能夠承受高溫和高壓，閥門應(yīng)具有良好的密閉性，便于檢修，方便操作，閥門的啟閉傳動裝置均應(yīng)沒有手動操作機構(gòu)，啟閉速度應(yīng)能滿足工藝操作的要求。5.1管道熱風爐系統(tǒng)設(shè)有冷風管、熱風管、混風管、燃料用凈煤氣管和助燃風管、倒流休風管。一般采用1020mm厚的普通碳素鋼板焊制成管道直徑。根據(jù)氣體在管道內(nèi)流量和合適的流速決定。式中 d 圓形管道內(nèi)徑V 氣體在實際狀態(tài)下的體積流量， 氣體在實際狀態(tài)下的流速，表5-1 管道內(nèi)氣體參考數(shù)據(jù)名 稱 標準流速 ，nm/s熱風爐凈燃煤氣支管（煤氣不預(yù)熱） 6

34、10助燃空氣管道 68風壓0.910MPa的冷風管道 912風壓0.910MPa的熱風管道 68風壓0.510MPa的熱風管道 57冷風管 應(yīng)保證密封，常用412mm鋼板焊成，由于冷風溫度在冬季約為7080。夏季常超出100甚至高達150，為了消除熱應(yīng)力，故在冷風管道上設(shè)置伸縮圈。熱風管 由10mm厚的普通鋼板焊成，要求管道的密封性好，熱損失少，熱風管道一般用標準磚砌筑，內(nèi)層砌粘土磚或高鋁磚，外層砌隔熱磚?；祜L管 為了穩(wěn)定熱風溫度而設(shè)，它根據(jù)熱風爐的出口溫度而參入一定的冷風。倒流休風管道應(yīng)有千分之五的排水坡度，并在進入坡度支管前設(shè)置排水設(shè)備。表4-2 我國高爐熱風管道內(nèi)徑（mm）高爐容積（m3

35、）管道 50 100 255 620 1000 1500 2000名稱凈煤氣總管 500 500 800 1300 1400 1600 1500凈煤氣支管 400 400 700 900 1100 1100 1100冷風總管 520 520 700 1000 1400 1400 1500冷風支管 400 400 700 900 1200 1200 1200熱風總管 500 500 700 900 1500 1522 2000熱風圍管 500 500 700 850 1200 1222 2000冷風混風管 400 400 400 900 1200 1200 800混風閥后 16005.2.閥門根

36、據(jù)熱風爐周期性工作的特點可將熱風爐的閥門分為控制燃燒系統(tǒng)的閥門和鼓風系統(tǒng)的閥門?？刂迫紵到y(tǒng)閥門的作用是把助燃空氣及煤氣送入熱風爐燃燒，并把廢氣排出熱風爐，注意有燃燒閥、煤氣調(diào)節(jié)閥、煤氣切斷閥、煙道閥等。鼓風系統(tǒng)的閥門將鼓風送入熱風爐，并把熱風送到高爐。有點閥門還起著調(diào)節(jié)熱風溫度的作用。主要有放風閥、混風閥、冷風閥、熱風閥。要求設(shè)備堅固結(jié)實，能承受一定的強度，保證高壓下密封性能好，開頭靈活，便于檢修，故選擇設(shè)計閘式閥門，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力小，密封性好，按構(gòu)造式分為三類：（1）蝶式閥：它是中間有軸可以自由旋轉(zhuǎn)的翻板，利用轉(zhuǎn)角的大小采用調(diào)節(jié)流量。它調(diào)節(jié)靈活，但密封性差。（2）盤式閥：結(jié)構(gòu)比較簡單，多用

37、于切斷含塵氣體。氣流方向平行于閥的開啟方向。多用于含塵氣體，如煙道閥。（3）閘式閥：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但密封性好。氣流方向與閥的動作方向垂直，適用與潔凈氣體的切斷。放風閥：從鼓風機采的冷風管道上安裝放風閥，它是為了不停止鼓風機運轉(zhuǎn)的情況下，減少或完全停止向高爐供風而設(shè)計的。它是一個蝶型閥和一個柱塞閥組成。混風閥：想熱風總管中摻入一定量的冷風，以保持溫度穩(wěn)定不變。其位置在混風管與熱風總管相接處，它由調(diào)節(jié)閥和阻隔閥組成。冷風閥：設(shè)在冷風管上的切斷閥。它是冷風進入熱風爐的閘門。當熱風送風時，打開冷風閥可把高爐鼓風機鼓出的冷風送入熱風爐。熱風閥：設(shè)置在熱風爐的熱風出口處。在熱風爐送風期打開熱風閥，熱空氣經(jīng)

38、熱風支管送熱風總管。熱風閥在9001300和0.5MPa左右壓力的條件下工作，是閥門系統(tǒng)中工作最惡劣的設(shè)備，一般利用鑄鋼和鍛鋼、鋼板焊接結(jié)構(gòu)。熱風閥門直徑的選擇考慮使用要求。維護制造條件及經(jīng)濟合理等因素。熱風閥直徑的選擇應(yīng)考慮使用要求。維護制造條件及經(jīng)濟合理等因素。熱風閥門直徑選擇十分重要。在允許條件下采用大直徑的閥門對延長熱風閥壽命有好處。熱風閥的實際流速不應(yīng)大于75m/s。其它閥門的截面積將于熱風閥的面積之比有如下關(guān)系：閥門名稱 閥門的截面積與熱風閥的面積之比熱風閥 1.0冷風閥 0.81.0防風閥 1.01.2煤氣切 0.71.0燃燒閥 0.71.0煙道閥 2.02.8混風閥 0.30.

39、4廢氣閥 0.050.12充風閥 0.050.12各調(diào)節(jié)閥、切斷閥直徑應(yīng)與管道直徑相適應(yīng)。隨著近年來熱風爐設(shè)備的不斷發(fā)更新，高溫密封式蝶閥技術(shù)越來越成熟可靠，該法結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，密封性好，且結(jié)構(gòu)小巧，重量輕，已經(jīng)為廣大用戶接受。為了確保熱風爐各閥的檢修，高爐煤氣，焦爐煤氣，助燃空氣，冷風，延期管網(wǎng)上的閥門采用高密封式蝶閥，減少了熱風爐區(qū)域的框架負荷。通過對整體管道系統(tǒng)完整的受力分析計算，經(jīng)濟，合理的配置了波紋膨脹節(jié)以及管系中固定支架，滑動支架，既吸收管道膨脹，又便于閥門的安裝，檢修，使熱風爐管路系統(tǒng)設(shè)計合理，安全可靠，滿足了熱風爐高風溫長壽命的要求。6 熱風爐簡易燃燒計算6.1燃燒計算煤氣

40、成分的確定如表6-1。表6-1已知煤氣的干成分物質(zhì)共計成分/10301.51.0 57.5100 （1） 干煤氣成分換算成濕煤氣成分 若已知煤氣的含水的體積百分數(shù)，用下式計算： V濕=VF(100-H2O)/100100 （1-1）若已知干煤氣含水的重量，則用下式計算： V濕=VF100/(100+0.124gH2O) 100 （1-2）以上兩個公式中：濕煤氣中各組分的體積百分含量，干煤氣中各組分的體積含量，濕煤氣中含水體積, 干煤氣中含水的重量，（忽略機械水的含量）查“空氣及煤氣的飽和水蒸氣含量（氣壓101325）表”知30是煤氣的飽和水為35.10，代入上面的（6-2）式計算得表6-2。表

41、6-2煤氣成分換算表種類共計干成分/10292.01.058100濕成分/9.628.71.40.9655.14.14100（2）煤氣低發(fā)熱量的計算： 設(shè)其中含可燃物成分的熱效應(yīng)如表6-3。表6-3 可然成分熱效應(yīng)KJ可燃成分熱效應(yīng)126.36107.85358.81594.4643.55931.811227.74233.66 煤氣低發(fā)熱量的計算：=126.3628.7+107.851.4+358.810.96=4115.26（3）焦爐煤氣的加入量計算如表6-4。種類共計成分/3.56.5 58 253.04.0100表6-4焦爐煤氣成分表 理論燃燒溫度的計算： 取爐頂溫度比熱風溫度高2001

42、，燃燒溫度比拱頂溫度約高801 則 所要求的最低發(fā)熱量： 加入焦爐煤氣量：（）則煤氣干成分加入量為：1-3=97% 則在混合成分中： 換成混合濕煤氣成分混合煤氣成分如表6-5。表6-5則混合煤氣成分整理表如下：種類共計干成分/9.829.33.21.70.1255.9100濕成分/9.428.13.11.60.11553.64.085100 煤氣低發(fā)熱量的計算： (為了簡化計算，式中將全部簡化看成來計算) (4) 空氣需要量和燃燒生成物的計算： 1）空氣利用系數(shù),燃燒混合煤氣，計算中取1.101， 計算如表6-6。 表6-6 燃燒產(chǎn)物體積煤氣煤氣組成100濕氣體積含量 反應(yīng)式需氧氣體積生成物的

43、體積O2CO2H2ON2合計9.49.49.428.114.0528.126.93.51.053.53.51.73.21.73.41.753.753.753.74.714.714.710.090.3450.180.180.36當時，空氣帶入的18.64580.1180.11當時過?？諝鈳氲?.002.008.018.01生成物總量（）2.0038.9215.5139.41195.83生成物成分（）1.0219.877.9271.19100 （為了簡化計算，式中將全部簡化成來計算）2)燃燒1高爐煤氣的理論空氣量為： 3）實際空氣需要量為：4）燃燒1高爐煤氣的實際生成物量為： 5）助燃空氣顯熱Q

44、為： 式中助燃空氣時的平均熱焓，助燃空氣溫度，6）煤氣顯熱為：式中煤氣的平均熱容，煤氣溫度，7）生成物熱量為：Q產(chǎn)=（Q空+Q燃+QDW）/燃燒1m3煤氣的生成物體積=（23.41+40.71+4516.30）/1.94=2360.89KJ/m3（5） 理論燃燒溫度的計算式中理論燃燒溫度，燃燒產(chǎn)物在是的平均熱容，由于的數(shù)值取決于，須利用已知的用迭代法和內(nèi)插法求得， 其過程如下燃燒生成物在某溫度下的，用下式計算： Qt產(chǎn)=WtCO2VCO2+ WtH2OVH2O+ WtO2 VO2+ WtN2VN2 KJ/m3式中：WtCO2，WtH2O，WtO2，WtN2分別為氣體CO2,H2O,O2,N2在

45、壓力為101，溫度為t是的焓值，?？梢詮母奖碇胁榈? VCO2，VH2O，VO2，VN2分別為沒立方米生成物中該氣體的含量，。先設(shè)理論燃燒溫度為1200，1300，1400，1500，查表得在各溫度下得焓值，如表6-71所示。表6-7 CO2、H2O、O2、N2在各溫度下得焓值溫度12002720.82120.41804.01724.513002991.132328.01907.131882.0914003276254021292012150035222755.72295.32200.1根據(jù)生成物成分表，分別計算出各個溫度的生成物熱量Qt產(chǎn)如表6-8。 表6-8 CO2、H2O、O2、N2 在各個溫度的生成物熱量Qt產(chǎn)溫度1200540.62167.9418.401227.671954.631300591.34184.3819.451339.862138.031400650.94201.1721.721432.342306.171500699.82218.2523.4