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- 2019/10/21 閱讀次數(shù)：[930]
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3每小時(shí)需要70m的天然氣，表3.4中表示的是天然氣的主要成分以及各自的百分含量。
表3.4 天然氣的成分
種類 CO+HS H CH CmHn N 22242含量/% 0.1,2 0,2 85,87 0.1,0.-333用 天然氣=35000 KJ?m，將其帶入公式(3.2)計(jì)算得: L=9.27
在理想狀態(tài)下燃料完全燃燒時(shí)所必需的最小空氣量稱為理想空氣消耗量;在實(shí)際條件下燃料完全燃燒或不完全燃燒所需的空氣量為實(shí)際空氣消耗量。實(shí)際空氣量與理論空氣量之比稱為空氣系數(shù)。
m/m。 0Q低
(2)燃料燃燒實(shí)際需要的空氣量 3Nm 計(jì)算公式為: ,, (3.3) ,,LL,03，，，，kgNm
將L=9.27帶入公式(3.3)中，得L=1.1?9.27=10.20 0α
天然氣燃燒后的主要成分見(jiàn)下表3.5:
表3.5天然氣的主要產(chǎn)物
CO HO N 燃料主要產(chǎn)物 222主要產(chǎn)物成分/% 9.6 18.7 71.7
10t熔鋁保溫爐的設(shè)計(jì) 18 根據(jù)上表中的成分進(jìn)行煙氣熱損失計(jì)爐底的散熱損失:q, (W/m) (34 1.2,4
[7](1)燃料燃燒理論需要的空氣量
用Q33低經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式: (m/m) (3.2) ,1.105，，0.02L04180
.6) 底SSS11n21，，？，，，,,,,,nn21,
式中: t — 爐內(nèi)溫度(?); l
t — 周圍大氣溫度(?); 0
2 α — 爐墻內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)[W/(m??)]; n
t?450?時(shí)，α?9.3+0.058t; ln
1t,450?時(shí)，數(shù)值很小可忽略不計(jì); l,n
2 α— 爐墻外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，值為10.33[W/(m??)]; ω
S...... S、S — 爐墻各層材料的厚度(m); n21
2 λ λλ — 爐墻各層材料的熱導(dǎo)率[W/(m??)]。 、n......21
[10]各種耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)如下:
-3高鋁磚層——λ=1.31-0.16?10t,W,(m??), 1
澆注層——λ=0.33,W,(m??), (常州市金獅鋁業(yè)數(shù)據(jù)) 2
-3輕質(zhì)保溫磚層——λ=0.25+0.22?10t,W,(m??), 3
現(xiàn)在根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)各層的溫度，設(shè)高鋁磚層的溫度為800?，澆注料
,SSS312，，,,,123
其中δ是各層壁的厚度之和，λ為各耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)當(dāng)量值。 δ、δ、δ，分別為300mm，100mm,136mm。 123
λ、λ、λ，分別為1.186〔W/(m??)〕, 0.33〔W/(m??)〕,0.294〔W/123
(m??)〕。
12]?爐墻壁的散熱損失計(jì)算
爐墻壁的散熱損失很復(fù)雜，計(jì)算比較麻煩，一般都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)知道爐子外壁的溫度，再根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的，準(zhǔn)確度也較高。
爐子外表面溫度通常為60?，在外墻壁上涂一層金屬漆，使其黑度為0.4(相當(dāng)于爐
將上述的數(shù)據(jù)帶入到公式(3.7)中，計(jì)算出爐底導(dǎo)熱系數(shù)的當(dāng)量值為:
λ=0.48〔W/(m??)〕
各相鄰界面的溫度計(jì)算: =11.79
式中 α——空氣系數(shù)，氣體燃料取1.05,1.1
3 L——實(shí)際空氣消耗量,m α Nm/Nm,而本次設(shè)計(jì)中α的值0
333為1.1，則將單位燃燒生產(chǎn)煙氣量為V=11.00 Nm/Nm,每小時(shí)燃燒70 m的天然0
3氣產(chǎn)生的煙氣量就為770 m，根據(jù)表(3.4)中成分進(jìn)行煙氣散熱損失計(jì)算。
Vi 公式: (KJ/h) (3.4) Q,,氣氣氣
SSS312 (3.8) 1.28()z,，，3,,,123
式中Z為當(dāng)量厚度(m)，計(jì)算得出Z=1.33 33
,tt10 t==441.6? (3.9) ，Z,3t0，，105z6D 殼鋼板涂鋁漆的黑度)，處于20?的流動(dòng)空氣中。
經(jīng)驗(yàn)公式: Q=kq (3.16) 壁壁
λ — 陶瓷板的導(dǎo)熱系數(shù) 2
根據(jù)多層壁的導(dǎo)熱公式得出:
_tt800,1502內(nèi)外 ==1425.4(W/m) (3.17) ,q頂0.30.的熱效率高，取用方便，燃?xì)鉄煨吞?hào)很多，在選用的時(shí)候，首先根據(jù)計(jì)算出的爐子每小時(shí)的熱耗，在參照廠家的型號(hào)選擇。還考慮爐子是用來(lái)保溫鋁液的，根據(jù)燒嘴廠家建議選用高速調(diào)溫
混合室
圖4.1 燒嘴示意圖
6由爐子的熱負(fù)荷計(jì)算中得知爐子每小時(shí)的熱耗為2.43?10KJ，參照生產(chǎn)廠家的各種型號(hào)，最終選擇兩只GSQ100萬(wàn)大卡的燃?xì)鉄臁?
選定燒嘴后，接下來(lái)將燒嘴安裝到爐子上，最重要的是選擇燒嘴的安裝位置，燒嘴的位置對(duì)燒嘴安裝發(fā)揮熱效應(yīng)的影響很大，假若安裝不當(dāng)，可能使燒嘴的熱效應(yīng)不能發(fā)揮出來(lái)，進(jìn)一步影響爐子的單耗，影響爐子的熱效率。嚴(yán)重的時(shí)候還可能導(dǎo)致燒嘴短路，即燒嘴的熱量達(dá)不到金屬液體時(shí)，就已被煙囪的抽力抽走，爐子無(wú)法燒熱。在燒嘴裝入爐子時(shí)并不是平行于爐底，要與爐底成一定的角度，這個(gè)角度非常關(guān)鍵，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)造成不同程度的損失。而且，兩只燒嘴之間也應(yīng)該有一定的角度關(guān)系，使兩只燒嘴之間形成互相壓制的關(guān)系，防止熱量過(guò)快的從煙囪流失。
因?yàn)闊斓奈恢煤徒嵌鹊倪x擇都是需要大量經(jīng)驗(yàn)的，屬于爐子部件中最難安裝的，在公司工程師的指導(dǎo)下進(jìn)行燒嘴的布置。首先是確定少最的型號(hào)，上文已經(jīng)確定下來(lái)了。GSQ100萬(wàn)大卡的燃?xì)鉄斓膱A筒直徑為420mm，根據(jù)爐體的長(zhǎng)、寬，考慮將兩只燒嘴和煙囪安裝到同一燃料五花、混合良好，并自帶小型高溫燃燒室，燃燒安全，無(wú)黑煙，提高了燃料利用率，節(jié)能效果顯著。
(4)燒嘴調(diào)節(jié)比大，可適應(yīng)不同加熱溫度要求。 的2?3處，因?yàn)榘惭b過(guò)高的話，燒嘴氣流溫度較高的那一部分不能很好的利用于生產(chǎn)，而且通過(guò)爐子散失了。過(guò)低的話又可能對(duì)鋁液產(chǎn)生燒燒火焰
(5)具有自動(dòng)電點(diǎn)火、自動(dòng)調(diào)節(jié)火焰監(jiān)察和熄火保護(hù)全套功能。 (6)配以自動(dòng)閥門和控制器即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。
圖4.1表示的是高溫調(diào)溫?zé)斓母鞑考δ苁疽鈭D，高速燒嘴最大的特點(diǎn)是燃料的燃燒在燒嘴內(nèi)部的燃燒室內(nèi)完成，形成高溫的熱氣流后以高速噴出，熱效率高，氣流加大了爐內(nèi)的熱循環(huán)。高速燒嘴的熱量主要是以熱氣流傳導(dǎo)的，高速
10t熔鋁保溫爐的設(shè)計(jì) 23 燒嘴的出口處通常是看不到明顯的火焰的，安裝到同一平面上有利于爐子熱量的均勻分布。燒嘴的安裝面確定后，在確定燒嘴的安裝高度。高速燒嘴噴射出的高溫氣流的火焰長(zhǎng)度很短，高溫氣流的流速很快，能平面上，這樣做有很大的好處。首先經(jīng)過(guò)計(jì)算后，爐體的長(zhǎng)能夠?qū)芍粺旌蜔焽韬侠淼陌惭b到爐體上，并且相互之間不會(huì)影響。其次，將燒嘴和煙囪嘴或半噴式天然氣燒嘴，高速調(diào)溫?zé)炀哂腥缦聝?yōu)點(diǎn): (1) 燒嘴出口的高速熱氣流，加強(qiáng)了爐內(nèi)氣體的循環(huán)，提高了爐溫的均勻性，保證了生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)減少了燒嘴數(shù)量。
(2)高溫?zé)釟饬鲝?qiáng)化了對(duì)流傳熱，提高了工業(yè)爐生產(chǎn)力和節(jié)能效果。 (3)燒嘴采用三次配風(fēng)，達(dá)到100m?s到200m?s，這樣的高速氣流
10t熔鋁保溫爐的設(shè)計(jì) 24 如果沒(méi)有一個(gè)好的循環(huán)路線，這樣就會(huì)對(duì)爐子的熱效率產(chǎn)生影響。確定高度首先要考慮爐高，主要參考爐門的安裝位置，一般情況下將燒嘴安裝在爐門高度的溫度要比熱氣流的溫度高出許多，接觸到工件很容易燒損，如果燒嘴出口處的火焰過(guò)長(zhǎng)的話就說(shuō)明燒嘴沒(méi)有調(diào)
空氣進(jìn)入節(jié)好，需進(jìn)一步調(diào)節(jié)。 吹掃氣
天然氣
2爐頂為拱形，將其作為平面處理，計(jì)算面積為:4.864?3.952=19.22m
爐頂總散熱量:Q=1425.4?19.22=27396W =98626kJ 頂
10t熔鋁保溫爐的設(shè)計(jì) 22 4.爐子部件選擇
4.1燒嘴的選擇
在計(jì)算出爐子的熱負(fù)荷后，給爐子裝配合適的燒嘴，還要確定燒嘴的安裝位置，將熱量最大化的利用，同時(shí)也不能影響其它部件的安裝。最重要的是不能使鋁液產(chǎn)生燒損，要給燒嘴確定合適的角度。
在選擇燒嘴之前先明確燒嘴的類型，按燃料的種類分為煤氣燒嘴，油嘴和煤粉燒嘴;按燒嘴的噴射速度分，可以分為高速燒嘴，中速燒嘴和低速燒嘴。按照供給的燃料的壓力又可以將燒嘴分為高壓燒嘴，中壓燒嘴，低壓燒嘴，他們與高
[13]速，中速，低速燒嘴又是有區(qū)別的。燒油的燒嘴主要有燒重油和柴油的，燒油的燒嘴成本過(guò)高，采用的較少，而且要考慮要怎么樣將油最好的霧化，混勻，比較麻煩;煤粉燒嘴現(xiàn)在更是用的較少;目前大多數(shù)廠家使用的主要是方鋁管燒氣燒嘴，在燒氣燒嘴中主要有:反射爐煤氣燒嘴、城市煤氣燒嘴、天然氣燒嘴、液化氣燒嘴等，它們各自都有不同的特點(diǎn)。反射爐煤氣燒嘴的熱值很低，只有5952KJ,7440KJ左右，氣體中的主要燃燒成分為CO，很容易造成事故;城市煤氣燒嘴的
式中，k為換算系數(shù)，爐壁散熱面的方向?yàn)榇怪睜t壁，且爐壁黑度為0.4，在空氣溫度20?的條件下，k=0.76。
爐子的爐壁散熱面積不同，因此分別計(jì)算:
Q=808?6.028?3.41?2?1=33218W/h 壁1
Q=808?4.524?3.41?2?1
-32 λ=0.29+0.26?10?0.5?(400+150)=0.36[W/(m??)] 2
式中，λ — 耐火粘土磚導(dǎo)熱系數(shù); 1
?爐頂散熱損失
爐頂?shù)膬?nèi)層用的是耐火粘土磚，厚度為300mm，磚縫厚度2mm,耐火粘土磚外層是60mm厚的纖維陶瓷板。
采用理論的方法來(lái)計(jì)算爐頂?shù)纳釗p失
-32 =0.7+0.58?10?0.5(800+400)=1.048[W/(m??)]
與假設(shè)的430?差不多，無(wú)需再算方鋁管。D為爐底的短邊邊是非常困難的，因?yàn)橹恢罓t膛的溫度，所以用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)爐頂?shù)臏囟纫话阍?50?左右，內(nèi)部溫度在800?左右。耐火材料之間的溫度定為400?，這樣便可計(jì)算出爐頂
當(dāng)澆注料層與輕質(zhì)保溫磚層的溫度為440?時(shí)，保溫磚外層的溫度為130?，由以上數(shù)據(jù)計(jì)算爐底總的散熱損失為:
Q=634.26×2.784×3.952×130×1=907187W?的散熱損失了，過(guò)程如下:
-3 λ=0.7+0.58?10t 1
長(zhǎng)，D=3.132m
SS12 Z=1.28()=0.1,1
,tt10， t==785.8? (3.13) Z,1t0，，105z6D
此時(shí)與假設(shè)溫度800?極為接近，無(wú)需再算。 h 底
單位換算:1W=0.8598kcal/h，1cal=4.1868J
5所以，爐底每小時(shí)的散熱量Q=430?.
將假設(shè)的溫度帶入到上述的導(dǎo)熱系數(shù)中有:
2高鋁磚層——λ=1.186,W,(m??), 1
2澆注料層 —λ,0.33[W/(m??)](咨詢廠家數(shù)據(jù)) 2
-32輕質(zhì)保溫磚層 —λ,0.25+0.22?10t[W/(m??)] 3 方鋁管
根據(jù)公式(3.6)便可計(jì)算出爐底的熱損失，即:
800,20t,t210q, == 634.26 (W/m) 底0.30.140.1341SSS11n21，，，，，？，，，1.1860.330.36810.33,,,,nn21,,
10t熔鋁保溫爐的設(shè)計(jì) 20 其中溫度是兩個(gè)界面的平均溫度。
[11]根據(jù)公式計(jì)算出爐底導(dǎo)熱系數(shù)的當(dāng)量值，公式如下:
=130498.06+204811.2+645239.27
=980548.53 (KJ)
5 所以煙氣的熱量損失為:9.8?10KJ
5 計(jì)算出煙氣帶走的熱量為9.8?10KJ，根據(jù)江蘇嘯波再生金屬料的選用。因?yàn)闋t子爐膛里裝的是鋁液，那么要考慮在爐子的最內(nèi)層要用對(duì)鋁液無(wú)污染的爐襯材料，而且要有一定的強(qiáng)度，避免爐襯在高溫下失去其性能，從以上考慮出發(fā)，爐子的內(nèi)設(shè)備成套有限公司的多年經(jīng)驗(yàn)，一般保溫爐中的熱量損失主要是由高溫?zé)煔鈳ё叩�，通常�?0%,70%。根據(jù)計(jì)算得到其帶走量為總熱量的67%。
(4)爐子墻壁的散熱損失
通常爐子的外壁都是鋼板包裹，在爐子成品后需在表面涂一層銀光漆，這樣表面的黑度就減小了。根據(jù)國(guó)家的規(guī)定，要求爐子的外表面溫度不得高于室內(nèi)環(huán)境溫度40?，假設(shè)室溫為20?，那么爐子外表面的最高溫度為60方鋁管?，爐子內(nèi)表面溫度為850?.
在計(jì)算爐壁的散熱損失時(shí)，首先考慮的是爐襯材襯材
10t熔鋁保溫爐的設(shè)計(jì) 19 料選用Al2O3?75%的一級(jí)高鋁磚，這種磚含鋁量較高，不易污染鋁液，而且能夠承受高溫，這是選用一級(jí)高鋁磚的主要原因。同時(shí)由于爐子的各個(gè)墻壁在爐子中起著不同的作用，則從經(jīng)濟(jì)、安全使用的角度來(lái)選用不同的耐火材料。在計(jì)算不同的爐壁時(shí)的具體分析。
?爐底散熱損失計(jì)算
爐底爐襯材料的使用:300?的高鋁磚層、100?的澆注料、136?的輕質(zhì)保溫磚，在爐底的斜坡部分，高鋁磚用澆注料來(lái)代替，主要是為了砌筑的方便，因?yàn)闈沧⒘鲜且淮纬尚偷�，且硬度也很高。爐口也用澆注料，這樣便于工人的操作，它一次成型，沒(méi)有磚縫，硬度高，防止鋁液的泄漏。
Q——煙氣損失熱量 氣
已知爐膛溫度為800,850?，那么煙氣溫度也在這個(gè)范圍內(nèi)，取最高850
[9]計(jì)算，知道850?下，各種氣體的體積焓:
3CO=1845.8KJ/m 2
3HO =1422.3 KJ,m 2
3N=1168.7KJ,m 2 方鋁管
根據(jù)煙氣的組成計(jì)算出每小時(shí)各種氣體的生成量如下:
3V=770?9.6%=70.9(m) CO2
3V =770?18.7%=144.0(m) H2O
3V=770?71.7%=552.1(m) N2 方鋁管鋁壁散熱器
由此計(jì)算850?煙氣帶走的熱量為:
(3.5) ,,，,，,QVVViiiH2OH2O氣CONCON2222
[8](3)煙氣損失量
在燃料燃燒的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔�，這些煙氣會(huì)帶走很大一部
分熱量，所以煙氣熱量的損失是爐子熱損失中比重最大的，本爐采用的燃料
是天然氣。同固體燃料、液體燃料相比較，氣體燃料燃燒完全且易于控制，
容易實(shí)現(xiàn)燒嘴的空氣、燃料自動(dòng)比例調(diào)節(jié)，還可對(duì)燃料和空氣進(jìn)行高溫預(yù)熱，
從而提高燃燒效能和有效地節(jié)約燃料。天然氣在氣體燃料中又具有高熱值，
污染少的特點(diǎn)，它被視為最干凈的能源之一，這樣有利于企業(yè)的環(huán)保，目前
天然氣的設(shè)施十分完備，便于安裝，節(jié)約了資金。
