二 步进式加热炉设计计算2.1 热工计算原始数据(1)炉子生产率：p=245t/h (2)被加热金属：1)种类：优质碳素结构钢(20#钢) 2)尺寸：250×2200×3600 (mm)(板坯) 3)金属开始加热(入炉)温度：t 始=20℃4)金属加热终了(出炉)表面温度：t 终=1200℃ 5)金属加热终了(出炉)断面温差：t ≤15℃ (3)燃料1)种类：焦炉煤气2)焦炉煤气低发热值：Q 低温=17000kJ/标m 33)煤气不预热：t 煤气=20℃表1-1 焦炉煤气干成分(%)废膛(5)空气预热温度(烧嘴前)：t 空=350℃2.2 热工计算2.2.1 焦炉煤气干湿成分换算查燃料燃烧附表5，3/9.18m g g =10000124.0100124.0222⨯+=干干湿OHOHg g O H100100%%2湿干湿O H X X -⨯=由上式得 %2899.22=湿O H000025741.561002899.21009.57%H =-⨯=湿000048184.241002899.21004.25%CH =-⨯=湿00007939.81002899.21009%CO =-=湿0000428336.21002899.21009.2%H C =-⨯=湿000022702.11002899.21003.1%N =-⨯=湿000023909.01002899.21004.0%O =-⨯=湿000020290.31002899.21001.3%CO =-⨯=湿代入表2—1中，得表2-1 焦炉煤气湿成分(%)2.2.2 计算焦炉煤气低发热值）（低 +⨯+⨯+⨯+⨯⨯=424214100%8550%2580%3046187.4H C CH H CO Q=()0000008336.2141008184.2485505741.5625807939.83046187.4⨯+⨯+⨯+⨯⨯=17094.6830 KJ/m ³误差%557.0%10017000170006830.17094%=⨯-=计算值与设计值相差很小，可忽略不计。

2.2.3 计算理论空气需要量L 0)3322220/(1023)4(212176.4m m O S H H C m n H CO L m n -⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++=∑把表2-1中焦炉煤气湿成分代入20103909.08336.238184.2425741.56217939.82176.4-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯+⨯+⨯+⨯=L=33/3045.4m m2.2.4 计算实际空气需要量Ln查《燃料及燃烧》，取n=1.1代入7317.43045.41.10=⨯==nL L n 标m 3/标m 3实际湿空气消耗量0)00124.01nL g L n ⨯+=（湿=7317.4)9.1800124.01(⨯⨯+=6.0999 标m 3/标m 32.2.5 计算燃烧产物成分及生成量1001)(22⨯++=∑CO H nC CO V m n CO 标m 3/标m 3 1001)0290.38336.227939.88184.24(⨯+⨯++= =0.4231 标m 3/标m 3n m n O H gL O H S H H C m H V 00124.01001)2(2222+⨯+++=∑ 标m 3/标m 3 7317.49.1800124.01001)2899.28336.228184.2425741.56(⨯⨯+⨯+⨯+⨯+== 1.2526 标m 3/标m 3 n N L N V 10079100122+⨯= 标m 3/标m 3 7317.41007910012702.1⨯+⨯= =3.7507 标m 3/标m 3)(1002102L L V n O -=标m 3/标m 3 ()3045.47317.410021-==0.0897标m 3/标m 3燃烧产物生成总量2222O N O H CO n V V V V V +++=0897.07507.32526.14231.0+++=5161.5= 标m 3/标m 3 燃烧产物成分%145.6%1005161.54231.022=⨯=='n CO V V CO %132.19%1005161.52526.122=⨯=='nO H V V O H %977.72%1005161.57507.322=⨯=='n N V V N %746.1%1005161.50897.022=⨯=='nO V V O ∑%100 将燃烧产物生成量及成分列于下表表2-2 焦炉煤气燃烧产物生成量（标m 3/标m 3）及成分（%）2.2.6 计算煤气燃烧产物重度按燃烧产物质量计算把表2-2中燃烧产物体积百分含量代入 4.22100322818644422222⨯'++'+'+'=O N O H SO CO 烟ρ Kg/m 3 4.221006261.1329955.67287081.22186703.744⨯⨯+⨯+⨯+⨯==1.2063Kg/m 32.2.7 计算燃料理论燃烧温度产燃燃空空低产分燃空低理分C V Q t C t C L Q C V Q Q Q Q t n n n -++=-++=由t 空=350℃，查《燃料与燃烧》表得C 空=1.30kJ/标m 3，由《燃料与燃烧》P 38,得燃烧室(或炉膛)内的气体平衡压力接近1个大气压(大多数工业炉如此),那么式中各组分的分压将在数值上与各组分的成分相等)即%22'=CO P CO %O C P CO '= . .所以%6703.72=CO P ,%7081.222=O H P由《燃料与燃烧》附表8, 附表9,得%81.192=CO f ,%938.42=O H f所以 未未分)(10800)(126002222O H O H CO CO V f V f Q +=1981.0%076703.012600227081.0%938.410800⨯⨯+⨯⨯= K Kg KJ ⋅=/2487.140所以 Ct 7413.214967.15161.52487.1409335.21524993.17790=⨯-+=理 2150≈误差%5%38.2%100210021002150%<=⨯-=在误差范围内，故不必再假设。

因此，可满足步进式加热炉加热工艺要求2.3 炉膛热交换计算2.3.1 预确定炉膛主要尺寸①炉膛宽度a n nl B )1(++=式中 l ——料坯长度 mm ；a ——料坯之间和料坯端头与炉墙内表面的距离，一般取200=a ～300mm ； n ——炉内物料摆放排数，这里取双排； mm B 8100300)12(36002=⨯++⨯=对于砌砖炉体结构，为砌筑施工方便，炉体宽度应为耐火砖宽度（0.116m ）的整数倍，经计算8.691168100=÷，为满足耐火砖的宽度整数倍的要求，所以取mm B 812011670=⨯=②炉膛高度：由经验考虑，参照《钢铁厂工业炉设计参考资料》，对燃气中型加热炉，取炉膛高度分别为mm H 1200=均上，mm H 1800=加上，mm H 1000=预上。

③炉膛长度：设加热段长度为L 加，预热段长度为L 预，均热段长度为L 均； ④炉顶结构：内宽B>4m,用平顶； ⑤出料方式：端出料；2.3.2 计算炉膛相关尺寸①各段炉底面积F 加底=BL 加=6.96L 加m 2 F 预底=BL 预=6.96L 预m 2 F 均底=BL 均=6.96L 均m 2②各段炉墙（侧墙）和炉顶（平顶）内表面积F 加表=2H 加上L 加+ BL 加=加加L L ⨯+⨯12.88.12 =11.52 L 加m 2预预预预预上预预表L L L BL H L 12.1012.8122F =+⨯=+= 均均均均预均上均均表L L L L B H L 52.1012.82.122F =+⨯=+=③各段包围炉气内表面积F 加围=8.12L 加+11.72L 加=19.84L 加m 2F 预围=8.12L 预+10.12L 预=18.24 L 预m 2=加均F 8.12均L +10.52均L =18.64均L m 2④各段充满炉气的空腔体积V 加=加加均L BH ≈8.12⨯1.8⨯L 加=14.616L 加 m 3V 预=预预均L BH ≈预预L L 12.8112.8=⨯⨯ m 3 3744.92.112.8V m L L L BH 均均均均均均=⨯⨯≈=2.3.3 计算各段平均有效射线行程查《钢铁厂工业炉设计参考资料》，各种形状的气层中，沿不同方向的射线行程的长度并不都相等，计算辐射时要采用平均射线行程LFVS 4⨯=η m 式中：η—气体辐射有效系数，一般与气体黑度，几何形状有关，取η=0.85～0.9 F —围绕气体的容积表面积 m 2 V —气体所充满的容积 m 36521.284.19616.1449.0=⨯⨯=加加加L L S m6026.124.1812.849.0=⨯⨯=预预预L L S m8819.164.18744.949.0=⨯⨯=均均均L L S m2.3.4 计算炉气中二氧化碳和水汽分压由燃料燃烧计算，见表2-2，得 P CO 2=6.145/100=0.076703大气压 P H2O =19.132/100=0.227081大气压2.3.5 计算各段炉气温度由《工业炉设计手册》知，炉温与钢材表面温度之差为温度位差，对于一般加热炉，一般不超过 50～100℃，①这里取均热段炉气温度比加热终了时金属表面温度高50℃，即C t t g 125050120050=+=+=表终均②查《火焰炉》153P ，取加热段炉气温度 1300=加g t ℃③预热段炉气温度变化规律近似为线性变化，即C t t t g g 1050280013002=+=+=废膛加预均2.3.6 计算各段炉气黑度(1)查《钢铁厂工业炉设计参考资料》256P ,① 均热段大气压大气压均均4273.08819.1227081.01443.08819.1076703.022=⨯=⨯=⨯=⨯S P S P O H CO② 加热段大气压大气压加加6022.06521.2227081.02034.06521.2076703.022=⨯=⨯=⨯=⨯S P S P O H CO③ 预热段大气压大气压预预3639.06026.1227081.01229.06026.1076703.022=⨯=⨯=⨯=⨯S P S P O H CO(2)求炉气黑度 ①预热段(1050ºC)查表得,128.02=CO ε , 16.02='O Hε 17344.016.0084.122=⨯='⨯=O HO H εβε 求ε∆因为计算同时含有2CO 和O H 2的燃烧生成物的黑度时,由于O H CO 22和的辐射光带和吸收光带有一部分重合,因而混合气体的总辐射要比混合气体中所含O H CO 22和单独辐射的总和小一些，既εεεε∆-+=O H CO 22式中：ε∆—黑度的修正值7475.0076703.0227081.0227081.0222=+=+CO O H O H P P P大气压）（预m S P P CO O H 4868.06026.1076703.0227081.0)(22=⨯+=⨯+ 查手册图7-66，04.0=∆ε 1所以 04.017344.0128.022-+=∆-+=εεεεO H CO 1 26044.0=预ε ②加热段（1300ºC ）128.02=CO εO HO H 22εβε'⨯= 1881.0175.0075.1=⨯=同理：7475.0222=+CO O H O H P P P大气压加m S P P CO O H 8057.06521.2303784.0)(22=⨯=⨯+ 查图7-66得，05.0=∆ε εεεε∆-+=O H CO 22加266125.005.0188125.0128.0=-+=③均热段（1250ºC ）118.02=CO εO HO H 22εβε'⨯= 16416.0152.008.1=⨯=求ε∆7475.0222=+CO O H O H P P P大气压）（均m S P P CO O H 5717.08819.1303784.022=⨯=⨯+查图7-66得，045.0=∆ε εεεε∆-+=O H CO 22均23716.0045.016416.0118.0=-+=综上所述：26125.0=加ε，26044.0=预ε，23716.0=均ε2.3.7 计算各段炉墙和炉顶对金属的角度系数导来辐射系数 C[][])1()1()1(143.20M g M g KM g g KM M g gKMεεεεϕεεϕεε-+-+-+=式中： g ε，M ε—炉气、炉料的黑度23A A ϕ=，炉壁对炉料的角度系数，2A ，3A 为炉料与炉壁的面积， 对于平顶，双排料: ①加KM ϕ=5119.012.88.1232B 22=+⨯⨯=+H L M加上②预KM ϕ=5929.012.81232B 22=+⨯⨯=+H L M加上③预KM ϕ=5703.012.82.1232B 22=+⨯⨯=+H L M 加上2.3.8 计算各段导来辐射系数对于钢铁，8.0~75.0=M ε。