热风炉的热工计算
1 燃烧计算
煤气成分的确定：
表1 已知煤气（干）成分（%） 种类 成分 CO2 18.4 CO 25 H2 1.4 CH4 0.2 N2 55 共计 100 （1）干煤气成分换算成湿煤气成分
若已知煤气含水的体积百分数，用下式换算：
V湿＝VF×(100－H2O)／100×100％ （1） 若已知干煤气含水的重量(g/m3)则用下式换算：
V湿＝VF×100／（100＋0.124gH2O）×100％ （2）
以上两式中
V湿—— 湿煤气中各组分的体积含量，％
VF—— 干煤气中各组分的体积含量，％
H2O——湿煤气中含水体积，％
gH2O——干煤气中含水的重量，g/m（忽略机械水含量）
3查“空气及煤气的饱和水蒸汽含量(气压101325Pa)表”知30℃ 时煤气的饱和含水含量为35.10 g/m3，代入式（2）即得湿煤气成分，如表2。
表2 煤气成分整理表（％）
种类 干成分 湿成分 CO2 18.4 17.63 CO 25 23.96 H2 1.4 1.34 CH4 0.2 0.19 N2 55 52.71 H2O 4.17 合计 100 100 （2）煤气低发热量的计算。 煤气中含可燃成分的热效应见表3
表3 0.01m3气体燃料中可燃成分的热效应 可燃成分 CO H2 107.85 CH4 358.81 C2H4 594.4 C2H6 643.55 C3H6 931.81 C4H10 1227.74 H2S 233.66 热效应／KJ 126.36 煤气低发热量QDW的计算:
QDW＝126.36CO+107.85H2+358.81CH4+594.4C2H4+??+233.66H2S KJ／m
＝126.36×23.96 +107.85×1.34+358.81×0.19 ＝3240.2785 KJ／m
1
33（3）焦炉煤气的加入量计算：
表4 焦炉煤气成分％ 种类 成分 CO2 CO 7 H2 CH4 CmHn N2 共计 100 3.5 58 25 3.5 3 理论燃烧温度估算：
取炉顶温度比热风温度高200℃，燃烧温度比拱顶温度约高80℃。 则 T理＝T理+200℃+80℃＝1480℃ 所要求的最低发热值：
据经验公式： T理 ＝0.158Q低+770
Q低＝（T理-770）／0.158＝4494 KJ／m3 加入焦炉煤气量：（Q焦大约为17000～18500 KJ／m3）
Q焦＝126.36CO+107.85H2+358.81CH4+594.4C2H4
=126.36*7+107.85*58+358.81*25+594.4*3.5 =18190.47 KJ/m3
V=（Q低－QDW）（/Q焦低－QDW）=（4494－3240.2785）/(18190.47－3240.2785)≈8.4％
故煤气干成分加入量为 1－8.4％＝91.6％ 则混合煤气成分：
VCO2 ＝18.4％×91.6％＋3.5％×8.4％＝17.1484％ VCO ＝25％×91.6％＋7％×8.4％＝23.488％ VH2 ＝1.4％×91.6％＋58％×8.4％＝6.1544％ VCH4＝0.2％×91.6％＋25％×8.4％＝2.2832％ VN2＝55％×91.6％＋3％×8.4％＝50.632％ VCnHm＝3.5％×8.4％＝0.294％ 换算成混合湿煤气成分：
V湿CO2＝VFCO2×100／(100＋0.124gH2O)×100％＝16.43％ V湿CO＝VFCO×100／(100＋0.124gH2O)×100％＝22.51％ V湿H2＝VFH2×100／(100＋0.124gH2O)×100％＝5.9％ V湿CH4＝VFCH4×100／(100＋0.124gH2O)×100％＝2.19％ V湿N2＝VFN2×100／(100＋0.124gH2O)×100％＝48.52％ V湿CnHm＝VFCnHm×100／(100＋0.124gH2O)×100％＝0.28％
表5 混合煤气成分整理表（%） 种类 干成分 湿成分 CO2 17.1484 16.43 CO 23.488 22.5 H2 6.1544 5.9 CH4 2.2832 2.19 N2 50.632 48.52 CnHm 0.294 0.28 H2O 4.18 共计 100 100 2
煤气低发热量的计算：
QDW＝126.36CO＋107.85H2＋358.81CH4＋594.4C2H4＋??＋
233.66H2S
＝126.36×22.5＋107.85×5.9＋358.81×2.19＋594.4×0.28 ＝4431.6409 KJ／m3
（为简化计算起见，式中将CmHn全部简化看成C2H4—确定成分计算。） （4）空气需要量和燃烧生成物的计算
1）空气利用系数b空＝La／Lo，燃烧混合煤气b空为1.1～1.5，计算中取1.10，计算见表6。
表6 燃烧产物体积 煤气 组成 100m 湿气 体积含量（m） 33生成物的体积（m） 反应式 需氧气 的体积 3O2 CO2 16.43 22.5 H2O 5.9 N2 合计 CO2 CO 16.43 22.5 5.9 CO2→CO2 CO＋1/2O2→CO2 11.25 2.95 16.43 22.5 5.9 H2 H2＋1/2O2→H2O CH4＋2O2→CO2＋CH4 2.19 2H2O 4.38 2.19 4.38 6.57 N2 48.52 4.18 N2→N2 4.18 48.52 48.52 4.18 H2O H2O→H2O C2H4＋3O2→2CO2C2H4 0.28 ＋2H2O 当b空＝1.0时，空气带入的 0.84 0.56 0.56 1.12 21.12 2.112 2.112 2.112 1.05 41.68 20.73 74.899 7.49 74.899 9.60 189.72 100 当b空＝1.1时，过剩空气带入的 生成物总量（m） 生成物成分（％） 315.02 130.91 9.22 69 注：为简化计算起见，表中将CmHn全部简化看成—C2H4确定成分计算。
3
2) 燃烧1m3高炉煤气理论空气量Lo为：
Lo＝21.12／21＝1.006 m3
3）实际空气需要量Ln 为：
Ln＝1.10×1.006＝1.106 m3
4）燃烧1m3高炉煤气的实际生成物量V产为：
V产＝1.90 m3
5）助燃空气显热Q空为：
Q空＝C空×t空×Lo ＝1.302×20×1.006 ＝26.196 KJ
式中C空—助燃空气在t空时的平均热容，KJ／（m3·℃）
t空—助燃空气温度，℃
6)煤气显热Q煤为：
Q煤＝C煤×t煤×1
式中C煤—煤气在t煤时的平均热容，KJ／（m3·℃）
t煤—煤气温度，℃
Q煤＝1.357×30×1 ＝40.71 KJ
7）生成物的热量Q产为：
Q产＝（Q空＋Q煤＋QDW）／燃烧1m3煤气的生成物体积 （6—4） ＝（26.196＋40.71＋4431.6409）／1.90 ＝2367.6558 KJ／m3 （5） 理论燃烧温度的计算：
t理＝（Q空＋Q煤＋QDW）／（V产C产）
式中： t理 — 理论燃烧温度，℃
C产— 燃烧产物在t理时的平均热容，KJ／（m3·℃） 由于C产的数值取决于t理，须利用已知的Q产，用迭代法和内插法求得t理，其过程如下：
燃烧生成物在某温度的Q产，用下式计算：
Qt产=WtCO2×VCO2+ WtH2O×VH2O+ WtO2 ×VO2+ WtN2×VN2 KJ/m3
式中：WtCO2、WtH2O、WtO2、WtN2分别为气体CO2、H2O、O2、N2，在压力为101KPa，温度为t℃时的焓值，KJ／m，可从附录表中查得：VCO2、VH2O、VO2、VN2分别为1m生成
33 4
物中该气体的含量，m。先设理论燃烧温度为1200℃、1300℃、1400℃、1500℃，查表得，在各温度下的焓值，见表7。
表7 CO2、H2O、O2、N2在1200℃、1300℃、1400℃、1500℃下的焓值 KJ／m
温度／℃ 1200 1300 1400 1500 1600 2720.8 2991.13 3276 3522 3138.46 2120.4 2328.0 2540 2755.7 2999.54 1804.0 1907.13 2129 2295.3 2460.53 1724.5 1882.09 2012 2200.1 2354.60 33据表6的生成物成分，分别计算出各温度时的生成物热量热量 KJ／m3 温度／℃ 1200 1300 1400 1500 563.21 620.06 678.13 730.11 195.50 214.64 234.19 254.08 19.84 20.98 23.42 25.25 1189.22 1297.89 1387.48 1517.19 。
表8CO2、H2O、O2、N2在1200℃、1300℃、1400℃、1500℃下的生成物
1968.58 2153.57 2324.2 2526.63 上述生成物的实际热量Q产为2367.6558 KJ／m3，可见其理论燃烧温度介于1400℃～1500℃之间，按内插法求得理论燃烧温度t理为：
t理＝1400＋（2367.6558－2324.2）×100/（2526.63－2324.2）
≈1488℃
2简易计算
已知：高炉有效容积2500m3，每立方米高炉有效容积蓄热室应具有加热面
积取80m2（一般80～90m2），n=4座。
（1）热风炉全部加热面积为80×2500=200000m2，则每座热风炉蓄热室所占加热面积为：200000/4=5000m2。
（2）热风炉内径：选取外壳直径9m，炉壳钢板厚度20mm，绝热砖厚70mm，填料层厚80mm，耐火砖厚345mm，
故内径是：D1=9.0－2×（0.345+0.07+0.08+0.0020）=7.61m
（3）热风炉总断面积F1=（3.14×7.612）÷4=45.46m2
一般燃烧室占热风炉总断面积的25%～30%，本例取28%，则燃烧室面积：
F2=45.46×0.28=12.73m2，
蓄热室横断面积为：
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