河北XX大学 毕业设计说明书（论文）
2 技术设计
2.1 燃料燃烧计算
2.1.1 燃烧计算的目的及内容
燃烧计算包括如下内容： 燃料的低位发热量（Q）；
d单位燃料完全燃烧失的空气需要量(L)；
n单位燃料完全燃烧时的燃烧产物量（V）； 燃烧产物的成分及其密度（ρ）；
n理论燃烧温度（tL）
燃烧计算的目的是为加热炉设计提供必要的参数。计算空气需要量的目的在于合理有效地控制燃烧过程，合理地选择燃烧设备及鼓风机和供风管道系统、设计燃烧装置提供必要的依据。燃烧产物生成量及其密度的计算是设计烟道、烟囱系统，选用引风机等必不可少的依据。
由燃烧产物成分的计算可以进行炉气黑度的计算，进而可做传热计算。
理论燃烧温度是计算炉温的重要原始数据之一。在炉子的热量总消耗已知的情况下，根据燃料的发热量即可求出总的燃料消耗量。 2.1.2 燃烧计算的已知条件 燃烧计算中必需的已知条件如下：
1. 燃料的种类及成分： 燃料种类：高炉煤气和转炉煤气 高炉煤气成分：（％）
CO2 H2 CH4 N2
20 20 1.6 0.48 57.92 转炉煤气成分：（％）
CO2 H2 CH4 N2
55 6 1.8 0 37.2
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2. 燃烧方法及空气消耗系数n
由于采用蓄热式烧嘴，空气消耗系数取n＝1.05 3. 空气、燃料的预热温度。
采用双预热空气煤气都预热到1000℃。 2.1.3 燃料燃烧计算步骤
1. 换算燃料成分
3 空气消耗系数的确定。
燃烧计算中应合理地选取空气过剩系数n 。空气消耗系数的选取与燃料的种类、燃烧方法以及燃烧装置的形式有关，参考如下：
固体燃料：n＝1.20～1.50
气体燃料：无焰烧嘴n＝1.02～1.05；有焰烧嘴n＝1.10～1.20 液体燃料：低压烧嘴n＝1.10～1.15；高压烧嘴n＝1.20～1.25 蓄热式烧嘴属有焰烧嘴，取n＝1.11
6 理论燃烧温度 tl 实际燃烧温度 ts 1000℃时空气的平均定压比热 ＝1.439120℃时空气的平均定压比热
ck?eckkJ/m·℃3
＝1.3256
kJ/m·℃3预热空气带入的物理热
Qk ＝n ck×1000-nck?e×20
＝1.11×1.4391×1000-1.11×1.3256×20
3＝1567.97kJ/m
1000℃时煤气的平均定压比热
cr＝
(cH2O?H2O?cCO?CO?cCO2?CO2?cCH4?CH4?cN2?N2)?1100
＝ (1.7250×2.3＋1.398×56.59＋1.415×19.54＋1.331×1.56＋2.700×0.47＋2.215×19.54)/100
3kJ/m·℃＝1.5736
20℃时煤气的平均定压比热
cr.e＝
(cre.H2O?H2O?cre.CO?CO?cre.CO2?CO2?cre.CH4?CH4?cre.N2?N2)?1100
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＝(1.6463×19.54＋1.2995×56.59＋1.5270×2.3＋1.3022×19.54＋1.2795×1.56＋1.5835×0.47)/100
3kJ/m·℃＝1.374
高炉煤气带入物理热量Qr ＝cr×1000-cr?e×20
＝1.5736×1000-1.374×20
3＝1546.12kJ/m
先假设温度为2000℃，可查手册计算得燃烧产物的平均比热
Cp ＝
(cH2O?VH2O?cCO2?VCO2?cO2?VO2?cN2?VN2)?1100
＝(1.9449×4.09＋1.4851×69.53＋1.5714×0.84＋
2.3715×25.72)/100
3kJ/m·℃＝1.735
查得2000℃时CO2和H2O蒸汽分解度分别为：f ＝5.5％；f ＝5.55％
可得 Q＝12645?f?(V)?10802?f?(V)
＝12645×5.5％×25.72×1.54/100＋10802×5.55％
×4.09×1.54/100
3＝313.23kJ/m
可得理论燃烧温度：
CO2CO2fCO2CO2未HO2HO2未tl??Qd?Qk?Qr?QfVn?Cp
1.54?1.7352831.75?1567.97?1546.12?313.23
＝2108 ℃
与假设温度2000℃相比，理论温度高出108℃，所以理论燃烧温度再假设为2050℃。
当燃烧温度为2050℃，可查手册计算得燃烧产物的平均比热
Cp ＝
(cH2O?VH2O?cCO2?VCO2?cO2?VO2?cN2?VN2)?1100
＝(1.9633×4.09＋2.4699×69.53＋1.5785×0.84＋
2.3715×25.72)/100
3kJ/m·℃＝1.7506
由手册查得2050℃时CO2和H2O蒸汽分解度分别为f ＝7.4％；f
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＝7.025％
可得Q＝12645?f?(V)?10802?f?(V)
＝12645×7.4％×25.72×1.54/100＋10802×7.025％
×4.09×1.54/100
3＝418.40kJ/m
可得理论燃烧温度：
fCO2CO2未HO2HO2未tl??Qd?Qk?Qr?QfVn?Cp
1.54?1.75062831.75?1567.97?1546.12?418.40
＝2050 ℃
于假设温度相同，所以理论燃烧温度取2050℃。 实际燃烧温度（ts）
ts ＝ηL?tl
＝0.72×2050 ＝1476℃
式中：ηL ——炉温系数，一般由如下经验数据选取：
室状加热炉：ηL ＝0.75～0.8 均热炉： ηL ＝0.68～0.73
2kgm?h，ηL＝0.75～0.8 连续加热炉：炉底强度 200～300
2kgm?h，ηL ＝0.7～0.75 炉底强度 400～600
热处理炉：ηL ＝0.65～0.7
2kgm?h 所以可取 ηL ＝0.72 本次加热炉炉底强度为5702.2 炉膛热交换
炉膛热交换计算的主要目的是确定炉气经炉膛到炉料的总导来辐射系数C值，为钢坯加热计算提供必要的数据。工程上应用的计算式都是根据加热炉实际工况进行假设简化后的理想情况下得出的公式。这些假设条件是：(1)炉气充满炉膛，且在整个炉膛内的温度是均匀的。炉气对于炉膛和钢坯的辐射线和反射线在任何方向上的吸收率相等；(2)炉壁和钢坯表面温度都是均匀的；(3)炉气以对流传热方式传给炉壁的热流在数值上等于炉壁向外的散热。在炉膛辐射热交换中炉壁只是辐射传热的中间体，既不获得热量也不失去热量，即炉
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壁的辐射差额热流等于零。炉壁有效辐射等于炉气、钢坯辐射给它的热量；(4)炉膛看作是一个封闭体系。
由计算可知加热炉的炉温高于1000℃，且炉气为自然流动，所以炉膛热交换以辐射传热为主。 2.2.1 预确定炉膛主要尺寸
1 炉子的宽度
取决于料坯的排数和长度，可利用下式来进行计算
B＝nl＋（n＋1）a…………………………………………… (2－1)
式中: B ——炉子的内宽，m
a ——每排料坯之间的间隙，一般去a＝0.2～0.3m
对某些小钢坯考虑到脱模后残留尾部的影响，a值可适当取大些，但不应过大，否则会造成下部热气体严重上浮，下加热不足影响加热质量。
因炉内为双排料，a值取0.25，可得加热炉炉宽 B＝nl＋（n＋1）a
＝2×3.300＋（2＋1）×0.25 ＝7.35 m 2 炉膛各段高度
查表，对燃气中型加热炉，取H上＝1500㎜，H＝1800㎜
下3 炉膛各段长度：设加热段长度为H，预热段长度为H。 2.2.2 各段平均有效射线行程
加预炉气平均射线行程S决定于炉气容积大小，可按聂夫斯基的近似公式计算：
S＝
?4VF m…………………………………………………………… (2－2)
式中：V——充满炉气的炉膛体积，m3；
F——包围炉气的炉膛内表面，㎡；
η——气体辐射有效系数，一般取η＝0.85～0.9 。 1. 计算各段充满炉气得炉膛体积，
V预＝H预上 BL预……………………………………………………
V加＝H加上 BL加V均＝H均上 BL均 (2－3a)
……………………………………………………
(2－3b)
……………………………………………………
(2－3c)