630kw火筒炉设计说明书-学位论文.doc

毕业设计 题 目 名 称 630KW火筒炉设计 院 （系） 机械工程学院 专 业 班 级 装备10702班 学 生 姓 名 张 玉 指 导 教 师 谢 丽 芳 辅 导 教 师 谢 丽 芳 时 间 2011.3.18-2011.6.12 目 录毕业论文（设计）任务书开题报告长江大学毕业设计指导教师评审意见长江大学毕业设计评阅教师评语长江大学毕业设计答辩记录及成绩评定中外文摘要1前言12选题背景33 一般规定73.173.273.373.484 燃烧计算94.1 符号说明94.2 一般规定104.3 燃料发热量114.4燃烧空气体积114.5燃烧烟气体积124.6烟气特性124.7烟气焓135 热平衡计算165.2热平衡165.3输入热量165.4热损失率176火筒热力计算206.1符号说明206.2结构特性计算206.3热力计算216.4 计算步骤要点236.5 热力特性247 烟管热力计算267.1 符号说明267.2基本方程式277.3结构特性277.4 传热温差，与平均温度287.5传热系数287.6 烟气对流换热系数287.7 烟气辐射换热系数297.8 火筒式直接加热炉被加热介质的定性温度307.9 热力特性307.10计算步骤要点308流体阻力计算328.1 符号说明328.2一般规定338.3 摩擦阻力计算348.4 局部阻力计算358.5 烟风阻力计算369 锅炉受压元件强度计算379.1 材料和许用应力379.2 设计压力和设计温度399.3 厚度409.4 壳体强度计算419.5 火筒及烟板计算419.6 结构44结论45参考资料47致谢48附录49 毕业论文（设计）任务书院（系） 机械工程学院 专业 过程装备与控制工程 班级 装备10702班 学生姓名 张玉 指导教师/职称 谢丽芳/讲师 1. 毕业论文（设计）题目：630kW火筒炉设计2. 毕业论文（设计）起止时间：2011年3月18日2011年6月12日3毕业论文（设计）所需资料及原始数据（指导教师选定部分）（1）热功率：630KW（2）燃料：天然气（3）工作介质：水4毕业论文（设计）应完成的主要内容（1）燃烧系统：燃料消耗量、空气消耗量、空气剩余系数（2）排烟系统：排烟量、排烟温度、排烟管直径（3）加热炉热效率：排烟热损失、炉体热损失；（4）火筒换热面积、火筒直径、火筒长度；烟管换热面积、烟管直径、烟管长度、烟管根数；（5）火筒炉炉体的设计及校核；（6）绘制火筒炉装配图及主要零部件图。5毕业论文（设计）的目标及具体要求（1）学会查阅文献资料的方法（2）掌握火筒炉的工作原理及设计计算（3）会用绘图软件绘制装配图和零件图绘制（4）学会文档排版的基本知识6、完成毕业论文（设计）所需的条件及上机时数要求（1）设计手册等相关资料（2）加热炉设计规范等（3）上机200小时，用于绘图和撰写论文任务书批准日期 年 月 日 教研室（系）主任（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 完成任务日期 年 月 日 学生（签名） 开题报告一、题目来源 科研真题二、研究目的和意义锅炉是国民经济中重要的热能供应设备，在电力、机械、冶 金、化工、纺织、造纸、食品等行业以及工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的热能；但是同时，它也消耗着能源，其主要以煤，油，气为燃料。加热炉也是油田地面工程产生热源的关键设备，在油气田的集油，集气站和联合站等站库内加热炉对原油，井产物，生产用水和天然气加热以满足油气集输处理的工艺要求。从过去到现在我们一直坚持不懈的对它进行研究，从外形结构尺寸，立式，卧式，到从根本内部结构火筒，烟管，换热效率以及燃油燃气加热原油或天然气等一系列问题，从而提高换热率；再加上改用燃料，可以解决粉尘，废水，废渣，有害气体的排放。依然用天然气，煤气，液化，石油气额环保型供热系统在城市小区供热系统中获得了广泛的应用。清洁型燃料燃烧充分，产生的有害气体少，这种环保型供热系统要求更高，成为了备受关注的研究课题近些年，能源是紧缺的，天然气，等一些气体燃料，也是有限的。所以保护环境是一方面，节省能源也是另外一个很重要的方面。因此，我们一直在不断的改进和探索。三、阅读的主要参考文献【1】赵钦新，惠世恩. 燃油燃气锅炉M. 西安交通大学出版社出版， 2000.【2】冯俊凯，沈幼庭等. 锅炉原理及计算M. 北京：科学出版社，2003.【3】袁斌，羊东明等燃气发电机组的供气工艺J 油气田地面工程，2001, 20（2）：3032【4】李清方 三维内肋管在水套炉上的应用J石油规划设计，2004，15（6）：840.【5】张连明，王海等 热管式常压水套加热炉研究与应用J 油气田地面工程，2003， 15（12）：2425.【6】牛春庆，别如山等 相变换热技术在水套加热炉节能改造上的应用J.节能技术，2003，21（5）：3233【7】李清方，张国忠等 新型高效水套炉的开发研究J. 石油规划设计，2006, 17（5）：4245【8】Abdel-Rahman EM，Nayfeh AH. 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Best designers should not be copied by the existing industrial furnace, but should be updated into the existing industrial furnaces, industrial furnaces better creator. In the paper the first calculation of the first combustion, combustion gas after the flame through the form of choice of size and diameter of the fire extinguishers. Followed by calculation of the energy conservation law of the outlet temperature fire extinguishers, smoke the same way by a given inverse temperature of pipe diameter and root number. Then calculate the wind resistance of tobacco to determine the basic dimensions of the industrial furnace. Of course, some of which parameter is the value of experience. Not every data should be calculated out, this is not feasible. As the fire tube furnace instrumentation, bearings, burners, and so a number of components and parts as needed from the national standards in the selection, if necessary, can use their own design, that is, non-standard items. The graduation of course, not exhaustive, many small components or parts to be neglected, in practical applications is indispensable. And more standardized. In particular the rapid development of scientific and technological level of today, theoretical calculations are still very important. Even the design rule of thumb is based on the theory in the professional, broad adoption of advanced experience, to optimize the design and improvement. key word :Thermal theory , data from experience, standard of country前言1前言随着我国改革开放的不断深化，全国各地经济建设的迅速发展，城市高层民用建筑的快速崛起，国家对环保工作提出更高要求，油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉应用逐年上升。综观最近几年燃油燃气锅炉的改造发展国内整体技术水平相对不高，与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：（1）国内油田加热炉单台热负荷较小，热负荷为1250kw以下的小型加热炉约占总体的90%以上。（2）国内油田加热炉的平均运行效率在70%左右，加热炉的热效率较低，而国外可以达到85%以上。（3）国内加热炉燃烧过剩系数较高，一般在1.3以上。有的高达2.0以上。而国外可将空气燃烧过剩数控制在1.1以下。（4）国内油田加热炉的刚消耗量相对较高，火筒式见解加热了炉的单位钢耗量，一般达14t/mw左右，而国外，单位钢耗量在47t/mw。(5)国内大部分油田加热炉配备了安全保护装置，但加热炉的运行操作特别是负荷调节和燃烧控制调节主要靠手工操作。而国外。有关加热炉的安全保护和运行控制均实现自动化，可实现加热炉运行，无人值守。 随着我国改革开放的不断深化，全国各地经济建设的迅速发展，城市高层民用建筑的快速崛起，国家对环保工作提出更高要求，油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉应用逐年上升。综观最近几年燃油燃气锅炉的改造发展，我们可以总结出未来的发展方向如下：（1）锅炉效率越来越高。燃油燃气锅炉的高效率意味着可以节约日益紧张和昂贵的能源。（2）结构越来越简单。采用简单结构构成的受热面，减少同种材料的不同使用规格。（3）使用更加简易的配套辅机。给水泵.重油泵.重油加热器.鼓风机和其他一些辅机要和锅炉本体一起装配，且要保证运输的可靠性。特别是快装锅炉，应尽可能地避免采用引风机。（4）自动化程度更加高并配有多级保护系统。燃油和燃气公路不仅要保证高效率，还有使其操作简单.可靠；不仅要配有完善的全自动燃烧控制装置，更要配有多级安全保护系统，应具有锅炉缺水.超压.超温.熄火保护.点火程序控制及声.光.电报警。 （5）配备燃烧器（送风机）和烟道消音系统，减低锅炉的运行噪音。（6）配备其他监测装置和限制装置，保证锅炉24小时无监督安全运行主攻方向：1. 改善火筒炉内部结构，节省空间且减少热损失2. 提高对流换热，或辐射换热的效率第1页（共49页）选题背景2选题背景一般认为，工业原材料在冶炼、加工或成品的制造过程中为实觋预期的物理变化或化学变化所需要的加热装置，统称为工业炉。 作为一种重要的热工设备工业炉广泛应用于物料的焙烧、干燥、熔化、熔炼、加热和热处理等各种生产过程中不仅数最众多，而且种类繁多。工业炉工作的好坏将直接关系到产品的产量、质量、能耗、成本和环境污染等多项技木经济指标，因而在各工业部门的生产中都占有重要的地位。 对工业炉的基本要求是：产品的质量和产量首先要满足要求；燃料或其他能源的消耗要低；建炉投资和运行费用要低；使用寿命长；操作人员的生产条件要好；污染一般认为，工业原材料在冶炼、加工或成品的制造过程中为实觋预期的物理变化或化学变化所需要的加热装置，统称为工业炉。 作为一种重要的热工设备工业炉广泛应用于物料的焙烧、干燥、熔化、熔炼、加热和热处理等各种生产过程中不仅数最众多，而且种类繁多。工业炉工作的好坏将直接关系到产品的产量、质量、能耗、成本和环境污染等多项技木经济指标，因而在各工业部门的生产中都占有重要的地位。 对工业炉的基本要求是：产品的质量和产量首先要满足要求；燃料或其他能源的消耗要低；建炉投资和运行费用要低；使用寿命长；操作人员的生产条件要好；污染物的排放量耍符合环保的要求，一座好的工业炉应尽可能同时满足上述各项要求。为保证产品的质量要准确地控制炉内的温度和气氛选择合适的筑炉材料。工业炉的生产能力必须与生产过程所要求的产量相适应。为了节约燃料，在工业炉的设汁和操作中必须重视热量在炉膛内的充分利用，并要允分回收余热。为了降低建炉的投资和运行的费用，应提高工业炉单位容积(炉底面积)的生产能力简化工业炉结构，工业炉的废气、废水、废渣中往往含有有害物质必须采取措施使各种食害物质的排放量小超过国家或地区的规定标准。 工业炉按工艺用途分，有冶金工业中的各种冶炼炉、加热炉、热处理炉，机电工业中的锻造炉、干燥炉、热处理炉，陶瓷工业中的隧道窑、各种玻璃熔炼炉、热处理炉，石化工业中的焦化炉、加热炉裂解炉，环保工业中的废料焚烧炉建材工业中的水泥窑等。按热源分，有煤气炉、油炉、煤炉、电炉；按热工制度及操作方式分，有恒温炉、周期炉及连续炉等。按结构形式分由于涉及各个行业，更是不胜枚举。由于工业炉所涉及的工艺过程繁多，我们可以通过掌握工业炉的基本原理来学习工业炉设计的基本方法。 本论文所介绍的工业炉设计只是最常用的典型炉型设计。掌握好这方面工业炉设计的基本方法，将有助于其他类型工业炉的设计。 虽然工业炉的范畴如此之宽涉及的工艺过程如此众多但作为工业炉热源向物料的传热是一个基本过程每一个工业炉都会有此过程。因此要使工|业炉的工作达到“优质、高产、低消耗、少污染”的基本目标，除了掌握正确的工艺操作之外还必须要有合理的炉体结构予以保证。 工业炉的设计从来都离不开工艺而单独进行，设计人员在设计时首先必须根据工艺的要求进行设计，使工业炉能够满足工艺制度所规定的要求。而从能源角度看工业炉又是国民经济中的耗能之一。因此，如何提高工业炉热效率，合理使用一次能源，充分而有效地叫回收并利用二次能源，在当今能源紧缺的形势下，更显出其必要性。在工业炉的设汁中，所有降低能耗的有效措施，都应力图采用。 工业炉设计的目的足参考现有炉型。以热工理论为指导设汁出结构更完善的炉体结构。优秀的设计者不应是现有工业炉的抄袭者，而应该是把现有工业炉变成更新、更完善的工业炉的创造者。对已定型的有成熟经验的工业炉有时设计时不进行理论计算，而是凭经验数据直接确定加热时间或者通过选用有效的炉底强度，从而确定出工业炉的基本尺寸。这样不仅简单易算，而且排除了理论计算时因各种系数或参数选取不当而造战的误差这种方法稳妥可靠。但当设计新炉型或采取特殊的温热制度时。参考的经验不足，而理论计算恰好能把工业炉的热交换条件和物料加热时间联系起来反映出工业炉的热工特点。所以对新炉型和采用特殊温热制度的工业炉。理论计算是必需的。对一般连续加热炉，理论计算虽然只具有一定的参考价值但是作为一种设计方法，特别是科技水平快速发展的今天，理论计算法仍然相当重要。即使是凭经验设计，也是在专业理论的基础上，广泛采纳国内外先进经验，进行优化设计并加以改进。 工业炉的结构(几何形状、尺寸、筑炉材料的种类等)和热工操作(燃料量其分配、空气量及其分配、闸门的开启度等)的变动。会影响炉内的热工过程(包括传热、燃烧及气体运动等)而热工过程的变功又会影响工业炉的生产指标(产品质量、单位生产率、单位热耗、工业炉使用寿命、污染物的排放量等)。人们的目的是提高生产指标，但人们所能直接规定或摸纵的因素既不是热工过程参数，也不是生产指标而是结构和操作参数。因此，工业炉的结构和操作之间，必须相互适应，各热工过程之间也必须相互配合。同时，各生产指标之间也要相互关联。一座新的工业炉的性能好坏将直接影响其生产质量和能源消耗，而原始设计合理与否将起决定性的作用。试想一座设计不合理的工业炉，势必显得先天不足，即使以后经操作凋整也难以达到理想的境界。而一座设计合理的工业炉，加上操作人员的精心管理，则如虎添翼，定能创造出良好的技术经济指标。作为设计者，设计出技术先进、结构合理完善的工业炉，则是首要的任务。炉；按热工制度及操作方式分，有恒温炉、周期炉及连续炉等。按结构形式分由于涉及各个行业，更是不胜枚举。由于工业炉所涉及的工艺过程繁多，我们可以通过掌握工业炉的基本原理来学习工业炉设计的基本方法。 本论文所介绍的工业炉设计只是最常用的典型炉型设计。掌握好这方面工业炉设计的基本方法，将有助于其他类型工业炉的设计。 虽然工业炉的范畴如此之宽涉及的工艺过程如此众多但作为工业炉热源向物料的传热是一个基本过程每一个工业炉都会有此过程。因此要使工|业炉的工作达到“优质、高产、低消耗、少污染”的基本目标，除了掌握正确的工艺操作之外还必须要有合理的炉体结构予以保证。 工业炉的设计从来都离不开工艺而单独进行，设计人员在设计时首先必须根据工艺的要求进行设计，使工业炉能够满足工艺制度所规定的要求。而从能源角度看工业炉又是国民经济中的耗能之一。因此，如何提高工业炉热效率，合理使用一次能源，充分而有效地叫回收并利用二次能源，在当今能源紧缺的形势下，更显出其必要性。在工业炉的设汁中，所有降低能耗的有效措施，都应力图采用。 工业炉设计的目的足参考现有炉型。以热工理论为指导设汁出结构更完善的炉体结构。优秀的设计者不应是现有工业炉的抄袭者，而应该是把现有工业炉变成更新、更完善的工业炉的创造者。对已定型的有成熟经验的工业炉有时设计时不进行理论计算，而是凭经验数据直接确定加热时间或者通过选用有效的炉底强度，从而确定出工业炉的基本尺寸。这样不仅简单易算，而且排除了理论计算时因各种系数或参数选取不当而造战的误差这种方法稳妥可靠。但当设计新炉型或采取特殊的温热制度时。参考的经验不足，而理论计算恰好能把工业炉的热交换条件和物料加热时间联系起来反映出工业炉的热工特点。所以对新炉型和采用特殊温热制度的工业炉。理论计算是必需的。对一般连续加热炉，理论计算虽然只具有一定的参考价值但是作为一种设计方法，特别是科技水平快速发展的今天，理论计算法仍然相当重要。即使是凭经验设计，也是在专业理论的基础上，广泛采纳国内外先进经验，进行优化设计并加以改进。 工业炉的结构(几何形状、尺寸、筑炉材料的种类等)和热工操作(燃料量其分配、空气量及其分配、闸门的开启度等)的变动。会影响炉内的热工过程(包括传热、燃烧及气体运动等)而热工过程的变功又会影响工业炉的生产指标(产品质量、单位生产率、单位热耗、工业炉使用寿命、污染物的排放量等)。人们的目的是提高生产指标，但人们所能直接规定或摸纵的因素既不是热工过程参数，也不是生产指标而是结构和操作参数。因此，工业炉的结构和操作之间，必须相互适应，各热工过程之间也必须相互配合。同时，各生产指标之间也要相互关联。一座新的工业炉的性能好坏将直接影响其生产质量和能源消耗，而原始设计合理与否将起决定性的作用。试想一座设计不合理的工业炉，势必显得先天不足，即使以后经操作凋整也难以达到理想的境界。而一座设计合理的工业炉，加上操作人员的精心管理，则如虎添翼，定能创造出良好的技术经济指标。作为设计者，设计出技术先进、结构合理完善的工业炉，则是首要的任务。第49页（共49页）一般规定3 一般规定3.1 火筒式加热炉热力与阻力计算方法的一般步骤是：首先收集整理及分析原始资料，确定基本炉型结构；其次进行燃烧计算及热平衡计算等辅助计算：随后边行火管、烟管盘管的热力计算；最后进行流体阻力计算。 火简式间接加热炉热力与阻力计算的基本程序及主要内容见图1火筒式直热炉热力与阻力计算的基本程序及主要内容按图1进行仅略去有关盘管热力计算祁流体阻力讣算的程序与内容。3.2火筒式加热炉的热力计算按照给定条件和计算目的的不同分为设计热力计算和校核热力计算两种。 设计热力计算是在火筒式加热炉设计时所使用的计算。它的目的是：根据绐定的热功率、被加炔热介质的种类与参数、燃料资料和选定的炉型结构燃烧器型式等条件，计算确定各传热元件的面积与主要结构尺寸以及燃料消耗量空气体积烟气体积等数据，设计热力计算并为流体阻力计算和强度计算等提供数据。 校核热力计算是在加热炉已经存在或主要结构尺寸已经绐定的情况下所使用的计算。它的目的是：根据已有的结构尺寸和给定的热功率、被加热介质种类与参数、燃料资料等条件，计算确定加热炉的热效率、燃料消耗量、空气休积烟气体积各传热元件址进出口介质的温度等数据以校核加热炉达到所要求热功率以及被加热介质参数的可能性、经济性及可靠性。3.3火筒式加热炉热力计算是由火筒烟管、盘管等传热元件几个环节组成，每一环节计算结果应作误差校核且计算误差不得超过相应规定。3.4火筒式加热炉的流体阻力计算一般是在热力计算及结构尺寸确定后进行，流体阻力计算中的一些数据要从热力计算和结构数据中取得。通过流体阻力计算所得的结果，来校核加热炉设计的合理性及选择流体动力设备。如果流体阻力计算所得流体阻力过大-呈现明显的不合理则需修改设计。燃烧计算4 燃烧计算4.1 符号说明燃料气干燥基碳氢化合物的体积百分数 %燃料气干燥基一氧化碳的体积百分数 %燃料气干燥基二氧化碳的体积百分数 %湿空气中以1Kg干空气为基准的水蒸气含量，g/Kg燃料气应用基中以1干燥基为基准的水蒸气含量，理论空气体积的焓或理论烟气体积的焓或实际烟气体积的焓或燃料气干燥基氢气的体积百分数 %燃料气干燥基硫化氢的体积百分数 %干空气的体积比焓水蒸气的体积比焓氮气的体积比焓干三原子的