热风炉技术方案

上海宝田新型建材有限公司热风炉技术方案

技

术

方

案

江苏恒丰冶金电炉有限公司

2009年6月

目录

第一部分：企业简介-----------------------------------------------------------2 第二部分：热风发生炉技术方案----------------------------------------3~14第三部分：热风炉设计参数计算基础---------------------------------15~17

企业简介

江苏恒丰冶金电炉有限公司座落在美丽的太湖湖畔，著名的陶都之乡---江苏省宜兴中国环保科技工业园，注册资金1000万元，厂区面积56000m2,厂房面积18000 m2，员工100余人，其中工程技术人员占30%，技术力量雄厚。

公司主要产品有：热风炉系统、水冷氧枪系统、水冷碳氧枪系统、多功能炉壁枪、氩氧精炼炉、LF精炼炉、电弧炉、水冷电缆、钢包、钢包烘烤装置、废钢料罐等，产品远销东南亚地区。

公司坚持以“德、诚信和优廉”为经营理念，秉承“厚德载物、以德取信”。让企业集约化、产品多元化、管理规范化发展，形成集科研、设计、安装于一体的专业化方向发展。

上海宝田热风发生炉技术方案

1、功能简介

该热风气发生炉以低热值的COREX煤气为主燃料，并同时能转换LDG转炉煤气进行燃烧，并附以液化气（或同种煤气）点火稳火。燃烧产物与二次风充分混合后，形成350~400 C的热风。经管路输送至制粉干燥系统，供矿渣尾粉干燥用。

2、结构叙述

本装置具有结构紧凑，占地面积小，便于控制，节约能源等特点。

为了更好地组织气流，炉体采用圆筒形双层结构，为了保证炉壳具有足够的强度，炉壳采用锅炉钢板制造。外层环缝内为二次空气，二次空气分三部分进入燃烧室及混合室与燃料燃烧形成的高温烟气进行充分混合，从而保证在有限的炉体空间内将高温烟气降至350~400 C的干燥气体。由于大部分二次空气（约占总风量的60%）是通过环缝进入混合室，强烈地旋过环缝对内筒（燃烧室外壁）起到冷却作用。内筒为衬有耐火材料的燃烧室，其合理的炉形结构能在有限的空间内，采用大的容积热强度，并保证全部煤气能够完全燃烧，火焰长度不至延伸到混合室内。内筒根部与端部设有一定数量的进风孔用于部分二次风在根部及端部与高温烟气进行预先混合，从而使烟气温度下降以便保护燃烧室内壁，起到延长内壁寿命的作用。本套装置的核心部分——COREX煤气烧嘴,是一种大能量煤气燃烧装置。最大流量可达8000Nm3/h。采用多种混合和点火方式，解决了流量大时点火不易、脱火及火焰太长的问题。其特点为：煤气出口为叶片旋流的外混结构，用同种煤气（或液化气）作点火及稳火火源，为此COREX煤气烧嘴中心设计一同种煤气（或液化气）点火烧嘴。点火烧嘴的另一用途可做为烘炉烧嘴使用。烧嘴上设紫外火焰监测系统进行监测，因此本烧嘴也可称之为组合式烧嘴。这种烧嘴结构紧凑，调节范围大，并基本上消除了脱火或回火的可能，主要应用于要求单台烧嘴煤气流量大，并且要求火焰长度不太长的场合。烧嘴砖采用耐火浇注料整体成型，在保证其耐火度的前提下，又有很好的高温性能，便于运输安装。

3、热风炉燃烧器前设计技术参数

3.1COREX煤气低位热值：1900Kcal/Nm3；

嘴前压力要求：6000~7000Pa；

额定煤气流量：3680Nm3/h；

最大煤气流量：7360Nm3/h。

3.2LDG转炉煤气低位热值：1940 Kcal/Nm3；

嘴前压力要求：5000~6000Pa；

额度煤气流量：3600 Nm3/h，

最大煤气流量：7200 Nm3/h

3.3点火煤气热值与所用主煤气热值相同

压力与所用主煤气热值相同

设计煤气流量：400 Nm3/h

3.4点火液化气热值：21000大卡/标方

压力要求：6000帕

3.5一次助燃空气长明灯燃烧空气量：700 Nm3/h；

主煤气燃烧空气量：8800 Nm3/h；

总量要求：9500~15000 Nm3/h；

嘴前压力：3000~5000Pa。

3.6循环冷空气流量：35700~55000 Nm3/h；

嘴前压力：2000~3000Pa。

3.7炉体参数炉长：L=6880mm

炉体直径：Φ=2850mm。

3.8热气体流量：47000 ~60000Nm3/h；

温度：350~400°C

3.9吹扫氮气压力要求：2~5公斤/平方厘米

流量：燃气所有管路体积的5~10倍4、设备组成：

4.1.煤气组合烧嘴

4.2.热风炉炉体（耐火浇注料整体成形）

4.3.助燃风机及管路

4.4.二次风机及管路

4.5.煤气管路及阀门系统

4.6.控制系统及检测测量系统

根据初步设计单台设备占地面积为150~200平方米。

5、采用标准

设计、制造标准

JB/T5000.3-92《通用技术要求》

YB/TO.36.17-92《机械加工件标准》

YB/TO.36.11-92《机械加工件标准》

GBJ17-88《钢结构设计规范》

验收标准

检验按YB/TO.36.1-1992“冶金设备制造通用技术要求—检验”规定执行。装配按YB/TO.36.18-1992“冶金设备制造通用技术要求—装配”规定执行。

防腐与涂漆

设备除锈后，涂两遍底漆、三遍面漆，执行《钢结构、非标设备、管道涂装工程技术规范》

6、工艺及控制要求：.

6.l煤气主烧嘴（见附图一）

点火可靠，消除脱火或回火的可能，烧嘴结构紧凑，调节范围大，煤气燃烧器设计可以燃烧COREX煤气，转换转炉煤气后也同时能使用，考虑到节约投资，二种煤气共用一组检测仪表。

6.2燃烧室（见附图二）

保温设计合理使用周期长维护方便，炉体采用圆筒形双层结构，合理选择容积负荷，火焰不至于延伸到混合室内。

热风炉头设置火焰观察孔，用于观察组合式煤气燃烧器火焰，观察孔采用密封式结构，观察孔装设石英玻璃片，可以防止火焰、煤气外溢，保护操作人员人身安全。

6.3管路系统（见附图三）

管路系统可分煤气管路、助燃风管路和二次风管路，煤气管路和助燃风管路与烧嘴连接，二次风与炉体连接。所有管路均设有电动调节装置，可根据现场的实际情况调节热风的流量和温度，煤气管路和助燃空气管路及二次风管路上还设

有孔板流量计，通过差压变送器二次信号与流量调节阀配合，实现空煤气的比例

调节。空、煤气管道流量压力接点，通过压力变送器实现压力检测。

6.4混合室

结构合理，混合效果好，使用周期长，运行稳定。见附图二

6.5 电气自动化控制系统

6.5.1电气控制

根据工艺要求和现场实际情况，系统从整体上分为机旁操作和计算机联锁运行。机旁操作是指操作人员在现场操作箱上进行设备的启动、停止等手动操作，主要在设备调试、烘炉、检修期间的操作，一旦生产线运行正常，将现场操作箱就地/远程按钮打到远程操作，接受来自于中控室计算机指令控制。现场操作箱严格按照煤气区域防爆等级进行设计，所选设备元件为国内外知名品牌，如上海二工、西门子、施耐德等品牌产品。

6.5.2自动控制系统

本套热风炉自动化控制系统采用德国西门子S7-300系列PLC，实现对整个热风炉设备的安全联锁控制，实时数据的采集与分析，过程与设备状态的监控与报警，过程趋势数据的采集与处理，报表打印，画面显示。完成了生产设备的基础自动化及过程计算机控制，并使用先进的西门子Profibus总线网络技术，实现热风炉PLC与计算机系统间数据传输，构成热风炉生产线综合监控网络。

本次新建热风炉控制系统同样可与原有系统对接，实现远程操作。

6.5.3检测点

6.5.3.1温度

炉膛温度，1点，0～1250℃；

热风温度，1点，0～550℃。

6.5.3.2压力

煤气压力，1点，0～20000Pa；

助燃风压力，1点，0～3000Pa；

二次风压力，1点，0～2000Pa；

6.5.3.3流量

煤气流量，1点，0～8000Nm3/h；

助燃风流量，1点，0～15000Nm3/h。

6.5.4主要控制功能

6.5.4.1空气和煤气的比例自动调节

空气管路和煤气管路上分别设有电动调节阀和流量孔板，通过PID调节的方式对空燃比进行控制，并且空燃比根据煤气种类的变化重新设定。

6.5.4.2炉堂温度和热风温度检测

在热风炉炉膛和热风出口管路上各设有一支热电偶，实现对炉膛温度和热风温度检测。另外，根据用户要求还可以实现对热风温度自动整定，其原理就是将热风信号反馈给PLC，PLC再根据这个信号和炉膛温度对空气、煤气流量进行调节控制。二次风管路上设有电动百叶调节阀，它可以根据实现设定的程序对二次风流量（根据阀门开度）进行控制调整。设定控制程序原理，当热风管道检测温度低于工艺要求温度，PLC将发出信号增大煤气流量和助燃空气量，同时通过二次风管道电动调节阀减少二次风流量，当热风管炉出口检测温度高于工艺要求温度时，PLC将发出信号，减少煤气流量和助燃空气量，同时通过电动调节阀增大二次风流量。

6.5.4.3点火方式

本烧嘴设有常明火和火焰监测器，可实现火焰监测的自动控制。当煤气燃烧器熄火时，系统可自动启动相应的应急处理机制，煤气阀门自动进行关闭，同时可按设定时间对炉膛自动进行吹扫。常明火通过煤气管道接一路DN80（或液化气DN40）的管道作为常明火气源。

6.5.2.4设备性能要求

由于公司生产的特点：工作效率很高，将不配专门在岗的燃烧器操作工，只有巡检人员；工作环境中有粉尘；一旦连续生产需要连续工作时间达200-300小时，因此要求对燃烧器性能可靠，做到低故障且维护周期长。

6.5.4.5安全保护功能

本系统还具有低压保护功能，当煤气、助燃风压力低于设定值时，进行报警；当压力继续下降至更低的设定值时，系统将自动关闭。同时还具有炉膛温度过高、热风温度过低的报警功能。本系统设置煤气报警仪，用于热风炉周边煤气泄漏检测，确保生产运行操作人员人身安全。

7、技术服务和双方接口:

7.1供方为需方设计制造热风炉炉体和本套设备的管路。所有法兰接口带配

对法兰及连接件。自成一体的系统设备。

7.2 技术服务及资料移交，供方向需方提供设备外形尺寸及安装图和基础平

面图，各一式两份。提供煤气、空气接口尺寸、热气出炉的接口尺寸及火焰监测器接线原理图和控制系统图，各一式两份。提供使用说明书三份。其它一切附属设备由需方负责。

7.3、供方负责制定烘炉操作方案，指导安装、调试烘炉。

7.4、质量保证：炉体寿命5年以上，耐火材料寿命4年以上，燃烧器寿命

3年以上，易损件半年。

8、单台热风炉设备供货范围：

注：本表及报价表均按成套设备全部供应，如果部分设备厂方已备或厂方不要求提供，可相应去掉该项及价格

9、交货日期:

交货日期：合同生效后60日内

10、热风炉业绩：

徐州化工厂热功率60万大卡/小时燃料：混合煤气

山西太行热功率300万大卡/小时燃料：重油

淮钢集团热功率600万大卡/小时燃料：高炉、焦炉煤气淮龙新型建材一期热功率1300万卡/小时燃料：高炉煤气

淮龙新型建材二期热功率1300万卡/小时燃料：高炉煤气

河北天人集团热功率500万大卡/小时燃料：天然气

天津银泽集团热功率100万卡/小时燃料：发生炉煤气11、设备报价：

按第一方案（两台卧式，一台立式）

11.1.1、两台卧式热风炉设备及管路基本相同.

11.1.2、1号、3号热风炉单台卧式设备:

11.1.3、2号立式热风炉设备提供同1号、3号炉，只在热风管道架设上增加了35米.

按第一方案1号、3号炉设备报价为167万元/台，2号炉设备报价为187万元/台三台炉合计：521万元（含税费、运输费用及调试费用）

按第二方案（两台卧式，一台油气混烧）

和方案一的主要区别在于2号线的热风炉为原有燃油热风炉的改造，改造后煤气烧嘴和油烧嘴共用一个炉膛，共用一台鼓风机，烧嘴之间可手动切换。

以上理解为：1号炉及3号炉仍按方案一报价，2号炉原有热风炉热风管路冷风管路及设备均不做变更，只变更炉体、燃烧器及增加煤气管线。

按二号方案1、3号炉设备报价为167万元/台

2号炉设备报价为197万元/台

三台炉合计：531万元（含税、含运费及调试费用）

热风炉设计参数计算基础

根据热平衡计算公式

Q调+Q助+Q燃料+Q化=Q烟+ Q热风

其中：

Q调—加入调温风带入的显热

Q助—加入助燃风带入的显热

Q燃料—燃料带入的显热

Q化—燃料燃烧的化学热

Q烟—最终烟气排放的热

Q热风—加入调温风吸收的热

即有：C1q1t1+C2q2t2+C3q3t3+q3Q d= C4q4t3+C5q1t5

式中：C1、C2—空气在常温时的比热，查表得0.311千卡/BM3·°C。

q1—调温风的补入量，BM3

q2—助燃风量，BM3，

t1、t2、t3—各种物理量进入时的温度，这里均为常温。

取值20°C

C3—燃料的比热；经计算COREX的比热为0.3228千卡/m3·°C，转炉煤气（LDG）的比热为0.2837千卡/m3·°C，计算时已CO REX 的比热为准。

q3—燃料的流量，根据给定参数额定流量为3680m3/h

Q d—燃料的低发热值，COREX的热值为1900千卡/标方，即7940Kj/N m3；转炉煤气（LDG）的热值为1950千卡/标方，即8150 Kj/N m3，计算时以COREX的热值为准。

q4—燃料完全燃烧生成的烟气量，BM3

单位燃料完全燃烧生成烟气量公式为：

C4—烟气在400?C时的比热,查表为0.349千卡/标米??C

C5—二次风在400?C时的比热,查表为0.318千卡/标米??C

t4、t5—最终物理量的温度，这里均为400°C。

其中：有煤气理论空气量及燃烧生成气量经验计算公式

1、理论空气量L0=0.26?Q d÷1000=2.064 N m3/ N m3,取空气过剩系数

为：α=1.15则实际空气耗量为：2.374 N m3/ N m3

2、燃烧生成气量Q0=αL0+0.68-0.1(0.238?Q d÷1000-4)=3.264 N m3/

Nm3

有以上可得：

1、q2=2.374q3=8736标方/小时

2、q4=3.262 q3=12000标方/小时

带入公式得：

0.311?q1?20+0.311?8736?20+0.3228?3680?20+

3680?1900=0.349?12000?400+0.318? q1?400

计算得：补入的调温风量q1=44500 N m3/h

总热风流量为：12000+44500=56500 N m3/h

如果按最大燃气量计算热风量，则最大热风流量为：

1、q2=2.374q3=2.374X7360=17470标方/小时

2、q4=3.262 q3=3.262 X7360=24000标方/小时

带入公式得：

0.311?q1?20+0.311?17470?20+0.3228?7360?20+

7360?1900=0.349?24000?400+0.318? q1?400

计算得：补入的调温风量q1=90000 N m3/h

总热风流量为：24000+90000=114000 N m3/h

以上计算流量较大，实际生产中需现场核实，再另行设计管路。

结论：

一、热气发生炉所需要的额定煤气流量为：3680 N m3/h

其燃料完全燃烧所需要的助燃空气量为：8736N m3/h

其燃料完全燃烧产生的烟气量为12000N m3/h

补入的二次风量为：44500 N m3/h

产生的400度的热风总流量为：56500 N m3/h

二、点火如果采用与主火焰相同的煤气，则每台炉所需煤气流量：400立方/小时；如果采用单独的液化气作为点火长明枪，则每台炉需液化

气量为50公斤/小时，也可在点火成功后关掉液化气枪。点火长明灯所需的助燃风有助燃风机引管，助燃风流量为：700立方/小时

由于两种煤气共用一个管道，因此燃烧器上只设一个煤气进口，两种煤气的转换需在两种煤气进入一根管道之前加设气动快切阀进行转换。

三、燃烧器及热风炉管路设计如下：

1、热风炉二次风进口通径：DN900

2、热风炉热风出口通径：DN1500，热风输出管道应视远近采用内部保温形式制作，内保温后其外管径应为DN1700

3、热风炉燃烧器上的一次风进口通径：DN500

4、热风炉燃烧器上的煤气进口通径：DN300，各自煤气管及合并管应采用DN400管径。

5、如果采用同种煤气作为点火火源，则点火煤气进口通径：DN80

6、如果采用液化气作为点火火源，则液化气进口通径：DN40

7、点火长明灯的助燃风进口通径：DN125

四、热风炉炉体设计尺寸如下：

1、热风炉长度：

2、热风炉最大外直径：

见初步设计图纸

以上计算依据为：机械工业出版社第2版《工业炉设计手册》

江苏恒丰冶金电炉有限公司

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