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3每小時需要70m的天然氣，表3.4中表示的是天然氣的主要成分以及各自的百分含量。

表3.4 天然氣的成分

種類 CO+HS H CH CmHn N 22242含量/% 0.1,2 0,2 85,87 0.1,0.-333用 天然氣=35000 KJ?m，將其帶入公式(3.2)計算得: L=9.27

在理想狀態(tài)下燃料完全燃燒時所必需的最小空氣量稱為理想空氣消耗量;在實際條件下燃料完全燃燒或不完全燃燒所需的空氣量為實際空氣消耗量。實際空氣量與理論空氣量之比稱為空氣系數。

m/m。 0Q低

(2)燃料燃燒實際需要的空氣量 3Nm 計算公式為: ,, (3.3) ,,LL,03，，，，kgNm

將L=9.27帶入公式(3.3)中，得L=1.1?9.27=10.20 0α

天然氣燃燒后的主要成分見下表3.5:

表3.5天然氣的主要產物

CO HO N 燃料主要產物 222主要產物成分/% 9.6 18.7 71.7

10t熔鋁保溫爐的設計 18 根據上表中的成分進行煙氣熱損失計爐底的散熱損失:q, (W/m) (34 1.2,4

[7](1)燃料燃燒理論需要的空氣量

用Q33低經驗計算公式: (m/m) (3.2) ,1.105，，0.02L04180

.6) 底SSS11n21，，？，，，,,,,,nn21,

式中: t — 爐內溫度(?); l

t — 周圍大氣溫度(?); 0

2 α — 爐墻內表面?zhèn)鳠嵯禂礫W/(m??)]; n

t?450?時，α?9.3+0.058t; ln

1t,450?時，數值很小可忽略不計; l,n

2 α— 爐墻外表面?zhèn)鳠嵯禂�，值�?0.33[W/(m??)]; ω

S...... S、S — 爐墻各層材料的厚度(m); n21

2 λ λλ — 爐墻各層材料的熱導率[W/(m??)]。 、n......21

[10]各種耐火材料的導熱系數如下:

-3高鋁磚層——λ=1.31-0.16?10t,W,(m??), 1

澆注層——λ=0.33,W,(m??), (常州市金獅鋁業(yè)數據) 2

-3輕質保溫磚層——λ=0.25+0.22?10t,W,(m??), 3

現在根據經驗假設各層的溫度，設高鋁磚層的溫度為800?，澆注料

,SSS312，，,,,123

其中δ是各層壁的厚度之和，λ為各耐火材料的導熱系數當量值。 δ、δ、δ，分別為300mm，100mm,136mm。 123

λ、λ、λ，分別為1.186〔W/(m??)〕, 0.33〔W/(m??)〕,0.294〔W/123

(m??)〕。

12]?爐墻壁的散熱損失計算

爐墻壁的散熱損失很復雜，計算比較麻煩，一般都是根據經驗數據知道爐子外壁的溫度，再根據機械設計手冊上有關數據進行計算的，準確度也較高。

爐子外表面溫度通常為60?，在外墻壁上涂一層金屬漆，使其黑度為0.4(相當于爐

將上述的數據帶入到公式(3.7)中，計算出爐底導熱系數的當量值為:

λ=0.48〔W/(m??)〕

各相鄰界面的溫度計算: =11.79

式中 α——空氣系數，氣體燃料取1.05,1.1

3 L——實際空氣消耗量,m α Nm/Nm,而本次設計中α的值0

333為1.1，則將單位燃燒生產煙氣量為V=11.00 Nm/Nm,每小時燃燒70 m的天然0

3氣產生的煙氣量就為770 m，根據表(3.4)中成分進行煙氣散熱損失計算。

Vi 公式: (KJ/h) (3.4) Q,,氣氣氣

SSS312 (3.8) 1.28()z,，，3,,,123

式中Z為當量厚度(m)，計算得出Z=1.33 33

,tt10 t==441.6? (3.9) ，Z,3t0，，105z6D 殼鋼板涂鋁漆的黑度)，處于20?的流動空氣中。

經驗公式: Q=kq (3.16) 壁壁

λ — 陶瓷板的導熱系數 2

根據多層壁的導熱公式得出:

_tt800,1502內外 ==1425.4(W/m) (3.17) ,q頂0.30.的熱效率高，取用方便，燃氣燒嘴型號很多，在選用的時候，首先根據計算出的爐子每小時的熱耗，在參照廠家的型號選擇。還考慮爐子是用來保溫鋁液的，根據燒嘴廠家建議選用高速調溫

混合室

圖4.1 燒嘴示意圖

6由爐子的熱負荷計算中得知爐子每小時的熱耗為2.43?10KJ，參照生產廠家的各種型號，最終選擇兩只GSQ100萬大卡的燃氣燒嘴。

選定燒嘴后，接下來將燒嘴安裝到爐子上，最重要的是選擇燒嘴的安裝位置，燒嘴的位置對燒嘴安裝發(fā)揮熱效應的影響很大，假若安裝不當，可能使燒嘴的熱效應不能發(fā)揮出來，進一步影響爐子的單耗，影響爐子的熱效率。嚴重的時候還可能導致燒嘴短路，即燒嘴的熱量達不到金屬液體時，就已被煙囪的抽力抽走，爐子無法燒熱。在燒嘴裝入爐子時并不是平行于爐底，要與爐底成一定的角度，這個角度非常關鍵，過大或過小都會造成不同程度的損失。而且，兩只燒嘴之間也應該有一定的角度關系，使兩只燒嘴之間形成互相壓制的關系，防止熱量過快的從煙囪流失。

因為燒嘴的位置和角度的選擇都是需要大量經驗的，屬于爐子部件中最難安裝的，在公司工程師的指導下進行燒嘴的布置。首先是確定少最的型號，上文已經確定下來了。GSQ100萬大卡的燃氣燒嘴的圓筒直徑為420mm，根據爐體的長、寬，考慮將兩只燒嘴和煙囪安裝到同一燃料五花、混合良好，并自帶小型高溫燃燒室，燃燒安全，無黑煙，提高了燃料利用率，節(jié)能效果顯著。

(4)燒嘴調節(jié)比大，可適應不同加熱溫度要求。 的2?3處，因為安裝過高的話，燒嘴氣流溫度較高的那一部分不能很好的利用于生產，而且通過爐子散失了。過低的話又可能對鋁液產生燒燒火焰

(5)具有自動電點火、自動調節(jié)火焰監(jiān)察和熄火保護全套功能。 (6)配以自動閥門和控制器即可實現全自動化。

圖4.1表示的是高溫調溫燒嘴的各部件功能示意圖，高速燒嘴最大的特點是燃料的燃燒在燒嘴內部的燃燒室內完成，形成高溫的熱氣流后以高速噴出，熱效率高，氣流加大了爐內的熱循環(huán)。高速燒嘴的熱量主要是以熱氣流傳導的，高速

10t熔鋁保溫爐的設計 23 燒嘴的出口處通常是看不到明顯的火焰的，安裝到同一平面上有利于爐子熱量的均勻分布。燒嘴的安裝面確定后，在確定燒嘴的安裝高度。高速燒嘴噴射出的高溫氣流的火焰長度很短，高溫氣流的流速很快，能平面上，這樣做有很大的好處。首先經過計算后，爐體的長能夠將兩只燒嘴和煙囪合理的安裝到爐體上，并且相互之間不會影響。其次，將燒嘴和煙囪嘴或半噴式天然氣燒嘴，高速調溫燒嘴具有如下優(yōu)點: (1) 燒嘴出口的高速熱氣流，加強了爐內氣體的循環(huán)，提高了爐溫的均勻性，保證了生產質量，同時減少了燒嘴數量。

(2)高溫熱氣流強化了對流傳熱，提高了工業(yè)爐生產力和節(jié)能效果。 (3)燒嘴采用三次配風，達到100m?s到200m?s，這樣的高速氣流

10t熔鋁保溫爐的設計 24 如果沒有一個好的循環(huán)路線，這樣就會對爐子的熱效率產生影響。確定高度首先要考慮爐高，主要參考爐門的安裝位置，一般情況下將燒嘴安裝在爐門高度的溫度要比熱氣流的溫度高出許多，接觸到工件很容易燒損，如果燒嘴出口處的火焰過長的話就說明燒嘴沒有調

空氣進入節(jié)好，需進一步調節(jié)。 吹掃氣

天然氣

2爐頂為拱形，將其作為平面處理，計算面積為:4.864?3.952=19.22m

爐頂總散熱量:Q=1425.4?19.22=27396W =98626kJ 頂

10t熔鋁保溫爐的設計 22 4.爐子部件選擇

4.1燒嘴的選擇

在計算出爐子的熱負荷后，給爐子裝配合適的燒嘴，還要確定燒嘴的安裝位置，將熱量最大化的利用，同時也不能影響其它部件的安裝。最重要的是不能使鋁液產生燒損，要給燒嘴確定合適的角度。

在選擇燒嘴之前先明確燒嘴的類型，按燃料的種類分為煤氣燒嘴，油嘴和煤粉燒嘴;按燒嘴的噴射速度分，可以分為高速燒嘴，中速燒嘴和低速燒嘴。按照供給的燃料的壓力又可以將燒嘴分為高壓燒嘴，中壓燒嘴，低壓燒嘴，他們與高

[13]速，中速，低速燒嘴又是有區(qū)別的。燒油的燒嘴主要有燒重油和柴油的，燒油的燒嘴成本過高，采用的較少，而且要考慮要怎么樣將油最好的霧化，混勻，比較麻煩;煤粉燒嘴現在更是用的較少;目前大多數廠家使用的主要是方鋁管燒氣燒嘴，在燒氣燒嘴中主要有:反射爐煤氣燒嘴、城市煤氣燒嘴、天然氣燒嘴、液化氣燒嘴等，它們各自都有不同的特點。反射爐煤氣燒嘴的熱值很低，只有5952KJ,7440KJ左右，氣體中的主要燃燒成分為CO，很容易造成事故;城市煤氣燒嘴的

式中，k為換算系數，爐壁散熱面的方向為垂直爐壁，且爐壁黑度為0.4，在空氣溫度20?的條件下，k=0.76。

爐子的爐壁散熱面積不同，因此分別計算:

Q=808?6.028?3.41?2?1=33218W/h 壁1

Q=808?4.524?3.41?2?1 

-32 λ=0.29+0.26?10?0.5?(400+150)=0.36[W/(m??)] 2

式中，λ — 耐火粘土磚導熱系數; 1

爐頂的內層用的是耐火粘土磚，厚度為300mm，磚縫厚度2mm,耐火粘土磚外層是60mm厚的纖維陶瓷板。

采用理論的方法來計算爐頂的散熱損失

當澆注料層與輕質保溫磚層的溫度為440?時，保溫磚外層的溫度為130?，由以上數據計算爐底總的散熱損失為:

Q=634.26×2.784×3.952×130×1=907187W?的散熱損失了，過程如下:

-3 λ=0.7+0.58?10t 1

長，D=3.132m

SS12 Z=1.28()=0.1,1

,tt10， t==785.8? (3.13) Z,1t0，，105z6D

此時與假設溫度800?極為接近，無需再算。 h 底

單位換算:1W=0.8598kcal/h，1cal=4.1868J

5所以，爐底每小時的散熱量Q=430?.

將假設的溫度帶入到上述的導熱系數中有:

2高鋁磚層——λ=1.186,W,(m??), 1

2澆注料層 —λ,0.33[W/(m??)](咨詢廠家數據) 2

-32輕質保溫磚層 —λ,0.25+0.22?10t[W/(m??)] 3 方鋁管

根據公式(3.6)便可計算出爐底的熱損失，即:

800,20t,t210q, == 634.26 (W/m) 底0.30.140.1341SSS11n21，，，，，？，，，1.1860.330.36810.33,,,,nn21,,

10t熔鋁保溫爐的設計 20 其中溫度是兩個界面的平均溫度。

[11]根據公式計算出爐底導熱系數的當量值，公式如下:

=130498.06+204811.2+645239.27

=980548.53 (KJ)

5 所以煙氣的熱量損失為:9.8?10KJ

5 計算出煙氣帶走的熱量為9.8?10KJ，根據江蘇嘯波再生金屬料的選用。因為爐子爐膛里裝的是鋁液，那么要考慮在爐子的最內層要用對鋁液無污染的爐襯材料，而且要有一定的強度，避免爐襯在高溫下失去其性能，從以上考慮出發(fā)，爐子的內設備成套有限公司的多年經驗，一般保溫爐中的熱量損失主要是由高溫煙氣帶走的，通常在30%,70%。根據計算得到其帶走量為總熱量的67%。

(4)爐子墻壁的散熱損失

通常爐子的外壁都是鋼板包裹，在爐子成品后需在表面涂一層銀光漆，這樣表面的黑度就減小了。根據國家的規(guī)定，要求爐子的外表面溫度不得高于室內環(huán)境溫度40?，假設室溫為20?，那么爐子外表面的最高溫度為60方鋁管?，爐子內表面溫度為850?.

在計算爐壁的散熱損失時，首先考慮的是爐襯材襯材

10t熔鋁保溫爐的設計 19 料選用Al2O3?75%的一級高鋁磚，這種磚含鋁量較高，不易污染鋁液，而且能夠承受高溫，這是選用一級高鋁磚的主要原因。同時由于爐子的各個墻壁在爐子中起著不同的作用，則從經濟、安全使用的角度來選用不同的耐火材料。在計算不同的爐壁時的具體分析。

?爐底散熱損失計算

爐底爐襯材料的使用:300?的高鋁磚層、100?的澆注料、136?的輕質保溫磚，在爐底的斜坡部分，高鋁磚用澆注料來代替，主要是為了砌筑的方便，因為澆注料是一次成型的，且硬度也很高。爐口也用澆注料，這樣便于工人的操作，它一次成型，沒有磚縫，硬度高，防止鋁液的泄漏。

Q——煙氣損失熱量 氣

已知爐膛溫度為800,850?，那么煙氣溫度也在這個范圍內，取最高850

[9]計算，知道850?下，各種氣體的體積焓:

3CO=1845.8KJ/m 2

3HO =1422.3 KJ,m 2

3N=1168.7KJ,m 2 方鋁管

根據煙氣的組成計算出每小時各種氣體的生成量如下:

3V=770?9.6%=70.9(m) CO2

3V =770?18.7%=144.0(m) H2O

3V=770?71.7%=552.1(m) N2 方鋁管鋁壁散熱器

由此計算850?煙氣帶走的熱量為:

(3.5) ,,，,，,QVVViiiH2OH2O氣CONCON2222

[8](3)煙氣損失量

在燃料燃燒的過程中會產生大量的高溫煙氣，這些煙氣會帶走很大一部

分熱量，所以煙氣熱量的損失是爐子熱損失中比重最大的，本爐采用的燃料

是天然氣。同固體燃料、液體燃料相比較，氣體燃料燃燒完全且易于控制，

容易實現燒嘴的空氣、燃料自動比例調節(jié)，還可對燃料和空氣進行高溫預熱，

從而提高燃燒效能和有效地節(jié)約燃料。天然氣在氣體燃料中又具有高熱值，

污染少的特點，它被視為最干凈的能源之一，這樣有利于企業(yè)的環(huán)保，目前

天然氣的設施十分完備，便于安裝，節(jié)約了資金。