3每小时需要70m的天然气，表3.4中表示的是天然气的主要成分以及各自的百分含量。

表3.4 天然气的成分

种类 CO+HS H CH CmHn N 22242含量/% 0.1,2 0,2 85,87 0.1,0.-333用 天然气=35000 KJ?m，将其带入公式(3.2)计算得: L=9.27

在理想状态下燃料完全燃烧时所必需的最小空气量称为理想空气消耗量;在实际条件下燃料完全燃烧或不完全燃烧所需的空气量为实际空气消耗量。实际空气量与理论空气量之比称为空气系数。

m/m。 0Q低

(2)燃料燃烧实际需要的空气量 3Nm 计算公式为: ,, (3.3) ,,LL,03，，，，kgNm

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

天然气燃烧后的主要成分见下表3.5:

表3.5天然气的主要产物

CO HO N 燃料主要产物 222主要产物成分/% 9.6 18.7 71.7

10t熔铝保温炉的设计 18 根据上表中的成分进行烟气热损失计炉底的散热损失:q, (W/m) (34 1.2,4

[7](1)燃料燃烧理论需要的空气量

用Q33低经验计算公式: (m/m) (3.2) ,1.105，，0.02L04180

.6) 底SSS11n21，，？，，，,,,,,nn21,

式中: t — 炉内温度(?); l

t — 周围大气温度(?); 0

2 α — 炉墙内表面传热系数[W/(m??)]; n

t?450?时，α?9.3+0.058t; ln

1t,450?时，数值很小可忽略不计; l,n

2 α— 炉墙外表面传热系数，值为10.33[W/(m??)]; ω

S...... S、S — 炉墙各层材料的厚度(m); n21

2 λ λλ — 炉墙各层材料的热导率[W/(m??)]。 、n......21

[10]各种耐火材料的导热系数如下:

-3高铝砖层——λ=1.31-0.16?10t,W,(m??), 1

浇注层——λ=0.33,W,(m??), (常州市金狮铝业数据) 2

-3轻质保温砖层——λ=0.25+0.22?10t,W,(m??), 3

现在根据经验假设各层的温度，设高铝砖层的温度为800?，浇注料

,SSS312，，,,,123

其中δ是各层壁的厚度之和，λ为各耐火材料的导热系数当量值。 δ、δ、δ，分别为300mm，100mm,136mm。 123

λ、λ、λ，分别为1.186〔W/(m??)〕, 0.33〔W/(m??)〕,0.294〔W/123

(m??)〕。

12]?炉墙壁的散热损失计算

炉墙壁的散热损失很复杂，计算比较麻烦，一般都是根据经验数据知道炉子外壁的温度，再根据机械设计手册上有关数据进行计算的，准确度也较高。

炉子外表面温度通常为60?，在外墙壁上涂一层金属漆，使其黑度为0.4(相当于炉

将上述的数据带入到公式(3.7)中，计算出炉底导热系数的当量值为:

λ=0.48〔W/(m??)〕

各相邻界面的温度计算: =11.79

式中 α——空气系数，气体燃料取1.05,1.1

3 L——实际空气消耗量,m α Nm/Nm,而本次设计中α的值0

333为1.1，则将单位燃烧生产烟气量为V=11.00 Nm/Nm,每小时燃烧70 m的天然0

3气产生的烟气量就为770 m，根据表(3.4)中成分进行烟气散热损失计算。

Vi 公式: (KJ/h) (3.4) Q,,气气气

SSS312 (3.8) 1.28()z,，，3,,,123

式中Z为当量厚度(m)，计算得出Z=1.33 33

,tt10 t==441.6? (3.9) ，Z,3t0，，105z6D 壳钢板涂铝漆的黑度)，处于20?的流动空气中。

经验公式: Q=kq (3.16) 壁壁

λ — 陶瓷板的导热系数 2

根据多层壁的导热公式得出:

_tt800,1502内外 ==1425.4(W/m) (3.17) ,q顶0.30.的热效率高，取用方便，燃气烧嘴型号很多，在选用的时候，首先根据计算出的炉子每小时的热耗，在参照厂家的型号选择。还考虑炉子是用来保温铝液的，根据烧嘴厂家建议选用高速调温

混合室

图4.1 烧嘴示意图

6由炉子的热负荷计算中得知炉子每小时的热耗为2.43?10KJ，参照生产厂家的各种型号，最终选择两只GSQ100万大卡的燃气烧嘴。

选定烧嘴后，接下来将烧嘴安装到炉子上，最重要的是选择烧嘴的安装位置，烧嘴的位置对烧嘴安装发挥热效应的影响很大，假若安装不当，可能使烧嘴的热效应不能发挥出来，进一步影响炉子的单耗，影响炉子的热效率。严重的时候还可能导致烧嘴短路，即烧嘴的热量达不到金属液体时，就已被烟囱的抽力抽走，炉子无法烧热。在烧嘴装入炉子时并不是平行于炉底，要与炉底成一定的角度，这个角度非常关键，过大或过小都会造成不同程度的损失。而且，两只烧嘴之间也应该有一定的角度关系，使两只烧嘴之间形成互相压制的关系，防止热量过快的从烟囱流失。

因为烧嘴的位置和角度的选择都是需要大量经验的，属于炉子部件中最难安装的，在公司工程师的指导下进行烧嘴的布置。首先是确定少最的型号，上文已经确定下来了。GSQ100万大卡的燃气烧嘴的圆筒直径为420mm，根据炉体的长、宽，考虑将两只烧嘴和烟囱安装到同一燃料五花、混合良好，并自带小型高温燃烧室，燃烧安全，无黑烟，提高了燃料利用率，节能效果显著。

(4)烧嘴调节比大，可适应不同加热温度要求。 的2?3处，因为安装过高的话，烧嘴气流温度较高的那一部分不能很好的利用于生产，而且通过炉子散失了。过低的话又可能对铝液产生烧烧火焰

(5)具有自动电点火、自动调节火焰监察和熄火保护全套功能。 (6)配以自动阀门和控制器即可实现全自动化。

图4.1表示的是高温调温烧嘴的各部件功能示意图，高速烧嘴最大的特点是燃料的燃烧在烧嘴内部的燃烧室内完成，形成高温的热气流后以高速喷出，热效率高，气流加大了炉内的热循环。高速烧嘴的热量主要是以热气流传导的，高速

10t熔铝保温炉的设计 23 烧嘴的出口处通常是看不到明显的火焰的，安装到同一平面上有利于炉子热量的均匀分布。烧嘴的安装面确定后，在确定烧嘴的安装高度。高速烧嘴喷射出的高温气流的火焰长度很短，高温气流的流速很快，能平面上，这样做有很大的好处。首先经过计算后，炉体的长能够将两只烧嘴和烟囱合理的安装到炉体上，并且相互之间不会影响。其次，将烧嘴和烟囱嘴或半喷式天然气烧嘴，高速调温烧嘴具有如下优点: (1) 烧嘴出口的高速热气流，加强了炉内气体的循环，提高了炉温的均匀性，保证了生产质量，同时减少了烧嘴数量。

(2)高温热气流强化了对流传热，提高了工业炉生产力和节能效果。 (3)烧嘴采用三次配风，达到100m?s到200m?s，这样的高速气流

10t熔铝保温炉的设计 24 如果没有一个好的循环路线，这样就会对炉子的热效率产生影响。确定高度首先要考虑炉高，主要参考炉门的安装位置，一般情况下将烧嘴安装在炉门高度的温度要比热气流的温度高出许多，接触到工件很容易烧损，如果烧嘴出口处的火焰过长的话就说明烧嘴没有调

空气进入节好，需进一步调节。 吹扫气

天然气

2炉顶为拱形，将其作为平面处理，计算面积为:4.864?3.952=19.22m

炉顶总散热量:Q=1425.4?19.22=27396W =98626kJ 顶

10t熔铝保温炉的设计 22 4.炉子部件选择

4.1烧嘴的选择

在计算出炉子的热负荷后，给炉子装配合适的烧嘴，还要确定烧嘴的安装位置，将热量最大化的利用，同时也不能影响其它部件的安装。最重要的是不能使铝液产生烧损，要给烧嘴确定合适的角度。

在选择烧嘴之前先明确烧嘴的类型，按燃料的种类分为煤气烧嘴，油嘴和煤粉烧嘴;按烧嘴的喷射速度分，可以分为高速烧嘴，中速烧嘴和低速烧嘴。按照供给的燃料的压力又可以将烧嘴分为高压烧嘴，中压烧嘴，低压烧嘴，他们与高

[13]速，中速，低速烧嘴又是有区别的。烧油的烧嘴主要有烧重油和柴油的，烧油的烧嘴成本过高，采用的较少，而且要考虑要怎么样将油最好的雾化，混匀，比较麻烦;煤粉烧嘴现在更是用的较少;目前大多数厂家使用的主要是方铝管烧气烧嘴，在烧气烧嘴中主要有:反射炉煤气烧嘴、城市煤气烧嘴、天然气烧嘴、液化气烧嘴等，它们各自都有不同的特点。反射炉煤气烧嘴的热值很低，只有5952KJ,7440KJ左右，气体中的主要燃烧成分为CO，很容易造成事故;城市煤气烧嘴的

式中，k为换算系数，炉壁散热面的方向为垂直炉壁，且炉壁黑度为0.4，在空气温度20?的条件下，k=0.76。

炉子的炉壁散热面积不同，因此分别计算:

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 — 耐火粘土砖导热系数; 1

炉顶的内层用的是耐火粘土砖，厚度为300mm，砖缝厚度2mm,耐火粘土砖外层是60mm厚的纤维陶瓷板。

采用理论的方法来计算炉顶的散热损失

当浇注料层与轻质保温砖层的温度为440?时，保温砖外层的温度为130?，由以上数据计算炉底总的散热损失为:

Q=634.26×2.784×3.952×130×1=907187W?的散热损失了，过程如下:

-3 λ=0.7+0.58?10t 1

长，D=3.132m

SS12 Z=1.28()=0.1,1

,tt10， t==785.8? (3.13) Z,1t0，，105z6D

此时与假设温度800?极为接近，无需再算。 h 底

单位换算:1W=0.8598kcal/h，1cal=4.1868J

5所以，炉底每小时的散热量Q=430?.

将假设的温度带入到上述的导热系数中有:

2高铝砖层——λ=1.186,W,(m??), 1

2浇注料层 —λ,0.33[W/(m??)](咨询厂家数据) 2

-32轻质保温砖层 —λ,0.25+0.22?10t[W/(m??)] 3 方铝管

根据公式(3.6)便可计算出炉底的热损失，即:

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

10t熔铝保温炉的设计 20 其中温度是两个界面的平均温度。

[11]根据公式计算出炉底导热系数的当量值，公式如下:

=130498.06+204811.2+645239.27

=980548.53 (KJ)

5 所以烟气的热量损失为:9.8?10KJ

5 计算出烟气带走的热量为9.8?10KJ，根据江苏啸波再生金属料的选用。因为炉子炉膛里装的是铝液，那么要考虑在炉子的最内层要用对铝液无污染的炉衬材料，而且要有一定的强度，避免炉衬在高温下失去其性能，从以上考虑出发，炉子的内设备成套有限公司的多年经验，一般保温炉中的热量损失主要是由高温烟气带走的，通常在30%,70%。根据计算得到其带走量为总热量的67%。

(4)炉子墙壁的散热损失

通常炉子的外壁都是钢板包裹，在炉子成品后需在表面涂一层银光漆，这样表面的黑度就减小了。根据国家的规定，要求炉子的外表面温度不得高于室内环境温度40?，假设室温为20?，那么炉子外表面的最高温度为60方铝管?，炉子内表面温度为850?.

在计算炉壁的散热损失时，首先考虑的是炉衬材衬材

10t熔铝保温炉的设计 19 料选用Al2O3?75%的一级高铝砖，这种砖含铝量较高，不易污染铝液，而且能够承受高温，这是选用一级高铝砖的主要原因。同时由于炉子的各个墙壁在炉子中起着不同的作用，则从经济、安全使用的角度来选用不同的耐火材料。在计算不同的炉壁时的具体分析。

?炉底散热损失计算

炉底炉衬材料的使用:300?的高铝砖层、100?的浇注料、136?的轻质保温砖，在炉底的斜坡部分，高铝砖用浇注料来代替，主要是为了砌筑的方便，因为浇注料是一次成型的，且硬度也很高。炉口也用浇注料，这样便于工人的操作，它一次成型，没有砖缝，硬度高，防止铝液的泄漏。

Q——烟气损失热量 气

已知炉膛温度为800,850?，那么烟气温度也在这个范围内，取最高850

[9]计算，知道850?下，各种气体的体积焓:

3CO=1845.8KJ/m 2

3HO =1422.3 KJ,m 2

3N=1168.7KJ,m 2 方铝管

根据烟气的组成计算出每小时各种气体的生成量如下:

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

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

3V=770?71.7%=552.1(m) N2 方铝管铝壁散热器

由此计算850?烟气带走的热量为:

(3.5) ,,，,，,QVVViiiH2OH2O气CONCON2222

[8](3)烟气损失量

在燃料燃烧的过程中会产生大量的高温烟气，这些烟气会带走很大一部

分热量，所以烟气热量的损失是炉子热损失中比重最大的，本炉采用的燃料

是天然气。同固体燃料、液体燃料相比较，气体燃料燃烧完全且易于控制，

容易实现烧嘴的空气、燃料自动比例调节，还可对燃料和空气进行高温预热，

从而提高燃烧效能和有效地节约燃料。天然气在气体燃料中又具有高热值，

污染少的特点，它被视为最干净的能源之一，这样有利于企业的环保，目前

天然气的设施十分完备，便于安装，节约了资金。