《热工基础及设备》课程设计大纲一、课程设计的性质、目的及任务《热工基础及设备》材料本科专业的必修课，是培养材料人才的专业基础课之一，本课程设计是本门课的理论在硅酸盐盐案炉中的应用。本课程设计的任务是为学生从事无机非金属材料工业方面的工作打下坚实的理论和技术基础。二、课程设计的基本要求必须掌握窑炉内燃料的燃烧、气体流动、传热计算，能够运用有关设计手册和参考资料，设计常用炉窑燃烧系统的空气量和废气量的计算，工业窑炉中的热平衡计算，由于课程设计时间只有一周，本课程设计选工业窑炉的燃烧计算和热平衡计算作为设计的主要内容。三、主要内容1、燃料燃烧的计算，蓄热室的设计、换热器的设计、烟道的设计以及相关图纸的绘制。2、窑炉各部分的热平衡分析。四、制定本大纲的说明本设计大纲是无机非金属专业《热工基础与设备》课程设计的基本内容。主讲教师根据本门课制订本设计大纲。《热工基础与设备》课程设计指导书1、本设计时间为二周，每学年第一学期第19、20周，20周周五交设计说明书。2、热平衡计算是玻璃工业、水泥工业以及陶瓷工业最常用的计算过程，课程设计将本门课所学知识运用到实际生产工艺过程中，为毕业设计打下良好的基础。燃烧的设计计算指导书一、玻璃工业的生产过程玻璃的生产过程：配合料的制备→配料在融化部的融化→配料在冷却部的融化→玻璃液的成型一→切裁成成品→装箱。配料在熔化部的融化是在熔窑中进行的，熔化部是主要供入燃料的地方，在冷却部则因为要实现玻璃液的冷却，因此不再供入燃料，熔化部的燃料的攻入量的确定需要通过其热平衡计算来确定，本设计选择以熔化部的热平衡计算作为为期一周的设计内容。二、熔化部的热平衡计算1、热平衡分析1
1 《热工基础及设备》课程设计大纲 一、课程设计的性质、目的及任务 《热工基础及设备》材料本科专业的必修课，是培养材料人才的专业基础课之一， 本课程设计是本门课的理论在硅酸盐盐窑炉中的应用。本课程设计的任务是为学生从事 无机非金属材料工业方面的工作打下坚实的理论和技术基础。 二、课程设计的基本要求 必须掌握窑炉内燃料的燃烧、气体流动、传热计算，能够运用有关设计手册和参考资料， 设计常用炉窑燃烧系统的空气量和废气量的计算，工业窑炉中的热平衡计算，由于课程设计 时间只有一周，本课程设计选工业窑炉的燃烧计算和热平衡计算作为设计的主要内容。 三、主要内容 1、燃料燃烧的计算，蓄热室的设计、换热器的设计、烟道的设计以及相关图纸的绘制。 2、窑炉各部分的热平衡分析。 四、制定本大纲的说明 本设计大纲是无机非金属专业《热工基础与设备》课程设计的基本内容。主讲教师根据 本门课制订本设计大纲。 《热工基础与设备》课程设计指导书 1、 本设计时间为二周，每学年第一学期第 19、20 周，20 周周五交设计说明书。 2、 热平衡计算是玻璃工业、水泥工业以及陶瓷工业最常用的计算过程，课程设计将本门课 所学知识运用到实际生产工艺过程中，为毕业设计打下良好的基础。 燃烧的设计计算指导书 一、 玻璃工业的生产过程 玻璃的生产过程：配合料的制备→配料在融化部的融化→配料在冷却部的融化→玻璃液 的成型→切裁成成品→装箱。配料在熔化部的融化是在熔窑中进行的，熔化部是主要供入燃 料的地方，在冷却部则因为要实现玻璃液的冷却，因此不再供入燃料，熔化部的燃料的攻入 量的确定需要通过其热平衡计算来确定，本设计选择以熔化部的热平衡计算作为为期一周的 设计内容。 二、 熔化部的热平衡计算 1、 热平衡分析
窑顶散热燃料带入物理热燃料燃烧供入化学热二次空气带入废气带走热量热量雾化空气带入物理热>窑池散热2熔化配料所需的热量本设计中的热收入项有四项：(1)燃料燃烧供入化学热，(2)二次空气带入物理热(3)燃料带入物理热(4)雾化空气带入物理热本设计中的热支出项主要由五项组成：[1]废气带走热量[2]熔化配料所需热量[3]窑池散热[4]窑顶散热达到热平衡时(1)+(2)+(3)+(4)+(5)=[1]+[2]+[3]+[4]油的燃烧计算仿照《硅酸盐工业热工基础》247页表格，根据任务书的提供的油的数据，完成上表1-1计算。2
2 本设计中的热收入项有四项： （1） 燃料燃烧供入化学热， （2） 二次空气带入物理热 （3） 燃料带入物理热 （4） 雾化空气带入物理热 本设计中的热支出项主要由五项组成： [1]废气带走热量 [2]熔化配料所需热量 [3]窑池散热 [4]窑顶散热 达到热平衡时(1)+(2)+(3)+(4)+(5)=[1]+[2]+[3]+[4] 油的燃烧计算 仿照《硅酸盐工业热工基础》247 页表格，根据任务书的提供的油的数据，完成上表 1-1 计 算
表1-1燃烧的计算组质量摩尔数烟气量燃烧所需理论空气量成(kmol)(kmol)(kg)(Nm=/100kg)N202总计02N2cOH2s002cH0sMA合计A=1.2时的实际烟气量实际烟气组成2、各热收入项及热支出项的计算热收入项的计算：(1)燃料燃烧供入的化学热：Q)=G*Qnet其中：G一供油量，kg/h;Qnet一燃料低热值，kJ/kg，油的Qnet计算可以采用《硅酸盐工业热工基础》233页公式（48)。（2）二次空气带入物理热：Q(2)=V空*C空*T空（二次空气为所需的空气总量中除掉雾化空气剩余的空气量V空一二次空气的体积；*C空一空气在T温度下的定容比热，可通过空气的物性查取程序获得（在网络教学平台上有）：T为预热空气热温度，在设计任务书中给出。（3）燃料带入物理热Q(3）=G油*C油*T油T油一一重油雾化前温度（取100℃）G油一一重油用量C油一一重油在T油下的比热C油=1.74+0.0025t油3
3 表 1-1 燃烧的计算 组 成 质量 （kg） 摩尔数 (kmol) 燃烧所需理论空气量 （kmol） 烟气量 (Nm3 /100kg) N2 O2 CO 2 H2 O S O2 O2 N2 总计 C H O N S M A 合 计 A=1.2 时的实际烟气量 实际烟气组成 2、各热收入项及热支出项的计算 热收入项的计算： (1)燃料燃烧供入的化学热：Q（1）=G* Qnet 其中：G—供油量，kg/h; Qnet—燃料低热值，kJ/kg; 油的 Qnet 计算可以采用《硅酸盐工业热工基础》233 页公 式（4—8）。 （2）二次空气带入物理热：Q（2）=V C T ' ' ' * 空 * 空 空 （二次空气为所需的空气总量中除 掉雾化空气剩余的空气量） V ' 空 —二次空气的体积； *C ' 空 —空气在 T ' 空 温度下的定容比热，可通过空气的物性查 取程序获得（在网络教学平台上有）； T ' 空 为预热空气热温度，在设计任务书中给出。 （3）燃料带入物理热 Q（3） =G 油*C 油*T 油 T 油——重油雾化前温度 （取 100℃） G 油——重油用量 C 油——重油在 T 油下的比热 C 油=1.74+0.0025t 油
（4）雾化空气带入物理热：Q(4)=V*C*T空V空一所用雾化空气体积；T空一雾化空气的温度，设计任务书给出：C空一空气在T空温度下的比热，查表得。热支出项的计算废气离窑时带走热量；Qi21=V捆*C烟*T烟V烟一所产生的烟气体积；T烟一烟气温度，由设计任务书中给出；C烟一烟气在T下的定容比热，烟气平均比热用加权平均计算C烟=ZxcC一为烟气中各气体在T温度下查得的比热；（各种组成气体的定容比热，可以先查组成气体的定压比热，再由定压比热除以气体分子量得到定容比热）x；一各气体在烟气中所占的百分数。（烟气组成由表1-1获得)[2]熔化配料所需热量：Q=G*q玻G玻一每小时熔化的玻璃液量，由日熔化量除以24而得，kg/h；q效一由配料熔化成1kg玻璃液耗热，kJ/kg，此值的大小涉及配料的各物质成分，计算比较繁琐，因此本设计直接根据经验值取q玻=2500kJ/kg玻璃液。[3]窑池散热：Q[3]=F*q范F一池底散热面积，本设计取为25m2q池一池底散热热流，本设计取为5400kJ/m2h[4]窑顶散热：Q[4]=F**q项F项一窑顶面积，本设计取300m2q项一窑顶散热热流，本设计取为7200kJ/m2·h.。本设计需要通过热平衡计算，确定在给定的条件下的小时耗油量，根据计算得到用油量，计算出各收入项预热支出项的大小，编制如下热平衡表：表1-2热平衡表热收入热支出热量热量占收入占散失KJ/h热量KJ/h热量(%)(%)燃料燃烧废气带走热量供入化学热
4 （4）雾化空气带入物理热：Q（4）= V 空*C 空*T 空 V 空—所用雾化空气体积； T 空—雾化空气的温度，设计任务书给出； C 空—空气在 T 空温度下的比热，查表得。 热支出项的计算 废气离窑时带走热量；Q[2]= V ' 烟 * C烟 * T 烟 V ' 烟 —所产生的烟气体积； T 烟 —烟气温度，由设计任务书中给出； C烟 —烟气在 T 烟 下的定容比热，烟气平均比热用加权平均 计算 C烟 = i i x c i c —为烟气中各气体在 T 烟 温度下查得的比热；（各种组成 气体的定容比热，可以先查组成气体的定压比热，再由定压比热除以气体分子量得到定 容比热) i x —各气体在烟气中所占的百分数。(烟气组成由表 1-1 获 得） [2]熔化配料所需热量: Q②=G 玻*q 玻 G 玻—每小时熔化的玻璃液量，由日熔化量除以 24 而得，kg/h; q 玻—由配料熔化成 1kg 玻璃液耗热，kJ/kg,此值的大小涉及配料的 各物质成分，计算比较繁琐，因此本设计直接根据经验值取q 玻=2500kJ/kg玻璃液。 [3]窑池散热: Q[3]=F*q 池 F—池底散热面积，本设计取为 25m2 ; q 池—池底散热热流，本设计取为 5400kJ/m2·h; [4]窑顶散热: Q[4] =F 顶*q 顶 F 顶—窑顶面积，本设计取 300m2 ; q 顶—窑顶散热热流，本设计取为 7200kJ/m2·h.。 本设计需要通过热平衡计算，确定在给定的条件下的小时耗油量，根据计算得到用油 量，计算出各收入项预热支出项的大小，编制如下热平衡表： 表 1-2 热平衡表 热收入 热支出 热量 KJ/h 占收入 热量 （%） 热量 KJ/h 占散失 热量 （%） 燃料燃烧 供入化学热 废气带走热 量
二次空气带入熔化配料物理热所需热量燃料带入窑池散热物理热雾化空气窑顶散热带入物理热总计总计燃烧的设计计算任务书（第一组）日熔化量400吨玻璃横熔窑的熔化部热平衡计算设计资料（1）所用燃料为20#重油，其收到基成分如下：CH0NsMA其中M为水分86.012.50.10.80.50.070.03A为灰分(2)重油雾化前的温度为100℃；(3)燃烧后废气的温度为1100℃（4）雾化用空气为100℃：（5）二次空气预热到1000℃：（6）雾化用空气占实际空气量的10%；（7）二次空气占实际空气量的90%；(8）空气消耗系数取1.2。日熔化量450吨玻璃横熔窑的熔化部热平衡计算（第二组）设计资料（1）所用燃料为20#重油，其收到基成分如下：McH0NsA其中M为水分0.0386.012.50.10.80.50.07A为灰分(2)重油雾化前的温度为100℃：(3)燃烧后废气的温度为1100℃；（4）雾化用空气为100℃；（5）二次空气预热到1000℃：（6）雾化用空气占实际空气量的10%；（7）二次空气占实际空气量的90%；(8）空气消耗系数取1.2。日熔化量500吨玻璃横熔窑的熔化部热平衡计算（第三组）设计资料5
5 二次空气带入 物理热 熔化配料 所需热量 燃料带入 物理热雾化 窑池散热 空气 带入物理热 窑顶散热 总计 总计 燃烧的设计计算任务书（第一组） 日熔化量 400 吨玻璃横熔窑的熔化部热平衡计算 设计资料 （1）所用燃料为 20#重油，其收到基成分如下： C H O N S M A 其中 M 为水分 86.0 12.5 0.1 0.8 0.5 0.07 0.03 A 为灰分 (2)重油雾化前的温度为 100℃； (3)燃烧后废气的温度为 1100℃； （4）雾化用空气为 100℃； （5）二次空气预热到 1000℃； （6）雾化用空气占实际空气量的 10%； （7）二次空气占实际空气量的 90%； (8) 空气消耗系数取 1.2。 日熔化量 450 吨玻璃横熔窑的熔化部热平衡计算（第二组） 设计资料 （1）所用燃料为 20#重油，其收到基成分如下： C H O N S M A 其中 M 为水分 86.0 12.5 0.1 0.8 0.5 0.07 0.03 A 为灰分 (2)重油雾化前的温度为 100℃； (3)燃烧后废气的温度为 1100℃； （4）雾化用空气为 100℃； （5）二次空气预热到 1000℃； （6）雾化用空气占实际空气量的 10%； （7）二次空气占实际空气量的 90%； (8) 空气消耗系数取 1.2。 日熔化量 500 吨玻璃横熔窑的熔化部热平衡计算（第三组） 设计资料
（1）所用燃料为20#重油，其收到基成分如下：c0NsMAH其中M为水分86.012.50.10.80.50.070.03A为灰分(2)重油雾化前的温度为100℃；(3)燃烧后废气的温度为1100℃；（4）雾化用空气为100℃：（5）二次空气预热到1000℃：（6）雾化用空气占实际空气量的10%；（7）二次空气占实际空气量的90%(8）空气消耗系数取1.2。日熔化量550吨玻璃横熔窑的熔化部热平衡计算（第四组）设计资料（1）所用燃料为20#重油，其收到基成分如下：MCH0NsA其中M为水分86.012.50.10.80.50.070.03A为灰分(2)重油雾化前的温度为100℃；(3)燃烧后废气的温度为1100℃；（4）雾化用空气为100℃；（5）二次空气预热到1000℃；（6）雾化用空气占实际空气量的10%：（7）二次空气占实际空气量的90%；(8)空气消耗系数取1.2。换热器设计任务书（各组的此部分任务书相同）1、烟气进入换热器的温度500℃。烟气量采用燃烧设计计算的烟气量：烟气离开换热器的温度为100摄氏度，烟气在换热器内的平均流动速度为1.0m/s；（烟气与管壁的对流换热系数计算时，采用烟气的平均温度作为定性温度）2、水在换热器内的流动速度0.1m/s，水进入换热器时的温度25摄氏度，流出换热器时的温度为85摄氏度：（水和换热器内壁的对流换热器计算时采用水的平均温度作为定性温度）3、换热管采用Φ32x2.5的管子（不考虑换热器的厚度对内外壁侧面积及所引起的影响）设计一个列管式换热器6
6 （1）所用燃料为 20#重油，其收到基成分如下： C H O N S M A 其中 M 为水分 86.0 12.5 0.1 0.8 0.5 0.07 0.03 A 为灰分 (2)重油雾化前的温度为 100℃； (3)燃烧后废气的温度为 1100℃； （4）雾化用空气为 100℃； （5）二次空气预热到 1000℃； （6）雾化用空气占实际空气量的 10%； （7）二次空气占实际空气量的 90%； (8) 空气消耗系数取 1.2。 日熔化量 550 吨玻璃横熔窑的熔化部热平衡计算（第四组） 设计资料 （1）所用燃料为 20#重油，其收到基成分如下： C H O N S M A 其中 M 为水分 86.0 12.5 0.1 0.8 0.5 0.07 0.03 A 为灰分 (2)重油雾化前的温度为 100℃； (3)燃烧后废气的温度为 1100℃； （4）雾化用空气为 100℃； （5）二次空气预热到 1000℃； （6）雾化用空气占实际空气量的 10%； （7）二次空气占实际空气量的 90%； (8) 空气消耗系数取 1.2。 换热器设计任务书（各组的此部分任务书相同） 1、 烟气进入换热器的温度 500℃。烟气量采用燃烧设计计算的烟气量；烟气离开 换热器的温度为 100 摄氏度，烟气在换热器内的平均流动速度为 1.0m/s；（烟 气与管壁的对流换热系数计算时，采用烟气的平均温度作为定性温度） 2、 水在换热器内的流动速度 0.1m/s，水进入换热器时的温度 25 摄氏度，流出换 热器时的温度为 85 摄氏度；（水和换热器内壁的对流换热器计算时采用水的 平均温度作为定性温度） 3、 换热管采用 32x2.5 的管子（不考虑换热器的厚度对内外壁侧面积及所引起 的影响） 设计一个列管式换热器