管式加热炉第六节对流室的传热计算

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1、第第6 6节对流室的传热计算节对流室的传热计算6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 对流室的计算对流室的计算6.1 6.1 概概述述6.1.1 6.1.1 对流室的作用及特点对流室的作用及特点6.1.2 6.1.2 对流室的主要计算内容对流室的主要计算内容6.1.1 6.1.1 对流室的作用及特点对流室的作用及特点作用：降低排出烟气的温度；作用：降低排出烟气的温度； 减少加热炉因为烟气排空而带来的热损失；减少加热炉因为烟气排空而带来的热损失； 提高加热炉的热效率提高加热炉的热效率 特点：特点：以对流传热为主；以对流传热为主； 烟气除与炉管进行对流传热外，其辐射烟气除与炉管进行对流传热外，其辐

2、射传热也占据很大份额；传热也占据很大份额； 对流室的炉墙参与辐射换热过程对流室的炉墙参与辐射换热过程6.1.2 6.1.2 对流室的主要计算内容对流室的主要计算内容 目的：确定对流室的传热面积目的：确定对流室的传热面积A Actct； 确定对流室炉管表面平均热强度确定对流室炉管表面平均热强度q qc c方法：方法：与在第五章传热中的计算方法类似；与在第五章传热中的计算方法类似； 但既考虑对流传热，又要考虑辐射传热；但既考虑对流传热，又要考虑辐射传热； 计算过程更为复杂计算过程更为复杂 6.2 6.2 对流室的计算对流室的计算6.2.1 6.2.1 对流室的可选尺寸对流室的可选尺寸6.2.2 6

3、.2.2 对流室尺寸的确定对流室尺寸的确定6.2.3 6.2.3 对流室传热面积对流室传热面积A Actct的确定的确定6.2.4 6.2.4 过热蒸汽管的计算过热蒸汽管的计算 6.2.1 6.2.1 对流室的可选尺寸对流室的可选尺寸 燃燃料料中中含含重重金金属属较较少少时时：一一般般采采用用钉钉头头管管或或翅片管，以增加换热面积强化传热；翅片管，以增加换热面积强化传热； 采采用用较较劣劣质质燃燃料料时时：采采用用光光管管，因因其其生生成成的的灰灰比比较较多多；采采用用钉钉头头管管、翅翅片片管管，污污垢垢热热阻阻会会由由于灰尘迅速集结而急剧增加；于灰尘迅速集结而急剧增加； 炉管的型式：炉管的型

4、式： 注注：无无论论采采用用哪哪种种管管子子型型式式，在在对对流流室室中中都都应安装吹灰装置，以减小污垢热阻。应安装吹灰装置，以减小污垢热阻。6.2.1 6.2.1 对流室的可选尺寸对流室的可选尺寸 对对流流室室炉炉管管排排列列方方式式与与换换热热器器中中一一样样，有有正正三三角角形形排排列列和和正正方方形形旋旋转转4545o o排排列列，一一般般采采用正三角形排列。用正三角形排列。炉管的排列方式：炉管的排列方式： 6.2.1 6.2.1 对流室的可选尺寸对流室的可选尺寸光光管管：管管间间距距S S1 1= =（1.51.52 2）d dc c，对对流流室室最最小小截面处烟气的质量流速截面处烟

5、气的质量流速Mg=1.5Mg=1.52kg/(m2kg/(m2 2S)S)； 钉钉头头管管：管管间间距距S S1 1= =（2 22.42.4）d dc c，质质量量流流速速Mg=2Mg=24kg/(m4kg/(m2 2S)S)。 一般情况下，多采用一般情况下，多采用S S1 1=2d=2dc c。管间距：管间距： 6.2.1 6.2.1 对流室的可选尺寸对流室的可选尺寸对对流流室室管管径径尺尺寸寸同同辐辐射射室室，尺尺寸寸范范围围为为6060152mm152mm，多采用，多采用6060150mm150mm。在在对对流流室室为为水水平平放放置置的的圆圆筒筒炉炉内内，对对流流室室通通常选用与辐射

6、管相同的直径及相同的管程数。常选用与辐射管相同的直径及相同的管程数。管径：管径： 6.2.2 6.2.2 对流室尺寸的确对流室尺寸的确定定对流室宽度对流室宽度S S： 式中：式中：d dc c对流管的外径；对流管的外径； n nW W每排对流管根数；每排对流管根数； S S1 1管心距；管心距； 3d 3dc c相当于最外侧的对流炉管与对流室炉相当于最外侧的对流炉管与对流室炉墙之间的距离。墙之间的距离。 6.2.2 6.2.2 对流室尺寸的确对流室尺寸的确定定长度长度L L： 式中：式中：m mg g 烟气的质量流量，烟气的质量流量，kg/hkg/h； a af f 每根光管或钉头管所占的流通

7、截面积，每根光管或钉头管所占的流通截面积，m m2 2； n nW W 每排对流管的根数；每排对流管的根数； Lc Lc 对流管有效长度，对流管有效长度，m m。烟气的质量流速烟气的质量流速 ：对流管有效长度：对流管有效长度： 6.2.2 6.2.2 对流室尺寸的确对流室尺寸的确定定对流室的高度对流室的高度H HC C： H HC C由对流室炉管的排数（传热面积）而定：由对流室炉管的排数（传热面积）而定：其中：其中： 6.2.3 6.2.3 对流室传热面积对流室传热面积A Actct的确定的确定 计计算算思思路路和和换换热热器器传传热热面面积积的的计计算算思思路路一一样样。设设对对流流室室热热

8、负负荷荷为为Q Qc c，对对数数平平均均温温差差为为ttm m，总传热系数为，总传热系数为K Kc c，则有：，则有：6.2.3 6.2.3 对流室传热面积对流室传热面积A Actct的确定的确定 对流室的热负荷：对流室的热负荷： 说明：说明：对流室的热负荷等于加热炉的总热负荷对流室的热负荷等于加热炉的总热负荷Q Q减去辐射室热负荷减去辐射室热负荷Q QR R ；遮蔽管包括在辐射室中；遮蔽管包括在辐射室中；对流室中敷设有过热蒸汽管，这部分蒸对流室中敷设有过热蒸汽管，这部分蒸汽所吸收的热量，应记在对流室的热负荷中。汽所吸收的热量，应记在对流室的热负荷中。 6.2.3 6.2.3 对流室传热面积

9、对流室传热面积A Actct的确定的确定 2.2.对数平均温差对数平均温差ttm m： 为确保对流传热，烟气为确保对流传热，烟气出对流室的温度出对流室的温度1 1与管内与管内介质入炉的温度介质入炉的温度1 1要保持适要保持适当的温差，并据此来确定烟当的温差，并据此来确定烟气出对流室的温度（推荐温气出对流室的温度（推荐温差为差为100100150150）。）。 6.2.3 6.2.3 对流室传热面积对流室传热面积A Actct的确定的确定 3.3.总传热系数的总传热系数的K Kc c的计算：的计算： 管内介质的对流传热系数管内介质的对流传热系数i i： 单相流，管内，受迫运动，单相流，管内，受迫

10、运动，西德尔泰特准数式：西德尔泰特准数式：说明：说明：a.a.、t t管内介质在平均温度和管壁温度下的粘度，管内介质在平均温度和管壁温度下的粘度，PasPas； b.b.使用条件：使用条件：Re10Re104 4，0.7Pr167000.7Pr6060，特别适用，特别适用于粘性流体。对于空气，应用于粘性流体。对于空气，应用0.0230.023代替代替0.0270.027； c.c.若关键性热阻在气膜，可选经验数据，如：当管内为原若关键性热阻在气膜，可选经验数据，如：当管内为原油时：油时：i i=1163W/(m=1163W/(m2 2K)K)；裂化原料：；裂化原料：i i=930W/(m=93

11、0W/(m2 2K)K)；重油：重油：i i=698W/(m=698W/(m2 2K)K)； d.d.加热炉炉管内的结垢热阻加热炉炉管内的结垢热阻R Ri i可查附录，故包括可查附录，故包括R Ri i在内的在内的管内对流传热膜系数为：管内对流传热膜系数为：6.2.3 6.2.3 对流室传热面积对流室传热面积A Actct的确定的确定 3.3.总传热系数的总传热系数的K Kc c的计算：的计算： 管外综合传热系数管外综合传热系数o o: : 炉墙的辐射系数炉墙的辐射系数owowo o烟气的对流传热膜系数烟气的对流传热膜系数ococ烟气的辐射系数烟气的辐射系数ororA A烟气的对流传热膜系数烟

12、气的对流传热膜系数ococ： a a努塞尔（努塞尔（NusseltNusselt）准数方程式：）准数方程式： 式中：式中：a a与管束的排列形式有关的系数，与管束的排列形式有关的系数， 正三角形排列时，正三角形排列时，a=0.33a=0.33；正方形排列时，；正方形排列时，a=0.26a=0.26； G Gg g 烟气在最小截面处的质量流速，烟气在最小截面处的质量流速，kg/(mkg/(m2 2s)s)； d dc c 对流管的外径，对流管的外径，m m。应用条件：烟气的雷诺数应用条件：烟气的雷诺数Reg30000Reg30000 A A烟气的对流传热膜系数烟气的对流传热膜系数ococ： b.

13、 b. 蒙拉特（蒙拉特（MonradMonrad）准数方程式：）准数方程式： 钉头管和翅片管：钉头管和翅片管： 光管：光管：A A烟气的对流传热膜系数烟气的对流传热膜系数ococ： c c布里吉什（布里吉什（BriggsBriggs）准数方程式：）准数方程式： 式中：式中：S S翅片与翅片的间隙，翅片与翅片的间隙，m m；X X翅片高度，翅片高度，m m。环形（横向）翅片管环形（横向）翅片管 ，正三角形排列的管束：，正三角形排列的管束： B B烟气的辐射系数烟气的辐射系数oror： 式中：式中：t t管壁的黑度，管壁的黑度，t t=0.9=0.9；g g气体的黑度；气体的黑度；g g 气体的吸

14、收率；气体的吸收率；T Tg g，T Tt t分别为气体和管壁的温度，分别为气体和管壁的温度，K K。C C炉墙的辐射系数炉墙的辐射系数owow： 式中：式中：T Tt t管壁平均温度，管壁平均温度，K K； t t、w w分别为管壁和炉墙的黑度。分别为管壁和炉墙的黑度。 综上所述，管外综合传热系数综上所述，管外综合传热系数 ：管外的结垢热阻：管外的结垢热阻： 烧气体燃料或带有吹灰装置的烧液体燃料的炉子烧气体燃料或带有吹灰装置的烧液体燃料的炉子 ：不大于不大于0.0043m0.0043m2 2K/W K/W 没有吹灰装置的采用液体燃料的加热炉：没有吹灰装置的采用液体燃料的加热炉：一般取为一般取

15、为0.0086 0.0086 m m2 2K/W K/W 故包括故包括R Ro o在内的管外综合传热系数为：在内的管外综合传热系数为： 6.2.3 6.2.3 对流室传热面积对流室传热面积A Actct的确定的确定 3.3.总传热系数的总传热系数的K Kc c的计算：的计算： 对流室的总传热系数对流室的总传热系数K Kc c： 忽略金属壁热阻：忽略金属壁热阻：6.2.3 6.2.3 对流室传热面积对流室传热面积A Actct的确定的确定 对流管的表面积、总排数及表面热强度：对流管的表面积、总排数及表面热强度： 表面积：表面积： 总排数：总排数： 表面热强度：表面热强度： 6.2.4 6.2.4

16、 过热蒸汽管的计算过热蒸汽管的计算 作用：提高加热炉的热效率作用：提高加热炉的热效率 排列：排列：需根据温差合理安排，尽量将其放置在烟气温需根据温差合理安排，尽量将其放置在烟气温度不超过度不超过450450之处，这样就可以使用碳钢管；之处，这样就可以使用碳钢管；管程数应采用偶数，以便使进出口联接都安置管程数应采用偶数，以便使进出口联接都安置在炉子的同一侧。在炉子的同一侧。 6.2.4 6.2.4 过热蒸汽管的计算过热蒸汽管的计算 总传热系数：总传热系数： 式中：式中：烟气对管束的综合放热系数；烟气对管束的综合放热系数；水蒸汽的对流传热膜系数：水蒸汽的对流传热膜系数： M MW W管内过热水蒸汽的质量速度；管内过热水蒸汽的质量速度；d di i过热水蒸汽管的内径，过热水蒸汽管的内径，m m。