《化工原理讲稿应化管式加热炉5ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理讲稿应化管式加热炉5ppt课件（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八节辐射室的传热计算 一、一、辐射室的射室的设计计算算 二、二、辐射室的校核射室的校核计算算 三、关于三、关于辐射室操作的几点射室操作的几点阐明明一、一、辐射室的射室的设计计算算炉管：炉管： 外径外径dOdO，内径，内径didi，管心距，管心距S1S1，管子数，管子数n n；构造尺寸：构造尺寸： 炉膛直径炉膛直径D D，节圆直径直径DD，有效，有效辐射射长度度LefLef； 设计计算算处理的理的问题包括：包括：第八节辐射室的传热计算 1.1.辐射管外表射管外表热强度度qR qR 定定义：单位位时间内内经过每平方米炉管外表每平方米炉管外表积所所传送送的的热量量 讨论：QRQR一定一定QR=70
2、QR=7080%Q80%Q，qR ARtqR ARt基建投基建投资费用用；ArtArt一一样， qR qR 消消费才干才干;v热强度度qRqR的大小的大小标志着炉子志着炉子传热面面积的高低的高低 v允允许热强度度 第八节辐射室的传热计算 影响要素：影响要素：被加被加热介介质的的热稳定性：定性： 包括介包括介质的的热稳定性、油品芳香定性、油品芳香烃含量、被含量、被 加加热介介质的流速的流速选用炉管的材用炉管的材质 炉管受炉管受热的不均匀性的不均匀性 第八节辐射室的传热计算 2. 2. 辐射管外表射管外表积ARt ARt 第八节辐射室的传热计算 3.3.辐射管管外径射管管外径dodo及管心距及管心
3、距S1 S1 (1)dO(1)dO的的设计： 由管内冷介由管内冷介质流速流速u u： 式中：式中：W W管内介管内介质流量，流量，kg/hkg/h； N N管程数，普通不用奇数；管程数，普通不用奇数； 管内介管内介质在在2020的密度，的密度，kg/m3kg/m3第八节辐射室的传热计算 讨论：a.u, dia.u, di，对流流传热系数系数ii，有利于，有利于传热；但；但 u,P u,P；b.do=di+2b.do=di+2管外径管外径 = = 管内径管内径 + 2 + 2壁厚，壁厚，壁厚根据壁厚根据压强选定，普通定，普通为6 612mm12mm，然后参，然后参照国照国产炉炉规格格选定。定。
4、第八节辐射室的传热计算 (2)S1(2)S1的的设计： v增大增大S1 S1 ，可使炉，可使炉墙一面的炉管外表到达一面的炉管外表到达较大的大的部分部分热强度，从而改善炉管沿度，从而改善炉管沿圆周方向的受周方向的受热不不均匀性，也就提高了炉管外表的平均均匀性，也就提高了炉管外表的平均热强度；度；v管心距普通在管心距普通在1.81.82.25do2.25do之之间，引荐运用，引荐运用2do2do第八节辐射室的传热计算 4.4.辐射室或炉膛尺寸射室或炉膛尺寸 (1)(1)炉膛的高度：炉膛的高度： 高径比炉管的有效高径比炉管的有效长度与中心度与中心节圆直径之比直径之比 国外：国外：2.52.53.03
5、.0，国内：，国内：1.71.72.5 2.5 确定：确定：取取 Lef=(1.7 Lef=(1.73.0)D 3.0)D 第八节辐射室的传热计算 (2)(2)炉管根数炉管根数n n： 所需炉管所需炉管总数数n n应为： 但但实践的炉管根数践的炉管根数应选为管程数管程数N N的整数倍的整数倍第八节辐射室的传热计算 (3)(3)炉膛的直径炉膛的直径D D： 根据根据实践炉管数算出中心践炉管数算出中心节圆直径直径DD，再加上，再加上2 2倍的管中心至炉壁的倍的管中心至炉壁的间隔普通隔普通间隔取隔取1.5do1.5do，即即为实践炉膛的直径。即：践炉膛的直径。即： D=D+1.5do2=D+3do
6、D=D+1.5do2=D+3do第八节辐射室的传热计算 5.5.遮盖管遮盖管 v无反射无反射锥的空心的空心圆筒炉中筒炉中对流室下部的第一排管流室下部的第一排管v v其外表其外表积和当量冷平面面和当量冷平面面积应分分别计入入辐射管的射管的面面积和当量冷平面内和当量冷平面内 v烟气烟气对遮盖管的角系数令其等于遮盖管的角系数令其等于1 1 第八节辐射室的传热计算 二、二、辐射室的校核射室的校核计算算 1.1.存在的存在的问题a.a.辐射室内的燃料熄射室内的燃料熄灭机理尚不清楚；机理尚不清楚；b.b.发热面即烟气的温度、面即烟气的温度、组成成处处不同，即：不同，即： g=f(PCO2 g=f(PCO2
7、，PH2OPH2O，L L，Tg)Tg)， PCO2PCO2，PH2O=f(rPH2O=f(r，Z Z，)，Tg= Tg= f(rf(r，Z Z，)；c.c.吸吸热面面为一一灰灰外外表表，炉炉管管管管壁壁温温度度与与管管内内油油品品温度有关，且温度有关，且处处不同；不同；d.d.吸吸热面不延面不延续，炉，炉墙有反射作用有反射作用 第八节辐射室的传热计算 2.2.计算方法算方法v阅历方法：威方法：威尔逊罗伯霍特伯霍特尔计算式算式 v实际方法方法罗伯伊万斯方法伯伊万斯方法别洛康法洛康法区域法区域法热流量法流量法蒙特卡洛法蒙特卡洛法 第八节辐射室的传热计算 3.3.罗伯依万斯伯依万斯(Lobo-Ev
8、ans)(Lobo-Evans)法法 传热速率方程式速率方程式(1)(1)特点：特点： 只能只能计算算辐射射传热量量QRQR及烟气分开及烟气分开辐射室的温射室的温度度TgTg；不能得到烟气的温度分布及不能得到烟气的温度分布及热强度分布；度分布；不适用于高径比不适用于高径比Lef/D3Lef/D3的情况；的情况；适宜于适宜于纯加加热或或热强度分布度分布较均匀的加均匀的加热炉。炉。 第八节辐射室的传热计算 (2)(2)根本假定：根本假定： Tmax Tmax Tg Tg TgTR TgTR TtTt第八节辐射室的传热计算 (2)(2)根本假定：根本假定： 烟气在炉膛内的有效烟气在炉膛内的有效辐射温
9、度射温度TgTg等于烟气分开等于烟气分开辐射室温度射室温度Tg(Tg(烟气在炉膛内充分混合，各烟气在炉膛内充分混合，各处温度相等，温度相等，且等于烟气出口温度且等于烟气出口温度) )； 将将炽热的烟气与火焰看作一的烟气与火焰看作一发热面，将管排看作面，将管排看作一吸一吸热面，管壁温度面，管壁温度为管内介管内介质平均温度加上平均温度加上5050； 对流给未敷设炉管炉墙的热量等于其散热损失，从辐射的角度将炉墙看成一全反射面； 简化化为：在有反射面的情况下，一个：在有反射面的情况下，一个发热面与一面与一个吸个吸热面之面之间的的传热。第八节辐射室的传热计算 (3)(3)传热速率方程式：传热速率方程式：
10、 两黑外表两黑外表间的的辐射射换热：引入引入F F，辐射室内的射室内的辐射射传热速率速率QRrQRr为： 式中：式中：TgTg、TtTt烟气和管壁的平均温度，烟气和管壁的平均温度，K K； Aef Aef烟气烟气对管排的有效管排的有效辐射面射面积，m2m2； F F总辐射交射交换因数。因数。第八节辐射室的传热计算 辐射室内的射室内的对流方式流方式传热速率速率QRCQRC为： 式中：式中：RCRC对流流给热系数，系数，W/(m2.K)W/(m2.K)； ARt ARt辐射管外外表射管外外表积，m2m2。 第八节辐射室的传热计算 取取RC=11.36W/( m2K)RC=11.36W/( m2K)
11、；F=0.57F=0.57；ARt2AefARt2Aef。而当量冷平面面而当量冷平面面积Aef=ACPAef=ACP代入上式，那么：代入上式，那么：其中：其中：烟气烟气对管排的角系数；管排的角系数； ACP ACP管排所占据的全部面管排所占据的全部面积包括管包括管间空隙面空隙面积，或称或称为冷平面面冷平面面积第八节辐射室的传热计算 辐射室中射室中总的的传热速率速率QRQR为： 可以看出：可以看出：故故辐射室的射室的传热速率方程式速率方程式为： 第八节辐射室的传热计算 (4)(4)传热速率方程式中各参数确实定：传热速率方程式中各参数确实定： 冷平面面积ACP及烟气对管排的角系数： v冷平面面冷平
12、面面积ACPACP是指管排所占据的全部面是指管排所占据的全部面积： v烟气烟气对管排的角系数管排的角系数是烟气是烟气辐射射给管排的能量所占烟管排的能量所占烟v 气气辐射射总能量的分率能量的分率, , 与管排的与管排的陈列方式列方式单排或排或双双v 排、管排的受排、管排的受热方式方式单面或双面、管排的面或双面、管排的陈列列密密v 度度S1/doS1/do有关。有关。 第八节辐射室的传热计算 总辐射交射交换要素要素F: F: F F是用来修正由于模型偏向而是用来修正由于模型偏向而进展修正的参数：展修正的参数：第八节辐射室的传热计算 总辐射交射交换要素要素F: F: 第八节辐射室的传热计算 烟气的黑
13、度烟气的黑度gg： g=f(CO2g=f(CO2和和H2OH2O的的组成，炉膛的外形和大小成，炉膛的外形和大小,Tg,Tg，Tt)Tt) 与其分与其分压成正比成正比取决于熄取决于熄灭时的的计算：算：由由查图7-46(P375)CO27-46(P375)CO2和和H2OH2O的分的分压之和之和 查表表7-7(P375)7-7(P375)不同外形气体不同外形气体层的平均的平均辐射射长度度 TgTg查图7-47(P376)g 7-47(P376)g 第八节辐射室的传热计算 管壁温度管壁温度TtTt： 管壁温度与管壁温度与辐射管的射管的热强度、管内介度、管内介质的温度、管内的温度、管内对流流传热膜系数
14、、管壁的膜系数、管壁的热阻以及管壁的阻以及管壁的结垢情况有关。垢情况有关。 对于于纯加加热炉，取炉，取 式中：式中：11管内介管内介质在在辐射室入口的温度，射室入口的温度， 1 1，22分分别为管内介管内介质在在对流室入口和流室入口和辐射射室室 出口的温度，出口的温度，。第八节辐射室的传热计算 (5)(5)热平衡方程式：平衡方程式： 或或改写成与速率方程式一改写成与速率方程式一样的方式：的方式： 式中：式中：qg =f(tgqg =f(tg，)，一定一定时， qg =f(tg) qg =f(tg)代入上式：代入上式：式中只需式中只需QRQR和和tgtg是求解的未知是求解的未知数数 第八节辐射室
15、的传热计算 (6)(6)图解法确定辐射室图解法确定辐射室QRQR和和tgtg： 假定一个假定一个tgtg，查图得到得到qg/Qlqg/Ql，带入入热平衡方程式，平衡方程式，得到一个得到一个QR/AcPFQR/AcPF，在，在图7-427-42上找到一点；上找到一点； 假假设该点落在点落在传热速率曲速率曲线的左上方，那么再假的左上方，那么再假设一一个个tgtg，使，使tg=tg+tg=tg+100100200200，重新，重新计算算(QR/AcPF) (QR/AcPF) ，使第二点落在曲，使第二点落在曲线的右下方；的右下方； 衔接上述两点，接上述两点，连线与曲与曲线交点的坐交点的坐标(tg(tg
16、，QR/AcPF)QR/AcPF)即即为所求：所求： 第八节辐射室的传热计算 第八节辐射室的传热计算 三、关于三、关于辐射室操作的几点射室操作的几点阐明明 1.1.强化化辐射室内射室内传热过程的措施程的措施(1)(1)降低降低过剩空气系数剩空气系数(2)(2)添加燃料用量添加燃料用量B B(3)(3)加加强加加热炉的保温措施炉的保温措施 第八节辐射室的传热计算 2.2.辐射室射室热负荷改荷改动如何如何调理理 假假设小范小范围的的变化可以采用改化可以采用改动燃料用量的燃料用量的方法，假方法，假设辐射室射室热负荷荷变化化较大，那么大，那么应思索思索从添加从添加辐射室的炉管外表面射室的炉管外表面积的方法来的方法来进展展调理，理，采用此方法的同采用此方法的同时应思索添加火嘴的个数或改用思索添加火嘴的个数或改用喷油才干更大的火嘴，油才干更大的火嘴，还要留意火嘴的分布要留意火嘴的分布问题。第八节辐射室的传热计算 3.3.炉管被炉管被烧弯的弯的缘由由 炉管外表炉管外表热强度太大；度太大；火火烧偏了，火焰舔炉管；偏了，火焰舔炉管；炉管内部炉管内部结焦，使炉管管壁温度升高，焦，使炉管管壁温度升高， 致使炉管致使炉管变弯。弯。 第八节辐射室的传热计算
