管式加热炉第五节辐射室的传热计算

1、第5节辐射室的传热计算 5.1 辐射室的设计计算 5.2 辐射室的校核计算 5.3 关于辐射室操作的几点说明15.1 辐射室的设计计算5.1.1 辐射管表面热强度qR 5.1.2 辐射管表面积ARt 5.1.3 辐射管管外径dO及管心距S1 5.1.4 辐射室或炉膛尺寸5.1.5 遮蔽管 2炉管： 外径dO，内径di，管心距S1，管子数n；结构尺寸： 炉膛直径D，节圆直径D，有效辐射长度Lef； 设计计算解决的问题包括：35.1.1 辐射管表面热强度qR 定义：单位时间内通过每平方米炉管表面积所传递的热量 讨论：QR一定（QR=7080%Q），qR ARt基建投资费用；Art相同， qR 生产

2、能力;热强度qR的大小标志着炉子传热面积的高低 容许热强度 45.1.1 辐射管表面热强度qR 影响因素：被加热介质的热稳定性： 包括介质的热稳定性、油品芳香烃含量、被 加热介质的流速选用炉管的材质 炉管受热的不均匀性 55.1.2 辐射管表面积ARt 65.1.3 辐射管管外径do及管心距S1 dO的设计： 由管内冷介质流速u： 式中：W管内介质流量，kg/h； N管程数，一般不用奇数； 管内介质在20的密度，kg/m375.1.3 辐射管管外径do及管心距S1 dO的设计： 讨论：a.u, di，对流传热系数i，有利于传热；但 u,P；b.do=di+2（管外径 = 管内径 + 2壁厚），

3、壁厚根据压强选定，一般为612mm，然后参照国产炉规格选定。 85.1.3 辐射管管外径do及管心距S1 S1的设计： 增大S1 ，可使炉墙一面的炉管表面达到较大的局部热强度，从而改善炉管沿圆周方向的受热不均匀性，也就提高了炉管表面的平均热强度；管心距一般在1.82.25do之间，推荐使用2do95.1.4 辐射室或炉膛尺寸 炉膛的高度： 高径比炉管的有效长度与中心节圆直径之比 国外：2.53.0，国内：1.72.5 确定：取 Lef=(1.73.0)D 105.1.4 辐射室或炉膛尺寸 炉管根数n： 所需炉管总数n应为： 但实际的炉管根数应选为管程数N的整数倍115.1.4 辐射室或炉膛尺寸

4、 炉膛的直径D： 根据实际炉管数算出中心节圆直径D，再加上2倍的管中心至炉壁的距离（一般距离取1.5do），即为实际炉膛的直径。即： D=D+1.5do2=D+3do125.1.5 遮蔽管 无反射锥的空心圆筒炉中对流室下部的第一排管 其表面积和当量冷平面面积应分别计入辐射管的面积和当量冷平面内 烟气对遮蔽管的角系数令其等于1 135.2 辐射室的校核计算 5.2.1 存在的问题 5.2.2 计算方法 5.2.3 罗伯依万斯(Lobo-Evans)法 传热速率方程式 145.2.1 存在的问题a.辐射室内的燃料燃烧机理尚不清楚；b.发热面即烟气的温度、组成处处不同，即： g=f(PCO2，PH2

5、O，L，Tg)， PCO2，PH2O=f(r，Z，)，Tg= f(r，Z，)；c.吸热面为一灰表面，炉管管壁温度与管内油品温度有关，且处处不同；d.吸热面不连续，炉墙有反射作用 155.2.2 计算方法经验方法：威尔逊罗伯霍特尔计算式 理论方法罗伯伊万斯方法别洛康法区域法热流量法蒙特卡洛法 165.2.3 罗伯依万斯(Lobo-Evans)法 传热速率方程式特点： 只能计算辐射传热量QR及烟气离开辐射室的温度Tg；不能得到烟气的温度分布及热强度分布；不适用于高径比Lef/D3的情况；适合于纯加热或热强度分布较均匀的加热炉。 17基本假定： Tmax Tg TgTR Tt18基本假定： 烟气在炉

6、膛内的有效辐射温度Tg等于烟气离开辐射室温度Tg(烟气在炉膛内充分混合，各处温度相等，且等于烟气出口温度)； 将炽热的烟气与火焰看作一发热面，将管排看作一吸热面，管壁温度为管内介质平均温度加上50； 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； 简化为：在有反射面的情况下，一个发热面与一个吸热面之间的传热。19传热速率方程式： 两黑表面间的辐射换热：引入F，辐射室内的辐射传热速率QRr为： 式中：Tg、Tt烟气和管壁的平均温度，K； Aef烟气对管排的有效辐射面积，m2； F总辐射交换因数。20传热速率方程式： 辐射室内的对流方式传热速率QRC为： 式中：RC对

7、流给热系数，W/(m2.K)； ARt辐射管外表面积，m2。 21传热速率方程式： 取RC=11.36W/( m2K)；F=0.57；ARt2Aef。而当量冷平面面积Aef=ACP代入上式，则：其中：烟气对管排的角系数； ACP管排所占据的全部面积（包括管间空隙面积），或称为冷平面面积22传热速率方程式： 辐射室中总的传热速率QR为： 可以看出：故辐射室的传热速率方程式为： = f(Tg，Tt)23传热速率方程式中各参数的确定： 冷平面面积ACP及烟气对管排的角系数： 冷平面面积ACP是指管排所占据的全部面积： 烟气对管排的角系数是烟气辐射给管排的能量所占烟 气辐射总能量的分率, 与管排的排列

8、方式（单排或双 排）、管排的受热方式（单面或双面）、管排的排列密 度（S1/do）有关。 24传热速率方程式中各参数的确定： 总辐射交换因素F: F是用来修正由于模型偏差而进行修正的参数：25传热速率方程式中各参数的确定： 总辐射交换因素F: 26传热速率方程式中各参数的确定： 烟气的黑度g： g=f(CO2和H2O的组成，炉膛的形状和大小,Tg，Tt) 与其分压成正比取决于燃烧时的计算：由查图7-46(P375)CO2和H2O的分压之和 查表7-7(P375)不同形状气体层的平均辐射长度 Tg查图7-47(P376)g 27传热速率方程式中各参数的确定： 管壁温度Tt： 管壁温度与辐射管的热

9、强度、管内介质的温度、管内对流传热膜系数、管壁的热阻以及管壁的结垢情况有关。 对于纯加热炉，取 式中：1管内介质在辐射室入口的温度， 1，2分别为管内介质在对流室入口和辐射室 出口的温度，。28热平衡方程式： 或改写成与速率方程式相同的形式： 式中：qg =f(tg，)，一定时， qg =f(tg)代入上式：式中只有QR和tg是求解的未知数 29图解法确定辐射室QR和tg： 假定一个tg，查图得到qg/Ql，带入热平衡方程式，得到一个QR/AcPF，在图7-42上找到一点； 如果该点落在传热速率曲线的左上方，则再假设一个tg，使tg=tg+（100200），重新计算(QR/AcPF) ，使第二点落在曲线的右下方； 连接上述两点，连线与曲线交点的坐标(tg，QR/AcPF)即为所求： 30图解法确定辐射室QR和tg：315.3 关于辐射室操作的几点说明 5.3.1 强化辐射室内传热过程的措施 5.3.2 辐射室热负荷改变如何调节 5.3.3 炉管被烧弯的原因325.3.1 强化辐射室内传热过程的措施降低过剩空气系数增加燃料用量B加强加热炉的保温措施 335.3.2 辐射室热负荷改变如何调节 若小范围的变化可以采用改变燃料