管式加热炉第五节辐射室的传热计算课件

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5.1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：5.1.1辐射管表面热强度qR

影响因素：①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②选用炉管的材质

③炉管受热的不均匀性

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

⒈dO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；ρ－管内介质在20℃的密度，kg/m35.1.3辐射管管外径do及管心距S1

⒉S1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1.8～2.25do之间，推荐使用2do5.1.4辐射室或炉膛尺寸⒈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：2.5～3.0，国内：1.7～2.5确定：取Lef=(1.7～3.0)D’

5.1.4辐射室或炉膛尺寸⒉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5.1.5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

5.2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5.2.1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：εg=f(PCO2，PH2O，L，Tg)，PCO2，PH2O=f(r，Z，θ)，Tg=f(r，Z，θ)；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5.2.3罗伯－依万斯(Lobo-Evans)法传热速率方程式⒈特点：

①只能计算辐射传热量QR及烟气离开辐射室的温度Tg；②不能得到烟气的温度分布及热强度分布；③不适用于高径比Lef/D’>3的情况；④适合于纯加热或热强度分布较均匀的加热炉。

⒉基本假定：

Tmax>Tg>Tg’>TR>Tt⒉基本假定：

①烟气在炉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)；②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℃；

③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。⒊传热速率方程式：

辐射室内的对流方式传热速率QRC为：式中：αRC－对流给热系数，W/(m2.K)；ARt－辐射管外表面积，m2。

⒊传热速率方程式：

取αRC=11.36W/(m2·K)；F=0.57；ARt≈2Aef。而当量冷平面面积Aef=φACP代入上式，则：其中：φ－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⒊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)⒋传热速率方程式中各参数的确定：②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：⒋传热速率方程式中各参数的确定：②总辐射交换因素F:⒌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，α)，α一定时，qg=f(tg)代入上式：式中只有QR和tg是求解的未知数

⒍图解法确定辐射室QR和tg：①假定一个tg，查图得到qg/Ql，带入热平衡方程式，得到一个QR/φAcPF，在图7-42上找到一点；②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+（100～200）℃，重新计算(QR/φAcPF)’，使第二点落在曲线的右下方；③连接上述两点，连线与曲线交点的坐标(tg，QR/φAcPF)即为所求：

⒍图解法确定辐射室QR和tg：5.3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5.3.1强化辐射室内传热过程的措施⒈降低过剩空气系数α⒉增加燃料用量B⒊加强加热炉的保温措施

5.3.2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用量的方法，若辐射室热负荷变化较大，则应考虑从增加辐射室的炉管