化工原理讲稿(上册)-应化第七章管式加热炉

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1、第八节辐射室的传热计算一、辐射室的设计计算二、辐射室的校核计算三、关于辐射室操作的几点说明一、辐射室的设计计算炉管：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：第八节辐射室的传热计算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=70～80%Q），qR↑→ARt↓→基建投资费用↓；Art相同，qR↑→生产能力↑;热强度qR的大小标志着炉子传热面积的高低容许热强度第八节辐射室的传

2、热计算影响因素：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第八节辐射室的传热计算2.辐射管表面积ARt第八节辐射室的传热计算3.辐射管管外径do及管心距S1(1)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；ρ－管内介质在20℃的密度，kg/m3第八节辐射室的传热计算讨论：a.u↗,di↙，对流传热系数αi↗，有利于传热；但u↗,ΔP↗；b.do=di+2δ（管外径=管内径+2壁厚），壁

3、厚根据压强选定，一般为6～12mm，然后参照国产炉规格选定。第八节辐射室的传热计算(2)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1.8～2.25do之间，推荐使用2do第八节辐射室的传热计算4.辐射室或炉膛尺寸(1)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’第八节辐射室的传热计算(2)炉管根数n：所需炉管总

4、数n应为：但实际的炉管根数应选为管程数N的整数倍第八节辐射室的传热计算(3)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’+1.5do×2=D’+3do第八节辐射室的传热计算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第八节辐射室的传热计算二、辐射室的校核计算1.存在的问题a.辐射室内的燃料燃烧机理尚不清楚；b.发

5、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，炉墙有反射作用第八节辐射室的传热计算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√第八节辐射室的传热计算3.罗伯－依万斯(Lobo-Evans)法传热速率方程式(1)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

6、；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。第八节辐射室的传热计算(2)基本假定：Tmax>Tg>Tg’>TR>Tt第八节辐射室的传热计算(2)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

7、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。第八节辐射室的传热计算(3)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。第八节辐射室的传热计算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。第八节辐射室的传热计算取αRC=11.36W/(m2·K)；F=0.57；ARt≈2

8、Aef。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），或称为冷平面面积第八节辐射室的传热计算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：第八节辐射室的传热计算(4)传热速率方程式中各参数的确定：①冷平面面积ACP及烟气对管排的角系数φ：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φ是烟气辐射给管排的能量所占烟气辐射总能量的分率,φ与管排的