管式加热炉散热损失影响因素探讨.pdf

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1、专论与综述齐QI鲁LU石油PE化TR工OC，H2E0M15IC，A4L3(4TE)C：H3N17OL—O3G2Y0管式加热炉散热损失影响因素探讨张需鹏，杨军卫(1．山东石大科技石化有限公司，山东日照276800；2．中国石油大学(华东)，山东青岛266500)摘要：从传热基础理论出发，对加热炉散热损失计算方法和影响因素进行考察。基于数值模拟结果，提出附墙燃烧加热炉炉墙不同位置的热面温度给定方案。讨论耐火材料导热系数、传热方式、表面黑度对散热损失影响，结果表明，采用低导热性材料是进一步降低炉墙散热损失的主要途径。关键词：加热炉热效率散热损失辐射传热对流传热中图分类号：TQo54文献标识码

2、：A文章编号：1Oo9—9859(2015)o4-0317-04管式加热炉是炼油装置的主要能耗设备，其度，℃；为炉墙外壁的散热系数，W／(m·cc)。燃料消耗通常占装置能耗的50％以上，随着石油炉墙外壁散热系数包括辐射和对流两化工技术水平的不断进步，装置节能减排已经成部分，即为石油化工装置建设的重要控制指标。因此，对=R+c(2)加热炉热效率的要求也在不断提高。标准SH／T文献对辐射传热系数按下式计算3036-2012(一般炼油装置用火焰加热炉》中提4．2[()4一()1到，加热炉外壁散热损失通常占总发热量的％—————一1．5％～3％，相当于排烟温度增加50—80℃所损失的热量。该标

3、准中规定一般炼油装置加热炉设(3)无风条件下，壁面自然对流传热系数计外壁温度不高于82℃，炉底不高于90c【二。然而，实际设计和操作管理中对加热炉散热损失未c=0．86A~．一to(4)引起足够重视，加热炉热效率计算时对散热损失其中，为炉外壁黑度，通常取0．85；A是与项往往直接取经验值。炉墙表面位置有关的系数：竖直散热面(如侧壁)文章从传热基础理论出发，对加热炉散热损A=2．2；散热面朝上(如炉顶)A=2．8；散热面失计算方法和影响因素进行考察，并从传热基本朝下(如炉底)A=1．4。式(3)、(4)中系数与原原理的角度讨论进一步降低炉墙散热损失的可能文献不同是单位转换所致，原文献中传

4、热系数单性。位为kcal／(m·h·oC)。上述辐射传热系数计算式是基于平壁在无限1理论基础大空间的辐射传热方程推导而来，形式上是严谨加热炉外壁散热损失包括辐射散热和对流散的，并未作简化。而对流传热系数计算式是简化热两种传热方式。根据传热理论，稳态条件下炉的经验公式，严格的自然对流传热系数计算式墙外壁的散热强度等于通过炉墙的热流密度，即应为：Nu：0．11(GrPr)(5)g=——_=tt一to)t1)∑收稿日期：2015—06—30；修回日期：2015—10—22。作者简介：张需鹏(1979一)，男，工程师。2002年毕业于中式中，q为热流密度，W／m；人为耐火材料导国石油大学(华东

5、)化工工艺专业，现在山东石大科技石化有热系数，W／(m·℃)；为衬里厚度，m；t。，t。，t限公司从事生产技术管理工作。电话：0633—2953803；E—分别为环境温度，炉墙热面温度，炉墙外壁温mail：upcsdkj@163．com。齐鲁石油化工QILUPETROCHEMICALTECHNOLOGY2015年第43卷式中，Nu为努赛尔数，G，为格拉晓夫数，Pr温度取1200oC，但未说明附墙燃烧不受火焰冲为普朗特数。各准数计算式和空气物性参见文献击部位的炉墙温度取值。[3]。为考察简化计算式的准确性，将简化式的为考察附墙燃烧加热炉炉墙热面温度分布，计算结果与严格计算结果进行对比，结

6、果如表1。本文采用CFD方法，模拟了表2所示结构加热炉在附墙燃烧条件下的炉墙温度分布，数值模拟方表1自然对流传热系数结果对比案和参数设置参见文献[4]。环境温度／2525252525图1中日。～分别代表距炉底不同高度位外壁温度／℃40608010040置的炉侧墙温度分布。图1中所列炉长范围内包式(5)(W·(m2·'12))3．514．324．845．223．51含2台燃烧器，燃烧器中心距为1330mm。H。所式(4)结果／(w·(m2·℃))3．684．555．095．503．68在高度即为附墙燃烧器火焰直接冲击炉墙部位，相对误差，％4．855．295．225．374．85模拟结果显

7、示炉墙最高温度为1230oc，平均温度为1144。说明火焰直接冲击炉墙部位热面从表1对比结果表明，简化式准确性较好，相温度取1200oC是合理的。随炉墙高度增加热面对误差约为5％。可满足工程计算精度要求。温度逐渐降低，在=6m高度处，炉墙温度平均以某装置20MW加热炉为例，辐射室、对流值降至760℃，基本接近炉膛出口烟气温度。因室外形尺寸(高×宽×长)分别为6700mm×此，对于附墙燃烧加热炉，未受火焰冲击部位炉墙7000mmX22470mm、