管式加热炉第六节对流室的传热计算.ppt
第6节对流室的传热计算,6.1 概述6.2 对流室的计算,6.1 概述,6.1.1 对流室的作用及特点6.1.2 对流室的主要计算内容,6.1.1 对流室的作用及特点,作用：降低排出烟气的温度；减少加热炉因为烟气排空而带来的热损失；提高加热炉的热效率,特点：以对流传热为主；烟气除与炉管进行对流传热外，其辐射传热也占据很大份额；对流室的炉墙参与辐射换热过程,6.1.2 对流室的主要计算内容,目的：确定对流室的传热面积Act；确定对流室炉管表面平均热强度qc,方法：与在第五章传热中的计算方法类似；但既考虑对流传热，又要考虑辐射传热；计算过程更为复杂,6.2 对流室的计算,6.2.1 对流室的可选尺寸6.2.2 对流室尺寸的确定6.2.3 对流室传热面积Act的确定6.2.4 过热蒸汽管的计算,6.2.1 对流室的可选尺寸,燃料中含重金属较少时：一般采用钉头管或翅片管，以增加换热面积强化传热；采用较劣质燃料时：采用光管，因其生成的灰比较多；采用钉头管、翅片管，污垢热阻会由于灰尘迅速集结而急剧增加；,炉管的型式：,注：无论采用哪种管子型式，在对流室中都应安装吹灰装置，以减小污垢热阻。,6.2.1 对流室的可选尺寸,对流室炉管排列方式与换热器中一样，有正三角形排列和正方形旋转45o排列，一般采用正三角形排列。,炉管的排列方式：,6.2.1 对流室的可选尺寸,光管：管间距S1=（1.52）dc，对流室最小截面处烟气的质量流速Mg=1.52kg/(m2S)；钉头管：管间距S1=（22.4）dc，质量流速Mg=24kg/(m2S)。一般情况下，多采用S1=2dc。,管间距：,6.2.1 对流室的可选尺寸,对流室管径尺寸同辐射室，尺寸范围为60152mm，多采用60150mm。在对流室为水平放置的圆筒炉内，对流室通常选用与辐射管相同的直径及相同的管程数。,管径：,6.2.2 对流室尺寸的确定,对流室宽度S：,式中：dc对流管的外径；nW每排对流管根数；S1管心距；3dc相当于最外侧的对流炉管与对流室炉墙之间的距离。,6.2.2 对流室尺寸的确定,长度L：,式中：mg 烟气的质量流量，kg/h；af 每根光管或钉头管所占的流通截面积，m2；nW 每排对流管的根数；Lc 对流管有效长度，m。,烟气的质量流速：,对流管有效长度：,6.2.2 对流室尺寸的确定,对流室的高度HC：,HC由对流室炉管的排数（传热面积）而定：,其中：,6.2.3 对流室传热面积Act的确定,计算思路和换热器传热面积的计算思路一样。设对流室热负荷为Qc，对数平均温差为tm，总传热系数为Kc，则有：,6.2.3 对流室传热面积Act的确定,对流室的热负荷：,说明：对流室的热负荷等于加热炉的总热负荷Q减去辐射室热负荷QR；遮蔽管包括在辐射室中；对流室中敷设有过热蒸汽管，这部分蒸汽所吸收的热量，应记在对流室的热负荷中。,6.2.3 对流室传热面积Act的确定,2.对数平均温差tm：,为确保对流传热，烟气出对流室的温度1与管内介质入炉的温度1要保持适当的温差，并据此来确定烟气出对流室的温度（推荐温差为100150）。,6.2.3 对流室传热面积Act的确定,3.总传热系数的Kc的计算：,管内介质的对流传热系数i：,单相流，管内，受迫运动，西德尔泰特准数式：,说明：,a.、t管内介质在平均温度和管壁温度下的粘度，Pas；,b.使用条件：Re104，0.760，特别适用于粘性流体。对于空气，应用0.023代替0.027；,c.若关键性热阻在气膜，可选经验数据，如：当管内为原油时：i=1163W/(m2K)；裂化原料：i=930W/(m2K)；重油：i=698W/(m2K)；,d.加热炉炉管内的结垢热阻Ri可查附录，故包括Ri在内的管内对流传热膜系数为：,6.2.3 对流室传热面积Act的确定,3.总传热系数的Kc的计算：,管外综合传热系数o:,炉墙的辐射系数ow,o,烟气的对流传热膜系数oc,烟气的辐射系数or,A烟气的对流传热膜系数oc：,a努塞尔（Nusselt）准数方程式：,式中：a与管束的排列形式有关的系数，正三角形排列时，a=0.33；正方形排列时，a=0.26；Gg 烟气在最小截面处的质量流速，kg/(m2s)；dc 对流管的外径，m。,应用条件：烟气的雷诺数Reg30000,A烟气的对流传热膜系数oc：,b.蒙拉特（Monrad）准数方程式：,钉头管和翅片管：,光管：,A烟气的对流传热膜系数oc：,c布里吉什（Briggs）准数方程式：,式中：S翅片与翅片的间隙，m；X翅片高度，m。,环形（横向）翅片管，正三角形排列的管束：,B烟气的辐射系数or：,式中：t管壁的黑度，t=0.9；g气体的黑度；g 气体的吸收率；Tg，Tt分别为气体和管壁的温度，K。,C炉墙的辐射系数ow：,式中：Tt管壁平均温度，K；t、w分别为管壁和炉墙的黑度。,综上所述，管外综合传热系数：,管外的结垢热阻：,烧气体燃料或带有吹灰装置的烧液体燃料的炉子：不大于0.0043m2K/W,没有吹灰装置的采用液体燃料的加热炉：一般取为0.0086 m2K/W,故包括Ro在内的管外综合传热系数为：,6.2.3 对流室传热面积Act的确定,3.总传热系数的Kc的计算：,对流室的总传热系数Kc：,忽略金属壁热阻：,6.2.3 对流室传热面积Act的确定,对流管的表面积、总排数及表面热强度：,表面积：,总排数：,表面热强度：,6.2.4 过热蒸汽管的计算,作用：提高加热炉的热效率,排列：需根据温差合理安排，尽量将其放置在烟气温度不超过450之处，这样就可以使用碳钢管；管程数应采用偶数，以便使进出口联接都安置在炉子的同一侧。,6.2.4 过热蒸汽管的计算,总传热系数：,式中：烟气对管束的综合放热系数；水蒸汽的对流传热膜系数：,MW管内过热水蒸汽的质量速度；di过热水蒸汽管的内径，m。,
