管式加热炉 第六节 对流室的传热计算
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/(m2·S)； 钉头管：管间距S1=（22.4）dc，质量流速Mg=24kg/(m2·S)。 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，Pa·s；,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/(m2·K)；裂化原料：i=930W/(m2·K)；重油：i=698W/(m2·K)；,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/(m2·s)； 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0.0043m2·K/W,没有吹灰装置的采用液体燃料的加热炉： 一般取为0.0086 m2·K/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。,
