导热油炉的传热计算分析.docx

导热油炉的传热计算分析琦3汪(上海热油炉热风炉热水炉熔盐炉设计开发中心)摘要分析了导热油炉的传热计算方法, 包括炉子热平衡、 炉膛辐射换热和对流换热计算。 并论述了炉膛出口烟气温度、 炉膛辐射受热面、 对流段烟气流速和排烟 热损失等问题。关键词导热油炉传热热平衡计算导热油炉传热计算的任务是要确定足够的受热面积, 以保证炉子的额定热负荷和热效率。 传热计算主要包括以下内容:消耗量。炉子热平衡方程式为:Q dw + ir + Q zq + Q w l= Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6(1)(2) (3)(1)炉子热平衡计算。炉膛辐射换热计算。 对流换热计算。式中Q dw 燃料的低位发热值;ir 燃料的物理显热;Q zq 雾化燃料所用蒸汽带入的热量;Q w l 用炉子系统以外的热量加热空 气时, 空气带入炉子的热量;Q 1 炉子的有效利用热;Q 2 排烟带走的热量;1炉子热平衡计算炉子的热平衡计算是为了保证送入炉子的 热量与有效利用热及各项热损失之总和相平 衡, 并在此基础上计算出炉子的热效率和燃料3 汪 琦, 男, 1961 年 10 月生, 硕士, 高级工程师。 上海市,200042。度低于 1133P a 保压 1h 后测出被测通道的漏率信号A 试 , 漏率计算式同式 (1)。按照JB T 72614结论以上检测方法均有各自的优缺点, 在选择 检测方法时可根据具体情况灵活应用, 这样铝制板翅式换热器泄漏检测即可得到有效解决。参考文献- 1994 标 准 规 定,内 漏 漏 率 为 Q 内 011P a L s。当检测到的漏率小于Q 内 时, 即为合格。和氦质谱内漏检测法相类似的还有示踪气体检测法,常用的示踪气体有C l2、SF 6 等。 该1凌祥, 周帼彦, 邹群彩, 等. 板翅式换热器新技术及应用. 石油化工设备, 2002, 31 ( 2) : 1 4方法的基本原理是: 把示踪气体通入到被检测的设备内, 在设备外部检测示踪气体, 看是否可检测到示踪气体及其量的多少, 以此来判断被检测设备是否有泄漏及漏孔的大小。2凌祥, 涂善东,展. 石油机械,陆卫权. 板翅式换热器的研究及应用进2000, 28 ( 5) : 54 583嵇训达. 板翅式换热器开发. 石油化工设备, 2000, 29( 2) : 40 42( 收稿日期: 2005210214)52导热油炉的传热计算分析Q 3 化学不完全燃烧损失的热量;Q 4 机械不完全燃烧损失的热量;Q 5 炉子散热损失的热量;Q 6 灰渣带走的热量。 炉子总热损失 q 为: q= q2 + q3 + q4 + q5 + q6式中q2 排烟热损失;q3 化学不完全燃烧热损失;q4 机械不完全燃烧热损失;q5 炉子散热损失;q6 燃料物理热损失。 炉子热效率 为:= 100% - qCH fT hy T b Q 辐射 = () 4 -) 4 (7)B j 100100式中 C 辐射换热系数, 其值根据辐射层厚度和火焰的充满程度来确定。 火焰的平均温度 T hy 可按下式计算: 1T hy = T l+ 4 (T ll- T l)(8)(2)式中T l 设计时假定的炉膛出口温度;T ll 按送入炉内热量确定的 理 论 燃 烧温度。导热油炉管冷壁灰层表面温度 T b 按下式计算:(9)T b = T gb + qf式中T gb 导热油炉管冷壁的外表面温度; 导热油炉管冷壁的外灰层热阻;qf 辐射受热面的平均面积热负荷。(3)炉子燃料消耗量B为:Q 1(4)B =实际设计中, 对辐射受热面一般取用:Q r(K )(10)T b = T gb + 90对对流受热面一般取用:T b = T gb + 60式中Q r 送入炉子的热量。炉子计算燃料消耗量B j 为:(K )(11)100-q4(5)B j= B1003对流换热计算2炉膛辐射换热计算对流换热是以横向冲刷管子为特征,其总的传热效果与烟气温度、 烟气流速和受热面的布置有关。 对流受热面的传热计算式如下:炉膛辐射换热计算的基础是火焰辐射和烟气辐射传热的方程式, 即火焰辐射换热量与温 度的四次方成正比:Q 对流 = K H t(12)Bj 0 a lH f4 -4 )Q 辐射 =(T(6)hy T b式中 Q 对流 对流换热量;K 传热系数;H 对流传热面积; t 传热温差;B j 计算燃料消耗量。 对流受热面的传热系数可用下式表示:Bj式中 Q 辐射 辐射换热量;0 绝对黑体的辐射常数;a l 炉膛黑度;T hy 火焰的平均温度;T b 导热油炉管冷壁灰层表面温度;H f 有效辐射受热面积;B j 计算燃料消耗量。 在燃烧室辐射换热时, 炉膛黑度 a l 和绝对黑 体的辐射常数 0 可以合成一个新的常数 C ,因此, 可对公式 (6) 进行变换如下:1()K =131h b sg 11h + h + b + sg + 2 sg式中1h 烟气对有灰污层管壁的 放 热 系数;h 管壁外表面灰污层的厚度;化工装备技术第 27 卷 第 2 期 2006 年53h 管壁外表面灰污层的导热系数;b 炉管壁的厚度;b 炉管壁的导热系数;sg 管壁内表面导 热 油 结 垢 层 的 厚 度;sg 管 壁 内 表 面 导 热 油 结 垢 层 的 导 热系数;2 sg 导热油结垢层对内部导热油的 放热系数。考虑到对流受热面的结灰、 冲刷情况对传热的影响, 采用热有效系数 表示有灰污和无 灰污时传热系数的比值, 即射受热面处于烟气高温区段, 辐射换热量是与烟气温度四次方成正比的, 因此, 辐射受热面 热负荷比对流受热面热负荷高得多; 这样, 吸 收同等热量时, 辐射受热面所需的受热面积及 金属耗量就比对流受热面少。 如果过多增加辐射受热面, 炉膛出口烟温就降得太低, 亦即炉 内温度比较低, 这不仅影响燃烧的顺利进行, 而 且辐射受热面的面积平均热强度也会减小, 则 节省炉管的优越性就不能充分体现。由此可见, 设计计算一个最经济的炉膛出口烟温值, 可以使得总的辐射受热面炉管耗量最少。413对流段烟气流速 对流段烟气流速的设计是按照投资成本和运行费用的总和最少这一原则进行的, 需要作 综合的经济分析。 从提高传热系数和增加传热效果的角度来考虑, 往往是希望提高对流段烟 气流速。 但是, 最大烟气流速受到飞灰磨损对 流受热面的限制, 流速过高, 会加剧受热面的 磨损, 降低炉子的寿命。 同时由于烟气阻力损 失与烟气速度的平方成正比, 故流速过高, 会增加受热面的流动阻力, 导致鼓风机、 引风机 的功率和电耗大大增加, 使用户的运行成本大 幅度提高。 通常为了获得适宜的烟气流速, 在 对流段中将管束分隔成几个流程, 随着烟气温 度的降低, 各流程通道的流通面积也应该逐渐减少, 以保证各流程的烟气流速相近。414排烟热损失 在导热油炉燃烧过程中最主要的热损失是排烟热损失, 它决定于排烟温度和排烟量。 通 常排烟量决定于排烟过剩空气系数的大小, 故排烟热损失随着排烟温度的升高和排烟过剩空 气系数的增大而增加。 对于导热油炉, 排烟温 度通常比较高, 这时降低过剩空气系数的意义 就更大。 因此, 采用降低过剩空气系数, 既可 以降低排烟温度, 又能够较多地减少排烟热损失。 由此可见, 增设空气预热器和采用低氧燃 烧既可以提高设备的可靠性, 又能够提高炉子1K = K 0 = (14) 1 11 + 2式中1 烟气对管壁的对流换热系数;2 管壁对导热油的对流换热系数。设计时,对流换热系数 1 可按下式计算:(15)1 = d + f式中d 烟气对管壁的对流放热系数;f 烟气对管壁的辐射放热系数。4传热计算分析411炉膛出口烟气温度 炉膛传热计算的任务是要确定炉膛辐射受热面的吸热量和炉膛出口烟气温度。 而炉膛出 口烟气温度是燃烧产物经过炉内换热后的结果。 如果炉膛出口烟气温度过高, 即炉内的辐 射受热面布置得太少, 当燃用固体燃料时, 由于烟气中夹带着熔融状态的灰