加热炉计算.doc

4.加热炉的计算管式加热炉是一种火力加热设备，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰和烟气作为热源，加热在管道中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，保证生产的进行。在预加氢中需要对原料进行加热，以达到反应温度。预加氢的量较小，因此采用圆筒炉。主要的参数如下：原料：高辛烷值石脑油；相对密度：进料量：入炉温度：=；出炉温度：=；出炉压强：气化率： ；过剩空气系：辐射：1.35 对流段：1.40燃料油组成：加热炉基本参数的确定4.1加热炉的总热负荷查石油炼制工程（上）图-2-34可知，在入炉温度t1=350,进炉压力约15.0/2条件下，油料已完全汽化，混合油气完全汽化温度是167。原料在入炉温度，查热焓图得原料的出炉温度为，查热焓图得。将上述的数值代入得到加热炉的总热负荷Q = meIV+(1-e)IL-Ii4.2燃料燃烧的计算燃料完全燃烧所生成的水为气态时计算出的热值称为低热值，以Ql表示。在加热炉正常操作中，水都是以气相存在，所以多用低热值计算。(1) 燃料的低发热值 (2) 燃烧所需的理论空气量 (3) 热效率设离开对流室的烟气温度比原料的入炉温度高，则由下面的式子可以得到取炉墙散热损失并根据和查相关表，得烟气出对流室时带走的热量，所以 (4) 燃料的用量; (5) 火嘴数量假定火嘴的额定喷油能力比实际燃料大30%，选择标准火嘴的流量200kg/h，则需要火嘴的数量为进行取整取 (6)烟道气流量 4.3加热炉相关参数计算(1) 圆筒炉辐射室的热负荷根据工艺要求和经验，参照表4-1，选取四反加热炉为圆筒炉。圆筒炉对流室较小，炉管较少，当用光管时，对流室热负荷QC所占比例较小，现已知加热炉的总热负荷，现在取辐射室的热负荷为全炉热负荷的75%，则 (2) 辐射段管壁平均温度估算 (3) 辐射管表面积、管径及管心距根据经验选用辐射表面热强度(4) 辐射管的表面积(5)管径同时选管道内油料质量流量，由管式热炉(穆文俊主编)表4-1知，经验值为100-150,故取，N增加，压降降低，但易出现偏流，烧坏炉管；N减少，压降增大，动力消耗增加。取管程数，则炉管的内径 根据国产炉管的规格选择炉管的尺寸为的炉管(6) 管心距选用管心距为 (7) 高径比国内多为空心圆筒炉，管长受热不均，所以高径比Lef/D=1.72.5。节圆直径越大，高径比越小，取Lef/D=2.1。选定炉子的高径比，由下面的式子计算节圆直径辐射管的有效长度根据国产的炉管规格，取。(8) 对流段长选用对流管标准钉头管。 取对流管长(9) 对流段宽由管式热炉(穆文俊主编)附表查的标准钉头管，管周边钉头数14，钉头直径12m钉头纵向间距16mm，钉头高25mm。每米钉头管所占面积 根据经验选择烟气质量流速选用管心距为 则 代入上式得： 根取根(10) 确定节圆直径辐射管高度H和炉膛直径D遮蔽管面积=辐射壁管面积炉管根根 根据取炉管根数为54(9管程)选用辐射管根，9管程。实际节圆直径所以炉膛的直径 根据炉子结构设计辐射段高度比炉管长度长1m。炉膛的高度 (11) 当量冷平面面积辐射管冷平面面积 管心距为，查图得到遮蔽管冷平面：对流管拟选用和炉管相匹配的钉头管。管心距为.对流室每排为根炉管，采用三角形排列钉头管。 及总的当量冷面积(12) 求有效暴露砖墙面积与当量冷平面之比有效的反射面积比值：(13) 烟气的黑度（辐射率）已经知道过剩空气系数，由图表可以查到二氧化碳和水蒸汽的分压为烟气的平均辐射长度为故假定辐射室的出口烟气的温度为，则查得烟气的黑度为(14) 总辐射交换因子根据和查图8得到；(15) 辐射室热平衡 其中： 辐射段热损失。取。查图4当，过剩空气系数时，得则(16) 求辐射室出口烟气温度取图10-b中关闭温度做吸收曲线如下图，当第一次假设及时，交点A画于图上，位于的上方。，再另设重复上述计算过程，由图7查得气体辐射率，由图4查得。则作于图上得到B点，连接两点，该直线与曲线的交点，就是辐射室的出口温度；如下图：图10辐射发球烟气出口温度4.4校核(1) 辐射室热负荷由于辐射室出口的温度，查图4得；占加热炉的总热负荷的(2) 辐射管表面热强度(3) 辐射室出口处油品的总焓值在辐射室入口处每一千克油品的焓值 查油品的热焓图得与估算的相近，故合适。4.5 对流室的传热计算4.5.1 对流室热负荷由下面的式子可以得到对流室的热负荷4.5.2 对流室的对数平均温差烟气温度 油品温度 410 100 4.5.3 内膜传热系数油品的平均温度 烟气的平均温度管壁的平均温度 对流段平均粘度查设计图表的原料油蒸汽的粘度为循环氢粘度近似按照氢的粘度计算，370。C时，其值为按照式(1)计算氢与油混合物粘度 该粘度说明应按照低粘度公式计算。则带入数值得到考虑到关内污垢热阻且无保护气，得：由表10查得 4.5.4 管外膜传热系数(1) 钉头表面传热系数得(2) 钉头效率所采用的钉头为标准钉头，钉头高为0.025m，当时，查图15得。(3) 光管管外对流传热系数则 (4) 钉头管外膜传热系数则4.5.5 对流段总传热系数4.5.6 对流管表面积及对流管排数排选用对流管共14排，遮蔽管在对流管下部，所以对流管的总派数为15排，每排5根。4.5.7对流室高度由式（5-31）得4.5.8 对流管表面热强度在经验值9300-23260之间，符合要求，并有一定潜力。4.6 炉管压力降计算4.6.1计算混合油气密度由于原料以进炉，在15压力下出炉，在167下就完全汽化，因此汽化段压降就是全炉的压降。又知一段混氢的氢油比为3.5：1，混合油气的摩尔流率原料油流量=循环氢摩尔流量=由前面算的循环氢平均相对分子质量为3.4则，循环氢质量流率=总质量流率=加热炉平均温度为(350+490)/2=420 ,平均压力，混合油气平均体积流量混合物的密度4.6.2混合气体流速4.6.3 摩擦系数4.6.4 压力降对流段当量长度辐射管当量长度则 4.7 烟囱的设计计算烟囱是加热炉不可缺少的一部分，它主要的作用是产生一定的抽力使得烟气在加热炉中不断的流动，并将高温烟气向高空中排放，以减少对环境的污染。加热炉的烟囱可以用钢，砖或者混泥土制成，可以设置在炉子旁边也可以放在炉子顶部。不过一般中小型的圆筒炉的烟囱都是用钢材制成的，并且防止在炉子的顶部。总之，在采取自然通风的加热炉中，一个设计良好的烟囱，应该保持炉子内部保持一定的负压，使燃料燃烧所需的空气进入炉内，而且高温烟气不能够从炉内泄漏。4.7.1烟气的阻力对流段的阻力(交错排列钉头管) 钉头区域外部的烟气质量流速 对流段截面积： 每排炉管(光管)所占截面积： 钉头所占截面积： 自由通道截面积： 对流段截面积： 每排炉管(光管)所占截面积： 钉头所占截面积： 自由通道截面积： 钉头区域外部的流通面积 钉头区域内部的流通面积钉头与钉头之间的间隙两相邻钉头管之间的间隙将相关的数值代入下面的公式进行求解得到将相关的数据代入得到将数值代入得到因为烟气在对流室的平均温度为，查得烟气的粘度为(2) 各部分的局部阻力 对流室截面和辐射室截面之比查表得到(3) 烟气由对流段到烟囱的阻力，取烟囱直径查表得符合于2.5Gg3.5的要求(4) 烟囱挡板阻力但自由截面为全截面的50%时，代入公式得：4.7.2 烟气在烟囱中的摩擦损失及动能损失(1) 烟气在烟囱中的摩擦损失假定烟囱高度20m查图17得(2) 烟气在烟囱中的动能损失4.7.3 烟囱的高度根据前面烟囱阻力计算结果，烟囱所需的最小抽力：大气温度 烟囱底部烟气温度 查图15得烟囱内烟气平均温度 为了能够吊装辐射管，烟囱必须有如下的最低高度。 烟囱最小高度用下式计算：因此，烟囱最小高度21.7m,根据实际情况，烟囱的实际高度应该高于21.7m表4-1.结果汇总项目数据总有效热负荷Q,kJ/h37917500辐射室热负荷,QR, kJ/h28438125对流室热负荷,Q, kJ/h8950000辐射室炉管表面热强度,qR,kcal/m2h26125对流室炉管表面热强度,qc, kcal/m2h14940辐射室烟气温度,tg,796对流室烟气温度,t,450过剩空气系数1.35理论空气用量,Lokg空气/kg燃料13.96燃料用量 B(kg/h)燃料/n(个)1277及9燃料低热值Qv(KJ/燃料)41241.7炉子热效率72%烟气流量Mg(/h)26873烟气流速Wg(/s)3对流室结构尺寸LCSHC 41.674.04辐射室结构尺寸 DH5.613辐射管规格SLn 15281254辐射管管心距S，管程数N0.304，9对流管管心距S，管程数N0.304，9对流室管排数14遮蔽管根数5加热炉压力降atm0.568对流室规格1528300090附录符号说明反应器 ：平均比热容，kJ/kg； ：当量直径，m；：组分的重量分数； ：催化剂床层厚度，m；：焓值,kJ/kg或kcal/kg； ：床层线速，m/s；：与焓值相关的斜率； ：气体粘度Pas或cp；：与焓值相关的截距； ：阻力系数；：氢气的纯度，%； ：不均匀度，%；：床层压降，kg/cm2或atm； 加热炉部分：反应器高，m； ：加热炉入口温度，；：混合气体粘度Pas或cp； ：加热炉出口温度，；：反应器直径，m； ：气化率，%；：扇形筒个数； ：过剩系数；：集、分气管面积，m2； ：低发热值，kJ/kg；：催化剂装入高度，m； ：理论空气量；：当量直径，m； ：热效率，%；：流道面积比参数； ：对流室烟气温度；：分、集气管动量交换系数； ：散热损失；：流体密度，kg/m3； ：燃料用量，kg/h；：开孔率； ：火嘴数；：烟道气流量，kg/h； ：管壁平均温度，；：对流室热负荷，kJ/h； ：内膜传热系数，；：辐射室热负荷kJ/h； ：外膜传热系数，；：辐射段平均壁温，； ：钉头效率；：辐射管表面热强度，； ：光管外对流传热系数，；：辐射管表面积，m2； ：钉头管外膜传热系数，；：管内径，m； ：对流室高，m；：管心距，m； ：对流管外表面热强度，；：辐