管式加热炉毕业设计.doc

齐齐哈尔大学毕业设计 论文 I 摘 要 本设计首先对管式加热炉进行了工艺设计 包括对管式加热炉的辐射段的工艺设 计 对流段的工艺设计 烟囱的工艺设计 在辐射段的工艺设计中重点确定了辐射段 的工作温度 辐射段的高度及其直径和辐射段的管排数 并确定了辐射段的油料进出 口温度及辐射段热负荷及表面热强度 在对流段的工艺设计中重点设计对流段的物料 进出口温度 对流段的长度 宽度和对流段的管排数以及每排的根数 确定了对流段 的热负荷及表面热强度和对流管内外膜的传热系数 在烟囱的设计中重点设计了烟囱 的高度及其直径 其次 进行管式加热炉的结构设计 分别对加热炉的炉管 钉头管 炉墙 吹灰器 看火门 防爆门等结构进行了结构的选取 在选取吊钩时本设计进 行了改进 以往的吊钩比较笨重 结构也复杂 为此本设计选用了炉管吊钩结构 通 过结构选取进一步确定管式加热炉的各部分零件的尺寸规格及其结构形式 本设计又 对管式换热器的余热回收进行了几种方案的讨论 从而得出余热回收效率较高的一种 方案 关键词 管式换热器 管式加热炉 辐射段 对流段 炉管 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 II Abstract The first design of the furnace is the process design including the design process of the radiation the design process in the furnace convection the design of the chimn ey the design process of the radiation focus on the design of the temperature of the radiation the height of the radiation its diameter and the pipe ranked number and to determine the temperature of the oil import and of the surface of the radiation and the heat load of the radiation and the heat intensity the design process of the convection focus on the design of the temperature materials the convection import and export of the convection the length width and the number of rows of the convection and each rows of numbers determined of the heat load convection and the heat intensity of the surface and the heat transfer coefficient of inside and outside the film of the convection The design of the chimney focus on designing the height and the diameter of the chimney Secondly the structure design of the furnace respec tively select to the structure of the furnace tube Studded control of the wall sootblo wers tube Lagou watching the fire doors explosion proof doors and so on This desi gn carried on an improvement while selecting byexaminations to mourn hook the mou rning hook before were bulky the structures were also complicated so choosing to us e a stove a tube to mourn hook structure for this design Through selecting the structu re to further detemine all parts of the structure and size specifications of the furnace t his design also had several discussions of the heat exchanger of the waste heat recove ry programme to obtain more efficient wasteheat recovery programme KeywordsKeywords The heat exchanger The furnace Radiation paragraph Convection paragraph Tube 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 III 目 录 摘摘 要要 I Abstract II 第第 1 章章 绪绪 论论 1 1 1 课题背景 1 1 2 管式加热炉的发展状况 1 1 3 管式加热炉的特征 2 1 4 本文主要研究内容 2 第第 2 章章 总热负荷计算总热负荷计算 3 第第 3 章章 燃烧过程计算燃烧过程计算 5 3 1 燃料的低发热值 5 3 2 燃烧所需的理论空气 5 3 3 炉效率 5 3 4 燃料用量 6 3 5 烟气流量 6 第第 4 章章 辐射段计算辐射段计算 8 4 1 圆筒炉辐射段热负荷 8 4 2 辐射段管壁平均温度估算 8 4 3 辐射管表面热强度 9 4 4 辐射管加热面积 10 4 5 辐射段管径及管程数 10 4 6 辐射管管心距 11 4 7 辐射段炉体尺寸 11 4 7 1 高径比 11 4 7 2 估算辐射管长度L和节圆直径 D 11 4 8 对流段长 12 4 9 对流段宽 12 4 10 确定节圆直径 辐射段高 炉膛直径 13 4 11 当量冷平面 14 4 12 有效暴露砖墙面积与当量冷平面之比 14 4 13 气体辐射率 15 4 14 交换因数 15 4 15 辐射段热平衡 15 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 IV 4 16 辐射段烟气出口温度 16 4 17 核算辐射段热负荷 17 4 18 核算辐射段表面热强度 17 4 19 核算辐射段油料入口温度 18 第第 5 章章 对流段计算对流段计算 19 5 1 对流段热负荷 19 5 2 对数平均温度差 19 5 3 内膜传热系数 20 5 4 管外膜传热系数 21 5 4 1 钉头表面传热系数 21 5 4 2 钉头效率 21 5 4 3 光管管外对流传热系数 22 5 4 4 钉头管外膜传热系数 22 5 5 对流段总传热系数 23 5 6 对流管表面积及对流管排数 23 5 7 对流管表面热强度 23 第第 6 章章 炉管内压力降计算 有相变化 炉管内压力降计算 有相变化 25 6 1 气化点 25 6 2 气化段炉管的当量长度 25 6 2 1 辐射段的当量长度 26 6 2 2 气化段炉管当量长度 26 6 3 气化段的压力降 27 6 3 1 气化段气液混合重度 27 6 3 2 气化段气液混合流速 28 6 3 3 气化段压力降 28 6 3 4 气化点压力 28 6 3 5 重复计算 28 6 3 6 图解法计算 29 6 4 气化点前压力降 30 6 4 1 辐射段气化点前压力降 30 6 4 2 对流段压力降 31 6 5 炉管总压力降 31 第第 7 章章 烟囱计算烟囱计算 32 7 1 烟气的阻力 32 7 1 1 对流段的阻力 32 7 1 2 各部分的局部阻力 33 7 1 2 1 烟气由辐射段到对流段的阻力 33 7 1 2 2 烟气由对流段到烟囱的阻力 34 7 1 2 3 烟囱挡板阻力 34 7 1 3 烟气在烟囱中的摩擦损失及动能损失 35 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 V 7 1 3 2 烟气在烟囱中的动能损失 35 7 2 烟囱高度 35 第第 8 章章 过热蒸汽段计算过热蒸汽段计算 37 8 1 已知条件 37 8 2 烟气对数平均温度 37 8 3 两种介质换热温差及对数平均温差 38 8 4 管内介质流速 38 8 5 内膜传热系数 38 8 6 钉头管当量直径 39 8 7 烟气流最小截面 39 8 8 烟气最大流速 39 8 9 烟气对流传热系数 39 8 10 传热系数 40 8 11 传热面积 40 8 12 对流管排数及表面热强度 41 第第 9 9 章章 炉管的水压试验炉管的水压试验 42 第第 1010 章章 加热炉的结构的设计加热炉的结构的设计 43 10 1 炉管系统设计 43 10 1 1炉管材料的选择 43 10 1 2 炉管及其附件 43 10 1 3 钉头管设计及选用 43 10 1 4 燃烧器的设计 44 10 2 炉衬结构 44 10 2 1 耐火纤维炉衬 44 10 2 2 炉墙结构 44 10 2 3 炉顶结构 44 10 2 4 其它要求 45 10 3 钢结构 45 10 3 1 烟囱 45 10 3 2 对流室 46 10 3 3 辐射室 46 10 4 吹灰器的选取 46 10 5 炉管吊钩 46 10 7 炉管拉钩 47 10 8 看火门 47 10 9 防爆门 48 10 10 耐火纤维毡的性能和规格 49 10 10 1 耐火纤维毡的主要性能 49 10 10 2 耐火纤维毡规格 49 第第 11 章章 余热回收方案比较余热回收方案比较 50 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 VI 11 1 冷进料热油预热空气方案 50 11 2 热载体预热空气 50 11 3 余热锅炉 51 11 4 回转式空气预热器 51 11 5 管式空气预热器 51 结结 论论 53 参考文献参考文献 54 致致 谢谢 55 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 1 第 1 章 绪 论 1 1 课题背景 又文献 1 可知 管式加热炉应用范围很广 是石油化工 化肥和有机化学工业领 域不可缺少的设备 而圆筒管式加热炉具有结构紧凑 简单 占地面积少 实施方便 和投资少等优点是化工 石油和纺织等工业中广泛采用的一种炉型 而目前管式加热 炉在实际生产的应用上还有一些缺陷 所以对管式加热炉做进一步的研究对提高生产率 节约能源 降低劳动强度 使 之更安全等方面具有积极的意义 综上 管式加热炉在生产上应用极其广泛有进一步 完善的必要 而管式加热炉在生产中显现出的缺点急需克服和改进 所以本设计对石 化行业未来具有深远的意义对管式加热炉长期安全运行的 节能和提高经济效益非常 重要的意义 1 2 管式加热炉的发展状况 由文献 2 可知 管式加热炉是炼油厂和化工厂重要的供热设备 目前在国内 由于国家宏 观经济政策的调整 新建加热装置减少 而早期建造的加热炉 由于受当时技术 条件的限制 大多在低负荷条件下运行 热效率低 从能量平衡的角度来分析 大中型加热炉的热效率均在80 90 有待进一步提高 其能量最大的损失是排烟 损失 所以为了节约能量而继续提高加热炉的热效率 解决烟气露点腐蚀和经济 排烟温度的限制方面的问题是国内加热炉研究的重点 而国外 加热炉方面的研 究很多 在有些方面领先于国内 但在加热炉长期安全运行 节能和提高经济效 益方面也有待做进一步的研究 所以优化加热炉的性能 为我国石化行业发展具 有深远的意义 也为我国在加热炉方面的研究赶超世界先进水做出努力 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 2 1 3 管式加热炉的特征 1 被加热物质在管内流动 故仅限于加热气体和液体 而且 这些气体或液体通 常都是易燃易爆的烃类物质 同锅炉加热水和蒸汽相比 危险性大 操作条件要苛刻 得多 2 加热方式为直接受火式 加热温度高 传热能力大 3 只烧气体或液体燃料 4 长周期连续运转 不间断操作 便于管理 1 4 本文主要研究内容 本文主要设计管式加热炉 大体上从两个方面进行设计 首先是对管式加热炉的 工艺设计 包括对管式加热炉的辐射段的设计 对流段的设计和烟囱的设计 在管式 加热炉的辐射段设计中重点设计了辐射段物料进出口的温度 辐射段的烟气流量 辐 射段的高度及其直径 辐射段的管排数等 在对流段的设计中主要设计了对流段的长 度 宽度及高度 确定了对流段的热负荷及对流管的内外膜传热系数等 在烟囱的设 计中重点设计了烟囱的高度及烟囱的直径 其次 是对管式加热炉的结构上的设计 以工艺设计为基础 对管式加热炉的具体结构进行选型 通过大量的查阅书籍确定各 个部分结构的尺寸规格 本设计在选择结构方面作了大量工作 例如 在选择吊钩结 构时 考虑了其结构的复杂程度和其重量 选用了炉管吊钩 改变了以往设计选用普 通吊钩的复杂结构 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 3 第 2 章 总热负荷计算 加热炉的总热负荷 包括原料及水蒸汽通过加热炉所吸收的热量和其他热负荷 如注水汽化热等 根据各介质进出炉的热焓及气化率来计算加热炉的总热负荷 计算 公式如下 2 1 12 1QIIWIIeeIWQ SSSiLVF 3 式中 加热炉总热负荷 kJ sQ 油料流量 kg s F W 过热蒸汽量 kg s S W 气化率 e 炉出口温度下油料液相热焓 kJ kg L I 炉出口温度下油料气相热焓 kJ kg V I 炉进口温度下油料液相热焓 kJ kg i I 过热蒸汽进口时热焓 kJ kg 1S I 过热蒸汽出口时热焓 kJ kg 2S I 其他热负荷 如注水汽化热等 kJ s Q 用公式 2 1 计算 原料 70 万 t y 22 20kg s 0 3 F We 原料入炉 280 焓值 164kcal kg 686 621kJ kg i I 原料出炉 370 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 4 焓值 270kcal kg 1130 42 kJ kg V I 227kcal kg 950 39kJ kg L I 过热蒸汽 70 万 t y 2 22kg s S W 入炉温度 142 焓值 140kcal kg 586 14kJ kg 1S I 出炉温度 420 焓值 307kcal kg 1285 33kJ kg 2S I 故 62 68639 9503 0142 11303 020 22 Q 14 58633 128522 2 kJ s 9 8606 圆整为 8607kJ s Q 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 5 第 3 章 燃烧过程计算 3 1 燃料的低发热值 低热值是燃料完全燃烧后所生成的水为蒸汽状态时的热值 3 1 WOSHCQl62624681 3 式中 液体燃料的低热值 燃料 kcal kg l Q 在燃料中的碳 氢 硫和水分重量百分率SHC 用公式 3 1 计算 kcal kg 42214 17kJ kg 2 1008274 0 2626 122468781 l Q 3 2 燃烧所需的理论空气 燃料完全燃烧时所需的空气量为理论空气量 3 2 2 23 867 2 0 OSHC L 3 式中 燃料的理论空气量 重量 千克空气 千克燃料 0 L 用公式 3 2 计算 千克空气 千克燃料 27 14 2 23 74 0 26 1288767 2 0 L 3 3 炉效率 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 6 设离开对流段的烟气温度较原料油入对流段温度高 100 s t 380100280 s t 热效率由下式计算 3 3 0 0 100 1 qql 3 式中 热效率 辐射段加对流段总热损失 l q 烟气出对流段带走的热量 1 q 根据过剩空气系数和烟气出对流段温度 由文献 3 图 4 可查得烟气带走的 s t 热量 即 1 q n Q q1 通常立式炉和圆筒炉辐射段热损失约 1 3 对流段热损失约为 1 2 用公式 3 3 计算 设 3 当 380 时 由图 4 查得 19 7 l q 1 q s t 1 q 目前立式炉和圆筒炉辐射段过剩空气系数约为 1 2 1 3 本设计中取 1 2 对流段 过剩空气系数约为 1 3 1 5 本设计取 1 4 故 80 7 193100 3 4 燃料用量 3 4 L Q Q B 3 式中 燃料用量 kg h B 用公式 3 4 计算 kg s26 0 773 0 17 42214 8607 B 3 5 烟气流量 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 7 3 5 BWLW sg 1 0 3 式中 烟气流量 kg s g W 雾化蒸汽流量 kg s s W 当烧油时 0 5 s W 用公式 3 5 计算 kg s 58 526 05 0127 144 1 g W 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 8 第 4 章 辐射段计算 4 1 圆筒炉辐射段热负荷 辐射段的吸热量与辐射段烟气温度 炉管热强度 辐射段的传热面积及炉型结构 等有关 炉型结构不同时 在相同的辐射段烟气出口温度下 较合理的炉型结构可以得到 较高的辐射系数 如在相同的辐射段烟气出口温度下 圆筒炉的直接辐射系数约为 055 0 6 而箱式炉直接辐射系数为 0 50 0 55 合理的加热炉设计要求 辐射管表面热强度要合乎最佳值 炉膛体积要小 辐射段与对流段传热分配比要合适 即直接辐射系数符合推荐值 炉内除炉管以外的构造物要简易 炉管的尺寸 壁厚 材质等的选用要合理 圆筒炉辐射段的热负荷根据不同情况采用不同的计算方式 R Q 对流段采用钉头管时 75 QQR 故 25 645575 0 8607 R Q 4 2 辐射段管壁平均温度估算 按下式计算 4 1 Ctw 02 1 6030 2 3 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 9 4 2 8070 122 1 3 式中 辐射管管壁平均温度 w t 对流段油料入口温度 1 辐射段油料出口温度 2 油料入辐射段温度 1 式 4 1 辐射热强度在 27000kcal h 以上时 括号内的数字为C 辐 2 m 6045 射热强度在 20000kcal h 以下时括号内的数字为C 2 m 4030 辐射段炉管表面热强度在计算中通常先根据经验数据选用 常用的管式加热炉管 表面热强度最佳值为 27000 32000kcal h 本设计中取 2 m 22 89 34 30000mkJhmkcalqR 取 4 1 括号内的数字为 55 用公式 4 1 4 2 计算 55 2 2 1 w t C 5 302 75 0 250370 370 75 0 122 1 391 25 w t 4 3 辐射管表面热强度 辐射段炉管表面热强度在设计中通常先根据经验数据选用 常用管式加热炉辐射 炉管表面热强度的最佳值为 27000 32000kcal m2h 由文献 3 表 5 选用kcal m2h 34 89kJ m2 30000 R q 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 10 4 4 辐射管加热面积 根据选定的辐射管热强度 和前面估算出的辐射段热负荷 R q 2 Q 由下式算出辐射段炉管表面积 4 3 R R R q Q A 3 式中 辐射管加热表面积 m2 R A 辐射段热负荷 kcal h R Q 辐射管热强度 kcal m2h R q 由公式 4 3 计算 m202 185 89 34 25 6455 R A 4 5 辐射段管径及管程数 4 4 F F i GN W d 30 1 3 式中 管内径 m i d 管内流体重量流速 kg m2s F G 管内流体流量 kg s F W 管程数N 用公式 4 4 计算 根据文献 3 表 5 选用 1000kg m2s 选用管程数 2 F GN 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 11 m119 0 10002 79920 30 1 i d 故而选用辐射管为 152 12 4 6 辐射管管心距 一般推荐采用管心距为 加大管心距可以使向着墙那边的炉管获得较大的热强d2 度 因而提高辐射管加热表面积的平均热强度 所以特别有利于加热与炉膛烟气温度 接近的高温流体 选用管心距为mm30415222 d 4 7 辐射段炉体尺寸 4 7 1 高径比 选用 5 2 节圆直径 辐射管长度 D L 4 7 2 估算辐射管长度 和节圆直径L D 4 5 LD C AR 1 式中 管心距与管外径之比 C 辐射段炉管长度 m L 辐射段节圆直径 m D 用公式 4 5 计算 m87 3 5 2 202 185 5 2 2 22 R A D 圆整为 4m D 辐射管长度 m1045 25 2 DL 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 12 根据我国现有炉管规格辐射管长 12mL 4 8 对流段长 选用对流管 152 12 标准钉头管 4 6 cC dDL4 525 1 3 式中 对流段长 m c L 辐射段内径 m D 对流管外径 m c d D mdD304 4 152 0 242 应用公式 4 6 m8748 3 152 0 4 525 1 304 4 Lc 取对流段长为 4m c L 4 9 对流段宽 从文献 3 表 7 查得 152 标准钉头管 管周边钉头数为 14 钉头直径为 12 毫米 钉头高 25 毫米 纵向钉头间距为 15 毫米 4 7a 2 1000 1 bd d da s p cc 3 式中 每米钉头管所占流通面积 m2 c a 钉头直径 m s d 钉头高 m b 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 13 纵向钉头间距 mm p d 每米钉头管所占流通面积 c a 用公式 4 7a 计算 m2192 0 2025 0 012 0 15 1000 152 0 1 c a 选用烟气重量流速 kg m2s8 2 g G 选用管心距为 c d2 4 7 wccc g g nLasL W G 3600 3 4 8 cwc dndS4 2213 3 用公式 4 7 4 8 计算 w w ns nS 3192 0 3 8 5 8 2 152 0 21152 0 3 解得 4 09 w n 故而取 6 根 w n m 圆整为 1 4m09 1 S 4 10 确定节圆直径 辐射段高 炉膛直径 根据以上计算得对流管每排 6 根 每根管长 4 米 管径 152 遮蔽管面积 3 14 0 152 6 4 11 45 m2 辐射管壁面积 191 2 11 45 179 75m2 根 3 32 12152 0 14 3 02 185 Ld A n R 故选用辐射管 36 根 管程数 2 炉管数应为炉管程数的倍数 Nn 节圆直径 m49 3 1 304 0 36 D 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 14 根据炉子结构设计辐射段高度比炉管长度长 1 米 m13112 H 炉膛直径 根据炉管根数计算出实际节圆直径 再加上两倍的管子中心与炉Dn 壁的距离 即为实际炉膛直径 m794 3 152 0 249 3 D 4 11 当量冷平面 当量平面可用下式计算 dLnA acp 2 式中 当量平面 m2 cp A 辐射炉管数 n 辐射炉管有效长度 m a L 2d 辐射炉管管心距 m 辐射管当量平面 m2328 131304 0 1236 cp A 管心距为 查 1 图 5 得 0 88d2 m257 115328 13188 0 cp A 遮蔽管当量平面 m2296 7 304 0 64 cp A 遮蔽管 1 2 269 7 1269 7 mAcp 总 2 44 116269 7 148 109mAcp 4 12 有效暴露砖墙面积与当量冷平面之比 m2 47 177794 3 4 213794 3 2 F 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 15 有效暴露砖墙面积 4 9 CPW AFA 3 式中 暴露砖墙面积 m2 W A 炉膛总面积 m2 F 由公式 4 9 得 177 47 116 44 61 03m2 W A 53 0 44 116 03 61 cp W A A 4 13 气体辐射率 气体辐射率是由三原子气体和两种成分的浓度 炉子的大小 气体温度 2 COOH2 和吸收表面 管壁 温度等因素决定的 由文献 3 图 6 查得当过剩空气系数为 1 4 时 Pa 21 0 22 oHco P 5 10 由文献 3 表 9 查得平均辐射长度 1 3 794 3 794mL Pa2 7794 3 1021 0 5 LP 假定辐射段烟气出口温度 700 p t 由文献 3 图 7 查得气体辐射率为 0 46 4 14 交换因数 交换因数随放热表面和吸收表面的辐射率和吸收率而变 所以与有效暴露砖墙F 的总反射面有关 也与当量冷平面有关 由文献 3 图 8 查得当时 0 5146 0 cp W A A F 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 16 4 15 辐射段热平衡 输入辐射段的热量有 燃料的总放热量 燃料空气的显热以及燃料的显热 n Q a q f q 在辐射段输出的热量有 被管子所吸收的热量 热损失以及离开炉膛的烟气显热 R Q L q 2 q 辐射段热平衡由下式计算 4 10 FA Q Q q Q q Q q Q q FA Q CP n nn L n f n a CP R 2 1 3 燃料空气的显热以及燃料的显热值很小可以忽略不计 a q f q 辐射段热损失 取 0 02 n Q q1 kJ s83 1139717 4221427 0 ln QBQ 式中 燃料用量 kg s B 燃料的低发热值 kJ kg l Q 查文献 3 图 4 当 过剩空气系数为 1 4 时 得 0 384700 p t n Q q1 将其代入公式 4 10 得 kJ m2s 16 110 51 0 44 116 68 10975 384 0 02 0 1 FA Q CP R 4 16 辐射段烟气出口温度 取文献 3 图 10 b 中管壁温度 500 作吸收曲线 如图 4 1 将第一次假设 w t 及kJ m2s 的交点 A 画于图上 位于 500 吸收曲线的左上700 p t16 110 FA Q CP R w t 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 17 方 再另设 重复上述计算 由文献 3 图 7 查得气体辐射率为 0 425 由1000 p t 文献 3 图 8 查得 0 48 由文献 3 图 4 查得 0 509 则F n Q q1 kJ m2s 5 93 48 0 44 116 68 110975 509 0 02 0 1 FA Q CP R 将第二次试算的 与kJ m2s 的交点 B 画在图上 位于 500 1000 p t 5 93 FA Q CP R w t 吸收曲线的右下方 连接 A B 两点与线相交 交点所示烟气温度 即为 w t875 p t 所求的 p t c A B 图 4 1 辐射段咽气温度 4 17 核算辐射段热负荷 由 查文献 3 图 4 得 0 5875 p t n Q q2 kJ s 33 526868 109755 002 0 1 R Q 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 18 圆整为 kJ s5269 R Q 4 18 核算辐射段表面热强度 kJ m2s 2 24 152 0 6412152 0 36 5269 R q 圆整为 kJ m2s25 R q 4 19 核算辐射段油料入口温度 辐射段出口油料总热焓量 kJ s 66 2229739 950 2 223 0142 1130 2 223 0 圆整为 22298kJ s 核算得 kJ s 则辐射段入口油料热焓 5269 R Q kJ kg767 2 22 526922298 查热焓图得 C 0 1 315 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 19 第 5 章对流段计算 5 1 对流段热负荷 对流段热负荷由下式计算 RC QQQ 5 1 3 式中 对流段热负荷 kcal h C Q 总热负荷 kcal hQ 辐射段热负荷 kcal h R Q 于是 kJ s333852698607 C Q 5 2 对数平均温度差 5 2 1 1 1 1 s p n sp t t l tt t 3 式中 对数平均温度差 t 对流段油料入口 出口温度 1 1 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 20 对流段烟气入口 出口温度 p t s t 烟气 875 380 油料 315 280 差值 560 100 267 100 560 100560 n l t 5 3 内膜传热系数 对流段油料平均温度 5 297 2 315280 对流段油料平均黏度 cp735 0 5 3 F F i GN W d 30 1 3 应用公式 5 3 计算 F G 其中 m 128 0 024 0 152 0 i d2 N 代入数据后有 803 kg m2s F G 5 4 33 0 8 0 1000027 0 cGd d h Fi i i 3 式中 对流段炉管的内膜传热系数 kcal m2h i h 管内流体的重量流速 kg m2s F G 管内流体在平均温度下的黏度 cp 对流段炉管内径 m i d 取 1 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 21 根据比重 0 9612 查文献 1 图 12 得 0 25 33 0 c cp735 0 33 0 c 应用公式 5 4 kcal m2h 5 65730 784125 0 735 0 863128 0 1000 128 0 027 0 8 0 i h 5 5 i ii R hh 11 3 内膜结构热阻 由文献 3 表 3 查得 i R 0 0004m2hoc kcal i R 代入公式 5 5 Chmkcal hi 2 00177 0 0004 0 5 730 11 kJ m2soC97 564 i h 5 4 管外膜传热系数 5 4 1 钉头表面传热系数 对流段烟气的平均温度 K866273 380 875 380875 n g l T 烟气重量流速 kg m2s373 1 42192 0 4 14 58 5 ccc g g LNasL W G 5 6 333 0 3 0667 0 44 9 s gg s d TG h 3 式中 钉头直径 mm s d 代入公式 5 6 kcal m2hoc 79 38 12 866373 1 44 9 333 0 3 0667 0 s h 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 22 5 7 005 0 11 ss hh 3 代入公式 5 7 03 0 005 0 79 38 11 s h 33 3kcal m2h s h 5 4 2 钉头效率 所采用的钉头为 12 标准钉头 钉头高为 0 025 米 当 33 3kcal m2h 查文 s h 献 3 图 15 得94 0 s 5 4 3 光管管外对流传热系数 5 8 333 0 3 0667 0 44 9 c gg oc d TG h 3 式中 对流管外径 mm c d 代入公式 5 8 得 66 16 152 866373 1 44 9 333 0 3 0667 0 oc h 005 0 11 ococ hh 代入公式有 065 0 005 0 66 16 1 15 38kcal m2h oc h 5 4 4 钉头管外膜传热系数 每米长管子的光管面积 m248 0 152 0 0 a 每米长管子的钉头部分面积 m2844 0 012 0 4 025 0 012 0 015 0 12 2 s a 每米长管子的光管部分面积 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 23 m23868 0 015 0 12 012 0 4 152 0 2 b a 5 9 0 a ahah h bocsss so 3 代入公式 5 9 得 kcal m2h 43 67 48 0 3868 0 38 15844 0 94 0 3 33 so h 5 5 对流段总传热系数 5 10 iso iso c hh hh K 3 将数据代入公式 5 10 得 0 07kJ m2soC ChmkcalKc 2 2 60 97 56443 67 97 56443 67 5 6 对流管表面积及对流管排数 5 11 tK Q A c c c 3 5 12 ccw c c dLn A N 3 式中 对流管表面积 m2 c A 对流管管排数 排 c N 每排炉管根数 w n 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 24 代入公式 5 11 m2 6 178 26707 0 3338 c A 代入公式 5 12 排 4 23 152 0 64 6 178 c N 圆整为 24 排 选用对流管共 24 排 遮蔽管在对流段下部 所以对流段的总管排数 25 排 每 排 6 根 5 7 对流管表面热强度 5 13 c c c A Q q 3 式中 对流管表面热强度 kcal m2h c q 代入公式 5 13 kJ m2s14 17 152 0 6417 3338 c q 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 25 第 6 章 炉管内压力降计算 有相变化 6 1 气化点 假设开始气化时的压力kg cm2 由平衡蒸发泡点曲线求得开始气化时的温度4 e p 为 360 令此点为气化点 6 2 气化段炉管的当量长度 炉出口温度为 370 此时 气相热焓 270kcal kg 1130 42kJ kg V I 液相热焓 227kcal kg 950 39kJ kg L I 气化点温度为 360 此时 液相热焓 220kcal kg 921 08kJ kg e I 油料入辐射温度为 315 此时 液相热焓 183kcal kg 766 17 kJ kg i I 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 26 油料在炉出口处的平均热焓由公式 59 给出 6 1 LV tIeeII 1 3 式中 炉出口出油料气化百分数以小数表示 e 炉出口出气相热焓 kcal kg V I 炉出口出液相热焓 kcal kg L I 开始气化时油料的焓 kcal kg e I 辐射段进口出油料的热焓 kcal kg i I 应用公式 6 1 kJ kg 399 100439 9503 0142 11303 0 tI 6 2 1 辐射段的当量长度 2 管程 18 2 36 n 6 2 ie dnLnl 1 3 式中 单程炉管的当量长度 m e l 每程炉管根数 6 2 3 n n 辐射段每根炉管的长度 mL 与炉管连接形式有关的系数 查文献 1 表 11 取 60 应用公式 6 2 壁 管 m 56 346128 0 601181218 1 e l 遮蔽管 m 04 31128 0 601442 2 e l 辐射段的当量长度 m 6 37704 3156 346 21 eee lll 圆整为 m378 e l 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 27 6 2 2 气化段炉管当量长度 6 3 e it et v l II II l 3 代入前面已经求出的数据有 m 2 132378 17 766399 1004 08 921399 1004 v l 圆整为 133m v l 6 3 气化段的压力降 6 3 1 气化段气液混合重度 气化段平均温度 365 2 360370 w t 气化段平均压力 其中 10 kg m206 2 2 0 a MP 4 10 kg m203 3 2 06 2 4 w P 4 假定气化部分的分子量 则在气化段平均条件下气相重度 340 V M 6 4 273 273 1 4 22 V VV V t PM 3 式中 油料气化部分的分子量 V M 气化段气化部分平均压力 kg m2 V P 气化段气化部分平均温度 V t 应用公式 6 4 kg m368 19 273365 273 1 03 3 4 22 340 V 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 28 气化段平均气化率 0 3 2 0 15 e 假设气化段平均条件下液相重度 kg m3500 L 6 5 Lv L F V F F m eeWe We W 1 1 1 3 式中 气化段的气液混合重度 kg m3 m 应用公式 6 5 kg m327 107 500 15 0 1 68 19 15 0 1 m 6 3 2 气化段气液混合流速 6 6 Nd W u m F m 2 4 3600 3 式中 气化段气液混合速度 m s m u 将已知数据代入公式 6 6 得 m s05 8 2128 0 4 27 107 2 22 2 m u 6 3 3 气化段压力降 已知 8 05 m s 7kg m3 0 128m m u i d 6 7 ud d f i i 0025 0 000309 0 00339 0 3 6 8 4 2 102 m m i V e g u d l fP 3 式中 水力摩擦系数 f 应用公式 6 7 6 8 得 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 29 00512 0 39 8 128 0 128 0 0025 0 000309 0 00339 0 f kg m2 44 2 10754 0 1027 107 81 9 05 8 128 0 133 00512 0 2 e P 6 3 4 气化点压力 kg m2 4 10814 2 06 2 754 0 06 2 ee PP 计算kg cm2 小于假设的 4 104 e Pkg m2 故再次假设 814 2 e P 6 3 5 重复计算 重复上述计算过程 假设开始气化时的压力3 e p 10 kg m2 由平衡蒸发泡点 4 曲线求得开始气化时的温度为 270 令此点为气化点 此时液相热焓 158kcal kg 661 5kJ kg e I 气化段炉管当量长度 m 气化段平均温度 544378 17 766399 1004 5 661399 1004 v l 气化段平均压力为 10 kg m2 假定气化320 2 270370 w t53 2 2 06 2 3 w P 4 部分的分子量 则在气化段平均条件下气相重度 kg m3 假设气340 V M17 18 V 化段平均条件下液相重度 kg m3 则气化段气液混合重度kg m3500 L 45 100 m 气化段气液混合流速m s 于是 59 8 m u 8 59m s kg m3 0 128m m u45 100 m i d 计算得 00506 0 59 8 128 0 128 0 0025 0 000309 0 00339 0 f 10 kg m206 3 10100 81 9 59 8 128 0 515 00506 0 2 4 2 e P 4 气化点压力 10 kg m212 5 06 2 06 3 06 2 ee PP 4 计算压力kg cm2 大于假设的 10 kg m2 12 5 e P3 e P 4 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 30 6 3 6 图解法计算 根据上述两次试算结果采用图解法计算如下 第一次试算结果 6935 0 4 814 2 假设 计算 e e P P 第二次试算结果 71 1 3 12 5 假设 计算 e e P P 作图如下 连接 AB 与横坐标交点即为气化点压力 10 kg m272 3 e P 4 气化段的压力降 10 kg m266 1 06 2 72 3 e P 4 Pe Pe Pe kg cm2 图 6 1 油料的平衡蒸发泡点曲线 6 4 气化点前压力降 6 4 1 辐射段气化点前压力降 10 kg m2 查平衡蒸发泡点曲线得气化点温度等于 320 此时液相热72 3 e P 4 焓 185kcal kg 774 54kJ kg e I 气化段炉管当量长度 m 3 364378 17 766399 1004 54 774399 1004 V l 辐射段气化点前当量长度 378 364 3 13 7m 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 31 气化点前辐射段平均温度 316 2 320315 气化点前辐射段压力降 kg m3 550 L cp632 0 介质流速由下式可得 6 9 Nd W u il F 2 4 3600 3 代入数据有 m s57 1 2128 0 4 550 2 22 2 u 查文献 3 图 18 得 黏度校正值为 1 025 4 1016 l P 10 kg m20213 0 025 1 131016 4 P 4 6 4 2 对流段压力降 对流段当量长度 其中 icCce dnLnl 30 2 415 c n4 C L 于是 m 圆整为 350m 4 350128 0 6030430 e l 对流段平均温度 5 297 2 280315 t kg cm2 600 L cp683 0 介质流速 m s44 1 2128 0 4 600 2 22 2 u 查文献 3 图 18 得 黏度校正值为 1 028 4 10 5 14 l P 对流段压力降为 10 kg m252 0 28 1 35010 5 14 4 c P 4 气化点前压力降 0 0213 0 52 0 5413 10 kg m2 4 6 5 炉管总压力降 10 kg m226 4 66 1 5413 0 P 4 炉入口处压力为 2 2 2 06 4 26 10 kg m2 4 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 32 第 7 章 烟囱计算 7 1 烟气的阻力 7 1 1 对流段的阻力 钉头区域外部的烟气重量流速 用公式 7 1 计算 7 1 2 0 8 1 8 1 p p s si so go g d d N A A G W 3 式中 烟气流量 kg s g W 烟气在钉头管区域外部的重量流速 kg m2s go G 钉头区域外部的流通面积 m2 so A 钉头区域内部的流通面积 m2 si A 每一圈的钉头数 s N 钉头与钉头之间的间隙 m p d 两邻管钉头端头间的间隙 m p d 对流段截面积 m26 54 14 每排炉管所占截面积 m2432 2 44152 0 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 33 钉头所占截面积 m272 0 025 0 012 0 62 015 0 3 自由通道面积 m2544 2 72 0 736 2 6 钉头区域外部的流通面积用公式 7 1 a 计算 7 1 a Dwcso LnbdSA2 3 代入公式后有 m2 364 2 36025 0 2152 0 2 so A 钉头区域内部的流通面积 m218 0 364 2 544 2 si A 钉头与钉头之间的间隙 0 015 0 012 0 003m p d 两邻管钉头端头间的间隙 0 077m p d 将以上数据代入公式 7 1 有 于是得到 kg m2s 2 0 8 1 8 1 077 0 003 0 16 18 0 346 2 58 5 go G 92 1 go G 通过钉头管的阻力 K l T n g 1777273 380 875 380875 0 077m kg m2s 排 p d92 1 go G25 c N 查文献 3 图 21 得 毫米水柱 36 75Pa75 3 2515 0 2 H 7 1 2 各部分的局部阻力 7 1 2 1 烟气由辐射段到对流