管式加熱爐-第六節(jié)-對流室的傳熱計算課件

第6節(jié)對流室的傳熱計算6.1概述6.2對流室的計算

第6節(jié)對流室的傳熱計算6.1概述16.1概述6.1.1對流室的作用及特點6.1.2對流室的主要計算內(nèi)容6.1概述6.1.1對流室的作用及特點26.1.1對流室的作用及特點作用：降低排出煙氣的溫度；減少加熱爐因為煙氣排空而帶來的熱損失；提高加熱爐的熱效率特點：①以對流傳熱為主；②煙氣除與爐管進行對流傳熱外，其輻射傳熱也占據(jù)很大份額；③對流室的爐墻參與輻射換熱過程6.1.1對流室的作用及特點作用：降低排出煙氣的溫度；特點36.1.2對流室的主要計算內(nèi)容

目的：確定對流室的傳熱面積Act；確定對流室爐管表面平均熱強度qc方法：與在第五章傳熱中的計算方法類似；但既考慮對流傳熱，又要考慮輻射傳熱；計算過程更為復(fù)雜

6.1.2對流室的主要計算內(nèi)容目的：確定對流室的傳熱面46.2對流室的計算6.2.1對流室的可選尺寸6.2.2對流室尺寸的確定6.2.3對流室傳熱面積Act的確定6.2.4過熱蒸汽管的計算6.2對流室的計算6.2.1對流室的可選尺寸56.2.1對流室的可選尺寸燃料中含重金屬較少時：一般采用釘頭管或翅片管，以增加換熱面積強化傳熱；采用較劣質(zhì)燃料時：采用光管，因其生成的灰比較多；采用釘頭管、翅片管，污垢熱阻會由于灰塵迅速集結(jié)而急劇增加；⒈爐管的型式：注：無論采用哪種管子型式，在對流室中都應(yīng)安裝吹灰裝置，以減小污垢熱阻。6.2.1對流室的可選尺寸燃料中含重金屬較少時：一66.2.1對流室的可選尺寸對流室爐管排列方式與換熱器中一樣，有正三角形排列和正方形旋轉(zhuǎn)45o排列，一般采用正三角形排列。⒉爐管的排列方式：6.2.1對流室的可選尺寸對流室爐管排列方式與換熱76.2.1對流室的可選尺寸光管：管間距S1=（1.5～2）dc，對流室最小截面處煙氣的質(zhì)量流速Mg=1.5～2kg/(m2·S)；釘頭管：管間距S1=（2～2.4）dc，質(zhì)量流速Mg=2～4kg/(m2·S)。一般情況下，多采用S1=2dc。⒊管間距：6.2.1對流室的可選尺寸光管：管間距S1=（1.5～86.2.1對流室的可選尺寸對流室管徑尺寸同輻射室，尺寸范圍為60～152mm，多采用60～150mm。在對流室為水平放置的圓筒爐內(nèi)，對流室通常選用與輻射管相同的直徑及相同的管程數(shù)。⒋管徑：6.2.1對流室的可選尺寸對流室管徑尺寸同輻射室，尺寸96.2.2對流室尺寸的確定⒈對流室寬度S：

式中：dc－對流管的外徑；nW－每排對流管根數(shù)；S1－管心距；3dc－相當于最外側(cè)的對流爐管與對流室爐墻之間的距離。6.2.2對流室尺寸的確定⒈對流室寬度S：式中：dc－106.2.2對流室尺寸的確定⒉長度L：式中：mg－煙氣的質(zhì)量流量，kg/h；af－每根光管或釘頭管所占的流通截面積，m2；nW－每排對流管的根數(shù)；Lc－對流管有效長度，m。煙氣的質(zhì)量流速：對流管有效長度：

6.2.2對流室尺寸的確定⒉長度L：式中：mg－煙氣116.2.2對流室尺寸的確定⒊對流室的高度HC：HC由對流室爐管的排數(shù)（傳熱面積）而定：其中：

6.2.2對流室尺寸的確定⒊對流室的高度HC：HC由對126.2.3對流室傳熱面積Act的確定

計算思路和換熱器傳熱面積的計算思路一樣。設(shè)對流室熱負荷為Qc，對數(shù)平均溫差為Δtm，總傳熱系數(shù)為Kc，則有：6.2.3對流室傳熱面積Act的確定計算思路和換136.2.3對流室傳熱面積Act的確定⒈對流室的熱負荷：

說明：①對流室的熱負荷等于加熱爐的總熱負荷Q減去輻射室熱負荷QR；②遮蔽管包括在輻射室中；③對流室中敷設(shè)有過熱蒸汽管，這部分蒸汽所吸收的熱量，應(yīng)記在對流室的熱負荷中。

6.2.3對流室傳熱面積Act的確定⒈對流室的熱負荷：146.2.3對流室傳熱面積Act的確定2.對數(shù)平均溫差Δtm：

為確保對流傳熱，煙氣出對流室的溫度τ1’與管內(nèi)介質(zhì)入爐的溫度τ1要保持適當?shù)臏夭睿?jù)此來確定煙氣出對流室的溫度（推薦溫差為100～150℃）。

6.2.3對流室傳熱面積Act的確定2.對數(shù)平均溫差Δ156.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的Kc的計算：

①管內(nèi)介質(zhì)的對流傳熱系數(shù)αi：

單相流，管內(nèi)，受迫運動，西德爾－泰特準數(shù)式：6.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的K16說明：a.μ、μt－管內(nèi)介質(zhì)在平均溫度和管壁溫度下的粘度，Pa·s；b.使用條件：Re>104，0.7<Pr<16700，L/di>60，特別適用于粘性流體。對于空氣，應(yīng)用0.023代替0.027；c.若關(guān)鍵性熱阻在氣膜，可選經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如：當管內(nèi)為原油時：αi=1163W/(m2·K)；裂化原料：αi=930W/(m2·K)；重油：αi=698W/(m2·K)；

d.加熱爐爐管內(nèi)的結(jié)垢熱阻Ri可查附錄，故包括Ri在內(nèi)的管內(nèi)對流傳熱膜系數(shù)為：說明：a.μ、μt－管內(nèi)介質(zhì)在平均溫度和管壁溫度下的粘度，P176.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的Kc的計算：

②管外綜合傳熱系數(shù)αo:爐墻的輻射系數(shù)αowαo煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc煙氣的輻射系數(shù)αor6.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的K18A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：

a．努塞爾（Nusselt）準數(shù)方程式：

式中：a－與管束的排列形式有關(guān)的系數(shù)，正三角形排列時，a=0.33；正方形排列時，a=0.26；Gg－煙氣在最小截面處的質(zhì)量流速，kg/(m2·s)；dc－對流管的外徑，m。應(yīng)用條件：煙氣的雷諾數(shù)Reg>30000

A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：a．努塞爾（Nusselt19A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：

b.蒙拉特（Monrad）準數(shù)方程式：釘頭管和翅片管：

光管：A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：b.蒙拉特（Monrad20A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：

c．布里吉什（Briggs）準數(shù)方程式：式中：S－翅片與翅片的間隙，m；X－翅片高度，m。環(huán)形（橫向）翅片管，正三角形排列的管束：

A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：c．布里吉什（Briggs21B．煙氣的輻射系數(shù)αor：式中：εt－管壁的黑度，εt=0.9；εg－氣體的黑度；αg－氣體的吸收率；Tg，Tt－分別為氣體和管壁的溫度，K。B．煙氣的輻射系數(shù)αor：式中：εt－管壁的黑度，εt=022C．爐墻的輻射系數(shù)αow：式中：Tt－管壁平均溫度，K；εt、εw－分別為管壁和爐墻的黑度。C．爐墻的輻射系數(shù)αow：式中：Tt－管壁平均溫度，K；23綜上所述，管外綜合傳熱系數(shù)：管外的結(jié)垢熱阻：

燒氣體燃料或帶有吹灰裝置的燒液體燃料的爐子：不大于0.0043m2·K/W沒有吹灰裝置的采用液體燃料的加熱爐：一般取為0.0086m2·K/W故包括Ro在內(nèi)的管外綜合傳熱系數(shù)為：

綜上所述，管外綜合傳熱系數(shù)：管外的結(jié)垢熱阻：燒氣體燃料或246.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的Kc的計算：

③對流室的總傳熱系數(shù)Kc：忽略金屬壁熱阻：6.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的K256.2.3對流室傳熱面積Act的確定⒋對流管的表面積、總排數(shù)及表面熱強度：表面積：總排數(shù)：

表面熱強度：

6.2.3對流室傳熱面積Act的確定⒋對流管的表面積、266.2.4過熱蒸汽管的計算作用：提高加熱爐的熱效率

排列：需根據(jù)溫差合理安排，盡量將其放置在煙氣溫度不超過450℃之處，這樣就可以使用碳鋼管；管程數(shù)應(yīng)采用偶數(shù)，以便使進出口聯(lián)接都安置在爐子的同一側(cè)。6.2.4過熱蒸汽管的計算作用：提高加熱爐的熱效率排276.2.4過熱蒸汽管的計算總傳熱系數(shù)：式中：α１－煙氣對管束的綜合放熱系數(shù)；

α２－水蒸汽的對流傳熱膜系數(shù)：

MW－管內(nèi)過熱水蒸汽的質(zhì)量速度；di－過熱水蒸汽管的內(nèi)徑，m。

6.2.4過熱蒸汽管的計算總傳熱系數(shù)：式中：α１－煙氣28第6節(jié)對流室的傳熱計算6.1概述6.2對流室的計算

第6節(jié)對流室的傳熱計算6.1概述296.1概述6.1.1對流室的作用及特點6.1.2對流室的主要計算內(nèi)容6.1概述6.1.1對流室的作用及特點306.1.1對流室的作用及特點作用：降低排出煙氣的溫度；減少加熱爐因為煙氣排空而帶來的熱損失；提高加熱爐的熱效率特點：①以對流傳熱為主；②煙氣除與爐管進行對流傳熱外，其輻射傳熱也占據(jù)很大份額；③對流室的爐墻參與輻射換熱過程6.1.1對流室的作用及特點作用：降低排出煙氣的溫度；特點316.1.2對流室的主要計算內(nèi)容

目的：確定對流室的傳熱面積Act；確定對流室爐管表面平均熱強度qc方法：與在第五章傳熱中的計算方法類似；但既考慮對流傳熱，又要考慮輻射傳熱；計算過程更為復(fù)雜

6.1.2對流室的主要計算內(nèi)容目的：確定對流室的傳熱面326.2對流室的計算6.2.1對流室的可選尺寸6.2.2對流室尺寸的確定6.2.3對流室傳熱面積Act的確定6.2.4過熱蒸汽管的計算6.2對流室的計算6.2.1對流室的可選尺寸336.2.1對流室的可選尺寸燃料中含重金屬較少時：一般采用釘頭管或翅片管，以增加換熱面積強化傳熱；采用較劣質(zhì)燃料時：采用光管，因其生成的灰比較多；采用釘頭管、翅片管，污垢熱阻會由于灰塵迅速集結(jié)而急劇增加；⒈爐管的型式：注：無論采用哪種管子型式，在對流室中都應(yīng)安裝吹灰裝置，以減小污垢熱阻。6.2.1對流室的可選尺寸燃料中含重金屬較少時：一346.2.1對流室的可選尺寸對流室爐管排列方式與換熱器中一樣，有正三角形排列和正方形旋轉(zhuǎn)45o排列，一般采用正三角形排列。⒉爐管的排列方式：6.2.1對流室的可選尺寸對流室爐管排列方式與換熱356.2.1對流室的可選尺寸光管：管間距S1=（1.5～2）dc，對流室最小截面處煙氣的質(zhì)量流速Mg=1.5～2kg/(m2·S)；釘頭管：管間距S1=（2～2.4）dc，質(zhì)量流速Mg=2～4kg/(m2·S)。一般情況下，多采用S1=2dc。⒊管間距：6.2.1對流室的可選尺寸光管：管間距S1=（1.5～366.2.1對流室的可選尺寸對流室管徑尺寸同輻射室，尺寸范圍為60～152mm，多采用60～150mm。在對流室為水平放置的圓筒爐內(nèi)，對流室通常選用與輻射管相同的直徑及相同的管程數(shù)。⒋管徑：6.2.1對流室的可選尺寸對流室管徑尺寸同輻射室，尺寸376.2.2對流室尺寸的確定⒈對流室寬度S：

式中：dc－對流管的外徑；nW－每排對流管根數(shù)；S1－管心距；3dc－相當于最外側(cè)的對流爐管與對流室爐墻之間的距離。6.2.2對流室尺寸的確定⒈對流室寬度S：式中：dc－386.2.2對流室尺寸的確定⒉長度L：式中：mg－煙氣的質(zhì)量流量，kg/h；af－每根光管或釘頭管所占的流通截面積，m2；nW－每排對流管的根數(shù)；Lc－對流管有效長度，m。煙氣的質(zhì)量流速：對流管有效長度：

6.2.2對流室尺寸的確定⒉長度L：式中：mg－煙氣396.2.2對流室尺寸的確定⒊對流室的高度HC：HC由對流室爐管的排數(shù)（傳熱面積）而定：其中：

6.2.2對流室尺寸的確定⒊對流室的高度HC：HC由對406.2.3對流室傳熱面積Act的確定

計算思路和換熱器傳熱面積的計算思路一樣。設(shè)對流室熱負荷為Qc，對數(shù)平均溫差為Δtm，總傳熱系數(shù)為Kc，則有：6.2.3對流室傳熱面積Act的確定計算思路和換416.2.3對流室傳熱面積Act的確定⒈對流室的熱負荷：

說明：①對流室的熱負荷等于加熱爐的總熱負荷Q減去輻射室熱負荷QR；②遮蔽管包括在輻射室中；③對流室中敷設(shè)有過熱蒸汽管，這部分蒸汽所吸收的熱量，應(yīng)記在對流室的熱負荷中。

6.2.3對流室傳熱面積Act的確定⒈對流室的熱負荷：426.2.3對流室傳熱面積Act的確定2.對數(shù)平均溫差Δtm：

為確保對流傳熱，煙氣出對流室的溫度τ1’與管內(nèi)介質(zhì)入爐的溫度τ1要保持適當?shù)臏夭?，并?jù)此來確定煙氣出對流室的溫度（推薦溫差為100～150℃）。

6.2.3對流室傳熱面積Act的確定2.對數(shù)平均溫差Δ436.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的Kc的計算：

①管內(nèi)介質(zhì)的對流傳熱系數(shù)αi：

單相流，管內(nèi)，受迫運動，西德爾－泰特準數(shù)式：6.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的K44說明：a.μ、μt－管內(nèi)介質(zhì)在平均溫度和管壁溫度下的粘度，Pa·s；b.使用條件：Re>104，0.7<Pr<16700，L/di>60，特別適用于粘性流體。對于空氣，應(yīng)用0.023代替0.027；c.若關(guān)鍵性熱阻在氣膜，可選經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如：當管內(nèi)為原油時：αi=1163W/(m2·K)；裂化原料：αi=930W/(m2·K)；重油：αi=698W/(m2·K)；

d.加熱爐爐管內(nèi)的結(jié)垢熱阻Ri可查附錄，故包括Ri在內(nèi)的管內(nèi)對流傳熱膜系數(shù)為：說明：a.μ、μt－管內(nèi)介質(zhì)在平均溫度和管壁溫度下的粘度，P456.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的Kc的計算：

②管外綜合傳熱系數(shù)αo:爐墻的輻射系數(shù)αowαo煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc煙氣的輻射系數(shù)αor6.2.3對流室傳熱面積Act的確定3.總傳熱系數(shù)的K46A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：

a．努塞爾（Nusselt）準數(shù)方程式：

式中：a－與管束的排列形式有關(guān)的系數(shù)，正三角形排列時，a=0.33；正方形排列時，a=0.26；Gg－煙氣在最小截面處的質(zhì)量流速，kg/(m2·s)；dc－對流管的外徑，m。應(yīng)用條件：煙氣的雷諾數(shù)Reg>30000

A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：a．努塞爾（Nusselt47A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：

b.蒙拉特（Monrad）準數(shù)方程式：釘頭管和翅片管：

光管：A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：b.蒙拉特（Monrad48A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：

c．布里吉什（Briggs）準數(shù)方程式：式中：S－翅片與翅片的間隙，m；X－翅片高度，m。環(huán)形（橫向）翅片管，正三角形排列的管束：

A．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：c．布里吉什（Briggs49B．煙氣的輻射系數(shù)αor：式中：εt－管壁的黑度，εt=0.9；εg－氣體的黑度；αg－氣體的吸收率；Tg，Tt－分別為氣體和管壁的溫度，K。B．煙氣的輻射系數(shù)αor：式中：εt－管壁的黑