管式加熱爐第五節(jié)輻射室的傳熱計(jì)算課件

第5節(jié)輻射室的傳熱計(jì)算5.1輻射室的設(shè)計(jì)計(jì)算

5.2輻射室的校核計(jì)算

5.3關(guān)于輻射室操作的幾點(diǎn)說(shuō)明5.1輻射室的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.1輻射管表面熱強(qiáng)度qR

5.1.2輻射管表面積ARt

5.1.3輻射管管外徑dO及管心距S1

5.1.4輻射室或爐膛尺寸5.1.5遮蔽管爐管：外徑dO，內(nèi)徑di，管心距S1，管子數(shù)n；結(jié)構(gòu)尺寸：爐膛直徑D，節(jié)圓直徑D’，有效輻射長(zhǎng)度Lef；

設(shè)計(jì)計(jì)算解決的問(wèn)題包括：5.1.1輻射管表面熱強(qiáng)度qR

影響因素：①被加熱介質(zhì)的熱穩(wěn)定性：包括介質(zhì)的熱穩(wěn)定性、油品芳香烴含量、被加熱介質(zhì)的流速②選用爐管的材質(zhì)

③爐管受熱的不均勻性

5.1.2輻射管表面積ARt

5.1.3輻射管管外徑do及管心距S1

⒈dO的設(shè)計(jì)：

由管內(nèi)冷介質(zhì)流速u：

式中：W－管內(nèi)介質(zhì)流量，kg/h；N－管程數(shù)，一般不用奇數(shù)；ρ－管內(nèi)介質(zhì)在20℃的密度，kg/m35.1.3輻射管管外徑do及管心距S1

⒉S1的設(shè)計(jì)：

增大S1，可使?fàn)t墻一面的爐管表面達(dá)到較大的局部熱強(qiáng)度，從而改善爐管沿圓周方向的受熱不均勻性，也就提高了爐管表面的平均熱強(qiáng)度；管心距一般在1.8～2.25do之間，推薦使用2do5.1.4輻射室或爐膛尺寸⒈爐膛的高度：

高徑比－爐管的有效長(zhǎng)度與中心節(jié)圓直徑之比國(guó)外：2.5～3.0，國(guó)內(nèi)：1.7～2.5確定：取Lef=(1.7～3.0)D’

5.1.4輻射室或爐膛尺寸⒉爐管根數(shù)n：

所需爐管總數(shù)n應(yīng)為：

但實(shí)際的爐管根數(shù)應(yīng)選為管程數(shù)N的整數(shù)倍5.1.5遮蔽管無(wú)反射錐的空心圓筒爐中對(duì)流室下部的第一排管

其表面積和當(dāng)量冷平面面積應(yīng)分別計(jì)入輻射管的面積和當(dāng)量冷平面內(nèi)煙氣對(duì)遮蔽管的角系數(shù)令其等于1

5.2輻射室的校核計(jì)算

5.2.1存在的問(wèn)題5.2.2計(jì)算方法5.2.3羅伯－依萬(wàn)斯(Lobo-Evans)法傳熱速率方程式5.2.1存在的問(wèn)題a.輻射室內(nèi)的燃料燃燒機(jī)理尚不清楚；b.發(fā)熱面即煙氣的溫度、組成處處不同，即：εg=f(PCO2，PH2O，L，Tg)，PCO2，PH2O=f(r，Z，θ)，Tg=f(r，Z，θ)；c.吸熱面為一灰表面，爐管管壁溫度與管內(nèi)油品溫度有關(guān)，且處處不同；d.吸熱面不連續(xù)，爐墻有反射作用5.2.3羅伯－依萬(wàn)斯(Lobo-Evans)法傳熱速率方程式⒈特點(diǎn)：

①只能計(jì)算輻射傳熱量QR及煙氣離開輻射室的溫度Tg；②不能得到煙氣的溫度分布及熱強(qiáng)度分布；③不適用于高徑比Lef/D’>3的情況；④適合于純加熱或熱強(qiáng)度分布較均勻的加熱爐。

⒉基本假定：

Tmax>Tg>Tg’>TR>Tt⒉基本假定：

①煙氣在爐膛內(nèi)的有效輻射溫度Tg等于煙氣離開輻射室溫度Tg’(煙氣在爐膛內(nèi)充分混合，各處溫度相等，且等于煙氣出口溫度)；②將熾熱的煙氣與火焰看作一發(fā)熱面，將管排看作一吸熱面，管壁溫度為管內(nèi)介質(zhì)平均溫度加上50℃；

③對(duì)流給未敷設(shè)爐管爐墻的熱量等于其散熱損失，從輻射的角度將爐墻看成一全反射面；簡(jiǎn)化為：在有反射面的情況下，一個(gè)發(fā)熱面與一個(gè)吸熱面之間的傳熱。⒊傳熱速率方程式：

輻射室內(nèi)的對(duì)流方式傳熱速率QRC為：式中：αRC－對(duì)流給熱系數(shù)，W/(m2.K)；ARt－輻射管外表面積，m2。

⒊傳熱速率方程式：

取αRC=11.36W/(m2·K)；F=0.57；ARt≈2Aef。而當(dāng)量冷平面面積Aef=φACP代入上式，則：其中：φ－煙氣對(duì)管排的角系數(shù)；ACP－管排所占據(jù)的全部面積（包括管間空隙面積），或稱為冷平面面積⒊傳熱速率方程式：

輻射室中總的傳熱速率QR為：可以看出：故輻射室的傳熱速率方程式為：=f(Tg，Tt)⒋傳熱速率方程式中各參數(shù)的確定：②總輻射交換因素F:F是用來(lái)修正由于模型偏差而進(jìn)行修正的參數(shù)：⒋傳熱速率方程式中各參數(shù)的確定：②總輻射交換因素F:⒌熱平衡方程式：或改寫成與速率方程式相同的形式：

式中：qg=f(tg，α)，α一定時(shí)，qg=f(tg)代入上式：式中只有QR和tg是求解的未知數(shù)

⒍圖解法確定輻射室QR和tg：①假定一個(gè)tg，查圖得到qg/Ql，帶入熱平衡方程式，得到一個(gè)QR/φAcPF，在圖7-42上找到一點(diǎn)；②如果該點(diǎn)落在傳熱速率曲線的左上方，則再假設(shè)一個(gè)tg’，使tg’=tg+（100～200）℃，重新計(jì)算(QR/φAcPF)’，使第二點(diǎn)落在曲線的右下方；③連接上述兩點(diǎn)，連線與曲線交點(diǎn)的坐標(biāo)(tg，QR/φAcPF)即為所求：

⒍圖解法確定輻射室QR和tg：5.3關(guān)于輻射室操作的幾點(diǎn)說(shuō)明5.3.1強(qiáng)化輻射室內(nèi)傳熱過(guò)程的措施5.3.2輻射室熱負(fù)荷改變?nèi)绾握{(diào)節(jié)5.3.3爐管被燒彎的原因5.3.1強(qiáng)化輻射室內(nèi)傳熱過(guò)程的措施⒈降低過(guò)?？諝庀禂?shù)α⒉增加燃料用量B⒊加強(qiáng)加熱爐的保溫措施

5.3.2輻射室熱負(fù)荷改變?nèi)绾握{(diào)節(jié)若小范圍的變化可以采用改變?nèi)剂嫌昧康姆椒ǎ糨椛涫覠嶝?fù)荷變化較大，則應(yīng)考慮從增加輻射室的爐管