管式加熱爐 第六節(jié) 對流室的傳熱計(jì)算

第6節(jié)對流室的傳熱計(jì)算6.1概述6.2對流室的計(jì)算

6.1概述6.1.1對流室的作用及特點(diǎn)6.1.2對流室的主要計(jì)算內(nèi)容6.1.1對流室的作用及特點(diǎn)作用：降低排出煙氣的溫度；減少加熱爐因?yàn)闊煔馀趴斩鴰淼臒釗p失；提高加熱爐的熱效率特點(diǎn)：①以對流傳熱為主；②煙氣除與爐管進(jìn)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6.1.2對流室的主要計(jì)算內(nèi)容

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

6.2對流室的計(jì)算6.2.1對流室的可選尺寸6.2.2對流室尺寸確實(shí)定6.2.3對流室傳熱面積Act確實(shí)定6.2.4過熱蒸汽管的計(jì)算6.2.1對流室的可選尺寸燃料中含重金屬較少時(shí)：一般采用釘頭管或翅片管，以增加換熱面積強(qiáng)化傳熱；采用較劣質(zhì)燃料時(shí)：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M(fèi)g=1.5～2kg/(m2·S)；釘頭管：管間距S1=〔2～2.4〕dc，質(zhì)量流速M(fèi)g=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：6.2.2對流室尺寸確實(shí)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(dāng)于最外側(cè)的對流爐管與對流室爐墻之間的距離。6.2.2對流室尺寸確實(shí)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對流室尺寸確實(shí)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：

6.2.3對流室傳熱面積Act確實(shí)定計(jì)算思路和換熱器傳熱面積的計(jì)算思路一樣。設(shè)對流室熱負(fù)荷為Qc，對數(shù)平均溫差為Δtm，總傳熱系數(shù)為Kc，那么有：6.2.3對流室傳熱面積Act確實(shí)定⒈對流室的熱負(fù)荷：

說明：①對流室的熱負(fù)荷等于加熱爐的總熱負(fù)荷Q減去輻射室熱負(fù)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，這局部蒸汽所吸收的熱量，應(yīng)記在對流室的熱負(fù)荷中。6.2.3對流室傳熱面積Act確實(shí)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(dāng)?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確實(shí)定3.總傳熱系數(shù)的Kc的計(jì)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(yùn)動(dòng)，西德爾－泰特準(zhǔn)數(shù)式：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.假設(shè)關(guān)鍵性熱阻在氣膜，可選經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如：當(dāng)管內(nèi)為原油時(shí)：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：6.2.3對流室傳熱面積Act確實(shí)定3.總傳熱系數(shù)的Kc的計(jì)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)αorA．煙氣的對流傳熱膜系數(shù)αoc：

a．努塞爾〔Nusselt〕準(zhǔn)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(shí)，a=0.33；正方形排列時(shí)，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：

b.蒙拉特〔Monrad〕準(zhǔn)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：

c．布里吉什〔Briggs〕準(zhǔn)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：B．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。C．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。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：

6.2.3對流室傳熱面積Act確實(shí)定3.總傳熱系數(shù)的Kc的計(jì)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確實(shí)定⒋對流管的外表積、總排數(shù)及外表熱強(qiáng)度：外表積：總排數(shù)：

外表熱強(qiáng)度：6.2.4過熱蒸汽管的計(jì)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