(完整版)加热炉计算.doc
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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； 20
相对密度： d4 0.7351
进料量： 62500 kg / h
入炉温度： I = 350oC ；
出炉温度： o = 490oC ；
出炉压强： 15kg / cm2
气化率： e=100%；
过剩空气系： ：辐射： 1.35
对流段： 1.40
燃料油组成：
C 87%, H 11.5%, O 0.5%,W 1%
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Ⅰ -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 350oC ，查热焓图得 I i 232kJ / kcal
原料的出炉温度为 490oC ，查热焓图得 I v 377 kcal / kg 。
将上述的数值代入得到加热炉的总热负荷
Q = m[eIV+(1-e)IL-Ii]
=[1 377 232] 62500 4.184
37917500kJ / h
4.2 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
Q1=[81C+246H+26(S-O)-6W] 4.184
= [81 87 + 246 11.5+ 26 (0-0.5) -6 1] 4.184
41241.7 kJ / (kg 燃料 )
(2) 燃烧所需的理论空气量
2.67C 8H S O
L0
23.2
2.67 87 8 11.5 0 0.5
23.2
13.96kg空气 /kg 燃料
(3) 热效率
设离开对流室的烟气温度 Ts 比原料的入炉温度高 100o C ，则
Ts 350 100 450oC
由下面的式子可以得到
100 q,L q，I
, qL
qL 0.05
和 Ts 查相关表，得烟气出对流室时 取炉墙散热损失 Q1 并根据
qL 23%
带走的热量 Q1 ，
所以 1 (5 23)% 72%
(4) 燃料的用量
Q 37917500 1277kg / h B
0.72 41241.7 Q1 ;
(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
1.3B 1.3 1277 n 8.3 200 200
进行取整取 n 9
(6)烟道气流量
Wg B(1.5 L0 ) 1277 (1.5 1.4 13.96)
26873kg / h
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 Q ，现在取辐射室的 热负 荷 QR 为全炉热负荷的 75% ，则
QR Q 0.75
QR 37917500 0.75 21438125 kJ / h
(2) 辐射段管壁平均温度估算
Tw I o 55
2
TL, o(
o I ) 0.75
490 (490 350) 0.75
385oC
Tw 385 490 55 493oC
2
(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qR 24125kcal / (m2h)
(4) 辐射管的表面积
AR QR 28438125 282m2
qR 24125 4.184
(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 kg / (m2 s) 故取 GF 150kg / (m2s) ，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 N 9 ，则炉管的内径
di 1 W 1 62500
30 NGF 30 3.14 9 150
1 0.128m 14.74
30
根据国产炉管的规格选择炉管的尺寸为 152 8 的炉管
(6) 管心距
选用管心距为 S1 2d0 2 0.152 0.304m
(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
Lef 2.1
Lef/D ′=2。.1选定炉子的高径比 D ' 径越大，高径比越小，取 ，由下面的式
子计算节圆直径
AR C D ' ( Lef ) D ' (2.1D ' )
D ' S1 ARt 2 282
2.1 2 d0 2.1 5.2m
9.86
辐射管的有效长度 Lef 2.1D ' 2.1 5.2 10.92m
根据国产的炉管规格，取 Lef 12m 。
(8) 对流段长
选用对流管 152 8 标准钉头管。
Lc D 1.25 5.4d 5.2 2 0.152 1.25 5.4 0.152
3.433m
取对流管长 Lc 4m
(9) 对流段宽
由《管式热炉》 ( 穆文俊主编 )附表查的 152 8 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
ac 1 dc 1000 di b 2 1 1000 0.014 0.025 2
d p''' 0.152
16
0.196m2
根据经验选择烟气质量流速 Gg 3kg / ( m2 s)
选用管心距为 2dc
Gg
Wg / 3600
LcS ac Lcnw
26873 / 3600 3
则 4S 0.196 4nw
S 0.152 0.304nw 代入上式得：
26873 3[4 (0.152 0.304nw ) 0.784nw] 3600 nw 4.35 根
取 nw 5 根
S 0.152 0.304 5 1.67m
(10) 确定节圆直径 D ' 辐射管高度 H 和炉膛直径 D
遮蔽管面积 =5 4 0.152 3.14 9.55m2
辐射壁管面积 282 9.55 272.45m2
AR 272.45 47.6 n
3.14 0.152 12 炉管根 d0Lef 根
根据取炉管根数为 54(9 管程 )
选用辐射 n 9 6 54 管根， 9 管程。
实际节圆直径 D ' nS1 54 0.304
5.23m
3.14
所以炉膛的直径
D D ' 2d0 2.90 2 0.152 5.534 5.6m
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 H Lef 1 12 1 13m
(11) 当量冷平面面积
辐射管冷平面面积
A nS L 54 0.0.152 2 12 197m2
cp 1 ef
管心距为 2d0 ，查图得到 0.88
Acp 0.88 197 173.4m2
遮蔽管冷平面：
对流管拟选用和炉管相匹配的钉头管 152 8 。管心距为 2dc .对流室每排为
n 5 根炉管，采用三角形排列钉头管。
Acp 5 4 0.304 6.08m2 及 1
ACP 6.1 1 6.1m2
总的当量冷面积
ACP 173.4 6.1 179.5m2
(12) 求有效暴露砖墙面积与当量冷平面 Aw 之比
Acp
F 5.6 13 2 15.62 277.8m2
4
有效的反射面积
A A A 272.45 179.5 93m2
R cp AR 93 0.518
比值： Acp 179.5
(13) 烟气的黑度（辐射率）
已经知道过剩空气系数 1.35 ，由图表可以查到二氧化碳和水蒸汽的分压
