管式加热炉热辐射的基本概念

管式加热炉之在对流室中的辐射传热（1）在对流室中的辐射传热对流室中的辐射传热有两种情况:一是在对流室的人口处，即所谓遮蔽段的对流管，要接受由辐射室带人的辐射热;二是对流室的其他对流管，除主要接受烟气的对流传热外，同时还接受烟气本身的辐射热和炉墙的辐射热。

所以，在分析对流室的传热时，最好将遮蔽段与对流段分别加以讨论。

同时，将对流方式的传热量与辐射方式的传热量，一并计人对流管的管外综合传热系数h rc之中。

故在计算总传热系数k c时，式(5-11)的光管管外膜传热系数h。

，或式(5-59)中的翅片管(或钉头管)的表面膜传热系数h f，都应用h rc来代替。

由辐射段带入的辐射热一一遮蔽段的传热参见图5-18，一般为了提高对流段的传热速率，对流管多采用翅片管或钉头管，但遮蔽段的管子，则由于上述的原因，原则上不能采用翅片管和钉头管，而只能采用光管。

遮蔽管的管心距与管外径之比一般小于2，大多在1 .6~1.8之间。

例如，当管心距与管外径之比等于1.8时，查双排管的有效吸收因素α图表可知，第一排管的平均吸收因数为0.72，第二排管的平均吸收因数为0.21，两排合计为0.93，即辐射热量有93%被两排管子所吸收，剩下仅有7%的热量为后面数排管子吸收了。

所以可以认为遮蔽段只包括了两排炉管，而其余的管排则按对流段处理。

关于遮蔽管的详细计算方法，见第四章4t节，这里不再重复。

另外，还有一种简化处理法，即在计算辐射室传热量时，把遮蔽管视为一个平均吸收因数为1的当量冷平面管排，认为它是辐射吸热面的一部分；而在计算对流室传热量时，又把遮蔽管视为两排对流光管，认为它是对流吸热面的一部分。

这样计算足以保证整个炉子总吸热量的计算精度，但它不能直接反映出遮蔽管本身的详细工作状态。

化工厂加热炉知识问答第1题传热的三种形式是什么？分别解释这三种不同的传热形式。

答：传热的三种基本形式是传导传热、对流传热、辐射传热。

传导传热：热量从一个物体的高温部位传送至其低温部位，或者两个直接接触的物体之间，热量从高温物体传送至低温物体，这种传热过程将连续地进行，直到整个物体或直接接触的两个物体的各部分的温度完全相等为止，这种传热叫热传导。

对流传热：由于流体(液体和气体)质点的移动，将热量向它所占空气的一部分带至另一部分，这种传热方式叫做对流传导。

辐射传热：物体的热不需要任何传递介质，而以辐射能的形式传递的过程，称为辐射传热。

第2题燃烧的化学反应式有哪些？答：碳的燃烧：C＋O2 →CO22C＋O2 →2CO氢的燃烧：2H2 ＋O2 →2H2O燃料中硫也能燃烧：S＋O2 →SO2第3题从加热炉的烟囱排出的烟道气有哪些组成？为什么还有大量的氮和氧？答：烟道气的组成有二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫、氧、氮以及在燃烧不完全时的一氧化碳和氢。

大量的氮和氧：氮是由燃烧所需的空气带进去的，它不参加反应，氧是过剩空气带进去的。

第4题燃烧的过程是什么？答：燃料的燃烧都是燃料中的碳和氢与空气中氧反应，产生二氧化碳和水并放出热量的过程。

第5题燃烧的三要素是什么？答：一定的温度、空气(氧气)、可燃物。

第6题什么是高发热值? 什么是低发热值?答：单位质量燃料完全燃烧后，生成的水呈汽态时，所放出的热量，即为低发热值。

单位质量燃料完全燃烧后，生成水呈液态时所放出的热量即为高发热值。

第7题什么是热负荷?答：单位时间内传给被热介质的有效热量称为热负荷。

第8题什么叫炉子的热效率?答：加热炉燃料消耗指标用全炉热效率表示，即全炉有效热负荷与燃料总发热量之比，热效率愈高说明燃料的有效利用率高，燃烧消耗就低。

空气不够，燃烧不完全，部分燃料尚未燃烧就离开炉膛和过剩空气系数太大(就是空气量大)，从烟气带出的热就多，炉子的热效率就低。

第9题什么是炉管的表面热强度? 其单位是什么?答：每小时1㎡炉管表面所吸收的热量，叫作炉管表面热强度。

目录一、管式加热炉的概论 (2)二、管式加热炉的意义 (3)2.1管式加热炉简介.......................................... 错误!未定义书签。

2.2设计目的及意义 (4)三、管式加热炉温度控制系统工艺流程及控制要求 (4)3.1控制系统的简介 (4)3.2管式加热炉任务 (5)3.3控制系统的构成 (6)四、各仪表的选取及元器件清单 (6)4.1温度变送器 (6)4.2温度检测元件 (7)4.3调节阀 (8)4.4保护系统 (9)五、控制算法及系统仿真 (9)5.1控制算法的选择 (9)5.2传递函数及参数确定 (9)5.3前馈反馈控制系统的参数整定和仿真 (10)六、心得体会 (11)参考文献 (12)一、管式加热炉的概论管式加热炉是一种直接受热式加热设备，主要用于加热液体或气体化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料气。

管式加热炉的传热方式以辐射传热为主，管式加热炉通常由以下几部分构成：辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。

这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。

对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。

燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。

通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。

管式加热炉，包括加热炉本体和余热回收系统，余热回收系统包括空气预热器，其中空气预热器由非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器两段组成，余热回收系统中另设有冷凝液收集池、引风机和鼓风机，冷凝液收集池直接设在冷凝式空气预热器下方，冷凝液收集池与引风机相连接，鼓风机与冷凝式空气预热器相连。

使用本发明所提供的加热炉，其加热炉的排烟温度可降低到100℃左右，实现烟气中含酸水蒸气的部分冷凝，且在回收烟气低温显热的同时，能回收部分含酸水蒸气的汽化潜热，进一步提高加热炉热效率，节约能源。

管式加热炉56个基础知识解答与综合反平衡热效率简化计算方法1、什么叫燃烧？燃烧的基本条件是什么？答：燃烧是物质相互化合而伴随发光、发热的过程。

我们通常所说的燃烧是指可燃物与空气中的氧发生剧烈的化学反应。

可燃物燃烧时需要有一定的温度，可燃物开始燃烧时所需要的最低温度叫该物质的燃点或着火点。

物质燃烧的基本条件：一是可燃物，如燃料油、瓦斯等；二是要有助燃剂，如空气、氧气；三是要有明火或足够高的温度。

三者缺一就不能发生燃烧，这就是“燃烧三条件”或“燃烧三要素”。

2、燃烧的主要化学反应是什么？燃烧产物中主要成份是什么？答：主要化学反应：C＋O2→CO2＋热量；2H2＋O2→2H2O＋热量；S＋O2→SO2＋热量；燃烧产物（烟气）中主要成份：二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、水蒸汽（H2O）、氮气（N2）、多余的氧（O2）。

3、什么是辐射传热、对流传热？答：辐射传热是一种由电磁波来传递能量的过程，所传递的能量叫做辐射能，辐射具有微粒性（光子）和波动性（电磁波）两重性质。

对流传热是液体或气体质点互相变动位置的方法将热量自空间的一部分传递到其他部分。

4、什么叫管式加热炉？它有哪些特性？答：管式加热炉是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中使用的工艺加热炉，它具有其它工业炉所没有的若干特点。

其基本特点：具有用耐火材料包围的燃烧室，利用燃料燃烧产生的热量将物质加热的一种设备。

管式加热炉特性：1）被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体或液体；2）加热方式为直接受火式；3）只烧液体或气体燃料；4）长周期连续运转，不间断操作。

5、管式加热炉的工作原理是什么？答：管式加热炉的工作原理是：燃料在管式加热炉的辐射室(极少数在单独的燃烧室)内燃烧，释放出的热量主要通过辐射传热和对流传热传递给炉管，再经过传导传热和对流传热传递给被加热介质，这就是管式加热炉的工作原理。

6、管式加热炉的主要特点是什么？答：与炼油装置的其他设备相比，管式加热炉的特殊性在于直接用火焰加热；与一般工业炉相比，管式加热炉的炉管承受高温、高压和介质腐蚀；与锅炉相比，管式加热炉内的介质不是水和蒸汽，而是易燃、易爆、易裂解、易结焦和腐蚀性较强的油和气，这就是管式加热炉的主要特点。

3.3 辐射传热3.3.1热辐射的基本概念高温炉辐射是主要的传热方式。

1、辐射传热：物体的热能变为电磁波（辐射能）向四周传播，当辐射能落到其它物体上被吸收后又变为热能，这一过程称为辐射传热。

辐射传热有其特殊的规律：(1)任何物体只要温度高于绝对零度，由于其内部电子的振动将产生变化的电场，这种变化的电场产生磁场，磁场又产生电场，如此交替循环下去，便可以产生电磁波，传递能量。

(2)辐射传热不需要任何介质，在真空中同样可以传播，而且热量的传递过程伴随有能量形式的转变（即热能→辐射能→热能）。

2、热射线：把波长在1—100µm的能够进行辐射传热的电磁波(如可见光波和红外线)称为热射线。

这种辐射称为热辐射。

热辐射是一切物体的固有特性。

3、物体辐射传热的三种情况：当物体接受到热射线时，与光线落到物体上一样，有三种可能的情况：一部分被吸收（Q A）；一部分被反射（Q R）；另一部分穿过物体而继续向前传播（Q D）（见图3－16）。

根据能量守恒的关系可知:Q A ＋Q R ＋Q D ＝Q两边同除以Q:1QQ Q Q Q Q D R A =++ Q A /Q 表示物体对热辐射的吸能力，称吸收率(A)；Q R /Q 表示物体对热辐射的反射能力,称反射率(R)；Q D /Q 表示物体对热辐射的透过能力,称透过率(D)。

即 A+R+D ＝1(1)若A ＝1，即R ＋D ＝0，表明物体对外来的热辐射全部吸收,没有反射和透过，则该物体称为“绝对黑体”或“黑体”。

(2)若R=1，即A+D ＝0，表明物体对外来的热辐射既不吸收，又不透过，能全部反射，则该物体称为“绝对白体”或“白体”。

(3)若D ＝1，即A+R ＝0，表明物体对外来的热辐射能全部透过热射线，不吸收也不反射，则该物体称为“绝对透过体”或“透热体”。

注意：1、在自然界中，绝对黑体，绝对白体和绝对透热体是不存在的，这三种情况只是为了研究问题方便而进行的假设。

加热炉简介一、管式加热炉的工作原理燃料在炉内经过燃烧放出热量，把热量传递给炉管（在辐射室主要是通过辐射传热，在对流室主要是通过烟气对流传热），通过炉管壁把热量传递给管内物料，从而达到加热物料的目的。

二、管式加热炉的构成管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统组成。

1．辐射室辐射室是加热炉的主要热交换场所，作为加热炉的最重要部位，承担着全炉70 % ～80 ％的热负荷。

而且这部分直接受到高温烟气的冲刷且温度最高，因此辐射室的运行状况好坏直接关系到整个加热炉能否长周期高效运行。

2．对流室对流室是利用从辐射室出来的烟气进行对流换热的部分。

对流室内密布多排炉管，烟气以较大速度冲刷这些管子，进行有效的对流换热。

对流室一般担负着全炉20 ％～ 30 ％的热负荷。

对流室一般布置在辐射室上方，与辐射室分开。

为了提高对流传热效果，大多数加热炉在对流室的炉管采用钉头管和翅片管。

3．余热回收系统余热回收系统是指从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分4．燃烧器燃烧器是加热炉产生热量的重要组成部分，包括喷嘴、配风器和燃烧道三部分。

燃烧器按燃料的不同可分为燃料油燃烧器、燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器三大类：按供风方式的不同，可分为自然通风燃烧器和强制通风燃烧器等。

目前加热炉常用的燃烧器为强制通风、油一气联合燃烧器。

5 ．通风系统通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器，并将废烟气引出加热炉，它分为自然通风方式和强制通风方式。

大多数加热炉炉内烟气侧阻力不大，依靠自然通风的方式安装在炉顶的烟囱足以保证加热炉的正常运行。

近年来由于环境保护问题，石油化工厂已开始安设独立于炉群的超高型集合烟囱，这一烟囱通过烟道把若干台炉子的烟气收集起来，从100m左右的高处排放，以降低地面污染气体的浓度。

三、管式加热炉按炉体形状的分类1. 箱式炉箱式炉又可分为方箱炉和斜顶炉。

斜顶炉在目前炼油厂中很少采用。

2. 立式炉立式炉可分为上、中、下三部分，下部为辐射室，中部为对流室，上部为烟囱。

第五章管式加热炉一、管式加热炉的工作原理管式加热炉一般由三个主要部分组成：辐射室、对流室及烟囱，图5-1是一典型的圆筒炉示意图。

炉底的油气联合燃烧器(火嘴)喷出高达几米的火焰，温度高达1000~1500℃、主要以辐射传热的方式，将大部分热量传给辐射室(又叫炉膛)炉管(也叫辐射管)内流动的油品。

烟气沿着辐射室上升到对流室，温度降到700~900℃。

以对流传热的方式继续将部分热量传给对流室炉管内流动着的油品，最后温度降至200~450℃的烟气从烟囱排人大气。

油品则先进入对流管再进入辐射管，不断吸收高温烟气传给的热量，逐步升高到所需要的温度。

辐射室是加热炉的核心部分，从火嘴喷出的燃料(油或气)在炉膛内燃烧，需要一定的空间才能燃烧完全，同时还要保证火焰不直接扑到炉管上，以防将炉管烧坏，所以辐射室的体积较大。

由于火焰温度很高(最高处可达1500~1800℃左右)，又不允许冲刷炉管，所以热量主要以辐射方式传送。

在对流室内，烟气冲刷炉管，将热量传给管内油品，这种传热方式称为对流传热。

烟气冲刷炉管的速度越快，传热的能力越大，所以对流室窄而高些，排满炉管，且间距要尽量小。

有时为增加对流管的受热表面积，以提高传热效率，还常采用钉头管和翅片管。

在对流室还可以加几排蒸汽管，以充分利用蒸汽余热，产生过热蒸汽供生产上使用。

烟气离开对流室时还含有不少热量，有时可用空气预热器进行部分热量回收，使烟气温度降到200℃左右，再经烟囱排出，但这需要用鼓风机或引风机强制通风。

有时则利用烟囱的抽力直接将烟气排入大气。

由于抽力受烟气温度、大气温度变化的影响，要在烟道内加挡板进行控制，以保证炉膛内最合适的负压，一般要求负压为2~3mm水柱，这样既控制了辐射室的进风量，又使火焰不向火门外扑，确保操作安全。

二、管式加热炉的主要工艺指标1.加热炉热负荷。

每小时传给油品的总热量称为加热炉热负荷(千卡/小时)，表明加热炉能力的大小，国内炼油厂所用的管式加热炉最大热负荷在4200万千卡／小时左右。

第七章 辐射传热与管式加热炉1.有一个炉丝温度为1120K ，功率1KW 的电炉。

若炉丝长0.3m ，直径10mm ，黑度0.95，试计算炉丝的辐射效率(炉丝辐射功率与电功率之比值)。

解：炉丝辐射功率：40T A Q σε==)(8.79811201067.53.001.095.048W =⨯⨯⨯⨯⨯⨯-π炉丝的辐射效率=%8.7910008.798= 2.有一3×l×lm 的热钢锭，它的95％的表面暴露在外。

此钢锭的黑度为0.3，它的导热系数非常高(即传热速率不受内部导热的限制)，而周围空气的温度为303K 。

钢的比热容和密度分别为500J/(kg.K)和7800kg/m 3。

假定通过支承物的导热损失忽略不计，对流热损失很小，试计算钢锭从1273K 冷却至1073K 的时间。

(提示：热平衡Q ＝dtdH ，钢锭焓的下降速率。

因T>>Ta ，故T 4-4a T 4T ≈)解：dT Vc dH p ρ=40T A dt dT VC dt dHQ p σερ=-==分离变量，得：⎰⎰-=10731273400TA dT VC dt p tσερ ⎰⎰-⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=107312734801067.5)211413(95.03.05001137800TdTdt t)]1273110731(31[1017.53313-⨯-⨯⨯-=t =5598(S)=1.55h 3.厚金属板上有一个如图所示的开口空腔。

若金属板具有均匀温度，且空腔壁面黑度为l ，试问空腔壁面所辐射的能量经开口处进入环境的分率是多少?解：121212ϕϕA A =%6.10252404010121212=⨯++==LL L LA A ϕϕ4.两块平行放置的平板，温度分别保持t 1＝800K 和t 2＝300K ，板的黑度21εε=＝0.8、板间距离远小于板的宽度和高度。

试求板的本身辐射；板1和板2之间的辐射换热量；板1的有效辐射；板1的反射辐射；对板1的投入辐射及板2的有效辐射。

电加热辐射管
电加热辐射管是一种利用电能进行加热并通过辐射方式传递热量的装置。

它由一个电加热器和一个辐射管组成。

电加热器通常采用电阻加热器，其工作原理是通过电流通过电阻产生热能。

电流会使电阻发热，进而将其转化为热能，从而加热辐射管。

辐射管是将电加热器产生的热能转化为辐射热量的部分。

辐射管通常由高温材料制成，例如钨（Tungsten）或陶瓷材料，具有较高的辐射效率。

当电加热器发热时，辐射管会通过辐射的方式向周围环境散发热量。

电加热辐射管广泛应用于各种领域，如工业加热、医疗仪器、生物实验等。

由于其工作原理简单、加热效果快速，且不受环境温度影响，因此被广泛采用。

电热辐射管
电热辐射管是一种利用电能产生热能，并通过辐射的方式将热能传递到周围空间中的设备。

它通常由一个电加热元件（如电阻丝）和一个反射板组成。

当通电时，电加热元件会产生热量。

这些热量将通过辐射的方式传播到周围空间中，从而加热室内环境。

反射板的作用是将热能反射到需要加热的区域，提高能量利用效率。

电热辐射管具有以下优点：
1. 快速加热：电加热元件可以迅速产生热量，使室内迅速升温。

2. 热效率高：由于辐射传热的方式不需要通过空气传递热量，因此能够最大程度地减少能量损失。

3. 温度可控性好：通过调节通电电流的大小，可以实现对辐射管的加热温度的精确控制。

4. 使用灵活：电热辐射管可以根据需要进行安装和移动，适用于不同的室内加热需求。

然而，电热辐射管也存在一些缺点：
1. 电能消耗较大：由于其需要通过电能产生热能，因此在长时间使用时会消耗较多的电能。

2. 温度不均匀：由于辐射传热的方式具有方向性，因此在加热区域的周边可能存在温度梯度。

总的来说，电热辐射管在室内加热领域具有一定的应用前景，特别适用于需要快速加热和精确控制温度的环境。

高温发热辐射管高温发热辐射管，顾名思义，是一种可以产生高温并发出热辐射的装置。

它在许多应用领域中发挥着重要的作用，如工业加热、医疗设备、热处理等。

本文将对高温发热辐射管的原理、结构和应用进行介绍。

一、原理高温发热辐射管的原理基于热辐射现象。

热辐射是物体由于温度而产生的电磁辐射。

根据普朗克辐射定律，热辐射的强度与物体的温度呈正比，且随着波长的增加而减弱。

高温发热辐射管利用这一原理，在高温下产生辐射能量，将其转化为热能。

二、结构高温发热辐射管通常由辐射源、辐射管壳体和电源组成。

辐射源是产生热辐射的部分，通常采用高温材料制成，如石墨、陶瓷等。

辐射管壳体用于保护辐射源，同时具有隔热功能，以减少能量损失。

电源为辐射管提供所需的电能，使其达到高温状态。

三、应用高温发热辐射管在工业加热领域中有广泛应用。

例如，在玻璃制造过程中，高温发热辐射管可以提供高温热源，用于玻璃熔化和成型。

在金属热处理中，高温发热辐射管可以提供高温环境，实现金属的加热、退火等工艺。

此外，高温发热辐射管还可以用于医疗设备中，如电热毯、热疗仪等，用于治疗肌肉疼痛、关节炎等疾病。

四、优势与传统的加热方式相比，高温发热辐射管具有许多优势。

首先，它的加热速度快，能够在短时间内达到所需温度，提高生产效率。

其次，高温发热辐射管可以实现局部加热，避免能量浪费。

此外，由于辐射热能可以直接被物体吸收，无需传热介质，因此热效率高。

最后，高温发热辐射管体积小、重量轻，易于安装和维护。

五、发展趋势随着科技的不断进步，高温发热辐射管的性能也在不断提升。

目前，一些新材料的应用，如碳纳米管、石墨烯等，使得高温发热辐射管具有更高的温度稳定性和更低的能量损耗。

此外，随着智能化技术的发展，高温发热辐射管也逐渐实现了自动化控制，提高了使用的便利性和安全性。

六、安全注意事项在使用高温发热辐射管时，需要注意安全事项。

首先，应避免长时间直接接触高温发热辐射管，以免烫伤。

其次，在安装和维护过程中，应切断电源，避免电击风险。