加热炉计算

----47200 54000 -------------
34818
42100 43700 50000 14204 20638 27400 13483 34870 2650
--3950 8900
2420
3650 ---
-------
3018
3710 ---
表8—4 常用燃料油的高低热值
燃料油比重 0.9248① 0.9600②
(8.12)
式中 ——气体燃料的重度，公斤／标米3。气体组成均为体积百分率。 对于不知道化学组成的液体或气体燃料可由图8.4、图8.5查得所需理论空气 量。
燃烧烟气量与理论空气量，标立米/标立米 燃料气
燃烧烟气量与理论空气量，标立米/公斤燃料油
过
气 剩空
系数
0 1 .4
1. 空 气 系 数
40
（二）热平衡计算
1 热平衡通式 对于连续生产的管式炉，根据能量守恒定律，输入能量应等于输出能量，即有下 列关系式： Qgg Qyx Qss 式中： Qgg——供给能量，Qyx——有效能量，Qss——损失能量，kcal／h． 2 热平衡体系的划分
为进行热平衡计算而划分的范围，叫做热平衡体系。体系划分的范围不同，热平衡计算所 包括的项目也不同，计算所得的热效率也不相同。体系范围的划定取决于评价对象、测试目的和 要求。划分体系范围时，应该考虑整个体系的收入和支出项目尽可能的少，同时所有项目的测量
(8.10)
Vo
Lo 1.293
(8.11)
式中 Lo——燃料的理论空气量(重量)，公斤空气／公斤燃料； Vo——燃料的理论空气量(体积)，标米3空气／公斤燃料。 气体燃料所需理论空气量可用下式计算：
Lo 0.0619 [0.5H 2 0.5CO (m n )Cm H n 1.5H 2S O2 ] 4
（三）热效率
1、热效率：热效率表示管式炉体系中参与热交换过程的热能的利用程度。它的 供给能量中一般只包括燃料低热值和燃料、空气及雾化蒸汽带入的显热。损失能量 包括排烟带走的热量和散失的热量。它便于计算燃料耗量，是衡量管式炉燃料利用 情况的一项重要指标。从这个意义上说，它也可以叫做“燃料效率”，用 1 。
管式加热炉
一、加热炉热负荷及热平衡计算 二、炉内燃烧过程计算 三、炉内辐射换热计算 四、炉内对流传热计算 五、阻力降计算 六、氮氧化物的生成和控制
一、加热炉热负荷及热平衡计算
热负荷计算、热平衡计算、热效率计算
（一）热负荷计算
热负荷：加热炉单位时间炉管内介质吸收的热量称为有效热负荷，简称 热负荷，单位为千卡/时或kw/h。 总热负荷：原料和水蒸汽通过加热炉所吸收的热量以及其他热负荷如注 水汽化热等称为总热负荷。 加热炉的总热负荷可以根据各介质进出炉的热焓及汽化率来计算：
表8--3：气体组分的高低热值
气体组 分 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 重量热值 千卡/公斤 体积热值 千卡/标米3
高热值qhi
13300 12300 12000 --11800 11700
低热值qli
11954 11350 11070 10904 10932 10183
高热值qhi
9500 16400 23000 28300 30000 ---
加热炉的设计热负荷通常取计算热负荷的1.15~1.2倍。
热负荷的影响因素： (1)原料油的性质、流量、进出口温差、生产要求的汽化率(如果原料油 在炉管内有化学反应还应包括所需的反应热)； (2)水蒸汽流量、进出口温差和进炉前蒸汽含水量。
原料油处理量越大，流量越大，进出口温差越大，炉子热负荷越大。 汽化率是液体原料油加热汽化的百分数，由生产工艺确定。汽化率越高，炉 子热负荷越大。 水蒸汽流量越高，进出口温差越大，炉子热负荷越大。 蒸汽内含水量越多，过热蒸汽在炉内吸收较多的热量，炉子热负荷越大。
3 热平衡的基准温度
在进行热平衡计算时，涉及到计算的起始温度，即基准温度。 世界各国采用的热平衡基准温度不尽相同，如 0℃、 15.6℃(60°F) 、 20℃、 25℃、大气温度等。其中采用 15.6℃的较多。我国国家标准 《热设备能量平衡通则》(GB 2587—81)规定：“原则上以环境温度(如 外界空气温度)为基准。若采用其它温度基准时应予以说明。” 对于同一体系，在其他条件和参数完全相同的情况下，基准温度 不同，计算出的热效率值就不相同，按此求得的燃料用量当然也不同 。所以对基准温度有必要作出统一的规定。 以环境温度作为基准温度较符合实际，适用于对运转中的管式炉 进行实际考核。但是，环境温度是一个变量，用于设计炉子或对全国 各地同类炉子进行热效率比较时，又会产生困难。在这种情况下还是 以某一固定的温度(如15.6℃或0℃)为基准温度较为方便。



21 21 79
（8.13） 式中: ——过剩空气系数； O2、N2——烟气 中氧、氮的体积百分率，％。 若只知道烟气中氧含量时可用图8.6查出 值。
O2 N2
过剩空气系数，
烟气中氧含量，%
图8.6 烟气中氧含量与过剩 空气系数的关系
（四）炉效率
1
加热炉的热效率取决于加热炉的排气温度，合理的控制排气温度可以得到理想的热效率。在计 算时，当对流段采用光管时，离开对流段的烟气温度ts可假定较对流段油料入口温度 1 高80-120℃； 对流段采用翼片管或钉头管时，可假定ts＝ τ1 十(45-80℃)；采用废热回收并使用翼片管时，可假 定ts＝饱和蒸汽温度十(25-45℃)。对于某些大负荷的加热炉或进料温度较高的加热炉，对流段排 出热量较大时应考虑废热回收以提高炉子的热效率。目前带有预热或余热回收系统的加热炉，热效 率常在85-90%。 根据文献介绍，按加热炉热负荷确定热效率的大致数字如下： 热负荷，千卡／时 热效率，％ 25×106以上 80～90 7.6×106----25×106以上 75～85 0.76×106----7.6×106以上 70～80 0.76×106以下 55～70 热效率由下式计算： （8.14） (100 q q1) ％
低热值qli
8529 15186 21742 26100 28281 32200
正戊烷
正己烷 正庚烷 正辛烷 乙烯 丙烯 异丁烯 乙炔 苯 氢 一氧化 碳 硫化氢 乙醚
11600
11500 ----12100 11800 1181 12000 10100 34500
10840
10780 10737 10705 11272 10942 10835 11600 9698 29450
是简单可行的。根据这些原则，常见的管式炉及其余热回收系统的体系划分如图8.1—8.3所示。
空气 空气
图8.1 仅加热工艺介质 图8.2 烟气预热燃烧空气 图8.3 闭路循环热载体预热燃烧空气 式中：B——燃料用量；QD——燃料低热值和显热及雾化蒸汽显热之和，kcal/kg燃料；Qk——空气带入体系 的显热，lcal/kg燃料；Q2-Q1 ——有效热量，即热负荷kcal/h；q1-3——排烟损失与燃料低热值之比；q4——散热量 与供给热量之比；Qz——排烟中蒸汽带走的热量，kcal/kg燃料。
低热值 千卡/公斤 10025 9720
高热值 千卡/公斤 10680
10300
10170
1.0000
9610
注：①为1号原油减压渣油数据。 ②为9号原油减压渣油数据。
（二）理论空气量
燃料完全燃烧时所需的空气量为理论空气量。 液体燃料所需理论空气量可用下式计算：
Lo 2.67C 8H S O 23.2 / %
Q WF [eI v (1 e) I L Ii ] Ws ( I s 2 I s1 ) Q'
式中Q ——加热炉总热负荷，千卡／时； WF——油料流量，公斤／时； Ws——过热蒸汽量，公斤／时； e ——原料气化率，％； IL——加热炉炉出口温度下油料液相热焓，千卡／公斤； IV——加热炉炉出口温度下油料气相热焓，千卡／公斤； Ii——加热炉炉进口温度下油料液相热焓，千卡／公斤； Is1——过热蒸汽进口时热焓，千卡／公斤； Is2——过热蒸汽出口时热焓，千卡／公斤； Q′——其他热负荷，如注水汽化热等，千卡／时。
1
表示
2 、综合热效率：国家标准 GB2588-81 中定义的热效率，在供给能量中还包括了 外界供给体系的电和功（如鼓风机、引风机和吹灰器电耗，吹灰器蒸汽消耗等）。 这些电和功一般不转化为有效能，几乎全部变为由于摩擦引起的能量损失。因此在 供给能量中加上表示电和功的项 N ，在损失能量中也增加一项数值与 N 相等的损 失能量，以 N’2 表示。这样定义的热效率，称为综合热效率，是一项综合性的技术 经济指标，用 表示。 3、热效率计算式：管式炉的热效率是其供给能量的有效利用程度在数量上的表 Q 示。即有效能量对供给能量的百分数：、 YX 100 QGG （正平衡） （8.4） QSS (1 ) 100 QGG （反平衡） （8.5）
q1/Qm%, 千卡/公斤
过
剩
图8.7烟气带走热量百分率图
烟气温度 ts, °C
空
1.6 1. 1.3 4 1. 2 1. 1 0
L
式中:η ——热效率，％； q 1 ——烟气出对流段带走的热量， qL ——辐射段加对流段总热损失，％； ％。根据过剩空气系数 α 和烟气出对流段温度ts，由图8.7可查得烟气带走的热量。 通常老式方箱炉辐射段热损失约3～6％，对流段热损失约1～2％。立式炉和圆筒炉辐射段热损 失约1～3％，对流段热损失约1～2％。
剩 过
理论
空
气量
理
论
空
气
量
燃料油的低发热值，千卡/公斤
燃料气的低发热值，千卡/标立米
图8.4 燃料油的低发热值与燃烧烟气量的关系