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管式爐熱力計算的理論基礎

作者: 興罡石化設備| 時間:2017-07-24 09:50:36 | 點擊次數:

 管式爐的所有熱力計算均由經典傳熱理論支撐,只是由于近年來計算手段的豐富出現了很多數值計算方法,但其核心仍是輻射-對流-熱傳導基本理論。
1.        輻射-對流-熱傳導基本理論
        輻射傳熱:q=C[(T1/100)4-(T2/100)4]
        對流傳熱: q=α﹡Δt
        熱 傳 導: q=Δt﹡λ/δ         (q=Δt/Ri------- Ri=δ/λ)
對于多層結構有如下的關系: q=Δt/ΣRi-----ΣRi=Σδ/λ+Σ1/α
加熱爐的所有傳熱和這三個過程是密不可分的,但是在某些部位其中的一種傳熱過程起主要做用,這樣就把爐子分為了輻射室和對流室,無論是輻射還是對流,都是通過熱傳導將熱量從管表面傳向管內的。
        加熱爐的傳熱雖然是以上三種方法進行的(經典理論方法),但是在實際加熱爐這一復雜系統中需要做大量的計算模型簡化才能應用以上方法,簡化條件不同,就得到了不同的模型,這樣對加熱爐的傳熱計算就出現了各種不同方法。下面簡單的介紹一下加熱爐中最常見的計算模型Lobo-Evans法:
2.        Lobo-Evans法
Lobo和Evans認為:輻射室中高溫的火焰及煙氣,在單位時間內傳給輻射管的熱量是由兩部分組成的,一部分是火焰及煙氣以輻射方式傳給爐管的,它包括火焰及煙氣以直接輻射的方式傳給爐管的熱量以及火焰及煙氣通過反射墻間接傳給爐的的熱量;另一部分是煙氣以對流的方式傳爐管的。
Lobo-Evans法的實質是一個氣體,一個受熱面和一個反射面的傳熱模型,它有四個基本假設:
        整個輻射室中,氣體只有一個溫度,它是輻射傳熱的熱源; 洛陽興罡石化設備有限公司  管式加熱爐廠家
        吸熱面只有一個溫度,反射面也只有一個溫度;
        反射面是指這樣的表面,當輻射能投射到這種表面時,它被表面全部反射出來;
        煙氣為灰氣休,吸熱面為灰表面。
Lobo-Evans法是上世紀三十年代出現的方法,到目前為止,絕大多數的加熱爐采用這種方法計算,目前使用的Lobo-Evans法是經過改進的方法,隨著計算機的普及應用,將該方法由圖解法改為數值計算方法:
輻射傳熱:
        其傳熱速率方程如為:QR=4.93αAcpF[(Tg/100)4-(Tw/100)4]
+hrc Ar(T1-T2)
        熱平衡方程:QR=B*QL-QTg-Qq
對流傳熱:
加熱爐的對流傳熱也是傳熱的重要組成部分,應用對流的目的是回收輻射煙氣的余熱。在對流室,輻射的做用相對較小,計算對流傳熱主要是計算對流傳熱系數。對流傳熱系數可以通過努塞爾數、雷諾數,普蘭特數來確定:
下面是煙氣垂直流過裸管束的對流傳熱系數:
ho=0.33Cψλg/Do(Do*Gg/μg)0.6(Cg*μg/kg)0.8
        這里僅是外膜傳熱系數,還要考慮外垢熱阻:
                1/ho*=1/ho+Ri                        (ho*= ho /(1+ho*Ri)
由此可以看出,熱阻對傳熱影響是非常大的,下面有例子說明熱阻對傳熱的影響。
上面的傳熱公式是以光管為基礎的,在實際應用中,為了強化對流傳熱,對流室一般均有強化措施,如釘頭管和翅片管。釘頭管和翅片管統稱為擴大表面管,其傳熱性能可以從肋脊傳熱導出。對于加熱爐來說對擴面管的計算表述與鍋爐有所不同,管式爐的習慣上采用擴面管后,其傳熱面積仍以光管為基礎,因此其傳熱系數較大。但是鍋爐上習慣將所有的擴大表面均做為傳熱基礎,而傳熱系數較小,這僅是表述的差別,其結果是一樣的。
對流傳熱的總傳熱系數還與管內膜傳熱系數有關(實際上還與管壁的導熱有關,但由于導熱的溫降很小,一般均略去),其總的傳熱系數如下:
K=ho* hi*/( ho* +hi*)
對于大多數加熱爐來說,其管內膜傳熱系數均相對較大,但是對于一些管內為汽相,特別是管內的汽相流速和密度不高,這樣管內膜傳熱系數就對總傳熱系數影響較大。比如空氣預熱器。下面有例子論述預熱器的傳熱系數。
除Lobo-Evans法外,還有別洛康法,區域法,蒙特卡洛法等等,

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