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； 相对密度：2040.7351d =进料量：62500/kg h 入炉温度：I τ=350C ； 出炉温度：o τ=490C ；出炉压强：215/kg cm气化率： e=100%； 过剩空气系：α：辐射：1.35 对流段：1.40 燃料油组成：87%,11.5%,0.5%,1%C H O W ====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350C ，查热焓图得232/i I kJ kcal= 原料的出炉温度为490C ，查热焓图得377/v I 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]=[1377232]62500 4.184⨯-⨯⨯37917500/kJ 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1Q =[81C+246H+26(S-O)-6W] 4.184⨯=[8187+24611.5+26(0-0.5)-61] 4.184⨯⨯⨯⨯⨯ 41241.7/(kJ kg =燃料) (2) 燃烧所需的理论空气量0 2.67823.2C H S O L ++-=2.6787811.500.523.2⨯+⨯+-=13.96kg =空气/kg 燃料 (3) 热效率η设离开对流室的烟气温度sT 比原料的入炉温度高100C ，则350100450s T C=+=由下面的式子可以得到,100L I q q η=--，取炉墙散热损失,10.05LL q q Q ==并根据α和s T 查相关表，得烟气出对流室时带走的热量123%Lq Q =，所以 1(523)%72%η=-+= (4) 燃料的用量1379175001277/0.7241241.7Q B kg h Q η===⨯;(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1.3 1.312778.3200200B n ⨯===进行取整取9n = (6)烟道气流量0(1.5)1277(1.5 1.413.96)g W B L α=+=⨯+⨯26873/kg 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RQ 为全炉热负荷的75%，则0.75R Q Q =⨯379175000.7521438125/R Q kJ h=⨯=(2) 辐射段管壁平均温度估算552I ow T ττ+=+,()0.75L o o I T τττ=--⨯490(490350)0.75=--⨯ 385C =385490554932w T C+=+= (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224125/()R q kcal m h =(4) 辐射管的表面积22843812528224125 4.184R R R Q A m q ===⨯(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100-1502/()kg m s ,故取2150/()F G kg m s =，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9N =，则炉管的内径i d ==0.128m ==根据国产炉管的规格选择炉管的尺寸为1528φ⨯的炉管 (6) 管心距 选用管心距为10220.1520.304S d m==⨯=(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′=1.7—2.5。

节圆直径越大，高径比越小，取Lef/D′=2.1。

选定炉子的高径比'2.1efL D=，由下面的式子计算节圆直径'''()(2.1)R ef CA D L D D πππ⨯==' 5.2D m ===辐射管的有效长度'2.1 2.1 5.210.92ef L D m==⨯=根据国产的炉管规格，取12ef L m=。

(8) 对流段长选用对流管1528φ⨯标准钉头管。

1.25 5.4 5.220.152 1.25 5.40.152c L Dd =--=+⨯--⨯3.433m =取对流管长4c L m=(9) 对流段宽由《管式热炉》(穆文俊主编)附表查的1528φ⨯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'''100010001210.1520.0140.025216c c i p ad d b d =⨯+⨯⨯⨯=⨯+⨯⨯⨯20.196m =根据经验选择烟气质量流速23/()g G kg m s =选用管心距为2cd/3600g g c c c w W G L S a L n =-则26873/3600340.1964w S n =-⨯0.1520.304wS n =+代入上式得：268733[4(0.1520.304)0.784]3600w w n n ⨯+-=4.35w n =根取5w n =根0.1520.3045 1.67S m =+⨯=(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=2540.152 3.149.55m ⨯⨯⨯= 辐射壁管面积22829.55272.45m =-=炉管根0272.4547.63.140.15212R ef A n d L π===⨯⨯根根据取炉管根数为54(9管程) 选用辐射9654n =⨯=管根，9管程。

实际节圆直径 所以炉膛的直径'02 2.9020.152 5.534 5.6D D d m=+=+⨯=≈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112113ef H L m=+=+=(11) 当量冷平面面积 辐射管冷平面面积21540.0.152212197cp ef A nS L m ==⨯⨯⨯=管心距为2d ，查图得到0.88α=20.88197173.4cp A m α=⨯=遮蔽管冷平面：对流管拟选用和炉管相匹配的钉头管1528φ⨯。

管心距为2cd .对流室每排为5n ω=根炉管，采用三角形排列钉头管。

2540.304 6.08cp A m =⨯⨯= 及1α=26.11 6.1CP A m α=⨯=总的当量冷面积2173.4 6.1179.5CP A m α=+=(12) 求有效暴露砖墙面积与当量冷平面之比225.613215.6277.84F mππ=⨯⨯+⨯⨯=∑ 有效的反射面积2272.45179.593R cp A A A m α=∑-=-=比值：930.518179.5R cp A A α==(13) 烟气的黑度（辐射率）已经知道过剩空气系数 1.35α=，由图表可以查到二氧化碳和水蒸汽的分压'1540.3045.233.14nS D mπ⨯===wcpA A α为220.218CO H O mP P atm •+=烟气的平均辐射长度为5.6L D m ==故0.218 5.6 1.22.PL atmm =⨯= 假定辐射室的出口烟气的温度为700g T C=。

，则查得烟气的黑度为0.59g ε=(14) 总辐射交换因子根据0.518wcpA A α=和0.55g ε=查图8得到0.59F =；(15) 辐射室热平衡10.5180.55(10.02)g w R g cp CP CP q A Q BQA A Q A Fεααα===--其中：41127741241.7526710/BQ kJ h=⨯=⨯ 1R q Q —辐射段热损失。

取10.02Rq Q =。

查图4当700g t C =。

，过剩空气系数 1.35α=时，得10.375R q Q =则422526710(10.020.375)300886/71914/179.50.59w cp A kJ m h kcal m h A α⨯=--==⨯(16) 求辐射室出口烟气温度 取图10-b 中关闭温度443w t C=。

做吸收曲线如下图，当第一次假设700g t C=。

及271914/wcpA kcal m h A α=时，交点A 画于图上，位于wt 的上方。

，再另设900g t C=。

重复上述计算过程，由图7查得气体辐射率0.515g ε=，0.57F =，由图4查得10.5Rq Q =。

则422526710(10.020.5)247096/59057/179.50.57R CP Q kJ m h kcal m hA F α⨯=--==⨯作于图上得到B 点，连接两点，该直线与曲线的交点，就是辐射室的出口温度796p t C=。

；如下图：4.4校核(1) 辐射室热负荷R Q由于辐射室出口的温度796p t C=。

，查图4得；10.43gq Q =44(10.020.43)526710289710/R Q kJ h=--⨯⨯=⨯占加热炉的总热负荷的4428971076.3%379210⨯=⨯(2) 辐射管表面热强度Rq42228971096653.06/23100/540.15212540.152R q kJ m h kcal m hππ⨯===⨯⨯-⨯(3) 辐射室出口处油品的总焓值4625001377 4.184985810/H kJ h ∑=⨯⨯⨯=⨯在辐射室入口处每一千克油品的焓值图10辐射发球烟气出口温度449858102897101113.76/266/62500kJ h kcal h⨯-⨯==查油品的热焓图得390oC1390490504902o C τ+=+=与估算的493oC 相近，故合适。

4.5 对流室的传热计算 4.5.1 对流室热负荷由下面的式子可以得到对流室的热负荷443791750028971089510/C R Q Q Q kJ h=-=-⨯=⨯4.5.2 对流室的对数平均温差烟气温度 800450oC →油品温度 390350o o C C ← 410 1004.5.3 内膜传热系数油品的平均温度 3503903702o m t C +==烟气的平均温度370220590o f m T t t C =+∆=+=管壁的平均温度5037050420o t m T t C=+=+=对流段平均粘度查设计图表的原料油蒸汽的粘度为0.0000125Pa s循环氢粘度近似按照氢的粘度计算，370。