加熱爐課件：第十一講-爐內(nèi)壓降及煙囪設(shè)計(jì)

1、中國(guó)石油大學(xué)第十一講 壓降及煙囪一 爐管內(nèi)介質(zhì)的壓力降 1. 計(jì)算爐管內(nèi)壓力降的目的： 檢查爐管管徑、管程數(shù)選擇是否合適； 確定加熱爐管內(nèi)介質(zhì)的入口壓力p1，從而可以根據(jù)此壓力進(jìn)行選泵。判斷管內(nèi)結(jié)焦?fàn)顩r通常，爐管不結(jié)焦的情況下：常壓爐管內(nèi)介質(zhì)的壓力降： （0.691.47）MPa 減壓爐管內(nèi)介質(zhì)的壓力降： （0.290.59）Mpa焦化爐管內(nèi)介質(zhì)的壓力降： （1.02.0）MPa 關(guān)于管內(nèi)流速流速不能太低停留時(shí)間局部過熱流速不能太高壓降2.爐管內(nèi)壓力降的計(jì)算對(duì)于單相流：p1 = p0 + ( Z0 Z1 )1g +1gHf p1 = p0 + h1g + pR + pC + pL pR，pC，

2、pL 分別為輻射管、對(duì)流管和轉(zhuǎn)油線的壓力降，Pa。 pf，pz 分別為摩擦壓降和位能引起的壓降，Pa。2.爐管內(nèi)壓力降的計(jì)算對(duì)于多相流：pke，為加速度（出入口處的流速不相等）引起的壓降，Pa。如果在加熱爐中，介質(zhì)發(fā)生氣化，即當(dāng)溫度達(dá)到某一點(diǎn)時(shí)，油品開始?xì)饣?，這一點(diǎn)叫做氣化點(diǎn)。從氣化點(diǎn)以后的管段，氣液相共存。 2.爐管內(nèi)壓力降的計(jì)算爐管內(nèi)的總壓降：ph 加熱段壓降，包括輻射管、對(duì)流管的壓力降，Pa。pe 氣化段的壓力降，Pa。pL 轉(zhuǎn)油線的壓力降，Pa。p =h1g + ph + pe + pL 加熱段的壓力降ph 單相流動(dòng)爐管當(dāng)量長(zhǎng)度是與回彎頭有關(guān)的系數(shù),等于彎頭當(dāng)量長(zhǎng)度與管內(nèi)徑之比。摩擦系

3、數(shù) 氣化段的壓力降 * 氣相和液相流速一般不相同，它們之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦損失； * 液相有滯留量，使管內(nèi)實(shí)際流通截面積減小，壓力降增加；* 垂直管內(nèi)，液相在爐管內(nèi)連續(xù)不斷地上升和下降，會(huì)消耗能量而形成壓力降低； * 氣液兩相流可能呈現(xiàn)完全不同的流型。管內(nèi)氣液兩相流壓力降確定的復(fù)雜性流型及其判別水平管流型流型及其判別垂直管流型爐管內(nèi)氣液兩相流適宜的流型 * 爐管內(nèi)不允許出現(xiàn)液節(jié)流。 * 管內(nèi)氣、液兩相流的流型最好是霧狀流。 * 泡點(diǎn)附近要達(dá)到霧狀流比較困難，也允許出現(xiàn)環(huán)狀流或分散氣泡流。 * 其它流型均應(yīng)避免。 * 當(dāng)流型完全不符合要求時(shí)，可以縮小爐管直徑或加大注入的水蒸氣量來獲得適宜

4、的流型。 均 相 法 把氣、液兩相看作是混合均勻的一個(gè)混合相。需計(jì)算出混合相的密度、粘度和混合流速，則可用與單相相同的阻力公式。 （一）氣化段的當(dāng)量長(zhǎng)度Le 其中，Le氣化段的當(dāng)量長(zhǎng)度，m； LR 輻射管總的當(dāng)量長(zhǎng)度，m； Io 管內(nèi)介質(zhì)在爐出口處的熱焓，kJ/kg，Io = eIV + ( 1 e ) IL Ie 在氣化點(diǎn)處管內(nèi)介質(zhì)的液相熱焓，kJ/kg； Ii輻射管入口處管內(nèi)介質(zhì)的熱焓，kJ/kg。 （二）氣化段氣、液兩相的混合密度m （三）氣化段氣、液相的混合流速wm （四）氣化段的壓力降pe 汽化點(diǎn)壓力： pe = pe + p出口 圖解法計(jì)算步驟計(jì)算汽化段壓力降： 。1 設(shè)開始汽化時(shí)

5、的壓力 2 由介質(zhì)的飽和蒸汽壓曲線求出介質(zhì)開始汽化的溫度 Te 。3 計(jì)算汽化段爐管的當(dāng)量長(zhǎng)度： 。4 壓力校核重復(fù)步驟14。 ，若 ，則計(jì)算正確，否則重新設(shè) 。5 計(jì)算加熱段爐管的當(dāng)量長(zhǎng)度和壓力降： 。例根據(jù)例74、75及76的條件及計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行管內(nèi)壓力降的計(jì)算。 解：（1）設(shè)氣化點(diǎn)壓力pe(假設(shè))，確定氣化段的當(dāng)量長(zhǎng)度 設(shè)氣化點(diǎn)壓力： pe = 0.2 MPa輻射管出口溫度：2 = 678 K氣化分率：e = 0.24查油品熱焓圖得：氣相熱焓： IV = 1247.7 kJ/kg液相熱焓： IL = 1076 kJ/kg查圖得氣化點(diǎn)溫度 Te = 673 K氣化點(diǎn)液相熱焓： Ie = 1

6、054.8 kJ/kg輻射管入口溫度： 1= 629 K 液相熱焓： Ii= 914.3 kJ/kg 輻射管出口處混合相熱焓： Io = eIV + ( 1 e ) IL = 0.241247.7 + ( 1 0.24 )1076 = 1117.2 (kJ/kg) 輻射管總的當(dāng)量長(zhǎng)度：（查表710，取 = 60）氣化段的當(dāng)量長(zhǎng)度：（2）氣化段中氣、液兩相的混合密度m 氣化段平均溫度：TV = ( 673 + 678 ) / 2 = 675.5 K氣化段平均壓力：pV = ( 2 + 0.4 ) / 2105 = 1.20105 Pa取MV = 340kg/kmol 查文獻(xiàn)得液相密度：L = 6

7、70 kg/m3氣化段平均氣化率：e = ( 0 + 0.24 ) / 2 = 0.12 （3）氣化段氣、液兩相的混合流速wm （4）氣化段的壓力降pe 氣化段壓力降：（5）氣化點(diǎn)處的壓力pe(計(jì)算) pe = p2 + pe = ( 0.4 + 1.210 )105 = 1.61105 Pa與假設(shè)pe = 0.2 MPa不符，須重新計(jì)算。（6）重復(fù)計(jì)算重新假設(shè)pe = 1.5105 Pa，查得氣化點(diǎn)溫度Te = 656 K，查得Ie = 1000.4 kJ/kg氣化段平均溫度：TV = ( 656 + 678 ) / 2 = 667 K氣化段平均壓力：pV = ( 1.5 + 0.4 ) /

8、 2105 = 0.950105 Pa查文獻(xiàn)得液相密度：L = 675 kg/m3 pe = p2 + pe = ( 0.4 + 2.697 )105 = 3.097105 Pa 與假設(shè)pe = 1.5105 Pa不符。（7）作圖法求解氣化段的壓力pe 第一次試算結(jié)果的比值： 第二次試算結(jié)果的比值： 兩點(diǎn)連線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)即所求：pe = 1.92105 Pape = pe p2 = ( 1.92 0.4 ) 105 = 1.52105 Pa （8）加熱段的壓力降ph氣化點(diǎn)溫度：Te = 671 K，查得Ie = 1050.6 kJ/kg輻射管加熱段的當(dāng)量長(zhǎng)度：Lh = LR Le= 292

9、95.8 = 196.2 (m)對(duì)流管（包括遮蔽管）的當(dāng)量長(zhǎng)度：氣化點(diǎn)以前總當(dāng)量長(zhǎng)度：Le = 196.2 + 308.9 = 505.1 m加熱段平均溫度：( 610 +671 ) / 2 = 640.5 K查文獻(xiàn)，管內(nèi)介質(zhì)平均密度L = 690 kg/m3，平均粘度 = 1.7510-6m2/s（9）爐管總壓力降p = pe + ph = ( 1.52 + 0.651 )105 = 2.171105 Pa 爐管入口處壓力：p1 = p2 + p = ( 0.4 + 2.171 )105 = 2.571105 Pa二、煙氣壓降及煙囪的設(shè)計(jì)計(jì)算 煙囪作用： 產(chǎn)生抽力，使煙氣在加熱爐中不斷流動(dòng)，

10、同時(shí)把煙氣送到高空排出，以減少地面污染。1 煙囪的直徑 mg 煙氣的質(zhì)量流量：kg/h。 ?。簾煔赓|(zhì)量速度 G = (2.5 3.5) kg/(m2.s)2 煙囪的高度 最低高度：假定煙囪和對(duì)流室所產(chǎn)生的抽力應(yīng)等于煙氣在加熱爐和煙囪內(nèi)流動(dòng)的壓力降。 煙囪高度所形成的抽力用于：克服煙氣流動(dòng)過程中的總壓力降；克服空氣通過燃燒器的壓力降；保證爐膛內(nèi)具有一定的負(fù)壓；注意：輻射室與對(duì)流室的高度也能產(chǎn)生抽力（一）抽力的計(jì)算煙囪產(chǎn)生的抽力PI 抽力是由于爐內(nèi)煙氣的密度差而產(chǎn)生的。 PI-煙囪所產(chǎn)生的抽力，mmH2OHs -煙囪的最低高度，mG -重力加速度，m/s2gC -單位換算系數(shù)，（N/m2)/mmH

11、2Og -煙氣的平均密度Tm -煙氣在煙囪的平均溫度，K；一般取對(duì)流室出口煙氣溫度減去50a -大氣的密度，kg/m2Ta -大氣的溫度，K對(duì)流室產(chǎn)生的抽力P （一）抽力的計(jì)算PII-對(duì)流室所產(chǎn)生的抽力，mmH2OHC -對(duì)流室高度，mTf -對(duì)流室煙氣平均溫度，K（二） 壓力降的計(jì)算 煙氣流動(dòng)的壓力降 a. 煙氣沿?zé)煹懒鲃?dòng)的壓力降； b. 煙氣流過擋板、轉(zhuǎn)彎或截面變化等局部的壓力降； c煙氣流過對(duì)流室管排的壓力降； d煙氣流過空氣預(yù)熱器的壓力降(有預(yù)熱器時(shí))。1 煙氣由輻射室至對(duì)流室的壓力降P1 2 煙氣通過對(duì)流室的壓力降P2 煙氣通過錯(cuò)排光管管排的壓力降 煙氣通過錯(cuò)排釘頭管管排的壓力降由下

12、式計(jì)算煙氣在釘頭外部區(qū)域的煙氣質(zhì)量流速Ggo 3 煙氣由對(duì)流室至煙囪的壓力降P3 4 煙氣在煙囪內(nèi)的摩擦損失P4 5 煙囪擋板的壓力降P5 6 煙囪出口的動(dòng)能損失P6 （三）煙囪的最低高度Hs 由抽力確定煙囪高度P1 + PII = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + 2 決定煙囪高度的其它因素* 不低于附近的蒸餾塔等設(shè)備的頂標(biāo)高，以避免火災(zāi)；* 受航空方面的限制；* 受環(huán)境保護(hù)方面的限制，必須根據(jù)環(huán)境保護(hù)法規(guī)定的要求計(jì)算煙囪高度。* 圓筒爐煙囪的最低高度應(yīng)能利用煙囪上的爐管吊環(huán)吊出輻射爐管，所以還必須滿足由下式計(jì)算的最低高度：例77根據(jù)例74、75及76的條件及計(jì)算結(jié)

13、果，進(jìn)行煙囪的設(shè)計(jì)計(jì)算。 解：1. 煙囪的直徑 取煙囪質(zhì)量流速Gg = 3.5 kg/(m2.s)2. 煙囪和對(duì)流室產(chǎn)生的抽力已知：爐膛高H = 13 m，對(duì)流室的高度HC = 3.52 m；輻射室煙氣出口溫度Tg = 1051 K，對(duì)流室煙氣平均溫度Tf = 843.1 K，煙囪內(nèi)煙氣平均溫度Tm = 710 50 = 660 (K)，大氣溫度Ta = 20 + 273 = 293 K。（mH2O） （mH2O） 總抽力：P = PI + PII = 0.672Hs + 2.7753. 總壓力降（1）煙氣由輻射室至對(duì)流室的壓力降查表7-8，1 = 0.396釘頭區(qū)域外部流通面積：Aso = b (dC + 2l) 8LC = 2.142 (0.127 + 2 0.025) 8 3.2 = 2.323 (m2) 釘頭區(qū)域內(nèi)部流通面積：Asi = 3.123 2.323 = 0.8 (m2)釘頭間隙： dp = 2 0.016 0.012 = 0.02 (m)釘頭端間隙： dp = dC 2l = 0.127 2 0.025 = 0.077 (m)煙氣在釘頭外部質(zhì)量流速：Tf = 843.1 K 查煙氣的