輻射盤管乙烷制乙烯工藝對流段的設(shè)計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20602乙烷制乙烯工藝對流段的設(shè)計計算案例 119211.1對流段的熱量分布 158431.1.1對流段熱量分布簡述 1208291.1.2對流段的熱量分布 159381.1.3煙氣溫度的確定 562801.2確定對流段管排 6170101.2.1FPH段管排的確定 719541.2.2ECO段管排的確定 16187461.2.3HTC1段管排的確定 198141.2.4HPPS段管排的確定 246551.2.5HTC2段管排的確定 27164831.3對流段設(shè)計計算結(jié)果數(shù)據(jù)匯總表 311.1對流段的熱量分布裂解爐對流段的稀釋蒸汽采用一次注入方式，可由合理的溫度分布和煙氣熱量充分利用原則，經(jīng)多方案比較后確定出管段分布與管型。1.1.1對流段熱量分布簡述管式裂解爐的作用有二，一是使裂解原料預(yù)熱、氣化并過熱至初始裂解溫度（即橫跨溫度660℃）；二是充分利用煙氣余熱以提高裂解爐熱效率。對流段排布可自上而下分為五段，分別為原料預(yù)熱段（FPH）、鍋爐給水預(yù)熱段（ECO）、上混合預(yù)熱段（HTC1）、高壓蒸氣過熱段（HPPS）、下混合預(yù)熱段（HTC2）。對流段排出的煙氣經(jīng)煙囪排至大氣中，已設(shè)排煙溫度為110℃，且管式裂解爐效率為94.13%。1.1.2對流段的熱量分布對流段所吸收的總熱量為：Q=Qn–QR=1.68×108-9.44×107=7.36×107kJ/h設(shè)散熱損失為0.5%，則對流段總的熱量損失為：Q損失=1.68×108×0.5%=8.40×105kJ/h對流段熱效率：η=(Qn–Q損失)/Qn×100%==99.5%1.1.2.1原料預(yù)熱段（FPH）吸收熱量原料從60℃預(yù)熱到180℃，所吸收的熱量為QHC，由公式(3-2)：H0(333.15K)=0+14.00854333.15100+1.8×3.13570333.151002+3.24×(-3.05121×10-2)333.151003+0.3087×=199.02kcal/kg=832.70kJ/kgH0(453.15K)=0+14.00854453.15100+1.8×3.13570453.151002+3.24×(-3.05121×10-2)453.151003+0.3087=262.48kcal/kg=1098.20kJ/kg則：QHC=Gf(H(180℃)-H(60℃))=(1098.20-832.70)=2.79×107kJ/hQ1=QHC/η==2.80×107kJ/h1.1.2.2鍋爐給水預(yù)熱段（ECO）吸收熱量由第三部分計算可知，鍋爐給水從165℃預(yù)熱到220℃吸收的熱量：△HBW=138.82kJ/kgG=15000kg/h則：=15000×138.82=2.08×106kJ/h==2.09×106kJ1.1.2.3上混合預(yù)熱段（HTC1）吸收熱量原料乙烷從180℃加熱到400℃，所吸收的熱量為QHC，由公式(3-2)：H0(453.15K)=0+14.00854453.15100+1.8×3.13570453.151002+3.24×(-3.05121×10-2)453.151003+0.3087=262.48kcal/kg=1098.20kJ/kgH0(673.15K)=0+14.00854673.15100+1.8×3.13570673.151002+3.24×(-3.05121×10-2)673.151003+0.3087×=411.23kcal/kg=1720.58kJ/kg則：QHC=Gf(H(400℃)-H(180℃))=(1720.58-1098.20)=1.87×107kJ/h稀釋蒸汽由180℃加熱到400℃所吸收的熱量為QDS，H(453.15K)=841.5kJ/kgH(673.15K)=1284.4kJ/kgQDS=(1284.4-841.5)×0.35=4.66×106kJ/h==2.35×107kJ/h1.1.2.4高壓蒸氣過熱段（HPPS）吸收熱量高壓蒸氣（HPPS）進入對流段中加熱使得溫度從325℃升高至485℃，所吸收的熱量為：流量G2=15000×(1-2%)=14700kg/hH(598.15K)=1130.08kJ/kgH(758.15K)=1439.42kJ/kg則高壓蒸氣（HPPS）吸收的熱量：=14700×(1439.42-1130.08)=4.55×106kJ/h==4.57×106kJ/h1.1.2.5下混合預(yù)熱段（HTC2）吸收熱量原料乙烷從400℃加熱到橫跨溫度660℃，所吸收的熱量為QHC，由公式(3-2)：H0(673.15K)=0+14.00854673.15100+1.8×3.13570673.151002+3.24×(-3.05121×10-2)673.151003+0.3087×=411.23kcal/kg=1720.58kJ/kgH0(933.15K)=0+11.98819+1.8×2.49064+3.24×(-2.59352×10-2)+0.3087×38.01414+0.55556×150.5=556.21kcal/kg=2324.96kJ/kg則：QHC=Gf(H(650℃)-H(400℃))=(2324.96-1720.58)=1.82×107kJ/h稀釋蒸汽由400℃加熱到橫跨溫度660℃所吸收的熱量為QDS，H(673.15K)=1284.4kJ/kgH(933.15K)=1844.7kJ/kgQDS=(1844.7-1284.4)×0.35=1.89×106kJ/hQ5=(QHC+QDS)/η==2.42×107kJ/h1.1.3煙氣溫度的確定煙氣進入對流室時的溫度為tp=1120℃，由煙焓圖(3-1)得H=1997.27kJ/kg，煙氣流量mg=54772.31kg/h，由下向上計算，則有：HTC2段：=Q5/mg==441.83kJ/kgH2=H1-=1997.27-441.83=1551.44kJ/kg查煙焓圖(3-1)得：tp1=823.27℃HPPS段：=Q4/mg==83.44kJ/kgH2=H1-=1551.44-83.44=1472.00kJ/kg查煙焓圖(3-1)得：tp2=767.23℃HTC1段：=Q3/mg==429.05kJ/kgH2=H1-=1472.00-429.05=1042.95kJ/kg查煙焓圖(3-1)得：tp3=479.08℃ECO段：=Q2/mg==38.16kJ/kgH2=H1-=1042.95-38.16=1004.79kJ/kg查煙焓圖(3-1)得：tp4=453.45℃FPH段：=Q1/mg==510.79kJ/kgH2=H1-=1004.79-510.79=494.00kJ/kg查煙焓圖(3-1)得：tp5=110.41℃綜上，可將對流段的能量分布情況作圖如下：圖5-1對流段能量分布圖1.2確定對流段管排選擇恰當?shù)臓t管型號可以提高熱量利用率。因為管式裂解爐想要利用余熱就要利用好對流室的換熱，既可以減小輻射室換熱時的熱負荷，又能使得爐效率進一步的提高。1.2.1FPH段管排的確定1.2.1.1采用釘頭管(1)對數(shù)平均溫差的計算Q1=2.80×107kJ/h，原料乙烷在FPH段從60℃加熱至180℃，煙氣溫度由HTC段入口處453.43℃降至出口溫度110.41℃。原料平均溫度：=60+1802=120℃煙氣平均溫度：=281.92℃則對數(shù)平均溫差為：=453.43?180?110.41?60(2)FPH段爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù)的計算：內(nèi)膜傳熱系數(shù)的計算公式為：(5-1)式中，,——分別為管內(nèi)流體在平均溫度下和在管壁溫度下的黏度，Pa·s，（/）0.14；——管內(nèi)內(nèi)膜傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；——管內(nèi)徑，m；GF——管內(nèi)流體的質(zhì)量流率，kg/(m2·s)；——管內(nèi)流體的比熱容，J/(kg·K)；——管內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；——管內(nèi)流體為氣體時為0.4，為液體時則為0.33。本設(shè)計管徑取152×6mm，即管外徑152mm，管壁厚度取6mm，管內(nèi)徑140mm，每排取8根管。管程數(shù)取2：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=120190.7242×3600×π在FPH段平均溫度為120℃時，原料乙烷的有關(guān)物性參數(shù)為：μ=0.01Mpa·s=0.00001Pa·s[2]內(nèi)插法得：cp=0.497+0.558?0.49761×40=0.537kcal/kg·℃=λ=0.0348W/(m2·K)[3]則內(nèi)膜傳熱系數(shù)為：αi=0.027×0.03480.140包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)計算公式如下：(5-2)其中對于輕烷烴，則：1αi?=11033.55即αi?=763.36W/(m管程數(shù)取4：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=120190.7244×3600×π則內(nèi)膜傳熱系數(shù)為：αi=0.027×0.03480.140包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)：1αi?=1593.62則αi?=429.61W/(m(3)FPH段爐管外膜傳熱系數(shù)的計算：按國產(chǎn)釘頭管規(guī)格：管徑取152×6mm時，釘頭數(shù)為14(個/周)，釘頭直徑=0.012m，釘頭縱向間距為0.016m，釘頭高度h=0.025m，每排8根管，對流室爐管管心距取2倍外徑SC=0.304m。對流管有效長度LC：LC=LR-2(0.2+h1+h2)(5-3)式中，LR——對流段內(nèi)對流管的，取3.5m；h1——對流段內(nèi)對流管的，取90mm；h2——對流段內(nèi)對流管，取10mm則：LC=3.5-2×(0.2+0.01+0.09)=2.9m對流室寬度的計算公式為：b=(-0.5)Sc+dc+2[h+(0.03~0.05)](5-4)式中：——對流段每排進料爐管的根數(shù)；——對流室內(nèi)相鄰對流管爐管管心得間距，單位m；——對流室內(nèi)對流管的外徑，單位m；h——對流室釘頭管釘頭的高度，單位m；則：b=(8-0.5)×0.304+0.140+2×(0.025+0.04)=2.55m對流室長度LR：回轉(zhuǎn)半徑取0.86，則對流室長度可計算如下：L=3.5+(0.140×0.86)×2=3.62m煙氣所通過的橫截面積計算公式：=(5-5)釘頭管的流通截面積：=(0.140+0.012×0.019×2/0.016)×2.8=0.47m則：Sg=3.62×2.55-0.47×8=1.47m2煙氣通過單位橫截面積的質(zhì)量流率：=54772.315.47×3600=2.78g/(m2·s)釘頭管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：(5-6)式中：——煙氣質(zhì)量流率kg/(m2.s)；——煙氣的平均溫度（管內(nèi)介質(zhì)的平均溫度加對數(shù)平均溫差），K；——當量直徑，m。則=1.098×2.7823×120+273.15+131.90包括結(jié)垢熱阻的釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：(5-7)其中，1αs?即：αs?=24.39W/(m釘頭高度0.025m；釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)=27.37W/(m2·K);釘頭導(dǎo)熱系數(shù)；翅片效率計算公式為：Ω=(5-8)其中，x=2×?sλ則翅片效率Ω=tan?14.57×0.025光管的對流傳熱系數(shù)hoc可用下式計算：hoc=1.098×G式中，Gg——煙氣質(zhì)量流率，kg/（m2·s）；Tg——煙氣平均溫度（管內(nèi)介質(zhì)的平均溫度加對數(shù)平均溫差），K；do——管外徑，m。由上式：hoc=1.098×2.7823×包括結(jié)垢熱阻的光管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)?oc1?oc?即：?oc?=21.64W/(m釘頭管的外膜傳熱系數(shù)hos：(5-10)式中，——釘頭總的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)；——光管的總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)；αo、αs則：αo=0.152×π=0.478m2αs=(π×0.0122/4+0.025×π×0.012)×14/0.016=0.924m2αb=0.152×π-1×0.0122×π/4×14/0.016=0.379m由上述計算可得，釘頭管的外膜傳熱系數(shù)為：hos=24.39×0.959×0.924+25.64×0.3790.478=61.54W/(m1?os?即：?os?=51.02W/(m(4)FPH段總傳熱系數(shù)的計算：Kc=1/()(5-11)式中，Ai、Ao、Am——分別表示管內(nèi)、管外及平均表面積，m2/m，且Am=AiAt、Af——分別表示釘頭管光管部分和翅片部分的面積，m2/m；δ——管壁厚度，m2Kw——管壁導(dǎo)熱系數(shù)，取為43W/(m2·K)；Ω——翅片效率。每米釘頭管管內(nèi)的表面積：Ai=0.140π=0.44m2/m每米釘頭管管外的表面積：Ao=0.152π=0.48m2/m每米釘頭管的管內(nèi)外平均表面積：Am=Ai+Ao2釘頭管的管壁厚度：δ=0.01m每米釘頭管光管部分的外表面積：At=0.152×π-1×0.0122×π/4×14/0.016=0.379m2/m每米釘頭管表面釘頭的外表面積：Af=(π×0.0122/4+0.025×π×0.012)×14/0.016=0.924m2/m(5)FPH段的表面積及管排數(shù)的計算：(a)管程數(shù)取2：由式(5-11)：Kc=1/1763.36×0.48(5-12)式中，Qi——FPH段介質(zhì)吸收的熱量，W；Kc——FPH段總傳熱系數(shù)，W/（m2.K）；——對數(shù)平均溫度差，℃。則：AC=2.8×10管排數(shù)計算公式如下：NC=(5-13)式中，Ac——傳熱表面積，m2；nw——每排爐管的根數(shù)；Lc——每排爐管的長度，m；do——爐管外徑，m。則管排數(shù)：NC=537.098×2.9×π×0.152取整后管排數(shù)為39排。(b)管程數(shù)取4：由式(5-11)：Kc=1/1429.61×0.48則：AC=2.8×107NC=602.578×2.8×π×0.152取整后管排數(shù)為45排。比較(a)與(b)的結(jié)果，采用釘頭管時應(yīng)選取2管程，且管排數(shù)為29排。1.2.1.2采用光管若FPH段選擇光管，外膜傳熱系數(shù)應(yīng)包括三部分，即煙氣對流傳熱系數(shù)hoc、煙氣輻射系數(shù)hor、爐墻輻射系數(shù)how，由國產(chǎn)爐管規(guī)格，可取管徑152×6mm的光管，即外徑為152mm，管壁厚度6mm，管內(nèi)徑為140mm，管心距為Sc=0.275m，爐管有效長度為=2.9m。對于光管，b=(nw+0.5)×Sc=(8+0.5)×0.275=2.34m對流室長度L=3.5+(0.152×0.86)×2=3.76m煙氣通過橫截面的面積Sg=2.34×3.76-0.152×2.9×8=1.27m2則：=54772.315.27×3600=2.89kg/(m2·s)煙氣對流傳熱系數(shù)：αoc=1.098式中，——煙氣的質(zhì)量流率，kg/(m2·s）；——煙氣的平均溫度，K；——對流管外徑，m。則：αoc=1.098×2.89煙氣輻射系數(shù)αor：當對流室結(jié)構(gòu)尺寸變化不大時，煙氣輻射傳熱系數(shù)hor僅為煙氣溫度Tg與管壁溫度的函數(shù)，其中煙氣溫度即管內(nèi)介質(zhì)平均溫度加對流室的對數(shù)平均溫差，管壁溫度則等于管內(nèi)介質(zhì)平均溫度加50K。則：煙氣溫度Tg=120+273.15+131.90=521.05K管壁溫度=120+273.15+50=443.15K煙氣輻射系數(shù)αor：=(5-15)式中，——對流段內(nèi)煙氣的黑度；εt——對流段內(nèi)煙氣的吸收率，管壁溫度較低時=；且若煙氣溫度的四次方遠大于管壁溫度的四次方，可認為對流段內(nèi)煙氣黑度等于對流段內(nèi)對流管管壁黑度，其誤差較小可忽略不計。管心距Sc=0.275m排心距Sb=0.866×0.275=0.238m由于=0.275+0.2380.152=3.376≤7則由平均輻射長度計算公式：(5-16)即：L=(1.87×0.257+0.2380.152-4.1)查得煙氣黑度：=0.158Tg與不滿足可近似條件，因此的值應(yīng)另行計算：=εgTgT則由式(5-15)：αor=5.67×1+0.92爐墻輻射系數(shù)αow：爐墻輻射中，一可不考慮爐墻的散熱損失；二可認為煙氣對爐墻與煙氣對管束的對流給熱系數(shù)相等；定義爐墻輻射給管束的熱量與煙氣對流和輻射給管束的熱量之比為爐墻輻射校正系數(shù)f，且(5-17)式中，——爐墻的表面積，m2；——分別表示煙氣、爐墻和管壁溫度，K。爐墻面積：Aw=0.238×2=0.476m2每米光管的外表面積：Ac=0.152×π×8=3.820m2(5-18)式中，——對流室內(nèi)光管管壁的黑度，取為0.9；——對流室內(nèi)光管管壁的平均溫度，單位K；則：αow=228×0.9×525.051000f=29.70×0.47629.63+3.15+29.70光管的總外膜傳熱系數(shù)αo：αo=(1+f)×(αoc=(1+0.059)×(29.63+3.15)=34.71W/(m2·K)1αo?即：αo?=30.30W/(mFPH段的表面積及管排數(shù)：管程數(shù)取2：(5-19)式中，——對流段內(nèi)每米光管的管內(nèi)表面積，m2/m；——對流段內(nèi)每米光管的管外表面積，m2/m；——對流段內(nèi)每米光管的管內(nèi)外平均表面積，m2/m；——對流段內(nèi)光管管內(nèi)對流給熱系數(shù)（包括結(jié)構(gòu)熱阻），W/(m2·K)；——對流段內(nèi)光管管外綜合傳熱系數(shù)（包括結(jié)構(gòu)熱阻），W/(m2·K)；——對流段內(nèi)光管的管壁厚度，m；——對流段內(nèi)光管的管壁導(dǎo)熱系數(shù)，由設(shè)計規(guī)范可取43W/(m2·K)。由式(5-19)，可得：Kc=1/1763.76×0.48AC=2.8×107×1000NC=2045.348×2.8×π×0.152取整后管排數(shù)為185排。管程數(shù)取4：由式(5-19)，可得：Kc=1/1429.61×0.48AC=2.8×107NC=2110.508×2.8×π×0.152取整后管排數(shù)為191排。1.2.1.3結(jié)果匯總與比較將以上計算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?-1FPH段計算結(jié)果匯總參數(shù)釘頭管光管2管程4管程2管程4管程Kc/W/(m2·K)109.7997.8628.8327.94Ac/m2537.09602.572041.342110.50Nc/排3945185191比較后按照設(shè)計原則，F(xiàn)PH段應(yīng)采用釘頭管，選取2管程，管排數(shù)為39排。1.2.1.4FPH段表面熱強度的計算：總傳熱表面積：AC=39×π×0.152×2.9×8=546.96m2表面熱強度：qc=2.8×107×1.2.2ECO段管排的確定1.2.2.1采用釘頭管(1)對數(shù)平均溫差的計算Q2=4.51×106kJ/h，鍋爐給水在ECO段從165℃加熱至220℃，煙氣溫度由ECO段入口處479.08℃降至出口溫度453.45℃。鍋爐給水平均溫度：=165+2202=192.50℃煙氣平均溫度：=453.45+479.082=466.27℃則對數(shù)平均溫差為：=479.08?220?453.45?165(2)ECO段爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù)的計算：本設(shè)計管徑取152×6mm，即管外徑152mm，管壁厚度取6mm，管內(nèi)徑140mm，每排取8根管。管程數(shù)取2：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=150002×3600×π4在ECO段平均溫度為192.5℃時，鍋爐給水的有關(guān)物性參數(shù)為：μ=0.0001426Pa·scp=4468J/(kg·K)λ=0.669W/(m2·K)則內(nèi)膜傳熱系數(shù)為：αi=0.027×0.6690.140包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)：1αi?=1即：αi?=1027.75W/(m管程數(shù)取4：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=150004×3600×π4則內(nèi)膜傳熱系數(shù)為：αi=0.027×0.6690.140×0.140×67.67包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)：1αi?=1915.36則αi?=694.44W/(m(3)ECO段爐管外膜傳熱系數(shù)的計算：按國產(chǎn)釘頭管規(guī)格：管徑取152×6mm時，釘頭數(shù)為14(個/周)，釘頭直徑=0.012m，釘頭縱向間距為0.016m，釘頭高度h=0.025m，每排8根管，對流室爐管管心距取2倍外徑，SC=0.304。煙氣通過單位橫截面積的質(zhì)量流率：=54772.315.47×3600=2.78kg/(m2·s)釘頭管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：=1.098×2.7823×192.5包括結(jié)垢熱阻的釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：1αs?即：αs?=27.03W/(m翅片效率：公式中，x=2×?sλf×則翅片效率Ω=tan?15.39×0.025光管的對流傳熱系數(shù)hoc：hoc=1.098×2.7823×包括結(jié)垢熱阻的光管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)?oc1?oc?即：?oc?=26.32W/(m釘頭管的外膜傳熱系數(shù)hos：hos=27.03×0.955×0.924+29.51×0.3790.478=73.30W/(m21?os?即：?os?=51.56W/(m(4)FPH段的表面積及管排數(shù)的計算：(a)管程數(shù)取2：由式(5-11)：Kc=1/1763.76×0.48AC=4.51×10NC=38.948×2.8×π×0.152取整后管排數(shù)為4排。(b)管程數(shù)取4：由式(5-11)：Kc=1/1429.61×0.48則：AC=4.51×10NC=44.038×2.8×π×0.152取整后管排數(shù)為5排。1.2.2.2結(jié)果匯總與比較將以上計算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?-2ECO段計算結(jié)果匯總參數(shù)釘頭管2管程4管程Kc/W/(m2·K)117.65104.05Ac/m238.9444.03Nc/排45比較后按照設(shè)計原則，ECO段應(yīng)采用釘頭管，選取2管程，管排數(shù)為4排。1.2.2.3ECO段表面熱強度的計算：總傳熱表面積：AC=4×π×0.152×2.8×8=42.79m2表面熱強度：qc=4.51×1061.2.3HTC1段管排的確定1.2.3.1采用釘頭管(1)對數(shù)平均溫差的計算Q3=2.35×107kJ/h，混合物料在HTC1段從180℃加熱至400℃，煙氣溫度由HTC1段入口處767.23℃降至出口溫度479.08℃?；旌衔锪掀骄鶞囟龋?180+4002=290.00℃煙氣平均溫度：=479.08+767.232則對數(shù)平均溫差為：=767.23?400?487.98?180(2)HTC1段爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù)的計算：本設(shè)計管徑取152×6mm，即管外徑152mm，管壁厚度取6mm，管內(nèi)徑140mm，每排取8根管。管程數(shù)取2：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=120190.724×1+0.35在HTC1段混合物料平均溫度為290℃時，原料乙烷和稀釋蒸氣的有關(guān)物性參數(shù)為：HC：μ=0.0173MPa·s=0.0000173Pa·s內(nèi)插法得：cp=0.811+0.992?0.811300×103=0.873kcal/kg·℃=365λ=0.0796W/(m2·K)DS：μ=0.0000192Pa·scp=2000.2J/(kg·K)λ=0.0424W/(m2·K)摩爾分數(shù)：yHC=1yDS質(zhì)量分數(shù)：xHC=1xDS=0.632×0.0000173×3012+0.368×0.0000192×=0.632×0.0796×3013+0.368×0.0424×==0.741×3651.08+0.259×2000.2=3226.47J/(kg·K)則內(nèi)膜傳熱系數(shù)為：αi=0.027×0.06730.140包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)：1αi?=1即：αi?=1103.75W/(m管程數(shù)取4：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=120190.72.4×1+0.35則內(nèi)膜傳熱系數(shù)為：αi=0.027×0.06730.140包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)：1αi?=11026.45則αi?=757.58W/(m(3)HTC1段爐管外膜傳熱系數(shù)的計算：按國產(chǎn)釘頭管規(guī)格：管徑取152×6mm時，釘頭數(shù)為14(個/周)，釘頭直徑=0.012m，釘頭縱向間距為0.016m，釘頭高度h=0.025m，每排8根管，對流室爐管管心距取2倍外徑，SC=0.304。煙氣通過單位橫截面積的質(zhì)量流率：=54772.315.47×3600=2.78kg/(m2·s)釘頭管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：=1.098×2.7823×290包括結(jié)垢熱阻的釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：1αs?即：αs?=28.57W/(m翅片效率：公式中，x=2×?sλf×則翅片效率Ω=tan?15.79×0.025光管的對流傳熱系數(shù)hoc：hoc=1.098×2.7823×包括結(jié)垢熱阻的光管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)?oc1?oc?即：?oc?=27.03W/(m釘頭管的外膜傳熱系數(shù)hos：hos=28.57×0.952×0.924+27.03×0.3790.478=74.01W/(m21?os?即：?os?=51.56W/(m(4)HTC1段的表面積及管排數(shù)的計算：(a)管程數(shù)取2：由式(5-11)：Kc=1/1763.76×0.48AC=2.35×107NC=164.778×2.8×π×0.152=11.取整后管排數(shù)為16排。 (b)管程數(shù)取4：由式(5-11)：Kc=Kc=1/1429.61×0.48則：AC=2.35×107NC=186.318×2.8×π×0.152取整后管排數(shù)為18排。1.2.3.2采用光管=54772.315.47×3600=2.78kg/(m2·s)(1)煙氣對流傳熱系數(shù)αocαoc=1.098×2.78(2)煙氣輻射系數(shù)αor：煙氣溫度Tg=290+273.15+767.23=1326.38K管壁溫度=290+273.15+50=613.15K由于Tg?，滿足煙氣溫度的四次方遠大于管壁溫度的四次方，故可認為對流段內(nèi)煙氣黑度等于對流段內(nèi)對流管管壁黑度。即：==0.158則由式(5-15)：αor=5.67×1+0.92×0.158×(3)爐墻輻射系數(shù)αow：αow=228×0.9×613.151000f=47.30×0.47631.30+45.25+47.30(4)光管的總外膜傳熱系數(shù)αo：αo=(1+f)×(αoc=(1+0.048)×(31.10+41.25)=80.22W/(m2·K)1αo?即：αo?=58.82W/(m(5)HTC1段的表面積及管排數(shù)：(a)管程數(shù)取2：由式(5-19)，可得：Kc=1/1763.76×0.48AC=2.35×107NC=362.218×2.8×π×0.152取整后管排數(shù)為34排。(b)管程數(shù)取4：由式(5-19)，可得：Kc=1/1429.61×0.48AC=2.35×107NC=383.718×2.8×π×0.152=31.取整后管排數(shù)為36排。1.2.3.3結(jié)果匯總與比較將以上計算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?-3HTC1段計算結(jié)果匯總參數(shù)釘頭管光管2管程4管程2管程4管程Kc/W/(m2·K)117.65104.0553.5250.52Ac/m2164.77186.31362.21383.71Nc/排16183436比較后按設(shè)計原則，HTC1段應(yīng)采用釘頭管，選取2管程，管排數(shù)為16排。1.2.3.4HTC1段表面熱強度的計算：總傳熱表面積：AC=16×π×0.152×2.8×8=171.14m2表面熱強度：qc=2.35×107×1.2.4HPPS段管排的確定1.2.4.1采用釘頭管(1)對數(shù)平均溫差的計算Q4=2.09×106kJ/h，高壓蒸氣在HPPS段從325℃加熱至485℃，煙氣溫度由HPPS段入口處823.27℃降至出口溫度767.23℃。高壓蒸氣平均溫度：=325+4852=401.00℃煙氣平均溫度：=767.23+823.272=791.25℃則對數(shù)平均溫差為：=823.27?485?767.23?325(2)HPPS段爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù)的計算：本設(shè)計管徑取152×6mm，即管外徑152mm，管壁厚度取6mm，管內(nèi)徑140mm，每排取8根管。管程數(shù)取2：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=147002×3600×π4釘頭管管壁對高壓蒸汽的傳熱系數(shù)αiαi=1.585G則：αi=1.585×132.630.8包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)：1αi?=1即：αi?=361.01W/(m管程數(shù)取4：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=147004×3600×π4αi=1.585×66.310.8包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)：1αi?=1237.17則αi?=219.30W/(m(3)HPPS段爐管外膜傳熱系數(shù)的計算：按國產(chǎn)釘頭管規(guī)格：管徑取152×6mm時，釘頭數(shù)為14(個/周)，釘頭直徑=0.012m，釘頭縱向間距為0.016m，釘頭高度h=0.025m，每排8根管，對流室爐管管心距取2倍外徑，SC=0.304。煙氣通過單位橫截面積的質(zhì)量流率：=54772.315.47×3600=2.78kg/(m2·s)釘頭管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：=1.098×2.7823×405.0包括結(jié)垢熱阻的釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：1αs?即：αs?=29.41W/(m翅片效率：公式中，x=2×?sλ則翅片效率Ω=tan?16.20×0.025光管的對流傳熱系數(shù)hoc：hoc=1.098×2.7823×包括結(jié)垢熱阻的光管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)?oc1?oc?即：?oc?=28.57W/(m釘頭管的外膜傳熱系數(shù)hos：hos=32.94×0.953×0.924+28.57×0.3790.478=83.27W/(m1?os?即：?os?=62.50W/(m(4)HPPS段的表面積及管排數(shù)的計算：(a)管程數(shù)取2：由式(5-11)：Kc=1/1361.01×0.48AC=2.09×10NC=14.038×2.8×π×0.152取整后管排數(shù)為2排。(b)管程數(shù)取4：由式(5-11)：Kc=1/1219.30×0.48則：AC=2.09×10NC=16.958×2.8×π×0.152取整后管排數(shù)為2排。1.2.4.2結(jié)果匯總與比較將以上計算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?-4HPPS段計算結(jié)果匯總參數(shù)釘頭管2管程4管程Kc/W/(m2·K)106.6988.30Ac/m214.0316.95Nc/排22比較后按設(shè)計原則，HPPS段應(yīng)采用釘頭管，選取2管程，管排數(shù)為2排1.2.4.3HPPS段表面熱強度的計算：總傳熱表面積：AC=2×π×0.152×2.8×8=21.39m2表面熱強度：qc=2.09×1061.2.5HTC2段管排的確定1.2.1.1采用釘頭管(1)對數(shù)平均溫差的計算Q5=2.42×107kJ/h，混合物料在HTC2段從400℃加熱至660℃，煙氣溫度由HTC2段入口處1120℃降至出口溫度823.27℃?；旌衔锪掀骄鶞囟龋?400+6602=530.00℃煙氣平均溫度：=823.27+11202=971.64℃則對數(shù)平均溫差為：=1120?660?823.27?400(2)HTC2段爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù)的計算：本設(shè)計管徑取152×6mm，即管外徑152mm，管壁厚度取6mm，管內(nèi)徑140mm，每排取8根管。管程數(shù)取2：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=120190.724×1+0.35在HTC2段混合物料平均溫度為530℃時，原料乙烷和稀釋蒸氣的有關(guān)物性參數(shù)為：HC：μ=0.0254MPa·s=0.0000254Pa·s內(nèi)插法得：cp=0.992+1.152?0.992444λ=0.0996W/(m2·K)DS：μ=0.0000129Pa·scp=2108.1J/(kg·K)λ=0.0710W/(m2·K)摩爾分數(shù)：yHC=1yDS質(zhì)量分數(shù)：xHC=1xDS=0.632×0.0000254×3012+0.368×0.0000129×=0.632×0.0996×3013+0.368×0.0710×==0.741×4211.92+0.259×2108.1=3667.03J/(kg·K)則內(nèi)膜傳熱系數(shù)為：αi=0.027×0.09020.140包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)：1αi?=1即：αi?=1210.65W/(m管程數(shù)取4：管內(nèi)原料的質(zhì)量流率：GF=120190.724×1+0.35則內(nèi)膜傳熱系數(shù)為：αi=0.027×0.09020.140包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻的內(nèi)膜傳熱系數(shù)：1αi?=11196.39則αi?=847.46W/(m(3)HTC2段爐管外膜傳熱系數(shù)的計算：按國產(chǎn)釘頭管規(guī)格：管徑取152×6mm時，釘頭數(shù)為14(個/周)，釘頭直徑=0.012m，釘頭縱向間距為0.016m，釘頭高度h=0.025m，每排8根管，對流室爐管管心距取2倍外徑，SC=0.304。煙氣通過單位橫截面積的質(zhì)量流率：=54772.315.47×3600=2.78kg/(m2