【正文】 ； q3 — 機械和化學(xué)不完全燃燒損失，% 根據(jù)選取的過量空氣系數(shù)及排煙溫度，通過查文獻[2，圖22]，得q1 = 114%； 加熱爐表面散熱損失（無空氣預(yù)熱系統(tǒng)）的規(guī)定，取q2= %=[10,11] ； %； 綜上，加熱爐熱設(shè)計效率 = =%h。因此合理地選擇過剩空氣系數(shù)對于提高加熱爐熱效率，達到節(jié)能減排至關(guān)重要。 計算理論空氣量 理論空氣量是指按照化學(xué)當(dāng)量比進行燃燒時，單位質(zhì)量或單位體積的燃料所需的空氣量[5,12]。 ； — 燃料氣各組分的高位發(fā)熱值， kJ/ Nm179。在可燃性物質(zhì)存在、保持一定溫度的條件下，如果供給足夠的空氣， 燃燒過程會很順利的進行。 — 加熱爐計算總熱負荷，kJ/s ； WF — 油料流量，kg/s ； Ws — 過熱蒸汽流量， kg/s ； e — 管內(nèi)介質(zhì)在爐出口處的氣化率，%； IL — 油料出爐溫度下液相熱焓， kJ/kg； IV — 油料出爐溫度下氣相熱焓， kJ/kg； Ii — 油料入爐溫度下液相熱焓， kJ/kg； IS1 — 過熱蒸汽入爐溫度下熱焓， kJ/kg； IS2 — 過熱蒸汽出爐溫度下熱焓， kJ/kg； Q″ — 其他熱負荷， kJ/s 。因此，管式加熱爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化成為了各國研究者競相研究的課題。國內(nèi)煉化企業(yè)主要通過管式空氣預(yù)熱器、余熱鍋爐等技術(shù)的應(yīng)用來降低排煙溫度，回收余熱；應(yīng)用蒸汽、激波、聲波等方式清除灰塵，減少熱量損失；使用重質(zhì)燃油助燃劑或者應(yīng)用強化傳熱型助燃器來提高燃燒效率；利用優(yōu)質(zhì)隔熱材料來降低熱量散失；利用煙氣分析儀、紅外熱像儀等檢測技術(shù)時時監(jiān)控排煙指標。管式加熱爐幾乎參與了各類工藝過程，成為進行裂解、轉(zhuǎn)化反應(yīng)的核心設(shè)備，支配著整個工廠或裝置的產(chǎn)品質(zhì)量﹑能耗等，推動了石油煉制和化工工藝的發(fā)展進步[15]。structure optimizing。在石油加工的各項工作之中，管式加熱爐都起著重要作用。除此之外，通過對管式加熱爐的工藝進行計算，包括輻射室及對流室的結(jié)構(gòu)尺寸、燃料用量、爐內(nèi)壓力等參數(shù)的計算，以達到管式加熱爐結(jié)構(gòu)優(yōu)選的目的。然而，石油的煉化過程也是一個耗能的過程，并且會產(chǎn)生大量的廢物。國外煉化爐的節(jié)能技術(shù)主要存在于前期優(yōu)化過程中，主要包含有如下技術(shù)特點：(1)專利商、大型工程公司依據(jù)工藝的特殊要求開發(fā)、制造、安裝的專利技術(shù)及專有技術(shù)，如UOP的U型管重整爐；(2)大型化裝置體現(xiàn)在常減壓蒸餾、連續(xù)重整芳烴裝置的單臺加熱爐熱負荷超過150MW；(3) 利用FRNCSTAAD PRO、CFX、FLUENT等先進的行業(yè)設(shè)計軟件；(4)在加熱爐詳細設(shè)計時，根據(jù)運輸尺寸和吊裝能力水平進行模塊化設(shè)計、制造、運輸及組裝；(5)對于歐洲和日本等能源匱乏的國家，要求熱負荷超過24MW的加熱爐熱效率應(yīng)不小于90%；(6) 低NOx燃燒器、低NOx催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、高效吹灰器、聲波氣體溫度測量系統(tǒng)等主流節(jié)能技術(shù)。2011年7月，加熱爐在線機械清焦技術(shù)首次應(yīng)用于克拉瑪依石化公司150萬噸/年延遲焦化裝置[8]。 圖0： 管式加熱爐2 管式加熱爐工藝計算 計算設(shè)計熱負荷及加熱爐選型 計算設(shè)計熱負荷 熱爐每小時傳給被加熱物料的總熱量被稱為有效熱負荷，體現(xiàn)了爐子的供熱能力（生產(chǎn)能力）[15,911]。 燃燒過程計算 在一定的溫度下，燃料中所含的可燃性成分與空氣中的氧接觸，發(fā)生伴隨放光和熱量的強烈氧化作用過程成為燃燒。高位發(fā)熱值是指單位質(zhì)量或單位體積的燃料完全燃燒后，其產(chǎn)物冷卻到燃燒前的狀態(tài)時其中水蒸氣以液態(tài)形式存在時所放出的全部熱量；低位發(fā)熱值是指單位質(zhì)量或單位體積的燃料完全燃燒后，其產(chǎn)物冷卻到燃燒前的狀態(tài)時其中水蒸氣以氣態(tài)形式存在時所放出的全部熱量[12]。=； 煉廠瓦斯的低位發(fā)熱量為：l =12251kcal/Nm179。 選取過剩空氣系數(shù)及加熱爐排煙溫度A 選取過?？諝庀禂?shù) 燃燒在理論空氣量下完全燃燒，在工業(yè)加熱爐中是不可能完成的，而是在一定過?？諝饬康臈l件下才能達到完全燃燒。 計算加熱爐熱設(shè)計效率管式加熱爐的熱效率表示管式爐體系中參與熱交換過程、為達到規(guī)定的加熱目的，供給能量利用在數(shù)量上的有效程度，即有效熱量對供給能量的百分數(shù)[]。 （7） 式中： — 煙氣流量， ； — 霧化蒸汽用量，(蒸汽)/(燃料油) ； — 過剩空氣系數(shù)； — 燃料氣的理論空氣量，（空氣）/（燃料氣） ； — 燃料氣用量， 。 現(xiàn)取 ： =180。 根據(jù)圖3現(xiàn)取管式加熱爐輻射段爐管表面熱強度qR采用 30 kw/m178。 m/s，輻射爐管管程數(shù)N=4。爐管的節(jié)圓直徑是指輻射爐管中心點形成的圓周；爐管的有效長度是指被加熱爐管的直管長度[5]。 代入數(shù)據(jù)，得： B 輻射段爐膛直徑 可由公式（17）計算輻射段爐膛的直徑： 式中： Df — 輻射段爐膛直徑，m 。所謂對流室不過是指“對流換熱起支配作用”的部位[5]。( 選取每排管根數(shù)為 16，根據(jù)公式（19）可初步計算出對流室的寬度：式中： S — 對流室的凈寬，m ； h180。 =+++235。 綜上，對流段爐管的長2m，對流式寬 ，每排的爐管根數(shù)為16。由于穿過遮蔽管的熱量可被后排的對流管全部吸收，取遮蔽管的有效吸收因數(shù) 為 1，簡化計算。 對于圓筒立式爐而言， 聯(lián)立公式（27）、（28），得：將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（29），得： 則有： 。 = ，得交換因數(shù)F=[2] 。 — 輻射段熱損失，% ；取 = 。= 對流段內(nèi)的傳熱平均溫差由于對流段內(nèi)的管排數(shù)較多，管內(nèi)外的逆流程度高，可以按照純逆流方式計算平均傳熱溫差，流動形式見圖6所示。用公式（41）計算： 式中： —包括結(jié)垢內(nèi)阻在內(nèi)的釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， 。 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入，得： 對流爐管的表面?zhèn)鳠釓姸? 應(yīng)用公式（49）求解對流爐管的表面?zhèn)鳠釓姸龋菏街校?qc — 對流爐管的表面?zhèn)鳠釓姸龋?代入數(shù)據(jù)后，得： 過熱蒸汽段計算 過熱蒸汽段煙氣平均溫度運用公式（50）求解過熱蒸汽段煙氣平均溫度： 式中： Tgr— 過熱蒸汽段煙氣平均溫度，K ； Ts1— 對流段排煙溫度，℃ ； Ts2— 過熱蒸汽段排煙溫度，℃ 。代入數(shù)據(jù)后，得：B 過熱蒸汽管的管壁對水蒸汽的傳熱系數(shù) 1 不包括結(jié)垢內(nèi)阻過熱蒸汽管的管壁對水蒸汽的傳熱系數(shù) 采用公式（55）進行不包括結(jié)垢內(nèi)阻管壁對水蒸汽的傳熱系數(shù)的計算： 式中： — 不包括結(jié)垢內(nèi)阻管壁對水蒸汽的傳熱系， 。故在此假定平均汽化率為出口汽化率的50%，這樣得到的壓力降在安全范圍內(nèi)。 （64） 式中： Pe — 汽化點壓力， Pa ； P2 — 爐出口處壓力，Pa 。 B 汽化段爐管的當(dāng)量長度 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（61）后，得：C 汽化段混合密度 汽化段的平均溫度： 在平均溫度下，原油液相密度 引用文獻[3]中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，當(dāng)汽化率 ；將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入上公式（6365）后，得：D 汽化段汽液混合流速 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（66）后，得：E 水力摩擦系數(shù) 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（67）后，得： F 汽化段壓力降 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（68）后，得： 則有： 由此可見，汽化壓力的計算值小于假定值，故不需要重新計算。247。248。其中： 查文獻[2，表211]得：x代入相關(guān)數(shù)據(jù)后，得： 煙氣在煙囪擋板處的阻力設(shè)計時，將擋板的開度定為自由截面占全截面的50% 。c— 考慮過熱蒸汽段后對流室高度，m ； Tc— 考慮過熱蒸汽段后對流室內(nèi)煙氣的平均溫度，K 。 看火門看火門是用來觀察輻射室內(nèi)燃料的燃燒狀況及輻射管運行情況等，因此所采用的看火門的數(shù)量以及安裝的位置應(yīng)盡可能的滿足工程實際的要求，即透過看火門能觀察到所有燃燒器的燃燒狀況。人孔門的大小應(yīng)能保證方便取出對流爐管和吹灰器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖14b所示。采用文獻[30]的受熱面積灰模型建立方法優(yōu)化吹灰時間以及吹灰器類型的選取。 （2）筒體承重輻射室；適用于筒體直徑在（3～4）m的全輻射圓筒加熱爐。與之配套的是底座為天圓地方的煙囪。與之配套的是圓形支座的煙囪，且須在空中完成柱接頭作業(yè)。鑒于加熱爐的安裝場地及投資費用情況，擬采用梁式桁架對流室。因此，提高管式爐的熱效率，減少燃料的消耗，對降低裝置的能量消耗具有十分重大的意義。因而現(xiàn)在被大規(guī)模的應(yīng)用在各種加熱爐上。 m、 m、 %、 Nm3/s、 kg/s 。謝 辭過努力的學(xué)習(xí)和設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)即將結(jié)束。在專業(yè)學(xué)習(xí)即將結(jié)束的時候，在此再次向劉寶玉老師以及培養(yǎng)和教育過我的老師們真誠的表示感謝！參考文獻[1] [J].電力勘測設(shè)計，2010，（4）：4852，75.[2] [J].中國設(shè)備工程，2001，（11）：4748. [3] 季金華，[J].石油化工設(shè)備技術(shù)， 2006.[4] [M].武漢：華中理工大學(xué). [5] 李薇，[M].北京：中國石化出版社，2012.[6].[7].[8]. [9]張先棹，高仲龍，[J].，23（1）：15。因此，在此我對劉寶玉老師以及在 畢業(yè)設(shè)計期間給予我?guī)椭睦鲜呛屯瑢W(xué)表示深深的感謝。s； kw， kw，螺桿膨脹機熱源應(yīng)用范圍：（1）直接驅(qū)動螺桿膨脹動力機的如下：蒸汽參數(shù)：～，溫度小于300℃；熱水參數(shù)：，溫度大于170℃。它關(guān)系著石油化工裝置能耗的高低[25]。上的直梯根據(jù)具體情況進行選擇[2,29]。 （4）斜柱底座對流室；有效平面尺寸似于正方形，與之配套的是天圓地方底座的煙囪。（2）梁式桁架對流室；這種對流室結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制作量較大，雖肢桿的數(shù)目比較多，但氣能適應(yīng)熱負荷較大的工作條件，能夠減少鋼材的使用量。筒體鋼板厚度一般在（5～7）mm，筒體加強圈的間距在（2～）m。自上向下每兩排爐管設(shè)置一個吹灰器。防爆門的結(jié)構(gòu)示意圖如圖15所示。為了進入輻射室進行檢修，需要設(shè)置人孔門和檢修門。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（7880），得：對流室的抽力：；各種阻力與損失之和：,煙囪計算高度：因此，煙囪的實際高度應(yīng)大于 。 — 假定的煙囪高度，m ； — 水力摩擦系數(shù) 。248。247。 則：== 加熱段壓力降A(chǔ) 核算汽化段當(dāng)量長度 因汽化壓力，查得汽化溫度te = ℃，熱焓 將上述數(shù)據(jù)代入公式（61）得：B 輻射管汽化段以前的當(dāng)量長度 C 對流管（包括遮蔽管）的當(dāng)量長度對流段爐管總根數(shù)： 對流管的當(dāng)量長度用公式（69）計算： 式中： — 對流管的當(dāng)量長度，m 。 引用文獻[3]中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，當(dāng)汽化率 時， = ； 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上各式后，得： D 汽化段汽液混合流速 采用公式（66）計算汽化段汽液混合流速： 式中： —汽化段汽液混合流速，m/s 。 B 汽化段爐管的當(dāng)量長度 根據(jù)原油的熱焓，應(yīng)用公式（61）進行求解： 式中： lv— 汽化段爐管的當(dāng)量長度，m ； le— 單程輻射爐管的當(dāng)量長度，m 。代入數(shù)據(jù)后，得： 過熱蒸汽段爐管表面積及管排數(shù)A 爐管表面積 過熱蒸汽段爐管總表面積應(yīng)用公式（58）計算： 式中： Ar — 過熱蒸汽段爐管總表面積，m 178。 代入數(shù)據(jù)后，得： 管內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量流速過熱蒸汽段的爐管規(guī)格與輻射段的爐管規(guī)格一致，均采用光管。 C 不包括結(jié)垢內(nèi)阻的釘頭管光管部分管外對流傳熱系數(shù) 采用公式（42）計算不包括結(jié)垢內(nèi)阻的釘頭管光管部分管外對流傳熱系數(shù)； 式中： hoc—不包括結(jié)垢內(nèi)阻的釘頭管光管部分管外對流傳熱系數(shù)。代入數(shù)據(jù)后，得： 對流室爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù)A 不包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻在內(nèi)的爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù) 不包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻在內(nèi)的爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù)可由公式（37）計算：式中： — 不包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻在內(nèi)的爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù)，kJ /m178。 將上述有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（31），得： ；則，輻射室熱負荷占總熱負荷的比例為：