【正文】 對流管表面積 運(yùn)用公式（46）計(jì)算對流管表面積： 式中： Ac — 對流管表面積， 。 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(jì)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)。用公式（41）計(jì)算： 式中： —包括結(jié)垢內(nèi)阻在內(nèi)的釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， 。 釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由公式（40）確定： 其中： .s ； m— 管內(nèi)流體在平均溫度下的黏度，cp ； — 對流段爐管內(nèi)徑，m ； F — 取1 ；由公式（13），得：代入數(shù)據(jù)后，得：將 代入公式（37）得： B 包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻在內(nèi)的爐管內(nèi)膜傳熱系數(shù)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(jì)算： 式中： — 包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻在內(nèi)的爐管內(nèi)膜傳熱系數(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(jì)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。= 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(jì)算平均傳熱溫差，流動(dòng)形式見圖6所示。 對流段的傳熱計(jì)算 對流段熱負(fù)荷對流段的熱負(fù)荷可由公式（35）計(jì)算：式中： Qc — 對流室熱負(fù)荷， kJ/s ； Qr — 過熱蒸汽段熱負(fù)荷， kJ /s 。 聯(lián)立公式（32）、（33），得：代入數(shù)據(jù)后，得：查石油餾分焓圖得 =℃。 將上述有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（31），得： ；則，輻射室熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷的比例為： 核算值在管式加熱爐設(shè)計(jì)規(guī)范允許范圍（70~80）% 內(nèi)，此值合理。 — 輻射段熱損失，% ；取 = 。 將上式等號兩邊同時(shí)除以 ，這樣方便圖解計(jì)算： 輻射段煙氣出口溫度A 選取輻射段煙氣出口溫度當(dāng)輻射段煙氣出口溫度tp為700 ℃，過?？諝庀禂?shù)a=， = [2] 。輻射段輸入熱量包括：燃料的總放熱量、燃燒空氣的顯熱、燃料的顯熱；輻射段輸出的熱量：被爐管吸收的熱量、各種熱損失、煙氣離開輻射段時(shí)攜帶的顯熱[15]。 ， = ，得交換因數(shù)F=[2] 。 = ，得交換因數(shù)F=[2] 。 則： 。 由文獻(xiàn)[2，圖24]， atm 。氣體輻射率隨著三原子氣體濃度的增加而相應(yīng)增加，隨著氣體溫度的增加而降低。 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： 。 — 輻射段爐膛總面積， m 178。 A 有效曝露爐墻面積 有效曝露爐墻面積可由公式（27）計(jì)算： 式中： AW — 有效曝露爐墻面積， m 178。+180。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(jì)算。 代入數(shù)據(jù)，得： =遮蔽管位于輻射室與對流室交界處，接受高溫?zé)煔獾闹苯虞椛?，又同時(shí)接受高速煙氣流過時(shí)的對流傳熱的幾排爐管[15]?？偖?dāng)量平面包括輻射段爐管的當(dāng)量平面和遮蔽管的當(dāng)量平面[15]。 A 計(jì)算當(dāng)量平面 當(dāng)量平面是與管排具有同樣吸熱能力的有效裝有管子的爐壁面積。 綜上，對流段爐管的長2m，對流式寬 ，每排的爐管根數(shù)為16。 D 驗(yàn)證煙氣重量流速 由于煙氣的重量流速與流通截面積成反比，或者說煙氣的重量流速和對流段爐管的長度成反比。 將上述數(shù)據(jù)代入公式（21），得：聯(lián)立公式（20）、（21），得： 當(dāng)采用釘頭管時(shí)，煙氣的質(zhì)量流速一般在（2～4）kg / m178。式中： — 釘頭管縱向間距，m ； ds — 釘頭管直徑，m 。 =+++235。/m 。C 確定對流管管長、每排管根數(shù)和對流室寬度 對于釘頭管和翅片管，煙氣質(zhì)量流速可用公式（20）來計(jì)算：式中： Mg — 煙氣重量流速，kg/178。 代入數(shù)據(jù)，得： () 180。( 選取每排管根數(shù)為 16，根據(jù)公式（19）可初步計(jì)算出對流室的寬度：式中： S — 對流室的凈寬，m ； h180。代入數(shù)據(jù)后，得： 。 對流室爐管管長及對流室寬度A 對流室的外形長度對流室的外形長度不得超過公式（18）的規(guī)定。 ，對流段的釘頭管的規(guī)格[1,23,24]為 1146 ，排列方式見圖4右側(cè)，正三角形交錯(cuò)排列。所謂對流室不過是指“對流換熱起支配作用”的部位[5]。 則爐管向下膨脹時(shí)，輻射段爐膛高度 對流室是指靠由輻射室出來的煙氣進(jìn)行對流換熱的部分。其中：上下彎頭高： 膨脹長度：180。對于彎管位于爐內(nèi)的輻射管，爐膛高度一般采取以下方法確定[1]： （1） 爐管向下膨脹 +++Hf = Lf +上下彎頭+高膨脹長度+； （2） 爐管向上膨脹 Hf ≥ Lf +上下彎頭+。 代入數(shù)據(jù)，得： B 輻射段爐膛直徑 可由公式（17）計(jì)算輻射段爐膛的直徑： 式中： Df — 輻射段爐膛直徑，m 。 代入數(shù)據(jù)，得： 實(shí)際爐管根數(shù)是管程的整數(shù)倍，取輻射爐管根數(shù) 。； 根據(jù)國產(chǎn)爐管規(guī)格，選取 。f — 輻射段爐管節(jié)圓直徑，m 。爐管的節(jié)圓直徑是指輻射爐管中心點(diǎn)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]。～，～[15]。= 輻射段爐管管心距為： =180。 代入數(shù)據(jù)，得：查國產(chǎn)爐管規(guī)格，選取 1146 規(guī)格。 m/s，輻射爐管管程數(shù)N=4。 代入數(shù)據(jù)后，得： 。 ，公式（9）括號內(nèi)的數(shù))值為（30～60）℃，現(xiàn)取值為35 ℃ ；現(xiàn)取公式（10）括號內(nèi)的數(shù)值為75% 。 估算輻射室爐管管壁溫度 采用公式（9～11）對輻射段爐管管壁溫度進(jìn)行估算： 式中： — 輻射段爐管管壁的平均溫度，℃ ； — 對流段油料入口溫度，℃ ； — 輻射段油料出口溫度，℃ ； — 輻射段油料入口溫度，℃ 。 根據(jù)圖3現(xiàn)取管式加熱爐輻射段爐管表面熱強(qiáng)度qR采用 30 kw/m178。國內(nèi)采用的管式加熱爐輻射段爐管表面熱強(qiáng)度的最佳值為（16000～31000）kcal/m178。管式加熱爐的輻射段爐管表面熱強(qiáng)度通常先采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行校核。爐管表面熱強(qiáng)度值越高，表明完成相同的熱任務(wù)所需要的傳熱面積越小。 現(xiàn)取 ： =180。輻射內(nèi)的傳熱方式如圖1所示。 采用LoboEvans圖解法進(jìn)行輻射段的熱力計(jì)算，故有以下四個(gè)基本假設(shè)[5]： （1）整個(gè)輻射室中，作為輻射室傳熱熱源的煙氣只有一個(gè)溫度（或稱煙氣平均溫度），并與輻射室的煙氣出口溫度相同； （2） 將爐管看作一個(gè)吸熱面，其溫度等于爐管的平均溫度，把爐內(nèi)除去輻射管排以外的其他耐火磚墻看作反射面，也具有相同的溫度； （3） 煙氣對流傳遞給反射面的熱量全部被爐墻散失到大氣中，而煙氣輻射傳遞給反射面的能量全部爐墻反射還給管排； （4）煙氣為灰氣休，吸熱面為灰表面。輻射室是通過火焰或高溫?zé)煔膺M(jìn)行輻射傳熱的部分，在加熱爐中輻射傳熱約占全爐熱負(fù)荷的（70～80）%[15]。 （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， 。； h —加熱爐的設(shè)計(jì)熱效率，%。 燃料氣用量 燃料氣用量可用公式（6）計(jì)算： （6） 式中： B — 燃料氣用量，Nm179。由于反平衡能夠直觀的反映加熱爐的各項(xiàng)熱損失數(shù)值、造成熱損失的原因，給提出降低熱損失措施提供依據(jù)，故采用反平衡法計(jì)算管式加熱爐的熱效率[15,1418]。 計(jì)算加熱爐熱設(shè)計(jì)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(dá)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?jǐn)?shù)[]。 B 選取加熱爐排煙溫度 當(dāng)對流段采用光管時(shí)，排煙溫度ts=tl+(80~120)℃；當(dāng)對流段采取翼片管或釘頭管時(shí)，排煙溫度ts=tl+(45~80)℃；采用余熱回收并使用翼片管時(shí)，排煙溫度ts=飽和蒸汽溫度+(25~45)℃[15]?！?；計(jì)算自然通風(fēng)操作管式加熱爐的熱效率時(shí)，過?？諝馐Ｓ嘞禂?shù)應(yīng)采取如下數(shù)值：自然通風(fēng)燃?xì)鈺r(shí)，；自然通風(fēng)燃油時(shí),取，[15,12,13]；當(dāng)用燃料氣作為燃料時(shí)，氣體燃料的熱效率最高時(shí)：，[18]；加熱爐在實(shí)際運(yùn)行過程中，不可能時(shí)刻在設(shè)計(jì)工況下工作，得將裕量考慮進(jìn)去。過?？諝庀禂?shù)的大小直接影響燃燒的品質(zhì)：，會(huì)引起燃燒不完全、熱分布惡化、造成回火、爐管腐蝕；過?？諝庀禂?shù)太大時(shí)，過剩的空氣將帶走大量的熱，不僅增加排煙熱損失、降低爐子的熱效率，還會(huì)加速爐內(nèi)部件的氧化、增加對流室的熱量、加劇煙氣低溫露點(diǎn)腐蝕等[15]。 選取過?？諝庀禂?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，而是在一定過剩空氣量的條件下才能達(dá)到完全燃燒。 經(jīng)計(jì)算，燃料氣的理論空氣量L0 =(空氣)/Nm179。 燃料氣的理論空氣量可按公式（4）計(jì)算， 式中： Lo — 燃料氣的理論空氣量，kg(空氣)/Nm179。 。=； 煉廠瓦斯的低位發(fā)熱量為：l =12251kcal/Nm179。= 煉廠瓦斯的高位發(fā)熱值為：h =13347kcal/Nm179。 ； — 燃料氣各組分的高位發(fā)熱值， kJ/ Nm179。 ； — 燃料氣的低位發(fā)熱值， kJ/ Nm179。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(shí)其中水蒸氣以液態(tài)形式存在時(shí)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(shí)其中水蒸氣以氣態(tài)形式存在時(shí)所放出的全部熱量[12]。燃料的熱值隨著其組成成分的不同而有所差異。否則，將導(dǎo)致燃燒不良，甚至不能燃燒[5,12]。燃燒必備的三個(gè)條件是：可燃性物質(zhì)、空氣（氧）及溫度。 燃燒過程計(jì)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(qiáng)烈氧化作用過程成為燃燒。 將以上數(shù)據(jù)代入公式（1）中得單臺(tái)管式加熱爐熱負(fù)荷： = 60[+()] + 6()＋0 kJ / s = + = kJ / s 根據(jù)文獻(xiàn)[2]的相關(guān)規(guī)定采用：設(shè)計(jì)熱負(fù)荷=； 加熱爐的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷：= = = ； 加熱爐熱負(fù)荷裕量：= = = 。由設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)得： （一）原油參數(shù) （1）原油流量WF：； （2）原油入爐溫度：280 ℃ ； （3）原油出爐溫度：360 ℃ ； （4）原油比重：（20 ℃） ；（5）原油的特性因數(shù)： ； （6）原油汽化率：30 % ；（7）原油在280℃下的液相熱焓Ii： ； （8）原油在360℃下的液相熱焓IL： ； （9）原油在360℃下的氣相熱焓IV： 。根據(jù)燃料和過熱蒸汽的特性，計(jì)算加熱爐的總負(fù)荷，計(jì)算公式如下： 式中： Q180。