加热炉作业.ppt

设金属板厚度为L
A2 21 A112
12

A221
A1

40L 2 25
10L
2L

10

40

5
2
5

2

2

L
8L 2L 85
5.有一边长为0.5m的正方体空腔，其顶面温度恒为573K，而其 余表面的温度均保持373K。假定所有表面的黑度都是0.8，试 计算顶面和其它表面之间的辐射换热量。
气化26.1％(质)，对流室过热蒸汽管的热负荷为1.105MW，炉子
的热效率为0.78，燃料的低发热值为41.9lMJ/kg燃料，试求炉
子的热负荷和燃料用量。
原油性质：
d
20 4

0.9082, K
12
有图表集查得 Ii 435 .57kJ / kg IV 1113 .4kJ / kg IL 938 .81kJ / kg
表面1投射到表面3，表面3给表面2的净辐射换热量相等
Q13 Q32
A113 E01 E03 A332 E03 E02
E01 E03 E03 E02 E03 E02
1
1
1
A113
A332
A223
Q13
E01 E02 1 1
干基组成%
4.587 86.239 9.174 0
100
16.某厂实测催化原料加热炉的烟气分析组成为：O2─8.0％ (体)，CO2─8.0％(体)，试计算其过剩空气系数。
100 yCO2 yO2 100 8 8 1.56
100 yCO2 4.76yO2 100 8 4.768
Q Q
QR 0.62 1070 51.29 106
Acp F
174.19 0.603 3600
8.9976104 W m2 7.7361104 kCal m2 h
⑺辐射室烟气出口温度：
再假设 tg 850℃ ，由上面的方法可求出：
g 0.527 ，F=0.587，
Eo1


T4
o1
5.67 108
5234
4242.2 W
m2
E02


T4
o2
5.67 108
3034

477.9 W
m2
表面1和表面2的直接辐射换热量：
Q12 A112 (E01 E02 ) 4 4 0.2 (4242 .2 477 .9) 12045 .8W
炉丝的辐射效率 798.8 79.8%
1000
2.有一3×l×lm的热钢锭，它的95％的表面暴露在外。此钢 锭的黑度为0.3，它的导热系数非常高(即传热速率不受内部 导热的限制)，而周围空气的温度为303K。钢的比热容和密 度分别为500J/(kg.K)和7800kg/m3。假定通过支承物的导热 损失忽略不计，对流热损失很小，试计算钢锭从1273K冷却 至1073K的时间。
第7章 作业讲评
1.有一个炉丝温度为1120K，功率1KW的电炉。若炉丝长 0.3m，直径10mm，黑度0.95，试计算炉丝的辐射效率(炉 丝辐射功率与电功率之比值)。
忽略炉丝两端辐射
炉丝辐射功率： Q A 0T 4
0.95 0.01 0.35.67 108 11204 798.8(W )
⑸总辐射交换因素F：
AR 0.536
Acp
g 0.548
⑹辐射室热平衡：
可查得F=0.603
QR Acp F

1

q Q

qtg Q

BQ Acp F
q 0.02 Q
烟气带走的热量损失： 1.3
tg 700℃
qtg 0.36 Q
1 q qtg 1 0.02 0.36 0.62
d
20=0.8832，K＝12。燃料气密度为1.3kg/Nm3，用量为
4
l070Nm3/h，燃料低发热值为51.29MJ/Nm3。试求当过剩空气
系数1.3时，此炉能否完成加热任务。
解：⑴辐射室的热负荷：
QR GeIV 1 eIL Ii
G 102.5103 kg h 28.47 kg s
⑷烟气黑度：
Acp 174.19
已知空气过剩系数 1.3
查得 CO2 H2O 的分压：PCO2H2O 0.223atm 烟气的平均辐射长度： L 1d 5.518m
PL = 0.233 5.518 = 1.231atm m
设 tg 700℃
查图得烟气黑度为 g 0.548
40.5
8.有一个4× 4× 4m的空腔，其中一个侧壁温度恒为523K， 底面温度维持在303K，其它壁面均绝热。假定所有壁面都是 黑表面，并已知垂直面间的角系数为0.2，试计算热的侧壁 和底面之间的辐射换热量。
设侧壁温度恒为523K的表面为表面1，底面为表面2， 其它壁面为表面3
12 0.2 13 1 12 1 0.2 0.8
一块黑度 3 ＝0.05的磨光镍片板3，试证明当 1 2
＝0.8时，板l和板2之间无遮热板的辐射换热量为 有遮热板时的27倍。
无遮热板的辐射换热量为
q12
E01 E02 1 1 1
E01 E02 E01 E02 1 1 1 1.5
1 2
0.8 0.8
1273 0.3

0.95
7800 311 500dT (31 4 11 2) 5.67
10 8 T
4
t 5.17 1013 [ 1 ( 1 1 )] 3 10733 12733
=5598(S)=1.55h
3.厚金属板上有一个如图所示的开口空腔。若金属板具有 均匀温度，且空腔壁面黑度为l，试问空腔壁面所辐射的 能量经开口处进入环境的分率是多少?
17.某加热炉加热原油52000kg/h，原油开始未气化，由453K
加热至638K，并气化率为0.25(质量)，试求炉子的热负荷和
燃料用量。
原油性质：d
20 4
＝0.9097，特性因数K=11.8，
燃料：Ql＝41.88MJ/kg
qL Ql
=0.03；烟气出对流室温度比原油入炉温度高140K，
过剩空气系数为1.3。
e=0.3
Ii 1.01173 4.187103 7.3159105 J kg
IV 273 3 4.187103 1.143106 J kg
IL 1.01 232 4.187103 9.811105 J kg
QR 28.47 0.31.143106 1 0.39.811105 7.3159105
烟气温度=140+453=593K
1.3 查得
q2 / Ql 14%
1 q2 qL 1 0.14 0.03 0.83
Ql Ql
B

Q Ql

3.05107 103 41.88106 0.83

877kgFuel
/
h
18.某加热炉加热原油148000kg/h，原油由460K加热至633K，并
A1(E01 E02 ) 4 4 4242.2 477.9 24091.6W
11
2 1
A113 A223
13 23
0.8
15.如将天然气甲烷作为加热炉的燃料，试求当过剩空气系数 为1.25时，甲烷完全燃烧后烟气的分析组成，％(体)。
CH4 2O2 CO 2 2H2O
⑶有效反射面积与当量冷平面面积之比：
炉膛总面积：

A

Dh
2
4
D2
5.518 12.68 2 0.785 5.5182 267.5m 2
有效反射面面积： AR A Acp 267.5 174.19 93.31m2
反射面与辐射面面积的比值： AR 93.31 0.536
1nm3CH4 气完全燃烧时需要 2nm3O2 ，即 9.524nm3Air
实际空气用量： V Vo 1.25 9.524 11.9nm3 Air
组分
CH4
O2
N2
CO2
H2O
燃烧前
1 2.5 9.4
0
0
∑Baidu Nhomakorabea12.9
燃烧后
0 0.5 9.4
1
2
12.9
分析组成%
3.876 72.868 7.752 15.504 100
Q G[eIV (1 e)I L Ii ] QV 148000 (0.2611113.4 (1 0.261)936.81 435.57) 1.105106 3600 /1000 8.5107 KJ / h
Q 8.52107 103
B Ql 41.91107 0.78 260kgFuel / h
达到热平衡时：
q13 q32
即 解得：
E01 E03 E03 E02 20.25 20.25
E03

1 2
(E01

E02 )
1
q13

E01 E03 20.25

E01 2 (E01 E02 ) 20.25

E01 E02 40.5
E01 E02 q12 1.5 27 q13 E01 E02
21.已知一圆筒炉辐射室的尺寸如下：炉膛直径Ф5518mm，高 12.68m，辐射管为Ф152×8，管心距304mm，有效长度为12m， 共计52根，两路并联，单排排列。对流室最下一排管仍为 Ф152× 8，管心距304mm，计8根，管有效长2748mm。
如油品出对流室的温度为290℃，出辐射室的温度为370℃， 气化率0.3(质)。油品的流量为102.5t/h，
看成一物包一物的情况，即将顶面1看成其余几面2所包的物体
Q12

A1 ( E01 1 A1
1 A2
E02 ) ( 1 1)
2

0.52
5.67108 (5734 3734 )
1 0.8

0.52 5 0.52
(1 0.8
1)

965.3(W )
6.板1和板2平行放置且相距很近。若在它们之间插入
dH (提示：热平衡Q＝ dt ，钢锭焓的下降速率。
因T>>Ta，故T4- Ta4 T 4 )
解： dH mcpdT
Q

dH dt

VC p dT dt
A 0T 4
分离变量，得：
t dt 1073 VCpdT
0
1273 A 0T 4
t
0
dt

1073
21 0.2 23 1 21 1 0.2 0.8
1 2
31

A113
A3

4 4 0.8 444
0.2
32

A2 23
A3

4 4 0.8 444

0.2
33 1 31 32 1 0.2 0.2 0.6
qtg Q 0.45
QR 1 0.02 0.45 1070 51.29 106
=8.487 106 W
⑵当量冷平面面积： 辐射管： Acp1 nS1Lef 52 0.30412 189.70 m2
S do 2 查图 1 0.885
遮蔽管： Acp2 nS1Lef 8 0.304 2.748 6.683m2
2 1.0
Acp 0.885189.70 1.0 6.683 174.19 m2
有遮热板时：
q13
E01 E03 11

1
E01 E03 E01 E03 1 1 1 20.25
1 3
0.8 0.05
q32
E03 E02 1 1 1
E03 E02 E03 E02 1 1 1 20.25
3 2
0.8 0.05
有图表集查得
Ii 97kcal/ kg 406 .1kJ / kg IV 270 kcal/ kg 1130 .5kJ / kg
I L 226 kcal/ kg 946 .3kJ / kg
Q G(eIV (1 e)IL Ii ) 52000 (0.251130.5 (1 0.25) 946.3 406.1) 3.05107 KJ / h