炼焦工艺学第十章

炼焦炉的传热
由于气体吸收与辐射的选择性，气体的吸收率不仅决定于气体
的 和 ，还P 决L定于t落入气体内辐射能的光谱。由于落入气体的
辐射光谱来自包围住气体的固体外壳，因此这些辐射光谱取决于器
壁的温度 。据实验测定，CO2和H2O的吸t固收率ACO2和AH2O可按下列近
似计算
0.65
ACO2
CO2
炼焦炉的传热
由斯蒂芬波一尔曼定律知物体的辐射能力为：
E发
5.76 固
T固 100
4
，W/m2
将式（4）代E有入式A固 （固 35）.76得 1T：0固0 4
1 A固
，1Wq净/m2
（4） （5）
此式为导出各种辐射热交换的基本公式。
（2）火道内焰气的有效辐射热 与上述类同，可导出焰气的有效
辐射。
式中 是 CO2和H2O气的辐射波长部分重合，辐射能相互吸收而
减小的校正值。一般废气中该值不大，仅0.02～0.04，可忽略不计，
只在精确计算或
值很大时才考虑，Pc可o2 从P H有2O 关 L资料查取。
图10-2 H2O黑度曲线图
图10-3 H2O黑度校正系数 图
炼焦炉的传热
气层有效厚度决定于气体的体积和形状，当气体与包围着它
——废气的热导率，kJ/（m·hr·℃）；
Rper——废气的雷诺准数；
——废气的普兰特准数；
炼焦炉的传热
Gr——废气的格拉斯霍夫准数
；
gtd 3 2 2
c ——废气 比热容，kJ/（m3·℃）；
——废气黏度，N·s/m2；
t
——废气与墙面的温差，℃；
——废气热膨胀系数，℃-1。
将式（10-2），Q对 （1d0-03.0）23，Re（0.8 p1r00-.334）0.代59入Gr式 p（r01.250-t气 1）t墙得F
E有
气
5.76
T气
4
wk.baidu.comA气
100
1 A气
1q净
q净
，W/m2
（6）
式中 ——焰气的净辐射能。
TCO2 T固
0.45
AH2O
H2O
TH2O T固
(10-11) (10-12)
式中
co2
H2—O —按 ——按
PCO
2
L
T固 Tc o2
和 PH
2O
L
T固 TH 2 O
和
t固
由t固 图10-1查取： 由图10-2查取。
炼焦炉的传热
2．焦炉火道内的气体辐射 气体与包围住它的固体壁面间的辐射热交换可运用有效辐射概 念，采用辐射热交换的一般方程式导出。
慢，故对流传热量仅占5%～10%。
一、对流传热
稳定对流传热量Q对可用牛对 顿t气 冷 t却墙A定律计算：
Q对
，kJ/ h (10-1)
式中 —对— 单位时间内热废气向炉墙的平均对流传热量，kJ/h；
t气 t—墙 — 对流给热系数，kJ/（m2·h·℃）； 、A——废气和炉墙表面的平均温度，℃；
—— 传热面积，m2。
湍流时
（10-5） Q对
d
2Re pr 0.33 0.59Gr pr 0.25
t气 t墙F
炼焦炉的传热
近似计算时，可按以下气体在粗糙砖通道内流过时的计算式计 算。
对
12.55
w00.8（T平均 ）0.25
d 0.333 273
，
kJ/（m2·h·℃）
式中 Tw平—0均 —通道内气体在标准状态下的流速，m/s；
的固体表面进行辐射热交换时，可按下式计算
L 4V
F
（10-10）
式中 V——充满辐射气体的容器体积，m3；
A
——包围气体的全部器壁面积，m2；
——气体辐射有效系数。
说明气体辐射能经过气体自身吸收后达到器壁的比值。它与待
求的黑度及容器体积、形状 有关，一般为0.85～1.0，对立方体或
球体 =0.9。
炼焦炉的传热
火道中气体流动包括强制对流和热浮力引起的自然对流，其对流
给热系数，可分别按以下关系计算。
强制湍流：
对d
Nu 0.023Re0.8
p（r 0.3130-2）
强制层流：
Nu 2Re pr 0.33（10-3）
Nu 0.59Gr pr 0.25
自然对流：
d
（10-4）
式中 ——火道的水力直径， m；
射出的总辐射能为 + （ ），称为该表面的有效E辐发 射E 1，即A固
由炉墙表面射出E=的有 +E（与发EE焰E有有气射1 入）A的固
（1） 之差E称 净辐射能 ，即
q净
（2）
或
q净 E有 E
代入式（1）得 整理后得：
E E有= q+净（ －
E有
E发 A固
1 A固
1qE净有
E发
）（ ） E有 q净（3）1 A固
5.76——气 绝对黑体的辐射常数，W/（m2·K4 ）。 气 f P是L辐 t射气体分压、气层厚度和温度的函数，即
。CO2焦炉H2O废气中的主要辐射成分为CO2和H2O，它们的黑度
和 可由图10-1和10-2查取。图P中L表示0t .1MP的总压下P，CO2和H2O气
L的黑度 与 及的关系P。H2O 单位为MPa，
——通道内气体平均温度，K。
（10-7）
二、辐射传热
1．气体辐射的一般计算
焦炉火道中热废气向炉墙的传热属于气体向包围住它的固体表
面间的辐射热交换过程。由传热学已知，气体被当作灰体时，它的
炼焦炉的传热
，W/m E气
气E0
5.76
气
T气 100
4
2
（10-8）
式中 E—0 —绝对黑体的辐射能力，W/m2； 气——气体的黑度；
炼焦炉的传热
第十章
炼焦炉的传热
第一节 焦炉内传热 第二节 炉墙和煤料的传热 第三节 蓄热室传热
炼焦炉的传热
第一节 焦炉内传热
焦炉火道中火焰和热废气的热量通过对流和辐射向炉墙传递，废气 温度最高达1400～1600˚C，焦炉煤气燃烧过程中因热解而产生的高温游 离碳有强烈的辐射能力，故辐射传热量占90%～95%。火道中气流速度较
图10-4 炉墙的有效辐射
炼焦炉的传热
（1）炉墙的有效辐射 如图10-4，焦炉炉墙的温度为 、黑度T固 为 、吸固收率为 ，当炉A固墙与火道内焰气进行辐射热交换时，它的
辐射能力为 ，焰气射到炉墙E发 表而上的辐射能力为 ，被其吸收
了 E，余下部分 （ A固 E）又反射到焰气E中 去1，因A固 此由炉墙表面
L
单位为m。由于分压 对水汽黑度的影响要H2比O 的影响大些，所以
计算时，由图10-2查PH出2O 的
还要乘上由图10-3查出的H2、O 和分压
炼焦炉的传热
图10-1 CO2黑度曲线图
炼焦炉的传热
当气体中同时含有CO2和 时H2，O汽混合气体的黑度为：
气 co2 ε H2O
（10-9）