第一章 管式加热炉的种类、用途和主要指标 1
1.1 概述 1
1.2 管式加热断的一般结构 2
1.3 管式炉的主要技术指标 3
1.4 管式加热炉的种类 6
参考文献 12
第二章 燃料和燃料计算 13
2.1 燃料油 13
2.1.1 燃料油的理化性质 13
2.1.2 燃料油的热工性质 18
2.1.3 炼油厂常用燃料油 23
2.2 燃料气 23
2.2.1 燃料气的理化性质 23
2.2.2 燃料气的热工性质 27
2.2.3 炼油厂常用燃料气 30
2.3 管式炉的热平衡和热效率 30
2.3.1 热平衡 30
2.3.2 热效率 32
2.3.3 热效率的测定 40
符号表 42
参考文献 43
第三章 辐射传热基础理论 44
3.1 热辐射的基本概念 44
3.1.1 辐射、热辐射和辐射波谱 44
3.1.2 吸收率、反射率、透过率 45
3.1.3 黑体、白体、镜体、透明体 46
3.1.4 辐射能力、单色辐射能力 46
3.1.5 辐射强度 47
3.2.1 普朗克定律--辐射能按波长分布的定律 48
3.2 热辐射的基本定律 48
3.1.7 灰体 48
3.1.6 黑度(辐射率)、单色黑度、定向黑度 48
3.2.2 斯蒂芬-波尔兹曼定律--四次方定律 49
3.2.3 兰贝特定律--余弦定律 50
3.2.4 克希荷夫定律 50
3.3 固体的热辐射 52
3.3.1 固体辐射能力及黑度 52
3.3.2 固体的吸收率 52
3.4 气体的热辐射 54
3.4.1 气体辐射的选择性 55
3.4.2 气体辐射和吸收在整个容积中进行 55
3.4.4 平均射线行程(有效辐射层厚度) 56
3.4.3 贝尔定律--单色穿透率与射线行程的关系 56
3.4.5 水蒸气、CO2、SO2气的黑度 57
3.4.6 水蒸气、CO2气的吸收率 60
3.4.7 气体的黑度和吸收率计算举例 61
3.4.8 锅炉烟气黑度和吸收率 62
3.5 火焰热辐射 63
3.5.1 火焰类型及辐射特点 63
3.5.2 辉焰的黑度 63
3.6 辐射换热 64
3.6.1 角系数及计算举例 64
3.6.2 两黑体表面间的辐射换热 67
3.6.3 有效辐射和投射辐射 68
3.6.4 灰体表面辐射能量的收支 69
3.6.5 封装系统内两上灰体表面的换热 70
3.6.6 封闭系统内几个灰体表面的换热 71
3.6.7 气体与包壳间的辐射换热 72
3.6.8 气体与包壳间辐射换热计算举例 73
符号表 74
参考文献 76
4.1 经验法 77
4.1.2 经验公式法 78
4.1.1 纯经验法 78
第四章 管式炉的辐射传热计算 78
4.2 Lobo-Evans法 80
4.2.1 Lobo-Evans法的基本计算法 80
4.2.2 图解法 88
4.2.3 Lobo-Evans法编程数值计算法 90
4.3 Белоконь法 96
4.3.1 Белоконь法的基本计算式 96
4.3.2 Белоконь解法 100
4.3.3 Белоконь法的编程数值计算 101
4.4 遮蔽段的详细计算 101
4.5.1 概述 103
4.5 区域法 103
4.5.2 微元体的辐射 104
4.5.3 直接交换面积 105
4.5.4 总交换面积 113
4.5.5 定向通量(定向总交换)面积 117
4.5.6 温度分布计算 120
4.6 蒙特卡罗法 123
4.6.1 概述 123
4.6.2 抽样问题 124
4.6.3 能束跟踪 127
4.6.4 温度分布计算 131
符号表 135
参考文献 138
第五章 对流传热 140
5.1 管内膜传热系数 140
5.1.1 单相流的内膜传热系数 140
5.1.2 混相流流动状态的确定 141
5.1.3 混相流的内膜传热系数 142
5.1.4 管内结垢热阻 144
5.2 管外膜传热系数 146
5.2.1 光管的外膜传热系数 146
5.2.2 翅片管和钉头管的外膜传热系数 148
5.2.3 管外结垢热阻 157
5.3 管壁温度和平均温差 158
5.3.1 光管管壁温度的计算方法 158
5.3.2 翅片管或钉头管管壁温度的计算方法 158
5.3.3 平均温度差 160
5.4 在对流室中的辐射传热 161
5.4.1 由辐射段带入的辐射热--遮蔽段的传热 161
5.4.2 高温烟气在对流段的辐射传热 161
5.4.3 炉墙的辐射 162
5.4.4 对流管的管外综合传热系数 163
5.5 对流管的总传热系数 164
符号表 165
参考文献 167
第六章 压力损失及通风 168
6.1 管内介质的流速及压降 168
6.1.1 概述 168
6.1.2 管内流速 168
6.1.3 无相变时的压降计算 169
6.1.4 有相变时的压降计算 173
6.2.2 烟气沿直管道流动的压降 190
6.2.1 烟气流速 190
6.2 烟气流速及压降 190
6.2.3 局部阻力产生的压降 192
6.2.4 烟气流过对流室管排的压降 192
6.2.5 烟气下行产生的压降 199
6.3 管式炉的通风 199
6.3.1 自然通风及其烟囱高度 199
6.3.2 强制通风 203
符号表 207
参考文献 209
7.1 燃料气的燃料和燃料气喷嘴 210
7.1.1 着火过程和强迫点燃 210
第七章 燃烧器 210
7.1.2 火焰传播 211
7.1.3 预混燃料和预混式燃料气喷嘴 214
7.1.4 扩散燃料和外混式燃料气喷嘴 214
7.1.5 半预混式燃料气喷嘴 215
7.1.6 火焰的稳定性 215
7.2 燃料油的燃料及燃料油喷嘴 217
7.2.1 燃料油的燃烧 217
7.2.2 燃料油的雾化及油喷嘴 219
7.2.3 燃料油燃烧的稳定性 223
7.3 配风器 224
7.4 燃烧道和预燃筒 225
7.5 管式炉用燃烧器 225
7.5.1 设计和选用管式炉燃烧器的注意事项 225
7.5.2 油-气联合燃烧器 227
7.5.3 燃料气燃烧器 234
7.5.4 高强燃烧器和大能量燃烧器简介 238
7.5.5 燃烧器对燃料系统的要求 240
7.6 燃烧器设计计算 243
7.6.1 常用定律及公式 243
7.6.2 燃料气喷嘴计算 249
7.6.3 油喷嘴计算 263
7.7 燃烧的污染及其控制 267
7.7.1 燃烧器的噪声及其控制 267
7.7.2 燃烧产物的污染及其控制 272
符号表 274
参考文献 275
第八章 结构和材料 276
8.1 炉管系统 276
8.1.1 金属材料的性能 276
8.1.2 炉管壁厚计算 284
8.1.3 API RP-530炉管壁厚计算方法 291
8.1.4 炉管规格、材质和配件 301
8.1.5 炉管的焊接 315
8.2 炉墙和耐火材料 325
8.2.1 炉墙结构 325
8.2.2 炉墙传热计算 333
8.2.3 耐火材料与隔热材料 355
8.2.4 耐火混凝土 361
8.2.5 施工要点 366
8.3 炼油管式炉结构设计中的若干问题 368
8.3.1 辐射室尺寸的确定及其主要结构设计 368
8.3.2 对流室尺寸的确定及其主要结构设计 376
8.3.3 钢结构设计要点 380
8.3.4 烟风道及烟囱结构设计要点 385
符号表 389
参考文献 390
第九章 炼油装置加热炉 390
9.1 炼油管式炉工艺设计计算 391
9.1.1 基础数据 391
9.1.2 炉型选择 391
9.1.3 影响炉子主要尺寸的几个因素的讨论 392
9.1.4 炉体尺寸的初步选定 399
9.1.5 设计举例 403
9.2 炼油装置管式加热炉的设计特点 419
9.2.1 常压炉 419
9.2.2 减压炉 421
9.2.3 延迟焦化炉 422
9.2.4 催化重整炉 424
9.2.5 润滑油装置加热炉 427
附录 428
符号表 433
参考文献 434
第十章 烃类蒸汽转化炉 436
10.1 烃类蒸汽转化概述 436
10.1.1 烃类蒸汽转化热力学 436
10.1.2 烃类蒸汽转化动力学 439
10.1.3 烃类蒸汽转化催化剂 440
10.1.4 烃类蒸汽转化过程中的析碳与消碳 441
13.3.2 主要设计参数 442
10.1.5 烃类蒸汽转化流程 442
10.1.6 操作条件的分析 443
10.2 一段转化炉的几种炉型 444
10.3 烃类蒸汽转化炉辐射段的工艺计算 450
10.3.1 管内数学模型 450
10.3.2 管外数学模型 453
10.3.3 计算框图及其说明 458
10.4 计算举例及讨论 460
10.4.1 顶烧炉设计计算 460
10.4.2 侧烧炉的实测及计算 460
10.4.3 讨论 463
10.5.1 I.C.I型转化炉结构 464
10.5 结构与材料 464
10.5.2 Kellogg型转化炉结构 467
10.5.3 Topsφe型转化炉结构 477
附录 486
符号表 491
参考文献 492
11.1.1 裂解平衡常数的计算 494
第十一章 管式裂解炉 494
11.1 裂解反应热力学 494
11.1.2 一次反应和二次反应 496
11.1.3 裂解过程的结焦生碳反应 498
11.2 裂解过程的工艺参数和操作指标 498
11.2.1 裂解温度 498
11.2.2 停留时间 499
11.2.3 压力 499
11.2.4 稀释剂和稀释比 500
11.2.5 裂解过程操作条件的选择 500
11.3 管式裂解炉的炉型和结构 501
11.3.1 概述 501
11.3.2 横管裂解炉 502
11.3.3 鲁姆斯SRT型裂解炉 502
11.3.4 梯台式裂解炉 504
11.3.5 区域型裂解炉 505
11.3.6 管式裂解炉的进展 506
11.4 裂解炉工艺计算 507
11.4.1 管内反应微分方程组的建立 507
11.4.2 传热及阻力降微分方程式的建立 510
11.4.3 区域的划分 510
11.4.5 计算举例 512
11.4.4 计算步骤及框图 512
符号表 514
参考文献 515
12.2 结合工艺装置特点全面考虑 516
12.2.1 降低加热炉热负荷 516
12.1 提高热效率与节约燃料的关系 516
第十二章 提高加热炉热效率 516
12.2.2 提高燃烧空气温度 517
12.2.3 集中回收烟气余热 518
12.3 合理选用过剩空气系数 518
12.4.1 重视管排与火焰的相互位置 519
12.4 改进燃烧器 519
12.4.2 合理减少燃烧器的过剩空气量 520
12.4.3 采用强制供风 520
12.5 减少散热损失 520
12.6 低温露点腐蚀 520
12.6.1 低温露点腐蚀的机理 521
12.6.2 腐蚀速度与壁温的关系 522
12.6.3 烟气露点温度的确定 524
12.6.4 低温露点腐蚀的防止和减轻措施 526
12.7.1 节能投资经济效果评价内容 530
12.7 节能措施经济效果评价 530
12.7.2 投资效率的基本概念 531
12.7.3 经济性评价的计算方法 532
参考文献 536
第十三章 回收烟气余热 537
13.1 回收烟气余热的途径 537
13.1.1 充分利用对流室加热工艺介质 537
13.2 冷进料、热油预热空气 538
13.2.1 系统说明 538
13.1.3 采用余热锅炉发生蒸汽 538
13.1.2 预热炉用燃烧空气 538
13.2.2 设计参数 540
13.2.3 设计特点 540
13.3 热油式空气预热器 541
13.3.1 结构 541
13.3.3 设计和计算 543
13.4 热载体预热空气 546
13.4.1 概述 546
13.4.2 热载体介质 546
13.5.2 优缺点分析 547
13.5.1 概述 547
13.5 回转式空气预热器 547
13.4.3 烟气和空气温度 547
13.5.3 加热炉热负荷与预热器转子直径的关系 549
13.5.4 漏风量和漏风系数 550
13.5.5 漏风对预热器出口烟气温度的校正 553
13.5.6 ε-NTU法传热核算 554
13.5.7 传热计算 558
13.5.8 阻力计算 561
13.5.9 传热核算例题 561
13.6.2 立式和卧式 564
13.6.1 概述 564
13.6 钢管式空气预热器 564
13.6.3 管径、管心距和排心距 566
13.6.4 气体流速 567
13.6.5 出口烟气温度 567
13.6.6 入口烟气温度 567
13.6.7 结构 567
13.6.8 受热面的计算 568
13.6.9 空气预热器阻力计算 572
13.6.10 预热器结构特性的初步确定 574
13.7 玻璃管空气预热器 576
13.7.3 管端密封结构 577
13.7.1 结构型式 577
13.7.2 立式与卧式的对比 577
13.7.4 玻璃管材质和规格 578
13.7.5 设计参数 580
13.7.6 玻璃管易破损原因分析 581
13.8 管式式空气预热器 582
13.8.1 热管原理 582
13.8.2 热管工作的限制 582
13.8.3 热管结构 583
13.8.4 气-气热管换热器 584
符号表 588
参考文献 590
第十四章 仪表、操作和维护 592
14.1 仪表 592
14.1.1 炉子控制的原理 592
14.1.2 温度控制的特殊问题 594
14.1.3 流量的控制 596
14.1.4 燃烧控制 597
14.2 炉子的操作范围 601
14.2.1 炉子操作的上限 602
14.2.2 炉子操作的下限 603
14.3.1 结焦的形态 605
14.2.3 热效率和操作负荷的关系 605
14.3 管内结焦 605
14.3.2 结焦的速度 606
14.3.3 影响结焦的因素及防止措施 607
14.4 管外积灰与清扫 609
14.4.1 灰垢的种类和成分 609
14.4.2 决定灰垢生成量的主要因素 610
14.4.3 灰粒沉积的规律 611
14.4.4 积灰对传热的影响 612
14.4.5 管外积灰的清扫方法 613
14.5 炉管的损坏 616
14.5.1 炉管报废标准 617
14.5.2 炉管损坏的原因 617
14.5.3 预防炉管损坏的措施 617
14.5.4 由氧化减薄引起的损坏 618
14.6 离心铸造炉管HK40的损坏 621
14.6.1 HK40的特性 621
14.6.2 转化炉炉管的蠕变破裂 624
14.6.3 裂解炉炉管的渗碳破坏 625
14.6.4 HK40炉管的维修和保养 626
参考文献 629