辽宁石油化工大学职业技术学院毕业设计
第2章 核算
2.1. 核算方法
2.1.1管式裂解炉的热负荷QE
管式裂解炉主要由炉体和裂解炉两个部分组成。炉体用钢构体和耐火材料砌筑，分为对流室和辐射室，原料预热管及蒸汽加热管安装在对流室内，裂解管布置在辐射室内。管式裂解炉的热负荷包括对流室热负荷QC和辐射室热负荷QR两部分，其符号为QE，单位为 kcal/h，即：
QE＝QC＋QR kcal/h （2.1） 2.1.2对流室热负荷QC的计算
对流段加热的物料有原料烃、稀释蒸汽和锅炉给水，没有化学反应，只是上述三种进料升温所需热量。若Q1、Q2、Q3分别表示原料烃、稀释水蒸汽和锅炉给水所需要的热量，则： Q1＝△HM＝WM(HMm－HMa) （2.2） Q2＝△H汽＝W汽（H汽m－H汽b） （2.3） Q3＝△H水＝W水（H水m－H水a） （2.4） QC＝Q1＋Q2＋Q3 （2.5） 2.1.3辐射室热负荷QR的计算
原料烃从辐射室入口温度Tm上升到Tn，并进行裂解反应，所以QR等于原料烃和稀释蒸汽升温的热量和裂解反应热之和，则：
Q4＝WM(HMm－HMa) （2.6）
Q5＝WM（ΔH裂）849 （2.7）
Q6＝W汽（H849－H645） （2.8）
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QR＝Q4＋Q5＋Q6 （2.9）
2.1.4燃料用量的计算
烟气的热焓在裂解炉热量衡算中有重要用处。烟气的热焓值与燃料种类、性质、空气用量间接有关，和烟气的成分直接有关，烟气的成分主要是CO2、O2、N2、H2O（蒸汽）。在裂解内条件（高温常压）下，可以认为烟气是理想汽体，故烟气的热焓等于其中各组分热焓之和。
在工程上，为了计算方便，常以每公斤燃料或每公斤燃料所生成的烟气的热焓为计算基准。若热焓的零点为0℃的汽态，则烟气的热焓Ht用下式计算：
Ht＝t∑miCpi (2.10) Cpi值可由图2-1查得。
图2-1 常用汽体的平均分子比热
如果燃料燃烧时放出的全部热量除炉膛热损失之外，不被炉管及炉内介质吸收，而全被
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燃烧产物所吸收时，烟气的温度将达到最高值，此最高值即称为最高火焰温度。也就是说，最高火焰温度是燃料燃烧时所能达到的最高温度。它是辐射室传热计算中的重要内容。 最高火焰温度可以利用燃烧前后的热平衡求得。在作热平衡时，把炉膛损失用炉膛效率来反映，因而燃烧炉膛可以看作是绝热的。烟气在最高火焰温度时的热焓应等于燃料、空气等的热焓再加上燃料的燃烧发热量，得：
Htmax＝Q燃低·η＇＋H空气＋H燃料＋H水汽… （2.11） Htmax＝tmax∑miCpi(0→tmax) （2.12） H燃料＝C燃·t燃 kcal/kg 燃料 （2.13） H空气＝0.24·L＇·t空气 kcal/kg 燃料 （2.14） H水汽＝0.48·W·t水汽 kcal/kg 燃料 （2.15）
其中：C燃—燃料的比热，kcal/kg,℃。 L＇—空气用量，kg/kg燃料。 W—雾化蒸汽用量，kg/kg燃料。 0.24—空气比热，kcal/kg,℃。 0.48—水蒸汽比热，kcal/kg,℃。
t燃、t空气、t水汽 分别为燃料、空气、雾化水蒸汽温度，℃。 2.1.5全炉热平衡
管式炉中，管外是高温燃料产物，管内是温度较底的物料，两者进行热交换，进入炉子的热焓应等于从炉子带出的热焓（包括传出的热量）通过全炉热平衡可算出燃料用量B和炉子的热效率η。
即：H入＝H出 （2.16）
以一小时为计算基准，列热平衡式于下：设B为燃料用量，kg/h。 热焓收入方面：
Ⅰ燃料的低发热量BQ燃低，，kcal/kg。
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Ⅱ燃料带入的热焓BH燃，kcal/kg。 Ⅲ空气带进的热焓BH空，kcal/kg。 Ⅳ雾化蒸汽带进的热焓BH雾，kcal/kg。
由此，H入＝B（Q燃低＋H空＋H燃＋H雾），kcal/h。空气未经预热时，右边后三项比Q燃低
要小得多，在工程计算时，为简化起见可忽略，故H入≈BQ燃低，。
热焓支出方面：
Ⅰ供给炉内物料的热量QE＝QC＋QR，kcal/h。 Ⅱ烟气离开对流室带出之热焓BHt2，kcal/h。
Ht2—1公斤燃料所生成烟气在t2℃下的热焓。
Ⅲ炉墙的热损失Q损，kcal/h。
炉墙的热损失决定于炉墙的保温质量、炉墙的表面积和外界空气温度。根据实际经验，对于新炉子可以考虑低些，Q损可取H入的3—5%，其中辐射室热损失占3%，对流室热损失占1—2%。
Ⅳ燃烧不完全损失Q化损，kcal/h。
Q化损决定于燃烧方式、燃料性质和烧嘴的操作。通常，对液体和气体燃料无焰燃烧的情况下，可忽略不计。但在某些情况下，可达H入的3—5%，当然这不能作为设计的依据。
由此，H出＝QE＋BHt2＋Q损＋Q化损 故管式炉热平衡方程式为：
B（Q燃低＋H空＋H燃＋H雾）＝QE＋BHt2＋Q损＋Q化损 （2.17） 当已知其他条件时，用式（2.17）可求出燃料用量B。在计算中方程式中各项基准要统一，即Q燃低、H都是相当于1公斤燃料的值，单位要一致。
炉子的热效率是有效供应热量与燃料供给的总热量之比，式（2.17）中右边诸相中仅QE一项为有效供热量，其余三项均为未利用的热量。因此定义炉子热效率η为：
η＝QE/ BQ燃低， （2.18）
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现在大型裂解炉的热效率已达85%以上，最新式的可达90%以上。 由式（2.18）可得：
B＝QE/ ηQ燃低， （2.19）
当Q燃低，与QE均为定植时，燃料用量将随η的提高而降低。
综合以上各步，就是对一台裂解炉的全面考察核算，方法有一定合理性，对于各步结果可与实际操作相比较，对裂解炉操作适当调整用于指导生产。
2.2核算已知数据
裂解气出口温度：849℃ 对流室出口温度：645℃
烟气出口温度：128℃（燃料用量＝1900kg/h） 烟气中氧气含量：4%
原料：每台炉进轻柴油：17.5（吨/小时），常温，压力1.1 Kg/cm2 稀释度为：0.75，稀释蒸气温度190℃，饱和 雾化蒸气（为零）：温度190℃，压力3大气压
锅炉给水：15（吨/小时），进口温度150℃，出口温度225℃，压力140大气压
表2-1 燃料：燃料组成（mol%）：
组分 含量（mol%）
H2 5
CH4 90
C2H6 3
C3H8 2
原料：轻柴油（AGO），相对密度0.8125(20℃),C/H=6.17
馏程： 初馏点 171（℃） 10% 205 30% 238 50% 270 70% 296
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