加热炉-认识实习综述

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1、,管式加热炉,化学工程系 王兰娟 Wanglan.j,管式加热炉概述,燃烧过程,1,2,烟气余热回收,3,提 纲,3,第1节 管式加热炉概述,1.1 管式加热炉在石油加工和石化中的重要性 1.2 加热炉的一般结构 1.3 管式加热炉的分类 1.4 加热炉的主要工艺指标 1.5 管式加热炉的主要部件,你见过的炉子？,5,1.1.1 管式加热炉的定义,一种火力加热设备 利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰和炽热的烟气作为热源，加热炉管内流动的介质，使之达到工艺规定的温度,特点: （1）被加热介质是在管子里面流动，被加热的对象仅限于流体； （2）炉管要承受高温、高压和介质腐蚀 （3）只烧气体或者液体

2、燃料； (4) 长周期运转，不间断操作。,6,1.1.2 研究管式加热炉的必要性,加热温度高、传热速率快,火焰温度1000以上，其它加热设备难觅；,传热速率快；,常压炉出口温度:360 ,减压炉出口温度:370 ,减压深拔400 ,催化裂化炉出口温度: 370左右,延迟焦化炉出口温度:500 左右,整个炼油和石化中能耗最大的设备之一,原油处理量的315%要被作为燃料烧掉 比值随着原油的加工深度的加深而增加 常减压炉每天就要烧掉30万元/百万吨的燃料,是控制运转周期及自动化程度的关键设备,“三高一低”（高处理量、高质量、高效率和低能耗）及“长周期安全运转”,1.1.2 研究管式加热炉的必要性,8

3、,1.2 加热炉的一般结构,1.2.1辐射室（炉膛） 1.2.2.对流室 1.2.3.燃烧器（火嘴） 1.2.4.通风系统 1.2.5.余热回收系统,9,1.2 加热炉的一般结构,1.2.1辐射室（炉膛）,位于加热炉的下部 主要传热方式：辐射 传热份额：7080% 加热炉的主要部位,10,1.2 加热炉的一般结构,1.2.2对流室,位于辐射室的上部 主要传热方式：对流 传热份额：2030% 是提高加热炉热效率的主要部位,11,1.2 加热炉的一般结构,1.2.3 燃烧器（火嘴）,燃料在其中燃烧放出热量 决定炉子性能的部件 多个火嘴应注意分布合理性 圆筒炉中应杜绝两个火嘴出现,12,1.2 加热

4、炉的一般结构,1.2.4 通风系统,作用：将空气引入加热炉中 将烟气排放出炉体 高空排放减少地面污染,13,1.2 加热炉的一般结构,烟囱挡板：调节烟气排出量和空气入炉量,1.2.4 通风系统,14,1.2 加热炉的一般结构,1.2.5余热回收系统,作用：回收出对流室烟气中高品位热量， 提高炉子热效率,分类：,空气预热器,废热锅炉,15,按用途分：纯加热炉、加热反应炉 纯加热炉如常压炉、减压炉、催化裂化炉 加热反应炉如裂解炉和焦化炉 按传热方式分：纯对流炉、辐射炉、对流辐射炉 按燃烧方式分：火焰式、无焰燃烧炉 按炉型分：箱式炉、立式炉、圆筒炉,1.3 管式加热炉的分类,16,1.3.1 箱式炉

5、,优点：操作和维修简单； 可使用低质量的 燃料油；,缺点：钢材耗量多；占地面积大； 造价较高；炉管受热不均； 顶部炉管因局部过热易烧毁； 需在炉外另设烟囱等。,17,1.3.2 斜顶炉,比方箱炉减少了死角，炉管表面热强度略有提高，应用范围比方箱炉广，至今在中小化工厂中还有采用。,18,1.3.3 立式炉,立管立式炉,卧管立式炉,无焰燃烧炉,19,特点：,火焰垂直向上，与烟气流动方向相同，连成片状燃烧，传热比较均匀； 对流室阻力损失小，大大降低了烟囱高度，且无需在炉体外另行建设； 取消炉顶吊挂，使结构简化，造价降低。,1.3.3 立式炉,20,1.3.4 圆筒炉,21,优点：结构简单紧凑，占地面

6、积小， 金属耗量少，便于建造维修；,1.3.4 圆筒炉,缺点：炉管沿长度受热不均， 炉管表面热强度不高， 对流室较小，热效率低。,1.3.4 圆筒炉,24,1.4 加热炉的主要工艺指标,1.4.1 全炉热负荷Q 1.4.2 炉膛体积热强度qV 1.4.3 炉管表面热强度qA 1.4.4 全炉热效率 1.4.5 管内冷介质流速和全炉压降,25,1.4.1 全炉热负荷Q,炉子单位时间内传给被加热物料的总热量以Q表示 单位为kJ/h或W、MW Q值越大，炉子的生产能力也越大,26,1.4.2 炉膛体积热强度qV,指燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积 单位为：kJ/(m3h)或W/m3 此值越大，完成相同

7、任务所需的炉子越紧凑 一般情况下控制在3kW/m3左右，不易过大,27,1.4.3 炉管表面热强度qA,单位面积（按炉管外径计算）炉管，单位时间内所传递的热量；单位为：kW/m2 可分为辐射炉管表面热强度和对流炉管表面热强度 此值越大，完成相同的传热任务所需的传热面越小,29,1.4.4 全炉热效率,炉子传递给被加热物料的 有效热量与燃料完全燃烧 所放出的总热量之比 小型炉效率约在7080%，大型炉效率约在90%左右 此值越高，完成相同任务 所消耗的燃料越少,30,5.管内冷介质流速和全炉压降,将20下，被加热介质在炉管内的流速称为冷介质流速 常压炉的全炉压降一般为0.6861.47MPa(7

8、15at) 减压炉的全炉压降一般为0.2940.588MPa(36at),34,1.5 管式加热炉的主要部件,1.5.1 炉体 1.5.2 炉管系统 1.5.3 燃烧器,35,1.5.1 炉体,炉墙,36,炉墙,37,钢架,钢架的作用在于保持炉形和支撑炉子各系统 结构简单，足够的强度 节省钢材，便于操作和检修,38,1.5.2 炉管系统,辐射炉管 对流炉管 炉管连接件,39,辐射炉管,a.炉管材质的选择,传热性能好； 在一般管壁厚度下，具有较高的机械强度；耐腐蚀； 能够实现长时间安全运转的要求； 10#、20#优质钢、Cr5Mo、 Cr9Mo、1Cr18Ni9Ti合金钢等。,40,辐射炉管,b

9、.管径的选择,若管径过大，传热不良，管壁温度升高，油品易结焦； 若管径过小，油品在管内流速过大，阻力损失大； 外径在60152mm之间； 最常见的范围是100150mm。,c.炉管长度的选择,管式炉炉管一般在78m之间； 有加长趋势，有采用1522m炉管长度的实例。,常用炉管规格,43,对流炉管,一般水平（卧管）安装 等腰三角形排列,钉头管,翅片管,44,炉管连接件,45,1.5.3 燃烧器,燃烧器的分类:,按使用燃料分,按通风方式分,自然通风,强制通风,气体火嘴,油火嘴,油-气联合火嘴,包括燃料喷嘴，配风器和燃烧道三部分。喷嘴供给燃料；配风器调节并引入空气；燃烧道提供高温热源以保证燃烧稳定。

10、,46,气体火嘴,预混式,外混式,半预混式,48,蒸汽雾化：采用蒸汽作为雾化剂,油火嘴,优点：雾化效果好，火焰刚直有力，生产能力大，加热负荷调节范围广 缺点：蒸汽消耗量大，蒸汽不能回收，加重了供水系统的负担，在雾化过程中，伴有强烈的噪声 雾化蒸汽的压力一般在48kgf/cm2,49,机械雾化,使高压燃料油通过喷嘴的切向槽和旋流室，以很大的流速经小孔喷出使燃料雾化的方式,优点： 不需要雾化剂，成本低，噪声小,缺点： 但部件结构复杂，雾化效果差,一般用于锅炉燃料的雾化,50,联合雾化,先机械雾化，再采用适量蒸汽雾化的方法,优点：一般雾化效果良好 缺点：但结构复杂，控制难度较大,51,油-气联合火嘴

11、,半预混式气体火嘴和油火嘴的联合使用 可以同时或单独使用气体燃料和液体燃料 液体燃料时多采用二次风门调节 气体燃料时多采用一次风门调节,52,第2节 燃料燃烧过程,2.1 燃料的种类、组成和发热值 2.2 理论空气用量与过剩空气系数 2.3 全炉热效率、燃料用量及火嘴个数的确定 2.4 提高加热炉热效率的方法,53,2.1.1 燃料的种类,气体燃料：,气体燃料的来源多是生产过程中产生的利用价值不高的轻烃 催化干气、焦化干气、不凝气（烃类）等 主要组成是甲烷、乙烷和少量的C3、C4,54,液体燃料大都是在生产过程中产生的重质油品 常压重油、减压渣油以及原油 在使用液体燃料时，要注意的问题： 雾化

12、效果要好 燃料粘度适中,2.1.1 燃料的种类,液体燃料：,55,2.1.2 燃料的组成,元素组成： 碳(C)、氢(H)、硫(S)、氧(O)、氮(N)、水(W)、灰分(A),确定方法,说明：d420 ：燃料油在20时的相对密度比重； C、H、S：质量百分数，如C=86表示86%。,元素分析法 经验公式法,56,2.1.3 燃料的发热值,定义：指单位燃料完全燃烧所放出的热量,发热值基准： 气体燃料：kJ/nm3Fuel (0、1atm) 液体燃料：kJ/kgFuel,分类：低发热值Ql ：生成的水呈气态 高发热值Qh ：生成的水呈液态 Qh- Ql = r水,57,2.2.1 理论空气用量,定义

13、：单位燃料完全燃烧所需的最小空气量,液体燃料：,2.2 理论空气用量与过剩空气系数,58,2.2.2 过剩空气系数,定义：管式炉操作中实际入炉空气量与理论空气量之比,对的影响： 太小O2供应不足燃料燃烧不充分热效率 太大烟气量烟气带走的热量热损失 烟气中含氧量炉管表面氧化使用寿命 (每增加0.1，降低1.5%左右) 加热炉操作应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量降低,59,燃料性质：气体燃料：1.11.2 液体燃料：1.21.3，提高雾化 燃烧器的性能：自然引风式：1.21.4(国内) 大能量燃烧器1.11.15(国外) 新型平行气流燃烧器1.05 炉体密封性 加热炉的测控水平,2.2.3 过剩

14、空气系数,影响过剩空气系数的主要因素,60,奥氏分析仪：将烟气中的水蒸气冷凝； 用KOH、C6H3O3(焦性食子酸)测定CO2、O2含量,计算公式：,2.2.3 过剩空气系数,过剩空气系数的测定：,氧化锆计算公式： yO2 =3%，4%，5% =1.19，1.26，1.35,61,2.3 全炉热效率、燃料用量 及火嘴个数的确定,2.3.1 热平衡确定全炉热效率 2.3.2 燃料用量B的确定 2.3.3 火嘴数量的确定 2.3.4 燃烧产物烟道气的流量的确定,62,2.3.1 热平衡确定全炉热效率,1kg燃料：,正平衡,反平衡,65,2.3.2 燃料用量B的确定,2.3.3 火嘴数量的确定,说明

15、：总额定喷油能力/实际喷油能力1.21.35； 圆筒炉：不采用2个火嘴，火嘴间距1m； 必须由燃料的性质选用合适的火嘴,B=Q/Ql,NF=B/B额,66,说明：0.5-雾化蒸汽量，kgSteam/kgFuel； 若为机械雾化或用气体燃料，则不计。,2.3.4 燃烧产物-烟道气流量的确定,mg=(L+1+0.5)B = B(1.5+L0),67,2.4 提高加热炉热效率的方法,2.4.1 加热炉热效率降低的原因 2.4.2 露点腐蚀 2.4.3 提高管式加热炉热效率的途径,68,2.4.1 加热炉热效率降低的原因,炉墙散热； 烟气带热； 燃料燃烧不完全,每增加0.1，降低1.5%左右 排烟温度

16、增加55， 降低2%左右,69,2.4.2 露点腐蚀,有的燃料中含有微量的硫元素，在燃烧的过程中，硫被氧化生成二氧化硫或三氧化硫。如果管壁温度低于水蒸汽的露点温度，水蒸汽就会凝结在炉管上和三氧化硫就结合生成硫酸溶液，二氧化硫和水蒸汽生成亚硫酸溶液，二者对铁具有很强的腐蚀能力，它们的存在加速了炉管的腐蚀过程，大大缩短了设备的运转周期，这种现象叫作露点腐蚀。,70,2.4.3 提高管式加热炉的热效率的途径,q1/Ql燃料、空气、水蒸汽的显热， q1/Ql； q2/Ql烟气带走的热量， q2/Ql； qL/Ql炉墙散热损失， qL/Ql。,加热工艺介质 余热锅炉发生蒸气 预热炉用燃烧空气,第3节 烟气余热回收,3.1 烟气余热回收的途径,空气预热器