通过改造提升加热炉性能要点

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1、辽宁石油化工大学顺华能源学院毕业设计（论文）用纸通过改造提升加热炉性能引言美国新建的加热炉的数量正在稳步回落。在过去的5年中，改造加热炉是主要增长的领域。工厂运行人员正努力盈利运转，他们正努力获取加热炉的最大效能。多数工厂业主正改造加热炉以提高产品的成品率和性能。图一所示为一个典型的水平管箱加热炉。 地板烟道挡板 烟道 看火门 翅片管 钉头管燃烧器辐射管辐射室 对流室烟囱 图一 水平管箱加热炉改造的原因提升加热炉效能的最简单的方法就是超高温燃烧，工厂运行人员通常采用这种方法。一些加热炉处于过燃烧状态，超出了加热炉是设计上限。这是要改造的第一步。加热炉过燃烧的局限性正在显现。可能出现如下状况：1

2、.金属管道温度过高2.火焰冲击3.弯拱正压4.ID和FD风扇局限5.给水泵达到极限一旦达到了极限，加热炉的性能就不能进一步提升。产生局限的原因可能由于原始设计、加热炉的机械条件或者可能是新的运行条件。通常运行监控人员首先发现局限性，然后通知项目工程师和技术服务工程师，下一步就是计划改造加热炉。改造目标加热炉改造的目标通过提升加热炉的性能提高利润。改造的方向可以集中在：1.提升加热炉的容量2.提升加热炉承受能力3.提高热效率4.提高运行长度 降低加热炉NOx的排放是常见举措，工厂运行方能够借此提升加热炉的性能，也能获得些投资回报。改造提升加热炉性能的实际而有效的方式。改造的范围可以小至修改控制部

3、件，大到从现有的结构上完全重建加热炉。通过改造，大幅度增加了加热炉的使用寿命。改造的其它优势是：开销最小并且巨大多数的基础设施能够有效利用。不需要额外的购置新的加热炉。对于加热炉的所有者和管理人员来说，意味着更高的性能，更高的效率，更低的开销。现阶段，需要进行利弊评估。改造加热炉的下一步是现场调查。 表 1参数代替对流段提升对流段 排数68热负荷MMBtu/hr45.050.0热效率%8186 供给热量MMBtu/hr5457.5 光管数2424翅片管数4872 价值，美元100.000112.000支付3个月 管空间 新增管 现存管现存管新增管 主要结构 二排光管 六排翅片管 改造后 改造前

4、 二排光管 四排钉头管现场调查改造主要集中在提升现存的加热炉。因此在改造方案最终确定之前，需要对加热炉性能进行彻底的评估和分析。现场调查是最重要一步。现场调查就是收集在受控条件下运行的数据。要收集的数据包括气体温度、压力分布、燃烧空气温度和压力分布、过程临界条件等等。红外热像仪是有效的采集管道金属温度的仪器。如果加热炉装有空气预热系统则能够立即采集预热空气和风扇的数据。调查过程中自始至终需要温度压力分析测量。调查过程中，仪器多半是不方便的。现场需要数据测量并且通过亲自检查可以发现局限。案例研究加热器装有空气预热系统，该加热器所需空气不多。强制通风机叶轮已经是超大号的最大额定值。其中一个备选方案

5、是用一个更大的风扇更换送风机，但空间的可用性是一个制约因素。在实地调查，发现在吸气管具有约4英寸的压力降的WC，也可以减小。安装了一个超大的具有消音器的吸气管，扇头增加了3英寸。还发现，空气流量计的安装造成了高压力降。除去流量仪表能简化这个问题。在实地调查过程中的另一项发现是在空气预热系统周围助燃空气旁路被关闭。打开旁通禁区降低了压降，并瞬间增加了FD风机容量。识别变化下一步的改造是确定将采取什么来实现这一目标。局限之处需要被指出，问题需要被诊断。其中一种方式是评估加热器在目前的操作状态的状况和在预计的工作条件下的状况。在预计的运行状况下的估计将突出需要注意的参数。这可能是高管金属温度或高侧流

6、体压降。高管金属温度将要求冶金变化。高流体侧压降需要在进料泵处改变。另一种方法是调查和消除造成高金属管温度或高流体压力降的原因。几种方案进行评估，并选择一个最合适的。许多因素都考虑在内，如关机的时间，空间的可用性和资本预算。 加热炉共同烟囱 外部对流加热炉加热炉改造方案几种改造方案可以增加加热炉的性能。其中主要有：1.在辐射或对流段增大传热面积。2.转换加热器自然通风为强制通风。3.增加空气预热。4.添加蒸汽锅炉（提高加热炉的效率）。 表 2参数改造前改造后总热负荷MMBtu/hr45.052.84过程耗能MMBtu/hr42.3852.84液体流速，BPD23.00026.500辐射流量Bt

7、u/hr ft28.98911.918精炼率MMBtu/hr50.9059.0增加对流面对流段传热任务可通过加入对流传热传输表面而提高。用烟道气的温度的方法可以减少到流体入口温度为90。这可以通过几种方式来完成，其中的一些描述如下：增加管两行额外的管可以不作重大的改变，如图3被安装在大多数加热器的对流层。大部分的加热器会添加额外的两排管。入口管道终端需要搬移。如图所示4，如果还没有提供用于管道的空间，对流段可以延伸到烟道，以腾出空间。案例分析现有的石脑油沸器加热器具有975的烟道气出口温度。进料口温度只为320。客户选择取代对流段。建议安装一个有两个额外的排数的新对流段。新升级的对流段将降低烟

8、气温度为500可达到5MMBtu/hr的额外热量的吸收。客户得到了10的额外生产力，5的额外效益在不到3个月中支付。在表1中给出参数的比较。用扩展面管取代光管建于1950 - 1960年的一些对流段，设计采用光管。这些管子可以换成翅片管或钉头管，以增加传热面积。相比较光管而言，一个典型的钉头管提供了2到3倍以上传热面积和翅片管可以提供高达8-11倍之多。改造方案中一种常见的限制是现有的中间和结尾管板。相同尺寸的光管的延长面管将不适合在现有的在对流段管板。一个可供选择的方案是用新的对流段更换整个对流部分。这带走管的尺寸限制。钉头管或翅片管的对流段在高度上是紧凑的。如果重油燃料油燃烧，这将需要安装

9、吹灰器。 蒸汽圈 蒸汽圈 改造后过程线圈 三排光管六排翅片管四排翅片管 改造前 过程线圈 三排光管六排翅片管八排翅片管用钉头管取代翅片管在70年代初和80年代一些对流段被设计用作石油和天然气烧制。这些对流段都布满了管子。这些管子可以替换为燃气机组翅片管。翅片管比钉头管提供更大的换热面积，并导致更少的压力降。翅片管比钉头管便宜。同时改变钉头管与翅片管，匹配翅片和钉头管的外部尺寸是重要的。这将利用现有的管板。案例分析一个粗略的加热炉对流段是用于石油和天然气燃烧的管子设计而成的。目前仅使用燃料气。客户一直在寻找在火焰加热器额外的容量。四排钉头管的换成了6排翅片管（使用提供的2个额外排数）。降低入口温

10、度100以降低气体温度和加热器容量提高了5。图6显示了改造前后的对流层，需要抵消额外管侧压降。在一些装置，陶瓷纤维已被用作在对流段的衬里以减少的附加结构的重量。有些设施还没有在对流段使用陶瓷纤维。额外的热传递表面增加了烟气压降。可用性草案是降低烟气温度。这需要重新评级烟道气的工作条件。其中一个备选方案是使烟道较高或在对流段的顶部添加一个引风机。需要加热器的现有基础和结构的检查，以确保额外的负载是否安全由基金会承担。有时候地基荷载限制可能不允许任一选项。在这种情况下，一种可能性是将安装一个烟道或将对流段和堆叠在一个单独的基础。外部对流管将被添加在更多的地方（一安装在一个独立的外部结构）如图5所示

11、。此外，流体压力在加热器升上去。有时需要新的进料泵。服务变更多数加热炉在转换部分有蒸汽加热功能或者蒸汽产生功能。在不需要蒸汽或者能产生蒸汽的其它地方，可以用过程服务来替代以上的服务。此外，热量转换器表面能够从废气中获取更多的热量，此过程的热负荷将增加。管道尺寸、通道数量等许多因素需要考虑。整个加热器需要找出总的变化的影响。当蒸汽有较高的进气温度时，在经济上不可行。然而，如果加热炉装有空气预热系统，就能够减少服务变更的影响。案例研究真空加热器中有蒸汽加热线圈对流部分。在改造过程中，将被转换为过程服务。燃烧率增加了15%，过程的热负荷量增加了25%。表2中列出改造前后的对比。案例研究反应器的进料加

12、热器和蒸汽发生器一起设计在对流部部分，并配备了蒸汽预热系统。客户寻求如何增加过程的热负荷。通常建议用过程服务更换位于对流部分的蒸汽产生线圈。通过过程服务中更多的热转换面积，过程热负荷增加了10%。此外，剧烈燃烧又增加了10%。图7所示为改造前后的对流段。多数情况下需要对流器的改造，能够证明预制转换器部分、替代部分或完整的对流部分十分经济。预制显著减少了停机时间。预制还消除了与管板的约束，耐火材料等。实地调查也降低到最低。辐射段改造由于地基、钢结构、燃烧器布局以及加热出口管道的限制等因素，辐射箱尺寸通常保持不变。由于箱体尺寸不变，箱体中管道的数目依赖于管道的尺寸和间距。典型的辐射段中，不论管道的

13、大小，传热面积通常是恒定的。表3中为立式圆筒炉的比较。 表 3 参数 4英寸圈 5英寸圈 6英寸圈 燃烧室内直径 25英尺 25英尺 25英尺 燃烧室内高度 63英尺 63英尺 63英尺 管数 112 90 75 管心距 8英寸 10英寸 12英寸 管长度 60英尺 60英尺 60英尺 管圆直径 23英尺.9英寸 24英尺 23英尺.10英寸 传热面积 7916平方英尺 7862平方英尺 7803平方英尺案例研究立式圆筒炉在一个辐射段中有四段流体通过，热负荷能够达到112MMBtu/hr。客户希望将吞吐量提高10%，同时将出口温度提高65来提高产量。在现有的线圈配置中，压力降会增加至237磅。需要改变进料泵、大量的热转换器和加热管道。在辐射段每隔10英寸有88.5英寸的管道。有人建议用6英寸的线圈取代先用的辐射线圈。每隔12英寸放置72.6英寸管道取代现有的88管道。流体的压降减小到170磅。使用更大的管道需要使用新管道来支撑引导，底板和耐火材料的改造。分频器也要改造。以减少停机时间最好的办法是在夹片中预先制作辐射盘管。表4中所示为改造前后的对比。 表 4 参数 改造前 改造后热负荷MMBtu/hr 113.61