*,*,Click to edit Master title style,第一章,石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,一个设备，具有用耐火材料包围的燃烧室，,利用燃料燃烧产生的热量将物质,(,固体或流体,),加热,，这样的设备叫做“炉子”。工业上有各种各样的炉子，如冶金炉、热处理炉、窑炉、焚烧炉和蒸汽锅炉等。石油化工加热炉是其生产过程中的高温反应设备和高温加热设备。,石油化工加热炉主要特征有四点。,1.1,概述,1,按外形大致上分为以下四类（,16,类）：,箱式炉,（,6,类）、,立式炉,（,6,类）、,圆筒炉,（,3,类）、,大型方炉,（,1,类）。这种划分法系按辐射室的外观形状，而与对流室无关。所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一“箱子状”的六面体。与它相比，立式炉的辐射室宽度要窄一些，其两侧墙的间距与炉膛高度之比约为,1,：,2,。圆筒炉、大型方炉的称呼也按同理而来。,2,1.2,加热炉分类（按外形和按用途分）,1.2.1,按外形分类,2,3,图,1-4,图,1-5,图,1-6,3,第一章,石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,4,图,1-7,图,1-8,图,1-9,4,图,1-10,图,1-11,图,1-12,5,5,(3),立式圆筒炉 螺旋管式,(,图,1-14),当炉子热负荷非常小，而且对热效率无要求时，采用这两种炉型。它们是最简单、最便宜的炉子。图,1-14,型炉内，炉管是一段盘绕成螺旋状的小管，虽然它属于立管式炉型，但其管内特性更接近于水平管，能完全排空，管内压降小。这种炉子的主要缺点是为了便于盘旋，易于制造，被加热介质通常只有一管程。,6,6,螺旋管式,(,图,1-14),纯辐射式,(,图,l-15),7,图,1-14,图,1-15,7,(4),大型方炉,8,如图,l-19,所示，这种炉子用两排炉管把炉膛分成若干小间，每间设置一或二个大容量高强燃烧器。分隔可以沿两个方向进行，称之为“十字交叉”分隔法。它通常把对流室单独放到地面上。还有把几台炉子的烟气用烟道汇集拢来，送进一个公用的对流室或废热锅炉。这种炉子结构简单，节省占地，便于回收余热，容易实现炉群集中排烟，减轻大气污染。它是专为超大型加热炉而开发的。,8,图,1-19,9,9,1.2.2,按用途分类,按用途管式热加炉大致分为以下几类：,炉管内进行化学反应的炉子、加热液体的炉子、加热气体的炉子和加热气、液混相流体的炉子,。,10,(1),炉管内进行化学反应的炉子,这种炉子管内发生吸热化学反应。按复杂程度来说，它代表了加热炉技术的最高水平。它分为两种：,10,炉管内装催化剂的，如烃类水蒸气转化炉。,炉管内不装催化剂的，如乙烯裂解炉。,无论其中哪一种，不光要求从炉子吸热，而且要满足管路中各段在化学反应方面的各种条件，如温度和热输入量要求等。,11,(2),加热液体的炉子,12,这类炉子可分为三种：,管内无相变化、单纯的液体加热炉,这是把工艺液体预热到其沸点以下,(,如温水加热、液相热载体加热等,),使用的炉子。它加热的终温低，管内结焦和腐蚀也小，操作上的问题较少。,12,管内进口为液相、出口为气液混相的炉子,在生产过程中，往往要求被加工的流体在气液混相状态下进入蒸馏塔等，此时使用这种加热炉。在全部工艺加热炉中它的数量最大。对于这种炉子，最重要的是把握住吸热量、气化率、压力降、温度之间的关系。,13,13,进口为液相、出口全部汽化的炉子,这种炉子是反应器的进料加热炉，它把液体完全汽化，加热到一定温度，然后送入工艺反应器。由于反应器的操作条件,(,如催化剂活性等,),在运转期中是变化的，这种炉子的操作温度和压力等往往变化很大。较之上述、两种，有必要掌握它的变动范围，以防止裂解和结炭发生。,14,14,(3),气体加热炉,如水蒸气的过热、工艺气体的预热就使用这种炉子。它多在较高温度下操作，但因为是纯气相，结焦的可能性不大。应该注意的是当气体量很大时，炉管的路数很多，必须从结构上保证各路均匀，防止偏流。,15,15,(4),加热混相流体的炉子,这种炉子常用于加氢精制、加氢裂化等装置的反应器进料加热。由于管内流体从炉子入口起就是气、液混相，较上述纯气体加热炉更难保证各路流量的均匀，设计上要更重视管径、管内重量流速、盘管路数的选取，以及管内流动状态的判断和分叉管的配管设计等。,16,16,1.4,管式加热炉的基本构成与组成,管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器和通风系统等五部分组成，如图,1-27,所示。其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。,17,17,图,1-27,管式加热炉的一般结构,18,18,1.4.1,基本结构、炉膛与部件,1.4.1.1,炉膛与炉墙（炉衬）,炉膛是由炉墙、炉顶和炉底围成的空间，是对物质进行加,热的地方。炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬，炉衬是加热炉的关键,技术条件之一。在加热炉的运行过程中，不仅要求炉衬能够在高,温和荷载条件下保持足够的强度和稳定性，要求炉衬能够耐受烟,气的冲刷和侵蚀，而且要求有足够的绝热保温和气密性能。,19,19,管式炉的炉墙结构主要有耐火砖结构、耐火混凝土结构和耐火纤维结构。其中耐火砖结构又分为砌砖炉墙、挂砖炉墙和拉砖炉墙。,20,20,1.4.1.2,炉管,管式炉炉管是物料摄取热量的媒介。按受热方式,不同可分为辐射炉管和对流炉管，前者设置于辐射室,内，后者设置于对流室内。为强化传热，对流管图,1-28,拉,砖炉墙往往采用翅片管或钉头管，其安装方式多采用水,平安装。,21,21,1.4.1.3,钢结构,钢结构是管式炉的承载骨架。管式炉的其它构件依附于钢结构，其基本元件是各种型钢，通过焊接或螺栓连接构成管式炉的骨架。老式管式炉，如方箱炉、斜顶炉等，其钢结构占整个管式炉投资的比重较小，近代管式炉其钢结构的投资比例越来越大。,22,22,1.4.1.4,其它部件,管式炉配件较多，主要有看火孔、点火孔、测试孔、炉用人孔、防爆门、吹灰器、烟囱挡板等。,23,23,辐射室内的炉管，通过火焰或高温烟气进行传热，以辐射热为主，故称之为辐射管。它直接受火焰辐射冲刷，温度高，其材料要具有足够的高温强度和高温化学稳定性。,24,1.4.2,辐射室,辐射室是加热炉进行热交换的主要场所，其热负荷约占全炉的,70,-80,。,烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉的反应和裂解过程全部由辐射室来完成。,24,1.4.3,对流室,对流室是靠辐射室排出的高温烟气进行对流传热来加热物料。烟气以较高的速度冲刷炉管管壁，进行有效的对流传热，其热负荷约占全炉的,20,-30,。对流室一般布置在辐射室之上，有的单独放在地面。为了提高传热效果，炉管多采用钉头管或翅片管。,25,25,1.4.4,余热回收系统,余热回收系统用以回收加热炉的排烟余热。回收方法有两类：一类是靠,预热燃烧空气,来回收，使回收的热量再次返回炉中；另一类是采用,另外的回收系统回收热量,。前者称为空气预热方式，后者通常用水回收称为废热锅炉方式。空气预热方式有直接安装在对流室上面的固定管式空气预热器，还有单独放在地面上的管式空气预热器等型式。,26,26,目前，炉子的余热回收系统多采用空气预热方式，只有高温管式炉,(,烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉,),和纯辐射炉才使用余热锅炉，这类高温管式炉的排烟温度较高，安装余热回收系统后，炉子的总效率可达到,88,-90,。,27,27,水热媒空气预热器利用除氧水或除盐水作热媒,(,中间载热体,),，建立一个闭路循环系统。热媒水通过放置在加热炉对流室出口的,烟气换热器吸收烟气的热量,，再通过布置在鼓风机出口的,空气预热器放出热量,，加热空气，将烟气热量传递给加热炉所需的空气。为了防止烟气换热器发生低温露点腐蚀，在水热媒空气预热器进口和循环水泵入口之间，设置旁路调节阀，控制空气预热器的换热量，保证进烟气换热器热媒水的温度高于露点温度，即烟气换热器的最低壁温高于露点,(,一般设计值为,120-150),28,29,1.4.5,燃烧器,燃烧器的作用是完成燃料的燃烧，为热交换提供热量。燃烧器由燃料喷嘴、配风器、燃烧道三部分组成。燃烧器按所用燃料的不同可分为燃油燃烧器、燃气燃烧器和油,-,气联合燃烧器。燃烧器性能的好坏，直接影响燃烧质量及炉子的热效率。操作时，特别应注意火焰要保持刚直有力，调整火嘴尽可能使炉膛受热均匀，避免火焰舔炉管，并实现低氧燃烧。要保证燃烧质量和热效率，还必须有可靠的燃料供应系统和良好的空气预热系统。,30,30,通风系统的作用是把燃烧用空气导入燃烧器，将废烟气引出炉子。它分为,自然通风,和,强制通风,两种方式。前者依靠烟囱本身的抽力，后者使用风机。,31,1.4.6,通风系统,过去，绝大多数炉子都采用自然通风方式，烟囱通常安装在炉顶。近年来，随着炉子结构的复杂化，炉内烟气侧阻力增大，加之提高炉子热效率的需要，采用强制通风方式日趋普遍。,31,1.5,管式加热炉的主要技术指标,1.5.1,热负荷,每台管式加热炉单位时间内管内介质吸收的热量称为有效热负荷，简称热负荷。管内介质所吸收的热量用于升温、汽化或化学反应。热负荷的理论值，可根据介质在管内的工艺过程,(,加热、化学反应,),进行计算。加热炉的设计热负荷,(Q),通常取计算热负荷,(Q),的,1.15-1.2,倍。热负荷的大小表示炉子生产能力的大小。,32,32,1.5.2,炉膛体积热强度,炉膛单位体积在单位时间内燃料燃烧的放热量,，称为炉膛体积,热强度。即,33,式中,g,v,-,炉膛体积热强度，,KW,m,3,B-,燃料用量，,kg/h,Q,1,-,燃料低热值，,kJ/kg,燃料,V-,炉膛（辐射室）体积，,m,3,g,v,值越大炉膛温度越高，不利于长周期安全运行，因此炉,膛体积热强度不允许过大，一般控制在,1.1610,2,kW,m,3,以下。,33,1.5.3,辐射表面热强度,辐射炉管单位表面积,(,一般按炉管外径计算表面积,),、,单位时间内所传递的热量称为炉管的辐射表面热强度,g,R,也称为辐射热通量或热流率。,34,34,g,R,表示辐射室炉管传热强度的大小。应注意,g,R,一般指辐射室所有炉管的平均值。由于辐射室内各部位受热不一致，不同的炉管以及同一根炉管的不同部位，实际局部热强度相差很大。,g,R,值越大，完成一定加热任务所需的辐射炉管就越少，辐射室体积越紧凑，投资也可降低，所以要尽可能提高炉管表面热强度。各种炉子的辐射表面热强度推荐值见表,1-2,。,35,35,1.5.4,对流表面热强度,对流炉管单位面积在单位时间内所传递的热量,称为对流表面热强度。目前，加热炉对流室多以钉头管或翅片管代替过去的光管，以强化传热。钉头管或翅片管的热强度一般为光管的两倍以上。也就是说，一根钉头管或翅片管相当于两根以上光管的传热能力。,36,36,即热效率是衡量燃料利用情况，评价炉子设计和操作水平，标定炉子性能的主要指标。热效率越高，燃料的有效利用率越高，燃料耗量越少，运行越经济,。,37,1.5.5,热效率,加热炉有效利用的热量与燃料燃烧时所放出的总热量之比叫热效率，,37,火墙温度又称炉膛温度，是指烟气离开辐射室进入对流室时的温度。它代表炉膛内烟气温度的高低，是炉子操作中的重要控制指标。,38,1.5.6,火墙温度,火墙温度高，说明辐射室传热强度高。火墙温度过高时，炉管易结焦，甚至烧坏炉管和管板等。,所以火墙温度一般控制在约,850,以下,(,烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉，炉温可达,900,以上,),。,38,