加热炉类型

一、加热炉结构型式

胜利油田加热炉的主要结构型式有火筒式间接加热炉和管式加热炉两种。水套炉属于火筒式间接加热炉，外部为金属壳体，壳内介质为水，壳体内部设置火筒、炉管，火焰加热水套中的水，通过水间接加热炉管内的原油。管式炉在炉膛内布置炉管，直接加热炉管以达到加热管内介质的一种型式。

油田近年来推广应用的超导热管加热炉、真空加热炉、分体式相变加热炉属于火筒间接加热炉，其基本原理与水套加热炉基本相同，只是使用的传热介质和结构型式有所不同，设计热效率较高，运行热效率理想。燃烧器主要采用进口燃烧器、并配备了控制调节系统，能够低氧燃烧，并具有一定的可调性，保证了加热炉的经济运行。

管式加热炉主要有直接加热原油的快装管式炉和间接加热的热媒炉，快装管式加热炉用于加热流量稳定的低含水原油具有较大优势；热媒炉在自动化控制方面具有优势，但运行成本和维护费用高，需要配套热媒循环动力系统、换热器、热力管网，系统配套费用高，而且热媒性质发生变化后需要更换，增加设备运行费用；适用于热源要求比较多，温度要求较高的场所。

加热炉工作过程就是将燃料的化学能转换为热能。加热炉主要由两大部分组成。一是燃烧系统、二是热交换系统。热交换系统，通过各种受热面将燃料燃烧的化学能交换给工质（被加热介质）。主要是水套、火筒、管束等。燃烧系统是燃料的燃烧设备总称，它由给料供应系统、燃烧器、炉膛、送引风系统，尾部烟道等组成；不管何种结构型式的加热炉，其热交换系统要求有足够的传热面积，较好的传热效果，运行过程中尽量减少结垢，降低排烟温度这一运行指标。燃烧系统要求有较好的调节性能和低氧燃烧特性，以达到控制过剩空气系数运行指标。加热炉热效率的高低主要取决于结构设计合理，有利于燃烧系统发挥作用，同时传热面积要足以满足热负荷的要求；运行过程中要及时调整工况，经济运行。

二、油田加热炉总体运行情况

胜利油田加热炉运行效率总体水平逐年提高，主要是近几年油田不断加大技术改造力度，加强加热炉的更新改造，同时也投产了部分新型加热炉。2000年至2004年油田加热炉运行效率见下表。

油田仍有部分加热炉运行效率偏低，主要原因有三个方面：一是老式加热炉设计效率偏低，一般为70%-83%，而且满负荷运行达不到设计的额定热负荷；二是大批加热炉运行时间长、设备老化、系统结垢严重、供热能力、供热负荷及系统效率下降；三是加热炉缺乏必要的运行检测控制系统，燃烧系统大多配有鼓风机，为节流调节，供风量大，可调性较差，加热炉运行过程中过剩空气系数过大，排烟温度偏高，运行效率大幅度下降。

三、收集的部分加热炉信息

依据现有较为详细的统计资料将加热炉结构型式主要分为如下几种：

三、运行热效率影响因素分析：

加热炉工作过程就是将燃料的化学能转换为热能。加热炉主要由两大部分组成。一是燃烧系统、二是热交换系统。热交换系统，通过各种受热面将燃料燃烧的化学能交换给工质（被加热介质）。燃烧系统是燃料的燃烧设备总称，其关键设备是燃烧器；所以燃烧系统效率的高低，热交换系统的传热性能的好坏是影响加热炉运行效率的两个主要方面。

在加热炉运行中，燃烧系统和热交换系统的各个因素相互影响，最后综合反映到热效率上。所以，从各项热损失入手，进行系统的分析，可以找出问题的主要矛盾。检测的40台加热炉各项热损失平均分布情况见下图：

从上图可以看出，排烟热损失是加热炉热损失中比例最重的一个，占83.21%，排烟热损失是影响热效率的主要因素，所以降低排烟热损失是提高加热炉热效率

影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和过剩空气系数两个运行指标。烟气短路、受热面积灰、传热面结垢、超负荷运行都将引起排烟温度的升高；而炉膛漏风和风量配置不当是影响过剩空气系数两个方面。

下面就影响排烟热损失的两个主要运行指标进行分析。

1、过剩空气系数：

油田加热炉配备的燃烧器大多配有鼓风系统，采取节流调节的方式，这

种方式在加热炉负荷调节时，需要人工调节档板的开度，配风量难以掌握，

空气过剩系数很难有效控制，

下图为采用该调节方式运行的一台加热炉进行的调节试验。

人工调节档板的加热炉效率η与过剩空气系数α的关系图由上图可以看出：过剩空气系数α在1.2左右时，热效率达到最佳值。α低于1.2时，随着α的降低，加热炉的运行效率不断降低，且变化较快。α大于1.2时，随着α的增大，加热炉运行效率总的趋势是不断降低的。过剩空气系数每增加0.1%，热效率降低约0.5%。

所以过剩空气系数的控制是加热炉经济运行的关键，以人工调节档板方式节流调节的燃烧器在过剩系数的控制上有一定缺陷，需要操作人员掌握加热炉的运行规律，而且要有较高的责任心，而高效燃烧器本身配有自动配风调节装置，有些还采用了变频技术，不仅过剩空气系数得到有效控制，加热炉经济运行的同时，达到节电的效果。

2、排烟温度：

从新投产的加热炉和旧式水套炉对比数据中可以看出，排烟温度比水套炉降低104.3℃，热效率提高了7.64%，也就是说排烟温度每降低12-15℃，热效率提高1%。

旧式水套加热炉排烟温度高达314.6℃，分析原因主要是受热面积灰和水套结垢，影响受热面换热，使排烟温度升高，热损失增大，热效率降低，增加燃料消耗。所以在加热炉运行时应尽量降低排烟温度这一运行指标。

水垢的导热系数很小，为0.581-2.33W/m ℃，烟垢的导热

系数仅为0.0581-0.116W/m ℃,是水垢导热系数的1/10，传热效果可想而知。据统计加热炉受热面结水垢1mm ，热效率降低2—3%。水垢对热效率的影响见下表：

同时，水垢和烟垢对加热炉的还有两个方面的影响，一是影响加热炉安全运行，受热面结垢以后，传热效果差，受热面过热，强度下降，受热变形，破裂穿孔。另一方面影响加热炉出力， 使加热炉热负荷降低。因此，水套炉水浴中的水质问题应予以控制，这是一个可控因素，也是影响加热炉运行负荷和热效率的一个原因。

总之，过剩空气系数和排烟温度两个运行指标相互制约，过剩空气系数偏高，造成排烟温度过高，排烟损失增加，热效率降低；过剩空气系数过小，引起不完全燃烧，燃烧状况不良，产生烟垢附着在受热面表面，不利于传热，影响热交换。过剩空气系数偏高过低都将影响加热炉的经济运行。因此，应将过剩空气系数控制在最佳点附近。

附：加热炉型号表示由三大部分五个方面组成

△△×××－△／××△

1 2 3 4 5

1 —型式代号

2 —额定热功率，kW

3 —被加热介质代号

4 —盘管或炉管设计工作压力

5 —燃料种类代号

第一部分分为两段,分别表示加热炉型式及额定热负荷

第二部分表示被加热介质种类及加热炉盘管或炉管的设计工作压力

第三部分表示加热炉燃料的种类

例如： 1、 HJl000—Y／2.5—Q 火筒式间接加热炉，额定热功率为1000kW，工作压力

2.5MPa,被加热介质为原油，燃料种类为天然气。

2、 GW2500—SY／4.0—YQ卧式圆筒形管式加热炉，额定热功率为2500kW，工作

压力4.0MPa,被加热介质为含水原油，燃料种类为天然气或原油。

附：加热炉节能检测方案

加热炉节能检测方案

一、适用范围

本测试方案适用于油气田和长输管道以液体及气体为燃料的加热炉。

二、检测目的：

检测加热炉在实际运行工况下的加热炉的排烟温度、过剩空气系数、热效率、炉体外表面温度四项指标，评价其是否符合标准要求。

三、依据标准：SY/T6381-1998 加热炉热工测定

SY/T6275-1997 石油企业节能检测综合评价方法

四、测试基本检测方法

测试基本方法采用反平衡测试法：测试为在用加热炉运行工况下的检测，通过测定加热炉各项热损失而计算出热效率的方法。

五、测试项目、仪器仪表及其准确度要求见表1。

六、测试工况要求：

1 时间要求：

（1）测试应在加热炉热工况稳定和燃烧调整到测试工况1h后开始进行。

（2）测试的持续时间不少于1h，烟气成分和排烟温度每隔15min读数记录数据一次。2燃料要求：测试时加热炉所用燃料应符合加热炉设计要求。

3加热炉液位要求：测试结束时，加热炉液位应与测试开始时保持一致。

4加热炉负荷应在符合工艺要求（被加热介质出口温度达到外输要求）的工况。

七、测试项目和测试方法

1环境温度在吸风口附近测定，但必须防止辐射热对温度测试的影响，应予以遮蔽，并使周围空气能自由流向温度计。

2排烟温度的测试在加热炉最后一级尾部受热面后1m以内的烟道上进行，测温热电偶应插入烟道中心处，并保持热电偶插入处的密封。

3烟气成分分析可用气体分析仪测定，与排烟温度测试同步。

4炉体外表面温度可用测定表面温度的仪表测定，测点布置应具有代表性，一般0.5 m2~1m2一个测点，在炉门、烧嘴孔、焊孔等附近，边距300mm范围内不应布置测点。

八、测试仪器仪表的选型：

选用Testo350XL或KM9106烟气成分测试仪测试排烟温度和烟气成分；选用MX2远红外光学测温仪测试炉体外表面温度。

九、计算公式、计算方法及经验数据的选定：

1．加热炉热效率的计算：

反平衡效率按式（1）的计算：

η2 = 100– q2 – q3 – q5 (1)

式中：

η2——加热炉反平衡效率，%；

q2 ——排烟热损失，%；

q3 ——气体不完全燃烧热损失，%；

q5 ——散热损失，%。

其中q2=(3.5α+0.5)（t py—t0）/100 (2)

式中：α——排烟处过剩空气系数；

t py——排烟温度，℃；

t0——环境温度，℃。

q3=3.2αCO (3)

式中：CO——烟气中一氧化碳含量，%。

散热损失q5可依据GB/T15317-1994工业锅炉节能监测方法查表求得。可按下表查得。

2．过剩空气系数的计算：

21

α= ————————————————

O2-0.5CO

21—79×——————————

100- CO2- O2- CO

十、测试结果评价：

对单台加热炉进行热效率、过剩空气系数、炉体外表面温度、排烟温度四项考核指标是否符合标准要求的评价(见下表)，同时分析过剩空气系数和排烟温度两个影响热效率的主要因素，确定排烟热损失和化学不完全燃烧热损失在热损失中所占的比例，找出加热炉在运行中影响效率的主要原因，是加热炉本身因受热面结垢影响换热效果，还是由于燃烧器调节不当影响加热炉热效率。

十一、安全措施

1测试过程中如遇异常情况立即停止测试，并及时妥善处理后再开始工作。

2因仪器、仪表故障中断测试，应查明原因，以相同的技术条件的仪器、仪表代替或现场排除故障，重新测试。

3数据采集过程中因外界干扰（停电等）而中断的测试必须重新开始，并记录备查。

4在测试过程中注意加热炉液位，避免液位过低影响加热炉正常运行，发生意外事故。同时检测过程中要按照检测规范进行检测，避免烫伤。

5 发生意外事故后，要及时向有关部门上报。

注：因单台加热炉无法进行正平衡测试，可将多台并联加热炉作为一个系统对联合站进

行正平衡效率评价。

计算温度基准为环境温度，燃料发热值基准为应用基低位发热值。可以燃料消耗量、被加热介质进出口温度、流量的统计数据作为依据进行正平衡计算。

1热负荷按式（4）计算：

Q=D(h out-h in) (4)

式中：

Q——加热炉热负荷，单位为千焦每小时（kJ/h）；

D——被加热介质流量，单位为千克每小时（kg/h）；

h out——被加热介质出口质量焓，单位为千焦每小时（kJ/kg）；

h in——被加热介质进口质量焓，单位为千焦每小时（kJ/kg）。

2正平衡效率按式（5）计算：

D(h out-h in)

η1= ——————×100 (5)

BQ i

式中：

η1——加热炉正平衡热效率，%；

B——加热炉燃料消耗量，单位为千克每小时或单位为立方米每小时(kg/h，m3/h)；

Q i——输入热量，单位为千焦每千克或单位为千焦每立方米（kJ/kg，kJ/m3）；;

Q i =Q DW Y + H ir +Q wl (6)

式中：

Q DW Y——燃料应用基低位发热值，单位为千焦每千克或单位为千焦每立方米（kJ/kg，kJ/m3）；

Q wl ——加热燃料外来热量，单位为千焦每千克或单位为千焦每立方米（kJ/kg，kJ/m3）；

H ir——燃料的物理热，单位为千焦每千克或单位为千焦每立方米（kJ/kg，kJ/m3）。3加热炉单耗按式（6）计算：

B

b1= —————— (7)

Q

式中：

b——加热炉单耗，单位为克每兆焦（g/MJ，m3/MJ）;

B——加热炉燃料消耗量，单位为克（g，m3）;

Q——加热炉热负荷，单位为兆焦（MJ）。