管式加热炉的结构及工作原理

加热炉学习

一、管式加热炉的结构及工作原理1.1 管式加热炉在炼油和石油化工中的重要性管式加热炉是一种火力加热设备，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，加热在炉管中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，以供给介质在进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需的热量，保证生产正常进行。

与其他加热方式相比，管式加热炉的主要优点是加热温度高（可达1273K），传热能力高和便于操作管理。

近60多年所来，管式炉的发展很快，已成为近代石化工业中必不可少的工艺设备之一，在生产和建设中具有十分重要的地位。

例如：一个年处理量为2.5Mt原油的常减压蒸馏装置，虽所用的加热炉的座数不多，但其提供的总热量却达70MW，如果炉子加热能力不够，就会限制整个装置处理能力的提高，甚至无法完成预定的任务。

管式加热炉消耗的燃料量相当可观，一般加工深度较浅的炼厂，约占其原油能力的3%~6%，中等深度的占4%~8%，较深的为8%~15%，其费用约占操作费用的60%~70%，因此，炉子热效率的高低与节约燃料降低成本有密切的关系。

此外，管式炉炉管结焦、炉管烧穿、炉衬烧塌等事故也常常是迫使装置停工检修的重要原因。

在生产中，希望生产装置能达到高处理量、高质量和低消耗以及长周期、安全运转，大量实践表明，管式炉的操作往往是关键之一。

管式炉的基建投资费用，一般约占炼油装置总投资的10%~20%，总设备费用的30%左右，在重整制氢和裂解等石油化工装置中，则占建设费用的25%左右，因此，加热炉设计选型的好坏，还直接影响装置经济的合理性。

1.2 管式加热炉的分类和主要工艺指标1.2.1管式加热炉的分类管式炉的类型很多，如按用途分有纯加热和加热-反应炉，前者如：常压炉、减压炉，原料在炉内只起到加热（包括汽化的作用）；后者如：裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。

按炉内进行传热的主要方式分类，管式炉有：纯对流式、辐射-对流式和辐射式。

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一、管式加热炉的结构及工作原理1.1 管式加热炉在炼油和石油化工中的重要性管式加热炉是一种火力加热设备，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，加热在炉管中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，以供给介质在进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需的热量，保证生产正常进行。

与其他加热方式相比，管式加热炉的主要优点是加热温度高（可达1273K），传热能力高和便于操作管理。

近60多年所来，管式炉的发展很快，已成为近代石化工业中必不可少的工艺设备之一，在生产和建设中具有十分重要的地位。

例如：一个年处理量为2.5Mt原油的常减压蒸馏装置，虽所用的加热炉的座数不多，但其提供的总热量却达70MW，如果炉子加热能力不够，就会限制整个装置处理能力的提高，甚至无法完成预定的任务。

管式加热炉消耗的燃料量相当可观，一般加工深度较浅的炼厂，约占其原油能力的3%~6%，中等深度的占4%~8%，较深的为8%~15%，其费用约占操作费用的60%~70%，因此，炉子热效率的高低与节约燃料降低成本有密切的关系。

此外，管式炉炉管结焦、炉管烧穿、炉衬烧塌等事故也常常是迫使装置停工检修的重要原因。

在生产中，希望生产装置能达到高处理量、高质量和低消耗以及长周期、安全运转，大量实践表明，管式炉的操作往往是关键之一。

管式炉的基建投资费用，一般约占炼油装置总投资的10%~20%，总设备费用的30%左右，在重整制氢和裂解等石油化工装置中，则占建设费用的25%左右，因此，加热炉设计选型的好坏，还直接影响装置经济的合理性。

1.2 管式加热炉的分类和主要工艺指标1.2.1管式加热炉的分类管式炉的类型很多，如按用途分有纯加热和加热-反应炉，前者如：常压炉、减压炉，原料在炉内只起到加热（包括汽化的作用）；后者如：裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。

按炉内进行传热的主要方式分类，管式炉有：纯对流式、辐射-对流式和辐射式。

第四章管式加热炉

混合的先后可分为
预混式：结构复杂，对燃料要求高，易发生回火。喷射式：瓦斯-空气未经预先混合，而是由燃烧器
的不同通道分别进入炉内，然后借助扩散作用使两者在炉中边混合、边燃烧(即扩散燃烧)。半预混式一部分空气靠引射器吸入预先混合（一次空气），其余部分则靠外部大气供给，与燃料边烧边混合（二次空气）。
燃烧必须具备的条件：可燃物、空气、温度燃料的化学组成：C、H、少量的S、N、O等元素
理按化学反应的需氧量
论 C+O2=CO 2
燃烧1kg碳需用氧=2.67 kg
空 2H2+O2=2H2O 燃烧1kg氢需用氧=8 kg
气 S+O2=SO2
燃烧1kg硫需用氧=1 kg
量燃烧1kg燃料由空气供给的理论用氧量为（kg）
管式加热炉的其他部件
一、炉管：是加热炉形成传热表面最重要的组成部分。主要考虑耐热性、耐腐蚀性、机械强度、炉管表面热强度。
二、回弯头：将炉管连成一个整体的部件，分为可拆和不可拆两种。与炉管连接有膨胀法和焊接法。
三、管件与管板：为防止炉管在炉内受热弯曲变形而采用管架支持，用耐高温的合金钢制造。
按燃烧所用空气的供给方式可分为
引射式（空气靠瓦斯本身吸入）和混合式（空气靠鼓风机供给）
液体燃烧器（油嘴）
雾机械雾化
化方
低压空气雾化
法高压水蒸气雾化（炼油厂常用）
高压水蒸气雾化燃烧器：
水蒸汽与燃料油在燃烧器内不进行混合，二者由不同的孔道分别喷出。
水蒸汽与燃料油在火嘴内混合形成泡沫状物质，再由小孔按适宜角度喷入空气流中。（内混式水蒸气雾化燃烧器）
无焰燃烧炉，即把双面辐射与无焰火嘴相结合的一种新型炉。

管式加热炉的结构特点

二、加热炉的应用

1、给化学反应提供热量、压力等条件。有些吸热化学反应是在管式炉的炉管内进行的，如：乙烯裂解。也有利用炉管的内装催化剂进行化学反应的，如：烃类蒸汽的转化。这些反应需要加热炉提供热量、压力等反应条件。 2、利用加热炉对液体物料加热。炉管内被加热的液体物质在流出炉管出口时，可以是液体，如：温水加热、液相载热体加热等；也可以是气—液混合物，如：炼油过程中多数进入蒸馏塔等设备的介质需经加热炉加热到气— 液混相的状态；炉管出口还可以是气相。如：反应器的进料加热炉，它将反应物气化加热到一定温度后，送入后续的反应器中。 3、有些加热炉主要用于水蒸气的过热和工艺气体的预热。如气体加热炉是纯气相炉，一般多在高温下操作。 4、有些加热炉用来加热混相流体，如：氢精制、加氢裂化等工艺的反应器进料加热。
一、管式加热炉的结构特点
5、通风系统通风系统是将燃烧用的空气导入燃烧器，并将废烟气导出加热炉的部分。它分为自然通风方式和强制通风方式。前者依靠安装在炉顶的烟筒的抽力，不消耗机械能。大多数加热炉内烟气阻力不大，采用自然通风的方式。为了环保，石化企业已开始安设超高型集合烟囱。近年来，随着加热炉结构的复杂化，烟气阻力增加，热效率要求提高，采用强制通风的方式日趋普遍。
管式炉管式加热炉是利用燃料在炉膛内燃烧产生高温火焰与烟气作为热源，来加热炉管中高速流动的物料，使其达到工艺操作规定的温度，以供给后续工艺过程中所需要的热量，保证生产正常进行的设备。1-5-4-10图1管式加热炉
一、管式加热炉的结构特点
管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器及通风系统组成。如图所示。其结构通常包括钢结构、炉墙、炉管、燃烧器、火孔等配件。

管式加热炉第三节管式加热炉概述PPT

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
利用外部气体输送机械鼓风
强制通风
分类：
一般炉膛内微正压
利用烟囱产生抽力实现引入空气
自然通风和排除烟气
炉膛内负压
11
3.2 加热炉的一般结构
4.通风系统
烟囱挡板：调节烟气排出量和空气入炉量
12
3.2 加热炉的一般结构
5.余热回收系统
26
4.全炉热效率η
❖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70～80%，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
27
5.管内冷介质流速和全炉压降
❖ 将20℃情况下，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0.686～1.47MPa(7～ 15at)
纯对流式加热炉
16
3.3.2 斜顶炉
比方箱炉减少了死角，炉管表面热强度略有提高，应用范围比放箱炉广，至今在中、小化工厂中还有采用。
2 1
1 火嘴 2 3，4 顶部排管
3 6
7
油品出口
油
气体通
品进口
往பைடு நூலகம்
烟
囱
4 2
5 1
5,6 底部排管 7 对流室
有斜拱顶的双室炉
17
18
3.3.3 立式炉
❖ 减压炉的全炉压降一般为0.294～0.588MPa(3～ 6at)
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3.5 管式加热炉的主要部件 3.5.1 炉体 3.5.2 炉管系统 3.5.3 燃烧器
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管式加热炉的结构及工作原理

管式加热炉的结构及工作原理管式加热炉是一种常用的工业炉，其结构和工作原理如下：一、结构管式加热炉主要由炉体、炉管、燃烧器、空气预热器、温度控制系统等部分组成。

1.炉体：炉体是加热炉的主要部分，通常采用耐高温材料如耐火砖、浇注料等制成。

炉体形状和大小根据实际需要和生产工艺要求确定，一般呈长方形或圆形。

2.炉管：炉管是管式加热炉的核心部件，通常由不锈钢、合金钢等耐高温材料制成。

炉管一般呈蛇形或圆形，用于装载待加热的物料，同时将热量传递给物料。

3.燃烧器：燃烧器是加热炉的热源，通常位于炉体底部或侧部。

根据加热工艺要求，可以选择不同的燃料，如天然气、石油气、轻油、重油等。

4.空气预热器：空气预热器用于预热燃烧所需的空气，提高燃烧效率。

空气预热器通常位于加热炉的顶部或侧部，与燃烧器相连。

5.温度控制系统：温度控制系统是管式加热炉的重要组成部分，用于控制加热温度和物料受热均匀性。

温度控制系统通常包括温度传感器、调节阀、控制仪表等。

二、工作原理管式加热炉的工作原理是利用燃料燃烧产生的高温烟气，通过炉管传导热量，将待加热的物料加热到所需温度。

具体过程如下：1.燃料在燃烧器中燃烧，产生高温烟气。

2.高温烟气通过炉管，将热量传递给炉管内的待加热物料。

3.物料在受热过程中，温度逐渐升高，达到所需的工艺要求。

4.加热后的物料从炉管末端排出，进入下一生产环节。

5.部分高温烟气通过引风机引入空气预热器中，预热燃烧所需的空气。

6.预热后的空气与燃料在燃烧器中混合燃烧，产生高温烟气继续加热物料。

7.高温烟气和物料产生的蒸汽一同从炉管末端排出，进入下一生产环节。

在实际生产过程中，管式加热炉的操作和控制是非常关键的。

为了确保物料的受热均匀性和生产效率，操作人员需要根据工艺要求和实际生产情况进行调整。

例如，可以通过调节燃烧器的火焰大小、改变炉管的进料速度、调整空气预热器的进风量等方式来控制加热炉的工作状态和加热效果。

此外，为了保证加热炉的安全运行和环保达标排放，还需要进行废气处理和热量回收利用等方面的措施。

管式加热炉工作原理

管式加热炉工作原理
管式加热炉是一种常用的加热设备，其工作原理是利用电、燃气或其他加热源将能量转化为热能，通过管道将热能传输到需要加热的物体上。

管式加热炉的加热源可以是电阻加热元件、燃气燃烧器或其他加热设备。

无论是哪种加热源，它们都通过热量的产生将能量输入到加热炉中。

在管式加热炉中，加热源会将产生的热量传输给管道。

管道一般由耐高温材料制成，能够承受高温下的加热。

通过管道，热能能够传输到加热炉内的工作物体上。

在管道中，为了提高热能的传递效率，通常会加装热交换器或采用多管道设计。

热交换器能够增加管道与工作物体之间的接触面积，从而提高热量传递的效率。

当热能传输到工作物体上时，物体的温度开始升高。

在加热过程中，可以通过控制加热源的供热量或调节管道中的流体流速来控制加热速度和温度。

管式加热炉的工作原理简单而直观。

通过控制加热源的供热量和管道中的流体流速，可以实现对物体的精确加热。

这种加热方式广泛应用于工业生产中的许多领域，如金属加工、塑料加工、热处理等。

第四章管式加热炉

圆筒炉
1、结构：
2、特点：辐射锥的作用：使炉管不仅在径向上热强度分布均匀，而且在轴向的热强度也趋于均匀。优点：结构简单、紧凑、占地面积小、投资省、施工快、热损失少。缺点：炉管表面积热强度较其他炉型低；立管用机械除焦也较困难，所以圆筒炉适用于油品的纯加热。
无焰炉
随着炉型的不断改进，炉管的表面热强度和炉管的受热均匀性大为改善，但同一根炉管面像火焰和背对火焰两面受热不均匀，由此就产生了双面辐射加热炉。无焰燃烧炉，即把双面辐射与无焰火嘴相结合的一种新型炉。
1、结构：外形与立式炉相似，炉中间排辐射管，顶部排对流管，两侧炉墙布满火嘴。燃烧气体与空气混合极为完全，再加上耐火砖的催化作用和分化作用，燃烧速度极快，在燃烧器孔道里就完成燃烧的全部过程，因此没有火焰。
2、特点：炉管双面接受辐射，受热比较均匀，辐射管表面热强度大；由于火嘴很多，所以能够灵活地调节各处受热强度；辐射室宽度更窄，炉膛结构紧凑；散热损失小，空气过剩系数小，烟气带走热量少，因此热效率高；处理量比一般炉型大；造价低。只适宜烧气体燃料，使用上受到限制。
求每千克燃料燃烧时所需要的理论空气量？
CH4 组分 %（体） 31 C2H4 3.9 C2H6 21.2 C3H6 10.7 C3H8 11.9 iC4H10 5.6 nC4H10 4.3 C4H8 5.5 C5H12 1.1 H2S 3.6 CO2 1.2
解：
0.0619 n L0 [0.5yH 2 0.5yC O (m )yC m H n 1.5yH 2S y O 2 ] 4 0.06192 31 3 3.9 3.5 21.2 4.5 10.7 5 11.9 6 . 5 5 . 6 6 . 5 4 . 3 6 5 . 5 8 1 . 1 1 . 5 3 . 6 1.52 14.9kg空气/kg燃料