加热炉基础知识

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1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.5管内流速及压降
W G F＝ N F0
GF：管内介质的质量流速，kg/（m2· s） W：管内介质流量，kg/s N：管程数，即炉管路数 F0：一根炉管的流通截面积，m2
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1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.5管内流速及压降
– 油品在炉管内的流速不能太低，否则易使管内 油品结焦而烧坏炉管。因为流速太低时，管内 边界层厚度大，传热慢，管壁温度升高，而且 油品在管内停留时间长。但流速过高又增加了 管内压力降，增加了动力消耗，所以应在合理 的范围内力求提高流速。压力降是判断炉管是 否结焦的一个重要指标。
一般管式炉设计热负荷 MW 炉别
<1 1-2 >2-3 >3-6 >6~12 >12~2 4 >24
转化 炉或 裂解 炉
91
热效 率%
55
65
75
80
84
88
90
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2 加热炉有关参数介绍及计算
• 2.1 燃料的热工性质 • 包括燃料的发热量、空气量、烟气量、烟气组 成、烟气分子量和密度、烟气热焓和比热、理 论燃烧温度等。
实际空气量 L α ＝ 理论空气量 L0
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2.2 过剩空气系数
• 过剩空气系数大小的影响
– 过剩空气系数是影响炉效率的重要指标。 – 过剩空气系数大，入炉空气多：
• 1）影响传热，相对降低炉膛温度； • 2）排烟量大，热损失增加； • 3）烟气氧含量高，炉管表面氧化腐蚀。
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2.2 过剩空气系数
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1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.3炉膛体积发热强度
– 燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉 膛体积发热强度，简称为体积热强度，它表示 单位体积的炉膛在单位时间里燃料燃烧所发出 的热量，一般用kW/m3为单位。 BQl gv＝ V
gv：炉膛体积发热强度，kW/m3； Ql：燃料低热值，kJ/kg燃料； B：燃料用量，kg/s； V：炉膛体积，m3。
• 过剩空气系数大小的影响
– 在保证燃料完全燃烧的前提下，尽量降低过剩 空气系数。 – 过剩空气系数过小：产生化学不完全燃烧，烟 气中有CO、H2、CH4。机械不完全燃烧，排烟 中有炭黑粒子，污染受热面，污染环境。
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圆筒炉
• 优点：
– 炉管自由悬挂或支撑，可自由伸缩，不受自重 的弯曲应力影响； – 管架可安装在炉膛顶的低温处或炉膛外，无需 耐高温管– 占地面积少；容易建设，省投资； – 配件少；外表面积小，热损失小。
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圆筒炉
• 缺点：
– 竖直立管不易清焦； – 存在气液分层问题； – 热效率不如立式炉高。
工艺加热炉基础知识
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主要内容
• 1 加热炉结构和主要技术指标 • 2 加热炉有关参数介绍
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1 加热炉结构和主要指标
• 1.1概述 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。 “管式加热炉”是石油炼制、石油化工和化学、化 纤工业中使用的工艺加热炉，管式加热炉的特征是： 1）被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体或液体。 而且，这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质， 同锅炉加热水或蒸汽相比，危险性大，操作条件要苛 刻得多。 2）加热方式为直接受火式。 3）只烧液体或气体燃料。 4）长周期连续运转，不间断操作。
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大型方炉：
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大型方炉
• 两排炉管把炉膛分成若干小间，每间设置 一或两个大容量高强燃烧器。对流室放到 地面，可几台炉公用对流室。 • 节省占地，便于回收余热，实现炉群集中 排烟，减少大气污染。
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1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.1热负荷
– 加热炉单位时间内向管内介质传递热量的能力 称为热负荷，一般用MW为单位。它表示加热 炉生产能力的大小。 – 加热炉热效率在设计负荷下一般达到最高值， 无论降低还是增加负荷，炉子热效率都会降低。
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1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.2炉膛温度
– 炉膛温度指烟气离开辐射室进入对流室时的温 度。加热炉的炉膛温度不能太高，一般控制在 850℃以下，但不是绝对的。炉膛温度高有利 于辐射传热，但太高后会使炉管热强度高，容 易使炉管结焦和烧坏。此外，进人对流室的烟 气温度也会过高，对流管易烧坏。因此，炉膛 温度是确保加热炉长周期安全运转的一个重要 指标。
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1.2 加热炉的一般结构
• 工艺加热炉一般由辐射室、对流室、燃烧器、余 热回收系统以及通风系统五部分组成。 • 辐射室也称为炉膛，包括燃烧器和风道，炉管和 炉管支撑，耐火衬里等，传热方式主要是热辐射， 全炉热负荷的70%~80%是由辐射室担负的，是全 炉最重要的部分。由于火焰温度很高（可达15001800℃），故不能直接冲刷炉管。火焰离炉管远， 辐射传热量小，所以应尽量减小炉膛体积，节省 投资。
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燃料的发热值
• 燃料的发热值分为高位发热值和低位发热值两种。 • 高位发热值是指每kg燃料完全燃烧后所放出 的热量,此热量包括了燃料燃烧后所产生的水蒸汽 所含有的热量,但在实际锅炉燃烧过程中,水蒸汽不 会凝结放出其热量的,而是随烟气排入大气中无法 使用,故引入了低位发热量，低位发热量是指高位 发热量在扣除了水蒸汽的汽化潜热后的热量,用 Qdw表示,Qdw是锅炉设计和热力计算热效率试验 时的依据。
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1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.1热负荷
Q=WF[eIv+(1-e)IL-Ii]+Q0 Q —加热炉计算总热负荷， kJ/h ； WF—管内介质流量，kg/h e —管内介质在炉出口的汽化率，% Iv —炉出口温度下介质气相热焓，kJ/kg IL —炉出口温度下介质液相热焓，kJ/kg Ii —炉入口温度下介质液相热焓，kJ/kg Q0 —其他热负荷， kJ/h
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立式炉
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圆筒炉：
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圆筒炉：
• 纯辐射式圆筒炉（图1-18、19）：热负荷 非常小，简单便宜。 • 有反射锥的辐射对流型（图1-20）：反射 锥增加炉膛内反射面积，改善受热均匀性， 但反射锥易损坏，造价高。 • 无反射锥的辐射对流型（图1-21）：最广 泛的炉型，制造简单，造价低，放大后炉 膛显得空。
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1.2 加热炉的一般结构
• 辐射室炉墙由耐热层、隔热层和保护层组 成。耐热层除能耐高温，还有再辐射性能， 能将吸收的热量再辐射给炉膛。耐热层有 耐火砖砌筑和耐火衬里两类。尤其是陶瓷 涂料耐火衬里，不仅耐高温、耐振动、有 良好的绝热性，而且辐射系数高，增加了 辐射能力。
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1.2 加热炉的一般结构
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2.1 燃料的热工性质
• 2.1.1燃料油的低发热值
– 燃料的发热量是燃料定温完全燃烧时的热效应，即 最大反应热。 – 燃料油的发热量可按元素组成计算：
Ql＝339C 1030H 109(S O) 25W
20 Ql＝5187410362 d4 230S
Ql：燃料油低热值，kJ/kg； C、H、O、S、W：燃料油中碳、氢、氧、硫和水分 的质量百分数。
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2.1 燃料的热工性质
• 2.1.2燃料气的低发热值
– 燃料气包括H2、CO、H2S和C1~C5烃类气体， 还可能含有N2、O2、CO2、SO2等。燃料气可 近似看作理想气体。 – 燃料气低热值： Ql=∑YiQli 式中 Ql：燃料气低热值， kJ/kg燃料气； Yi：单一气体的重量百分率； Qli：单一气体的低热值， kJ/kg；可由数据 表查得。
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1.2 加热炉的一般结构
• 余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回 收余热的部分。回收方法分为两类，一类采用空 气预热方式回收热量；另一类是采用余热锅炉回 收热量。 • 通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器，并 将废烟气引出炉子，它分为自然通风方式和强制 通风方式两种。 • 其它的附件设备包括炉壳体、钢结构支撑、耐火 衬里、管板箱、火嘴风门、烟囱、挡板、空气预 热器、鼓风机或引风机、仪表、燃料和物料的管 线和阀门，吹扫蒸汽接口等。
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2.1 燃料的热工性质
• 2.1.1燃料油的低发热值
– 燃料油主要有碳和氢两种元素组成，还有硫、氧、 氮等。氧和氮含量很少，可以忽略。可以用燃料油 的相对密度估算其碳和氢的含量：
20 H＝26 15d4
C＝ 100 ( H S )
– H、C、S分别为燃料油中氢、碳、硫的重量百分数， 如含碳86%，则C=86 。
• 对流室包括遮蔽管，对流管，耐火衬里， 管线支撑和挂钩，主要传热方式是对流。 对流室一般担负全炉热负荷的20%~30%， 对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率 越高，为了尽量提高传热效果，对流室多 采用钉头管和翘片管。 • 燃烧器产生热量，是炉子的重要组成部分。 要使火焰不冲刷炉管并实现低氧完全燃烧。
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1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.6热效率
– 热效率表示向炉子提供的能量被有效利用的程 度，其定义可用下式表示：
η ＝ 被加热流体吸收的有效 热量 供给炉子的能量
– 有效吸热量即炉子的热负荷，热效率是衡量燃 料消耗、评价炉子设计和操作水平的重要指标。
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1.4 加热炉的主要技术指标
• 设计规范规定：当燃料中含硫量等于或小于 0.1%，管式炉热效率不应低于下表指标。
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1.4 加热炉的主要技术指标
– ①尽量采用双面受辐射的炉管。②在圆筒炉内， 为减小沿炉管长度的受热不均匀性，要选择合 适的辐射室高径比，同时要选择合适的燃烧器， 使燃烧器的火焰长度与炉管长度不能相差太大， 例如辐射管长为15m ，选用火焰长度为12 13m 的燃烧器，这样炉管上下受热趋向均匀。 ③在立式炉内，有的在炉子侧面采用多喷嘴； 有的在两排喷嘴间加花墙；也有在炉子上部加 喷嘴，以上措施都是为了改善炉管受热均匀。