加热炉基础知识B教材

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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
– 炉膛大小对燃料燃烧的稳定性有影响,如果炉 膛体积过小,则燃烧空间不够,火焰容易舔到 炉管和管架上,炉膛温度也高,不利于长周期 安全运行,因此炉膛体积发热强度不允许过大, 一般控制在燃油时小于125 kW/m3,燃气时小 于165 kW/m3。
焦化装置使用 ),催化重整装置多使用环形管立式炉 (图1-13/14)。立管立式炉(图1-15),无焰燃烧炉 (图1-16)
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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。
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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。
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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
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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
GF= W 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。
• 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
• 1.4.2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。
炉别
<1
一般管式炉设计热负荷 MW
转化 炉或
1-2
>2-3
>3-6
>6~12
>12~2 4
裂解 >24 炉
热效
率% 55 65 75 80 84
88
90
91
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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。
• 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
• 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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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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1.2 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
Ql=51874
10362
ຫໍສະໝຸດ Baidu
d
20 4
230 S
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
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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1.3 加热炉的种类
• 加热炉按外形大致分为:箱式炉、立式炉、圆筒 炉、大型方炉。这种划分法是按辐射室的外观形 状,而与对流室无关。
• 加热炉按用途分为: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。
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1.3 加热炉的种类
箱式炉:
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• 立式炉:由较早的方箱炉发展改进而来。 • 底烧横管式(图1-11),附墙火焰式(图1-12)(加氢、
L0i :单一气体的理论空气量,kg空气/kg燃料
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2.2 过剩空气系数
• 燃料在燃烧时需要氧气,在空气中氧气体积约占21 %, 氮气约占79 %,所以燃料在燃烧时需要供给空气。1kg 燃 料油在燃烧时所需理论空气量(α=1)约为14.2kg (11Nm3)。在实际的加热炉中,由于从燃烧器进入的空
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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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2.1 燃料的热工性质
• 2.1.3理论空气量的计算 • 燃料油理论空气量:
L0=2.67C 8H S O 23.0
L0=17.48
3.45d
20 4
0.072
S
L0:理论空气量,kg空气/kg燃料
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2.1 燃料的热工性质
• 2.1.3理论空气量的计算
– 燃料气的理论空气量: L0 = ∑YiL0i
气不可能全部都参与燃烧,另外,也由于从炉子其他不密
封处漏入了空气,所以实际进入炉内的空气量总是比理论 空气量多,前者与后者之比叫做过剩空气系数,即:
α= 实际空气量 理论空气量
L 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:
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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:
H=26 15d420 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 。
• 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
• 1.4.1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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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。 gv= BQl V
gv:炉膛体积发热强度,kW/m3; B:燃料用量,kg/s; Ql:燃料低热值,kJ/kg燃料; V:炉膛体积,m3。
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α 29 O2 [CO2 / 44 (H 2O W ) /18 SO2 / 64 N 2 / 28] 1 (21 O2) L0
2.2 过剩空气系数
• 过剩空气系数的确定
α 29 O2 [CO2 / 44 (H 2O W ) /18 SO2 / 64 N 2 / 28] 1 (21 O2) L0
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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。
• α —— 空气系数 • O2 ——烟气氧含量,%; • CO2—— 二氧化碳生成量,kg/kg燃料; • H2O —— 液态水或汽生成量,kg/kg燃料 • W —— 雾化蒸汽量,kg/kg燃料; • SO2—— 二氧化硫生成量,kg/kg燃料; • N2——氮生成量,kg/kg燃料 • L0——理论空气量,kg/kg燃料。
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1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.4炉管表面热强度
– 炉管每单位表面积(一般按炉管外径计算表面积)、 每单位时间内所传递的热量称为炉管的表面热强度, 也称为热通量或热流率,单位为W/m2。
– 炉管表面热强度越高,在一定热负荷下,所需要的炉 管就越少,炉子体积可减小,投资可以降低,所以要 尽可能地提高炉管的表面热强度。但是,提高炉管的 表面热强度也受到一定的限制。为了使辐射炉管表面 热强度比较均匀,一般可以采用以一下方法:
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。
• 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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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 耐高温管架材料;
– 火焰与炉管距离相等,同一水平面受热均匀; – 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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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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