第六章 辐射传热与管式加热炉2

1、第六节 管式加热炉概述一、管式加热炉在石油加工和石油化一、管式加热炉在石油加工和石油化 工中的重要性工中的重要性 二、加热炉的一般结构二、加热炉的一般结构三、管式加热炉的分类三、管式加热炉的分类四、加热炉的主要工艺指标四、加热炉的主要工艺指标五、管式加热炉的主要部件五、管式加热炉的主要部件一、管式加热炉在石油加工和石油化工中的重要性一、管式加热炉在石油加工和石油化工中的重要性加热温度高、传热速率快加热温度高、传热速率快v火焰温度火焰温度10001000以上，其他加热设备难觅；以上，其他加热设备难觅；v传热速率快；传热速率快；第六节 管式加热炉概述是能耗最大的设备之一是能耗最大的设备之一 v原油

2、处理量的原油处理量的3 315%15%要被作为燃料烧掉要被作为燃料烧掉v比值随着原油的加工深度的加深而增加比值随着原油的加工深度的加深而增加 v常减压炉每天就要烧掉常减压炉每天就要烧掉1010万元左右的燃料万元左右的燃料 v处理量处理量250250万吨万吨/a/a的炼厂炉子每天就要烧掉的炼厂炉子每天就要烧掉250250万万 元左右的燃料元左右的燃料 第六节 管式加热炉概述是控制运转周期及自动化程度的关键设备是控制运转周期及自动化程度的关键设备v高温下的温度测量问题高温下的温度测量问题 v燃料燃烧情况的控制燃料燃烧情况的控制 v燃料燃烧情况和风门开度之间的关系复杂燃料燃烧情况和风门开度之间的关系

3、复杂v“三高一低三高一低”（高处理量、高质量、高效率和低（高处理量、高质量、高效率和低 能耗）及能耗）及“长周期安全运转长周期安全运转” 第六节 管式加热炉概述二、加热炉的一般结构二、加热炉的一般结构1.1.辐射室（炉膛）辐射室（炉膛）位于加热炉的底部位于加热炉的底部主要传热方式：辐射主要传热方式：辐射传热份额：传热份额：707080%80%加热炉的主要部位加热炉的主要部位第六节 管式加热炉概述2.2.对流室对流室位于辐射室的上部位于辐射室的上部主要传热方式：对流主要传热方式：对流传热份额：传热份额：202030%30%增加加热炉热效率的增加加热炉热效率的主要部位主要部位第六节 管式加热炉概述

4、3.3.燃烧器（火嘴）燃烧器（火嘴）燃料在其中燃烧放出燃料在其中燃烧放出热量热量决定炉子性能的部件决定炉子性能的部件多个火嘴应注意分布多个火嘴应注意分布合理性合理性圆筒炉中应杜绝两个圆筒炉中应杜绝两个火嘴出现火嘴出现第六节 管式加热炉概述4.4.通风系统通风系统作用：将空气引入加热炉中作用：将空气引入加热炉中 将烟气排放出炉体将烟气排放出炉体 高空排放减少地面污染高空排放减少地面污染分类：分类：强制通风强制通风自然通风自然通风利用外部气体输送机械鼓风利用外部气体输送机械鼓风一般炉膛内微正压一般炉膛内微正压利用利用烟囱产生抽力实现引入空气烟囱产生抽力实现引入空气和排除烟气和排除烟气炉膛内负压炉膛

5、内负压第六节 管式加热炉概述烟囱挡板：调节烟气排出量和空气入炉量烟囱挡板：调节烟气排出量和空气入炉量第六节 管式加热炉概述5.5.余热回收系统余热回收系统作用：回收出对流室烟气中高品位热量，作用：回收出对流室烟气中高品位热量， 提高炉子热效率提高炉子热效率分类：分类：空气预热器空气预热器废热锅炉废热锅炉第六节 管式加热炉概述三、管式加热炉的分类三、管式加热炉的分类按用途分：纯加热炉、加热反应炉按用途分：纯加热炉、加热反应炉 纯加热炉如常压炉、减压炉、催化裂化炉纯加热炉如常压炉、减压炉、催化裂化炉 加热反应炉如裂解炉和焦化炉加热反应炉如裂解炉和焦化炉按传热方式分：纯对流炉、辐射炉、对流辐射炉按传

6、热方式分：纯对流炉、辐射炉、对流辐射炉按燃烧方式分：火炬式、无焰燃烧炉按燃烧方式分：火炬式、无焰燃烧炉按炉型分：箱式炉、立式炉、圆筒炉按炉型分：箱式炉、立式炉、圆筒炉 第六节 管式加热炉概述1.1.箱式炉箱式炉纯 对 流 式 加 热 炉优点：操作和维修简单；优点：操作和维修简单； 可使用低质量的燃料油；可使用低质量的燃料油；缺点：钢材耗量多；占地面积缺点：钢材耗量多；占地面积 大；造价较高；炉管受大；造价较高；炉管受 热不均；靠近火墙顶部热不均；靠近火墙顶部 的炉管因局部过热易烧的炉管因局部过热易烧 毁；需在炉外另设烟囱毁；需在炉外另设烟囱 等。等。第六节 管式加热炉概述2.2.斜顶炉斜顶炉1

7、23675421有 斜 拱 顶 的 双 室 炉油品进口气体通往烟囱油品出口底 部 排 管7 对 流 室5,61 火 嘴2 3， 4 顶 部 排 管比方箱炉减少了比方箱炉减少了死角，炉管表面热强死角，炉管表面热强度略有提高，应用范度略有提高，应用范围比放箱炉广，至今围比放箱炉广，至今在中、小化工厂中还在中、小化工厂中还有采用。有采用。第六节 管式加热炉概述3.3.立式炉立式炉v立管立式炉立管立式炉v卧管立式炉卧管立式炉v无焰燃烧炉无焰燃烧炉第六节 管式加热炉概述特点：特点：火焰垂直向上，与烟气流动方向相同，连成片火焰垂直向上，与烟气流动方向相同，连成片状燃烧，传热比较均匀；状燃烧，传热比较均匀；

8、烟气向下流动的对流室改为向上抽风式，阻力烟气向下流动的对流室改为向上抽风式，阻力损失小，大大降低了烟囱高度，切无需在炉体外损失小，大大降低了烟囱高度，切无需在炉体外另行建设；另行建设；取消炉顶吊挂，使结构简化，造价降低。取消炉顶吊挂，使结构简化，造价降低。第六节 管式加热炉概述4.4.圆筒炉圆筒炉有反射锥的圆筒炉有反射锥的圆筒炉无反射锥的圆筒炉无反射锥的圆筒炉大型圆筒炉大型圆筒炉第六节 管式加热炉概述优点：结构简单紧凑，占地面积小，优点：结构简单紧凑，占地面积小， 金属耗量少，便于建造维修；金属耗量少，便于建造维修；缺点：炉管沿长度受热不均，缺点：炉管沿长度受热不均， 炉管表面热强度不高，炉管

9、表面热强度不高， 对流室较小，热效率低。对流室较小，热效率低。第六节 管式加热炉概述四、加热炉的主要工艺指标四、加热炉的主要工艺指标1.1.全炉热负荷全炉热负荷Q Q炉子单位时间内传给被加热物料的总热量，以炉子单位时间内传给被加热物料的总热量，以Q Q表示，单位为表示，单位为kJ/hkJ/h或或W W、MWMW；Q Q值越大，炉子的生产能力也越大值越大，炉子的生产能力也越大 第六节 管式加热炉概述2.2.炉膛体积热强度炉膛体积热强度q qV V v指单位时间单位炉膛体积所传递的热量指单位时间单位炉膛体积所传递的热量v单位为：单位为：kJ/(mkJ/(m3 3h)h)或或W/mW/m3 3 v此

10、值越大，完成相同任务所需的炉子越紧凑此值越大，完成相同任务所需的炉子越紧凑v一般情况下控制在一般情况下控制在3kW/m3kW/m3 3左右，不易过大左右，不易过大第六节 管式加热炉概述3.3.炉管表面热强度炉管表面热强度q qA A v单位面积（按炉管外径计算）炉管，单位时间内所传单位面积（按炉管外径计算）炉管，单位时间内所传 递的热量；单位为：递的热量；单位为：kW/mkW/m2 2 v可分为辐射炉管表面热强度和对流炉管表面热强度可分为辐射炉管表面热强度和对流炉管表面热强度v钉头管或翅片管的对流表面热强度习惯上仍然使用管钉头管或翅片管的对流表面热强度习惯上仍然使用管 外表面面积（即外表面面积

11、（即ddo oL L），而不计算钉头或翅片本身），而不计算钉头或翅片本身 的表面面积的表面面积v此值越大，完成相同的传热任务所需的传热面越小此值越大，完成相同的传热任务所需的传热面越小第六节 管式加热炉概述4.4.全炉热效率全炉热效率 v炉子传递给被加热物料的炉子传递给被加热物料的 有效热量与燃料完全燃烧有效热量与燃料完全燃烧 所放出的总热量之比所放出的总热量之比v小型炉效率约在小型炉效率约在707080%80%，大型炉效率约在大型炉效率约在90%90%左右左右 v此值越高，完成相同任务此值越高，完成相同任务 所消耗的燃料越少所消耗的燃料越少第六节 管式加热炉概述5.5.管内冷介质流速和全炉压

12、降管内冷介质流速和全炉压降将将2020情况下，被加热介质在炉管内的流速，情况下，被加热介质在炉管内的流速，称为冷介质流速称为冷介质流速常压炉的全炉压降一般为常压炉的全炉压降一般为0.6860.6861.47MPa(71.47MPa(715at)15at)减压炉的全炉压降一般为减压炉的全炉压降一般为0.2940.2940.588MPa(30.588MPa(36at) 6at) 第六节 管式加热炉概述五、管式加热炉的主要部件五、管式加热炉的主要部件1.1.炉体炉体(1)(1)炉墙炉墙炉墙结构耐火砖耐火混凝土陶瓷纤维衬里耐火层珍珠岩硅藻土保温层（隔热层）钢板6080普通砖保护层炉墙第六节 管式加热炉

13、概述第六节 管式加热炉概述(2)(2)钢架钢架钢架的作用在于保持炉形和支撑炉子各系统钢架的作用在于保持炉形和支撑炉子各系统足够的强度，结构简单足够的强度，结构简单节省钢材，便于操作和检修节省钢材，便于操作和检修第六节 管式加热炉概述第六节 管式加热炉概述2. 2. 炉管系统炉管系统(1)(1)辐射炉管辐射炉管a.a.炉管材质的选择炉管材质的选择传热性能好；传热性能好；在一般管壁厚度下，具有较高的机械强度；耐腐蚀；在一般管壁厚度下，具有较高的机械强度；耐腐蚀；能够实现长时间安全运转的要求；能够实现长时间安全运转的要求；10#10#、20#20#优质钢、优质钢、Cr5MoCr5Mo、1Cr18Ni

14、9Ti1Cr18Ni9Ti合金钢等；合金钢等；其中以其中以20#20#优质钢应用较多。优质钢应用较多。第六节 管式加热炉概述b.b.管径的选择管径的选择v若管径过大，传热不良，管壁温度升高，油品易结焦；若管径过大，传热不良，管壁温度升高，油品易结焦； v若管径过小，油品在管内流动速度过大，造成过多的阻若管径过小，油品在管内流动速度过大，造成过多的阻力损失；力损失；v外径在外径在6060152mm152mm之间；之间；v最常见的范围是最常见的范围是100100150mm150mm。第六节 管式加热炉概述c.c.炉管长度的选择炉管长度的选择v管式炉炉管一般在管式炉炉管一般在7 78m8m之间；之间

15、；v有加长趋势，有采用有加长趋势，有采用151518m18m炉管长度的实例。炉管长度的实例。 第六节 管式加热炉概述d.d.炉管的支撑与安装炉管的支撑与安装管架管架底部支撑底部支撑 U U型螺栓吊柱型螺栓吊柱第六节 管式加热炉概述(2)(2)对流炉管对流炉管一般水平（卧管）安装一般水平（卧管）安装等腰三角形排列等腰三角形排列第六节 管式加热炉概述对流炉管型式对流炉管型式钉头管钉头管翅片管翅片管第六节 管式加热炉概述(3)(3)炉管连接件炉管连接件180180急弯弯头急弯弯头高压同心异径管高压同心异径管高压无缝三通高压无缝三通第六节 管式加热炉概述3.3.燃烧器燃烧器燃烧器的分类燃烧器的分类:

16、:按使用燃料分按使用燃料分按通风方式分按通风方式分 自然通风自然通风强制通风强制通风气体火嘴气体火嘴油火嘴油火嘴油油- -气联合火嘴气联合火嘴第六节 管式加热炉概述(1)(1)气体火嘴气体火嘴预混式预混式外混式外混式半预混式半预混式第六节 管式加热炉概述各种气体火嘴的性能比较：各种气体火嘴的性能比较：火嘴型式火嘴型式火火 焰焰 特特 征征 主主 要要 优优 点点 主主 要要 缺缺 点点预混式火嘴预混式火嘴短 而 刚 直 强短 而 刚 直 强劲；强度大劲；强度大过剩空气系数小过剩空气系数小燃烧速度快燃烧速度快结构复杂结构复杂对燃料要求高，易回对燃料要求高，易回火火外混式火嘴外混式火嘴长而飘，长而

17、飘，强度小强度小对燃料适应性好，对燃料适应性好，燃烧稳定，结构简单燃烧稳定，结构简单无回火问题。无回火问题。火焰强度小，燃烧慢火焰强度小，燃烧慢过剩空气系数大过剩空气系数大半 预 混 式 火半 预 混 式 火嘴嘴内外两个内外两个 火焰火焰介于二者之间，介于二者之间，兼有前两种火嘴特性兼有前两种火嘴特性介于二者之间，介于二者之间，兼有前两种火嘴缺点兼有前两种火嘴缺点第六节 管式加热炉概述蒸汽雾化：采用蒸汽作为雾化剂蒸汽雾化：采用蒸汽作为雾化剂(2)(2)油火嘴油火嘴第六节 管式加热炉概述优点：雾化效果好，火焰刚直有力，生产能力大，优点：雾化效果好，火焰刚直有力，生产能力大，加热负荷调节范围广加热

18、负荷调节范围广缺点：蒸汽消耗量大，蒸汽不能回收，加重了供缺点：蒸汽消耗量大，蒸汽不能回收，加重了供水系统的负担，在雾化过程中，伴有强烈水系统的负担，在雾化过程中，伴有强烈的噪声的噪声雾化蒸汽的压力一般在雾化蒸汽的压力一般在4 48kgf/cm8kgf/cm2 2 第六节 管式加热炉概述机械雾化机械雾化 使高压燃料油通过喷嘴的切向槽和旋流室，以很大使高压燃料油通过喷嘴的切向槽和旋流室，以很大的流速经小孔喷出使燃料雾化的方式的流速经小孔喷出使燃料雾化的方式第六节 管式加热炉概述优点：不需要雾化剂，成本低，噪声小优点：不需要雾化剂，成本低，噪声小缺点：但部件结构复杂，雾化效果差缺点：但部件结构复杂，雾化效果差一般用于锅炉燃料的雾化