管式炉加热系数

1、管式加热炉节能宁波市方圆工业炉技术开发有限公司李飞目录一.        管式加热炉的回顾        1二.        管式炉热力计算的理论基础:        11.        辐射-对流-热传导基本理论        12.        LOBO-EVANS法     

2、  2三.        加热炉的节能        31.        工艺节能        32.        优化加热炉的设计方案，设计节能        32.1.        加热炉系统的总体布局        32.2.    &

3、#160;   余热回收利用方案：        52.3.        炉型的差别对能量利用的影响        63.        应用成熟可靠的设备，设备节能        103.1.        炉衬材料对加热炉热效率的影响        103.2.     

4、  金属表面温度对加热炉效率的影响        103.3.        总结        144.        加热炉在操作中的节能        145.        其它的几种节能手段：        175.1.        利用工艺废气做为加热炉的

5、燃料        175.2.        利用工艺废热：        175.3.        不完全再生催化装置中的CO焚烧炉的节能        185.4.        降低其它消耗节能        205.5.        挖掘现有加热炉的操作潜力节能&#

6、160;       215.6.        装置扩能加热炉规划        23四.        如何使用好热管        251.        工业上应用的热管的优点        252.        工业上应用的热管的缺点      &

7、#160; 253.        安全地使用热管，提高热管寿命        273.1.        高温段的防护        273.2.        对热管进行低温防护        274.        提高在线运行热管的使用效果        285.

8、0;       燃油加热炉的热管预热器的问题        30五.        燃气轮机加热炉联合系统方案        311.        基础资料        312.        联合系统的组成        323.       

9、; 燃烧及排气计算结果        334.        联合系统中加热炉的操作参数及与单独加热炉的比较        335.        联合系统投资估算        346.        经济评价        347.        联合系统技术分析 

10、       358.        联合系统的技术分析        359.        经济分析        3610.        结论        36六.        我国管式炉的现状及对策        361. 

11、      设计规范不完善        362.        管式炉的制造以现场为主        373.        方案对比不充分        374.        炉膛温度800的限制        375.        新技术的

12、应用        376.        加热炉的配件供应商的技术水平有待提高        37七.        思考题：        37一.        管式加热炉的回顾随着工业化的发展，石油作为重要的能源形式，带动了石油炼制、石油化工等整个石化行业的发展。到目前为止，石化行业都已经世界经济中一个举足轻重的部门。在这些行业中，目前主要使用的工艺

13、介质加热炉是管式炉，它具有以下主要特点: l       由于在管内流动,故被加热介质仅限于气体和液体.通常这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质,具有较大的危险性，操作条件比较苛刻。     l   加热方式主要为直接式.        燃料为液体或气体.l       l 运转周期长，连续不间断操作.石化行业最初的介质加热设备是具有相当不安全隐患的间歇式操作的“釜式蒸锅”，管式加热炉的出现，开创了“连续安全管式蒸馏”的新时代，这也

14、使得大规模、超大规模石化企业的出现成为可能，因此可以说，管式加热炉具有化时代的意义。炼油工业采用管式加热炉始于上一世纪初，经历了以下几个主要阶段： l       堆形炉它参考釜式蒸锅的原理。吸热面为一组管束，管子间的联接弯头也置于炉中，由于燃烧器直接装在管束下方，因此炉子各排管子的受热强度不均匀，当最底一排管受热强度高达50000-70000kcal/m2.h，最顶排管子却不到800-1000cal/m2.h，因此底排管常常烧穿,管间联接弯头也易松漏引起火灾。 l       纯对流炉，当时认为是因为辐射热太强了

15、，于是改为用纯对流炉。全部炉管都装在对流室内，用隔墙把对流室与燃烧室分开，避免炉管受到火焰的直接冲刷。然而，操作中又发现对流室顶排管经常烧坏，而且炉管受热仍然很不均匀。这是因为高温燃烧烟气在进入对流一之前未能和一个吸热面换热，在对流室入口处温度高达1000多之故。 l       辐射对流炉，后来人们发现。在燃烧室内安装一些炉管，一方面可取走部分热量降低烟气温度，解决对流室顶管的过热烧坏问题；同时可利用高温辐射传热强度大的特点，节省上炉管，缩小炉子体积。这样，具有辐射室和对流室的管式加热炉开始出现了，其初期代表为箱式炉。目前管式加热炉技术发展很快,它对于

16、石油炼制和化工工艺的进步起到了很大的推动作用。可以毫不夸张地说，管式加热炉几乎参与了各类工艺过程。尤其在制造乙烯氢气氨等工艺过程中，它成为进行裂解或转化反应的心脏设备，支配着整个工厂或装置的产品质量产品收率能耗和操作服役期等。因此，认真总结加热炉的设计，计算和操作，维修经验就显得十分必要了。二.        管式炉热力计算的理论基础:管式炉的所有热力计算均由经典传热理论支撑,只是由于近年来计算手段的丰富出现了很多数值计算方法,但其核心仍是辐射-对流-热传导基本理论。1.        辐射-对流-热传导基本理论&

17、#160;       辐射传热：q=C（T1/100）4-（T2/100）4l        对流传热:l q=t        热 传 导: q=t/         (q=t/Ri-l Ri=/)对于多层结构有如下的关系: q=t/Ri-Ri=/+1/加热炉的所有传热和这三个过程是密不可分的，但是在某些部位其中的一种传热过程起主要做用，这样就把炉子分为了辐射室和对流室，无论是辐射还是对流，都是通过热传导将热量从管表面传向管内的。 

18、       加热炉的传热虽然是以上三种方法进行的（经典理论方法），但是在实际加热炉这一复杂系统中需要做大量的计算模型简化才能应用以上方法，简化条件不同，就得到了不同的模型，这样对加热炉的传热计算就出现了各种不同方法。下面简单的介绍一下加热炉中最常见的计算模型Lobo-Evans法：2.        Lobo-Evans法Lobo和Evans认为：辐射室中高温的火焰及烟气，在单位时间内传给辐射管的热量是由两部分组成的，一部分是火焰及烟气以辐射方式传给炉管的，它包括火焰及烟气以直接辐射的方式传给炉管的热量以及火焰及烟气通过反

19、射墙间接传给炉的的热量；另一部分是烟气以对流的方式传炉管的。Lobo-Evans法的实质是一个气体，一个受热面和一个反射面的传热模型，它有四个基本假设： l       整个辐射室中，气体只有一个温度，它是辐射传热的热源；        吸热面只有一个温度，反射面也只有一个温度；l       l 反射面是指这样的表面，当辐射能投射到这种表面时，它被表面全部反射出来；       l 烟气为灰气休，吸热面为灰表面。Lobo-Evans法

20、是上世纪三十年代出现的方法，到目前为止，绝大多数的加热炉采用这种方法计算，目前使用的Lobo-Evans法是经过改进的方法，随着计算机的普及应用，将该方法由图解法改为数值计算方法：辐射传热： Ø       其传热速率方程如为：QR=4.93AcpF(Tg/100)4-（Tw/100）4+hrc Ar(T1-T2)       Ø 热平衡方程：QR=B*QL-QTg-Qq对流传热：加热炉的对流传热也是传热的重要组成部分，应用对流的目的是回收辐射烟气的余热。在对流室，辐射的做用相对较小，计算对流传

21、热主要是计算对流传热系数。对流传热系数可以通过努塞尔数、雷诺数，普兰特数来确定：下面是烟气垂直流过裸管束的对流传热系数：ho=0.33Cg/Do(Do*Gg/g)0.6(Cg*g/kg)0.8        这里仅是外膜传热系数,还要考虑外垢热阻：                1/ho*=1/ho+Ri                        (ho

22、*= ho /(1+ho*Ri)由此可以看出,热阻对传热影响是非常大的，下面有例子说明热阻对传热的影响。上面的传热公式是以光管为基础的，在实际应用中，为了强化对流传热，对流室一般均有强化措施，如钉头管和翅片管。钉头管和翅片管统称为扩大表面管，其传热性能可以从肋脊传热导出。对于加热炉来说对扩面管的计算表述与锅炉有所不同，管式炉的习惯上采用扩面管后，其传热面积仍以光管为基础，因此其传热系数较大。但是锅炉上习惯将所有的扩大表面均做为传热基础，而传热系数较小，这仅是表述的差别，其结果是一样的。对流传热的总传热系数还与管内膜传热系数有关（实际上还与管壁的导热有关，但由于导热的温降很小，一般均略去），其总

23、的传热系数如下：K=ho* hi*/( ho* +hi*)对于大多数加热炉来说，其管内膜传热系数均相对较大，但是对于一些管内为汽相，特别是管内的汽相流速和密度不高，这样管内膜传热系数就对总传热系数影响较大。比如空气预热器。下面有例子论述预热器的传热系数。除Lobo-Evans法外,还有别洛康法,区域法,蒙特卡洛法等等,三.        加热炉的节能加热炉是炼油厂的耗能大户,一般装置里,加热炉的能耗占装置能耗的70%以上,所以降低加热炉的能耗是装置节能的重要手段之一。节能是一个技术经济综合问题，如果单纯从技术角度上来说，完全应用五十年前的技术也可以把加热

24、炉的能耗降下来，但是经济上是不合理的。所以在技术发展的不同时期，对加热炉的能耗要求也是不一样的。加热炉的节能一般来说有以下几个方面： l       工艺节能；        优化加热炉的设计方案，设计节能；l        应用成熟可靠的设备，设备节能；l       l 提高加热炉的控制水平，使设备长期在高效率下工作节能；        操作和l管理节能；1.   

25、60;   工艺节能以往一提到加热炉的节能，大家自然都想到的是提高加热炉的效率。提高效率确实可以节能，但是节能的根本目的是节约燃料，节约燃料有多种途径，工艺上节能是根本。就以我们现在的常减压装置来说，从以住的湿式减压到现在的干式减压，应用先进的网络设计方法，提高换热终温等，加热炉的有效负荷大幅度下降。对于大型装置，装置之间的热联合，采用大型加热炉集中供热等都可以有效的降低燃料消耗。燃气轮机与加热炉联合（后面有一示例专门论述），焚烧工艺废气做为加热炉的有效热量，利用工艺废热，减少加热炉的电、汽、气消耗等，这些手段的节能效果通常是其它的节能措施不可比拟的。2.   

26、    优化加热炉的设计方案，设计节能单纯从加热炉来说，在加热炉的设计阶段，是节能的最重要的环节。设计方案的合理是能量合理利用的基础。这里的设计方案包括总体方案和局部方案。对于整体方案来说有加热炉系统的总体布局和被加热介质的分配及余热回收利用方案等。下面分别举例论述：2.1.        加热炉系统的总体布局下面一个例子看一下总体布局的影响这是一家国外工程公司为我国一家大型企业在二十年前设计的二套联合装置的布置图，在总长二百五十米的炉区仅布置一个独立烟囱，二套装置共有十三台加热炉，在原来没有设余热回收设施，整个炉区燃料消耗量为40t

27、/h标油。现图上的二个余热回收设施是我们新做的方案。这二套装置的十三台加热炉仅用二套余热回收设施就可以将烟气完全回收。对于同样规模的国内设计的联合装置的加热炉区，仅八十米的烟囱就有四个。每台炉子均有余热回收，这样地面有风机十几台，各种型式的预热器散布在地面上，不但能耗高，即便是操作和管理也复杂。因此，在炉区设计之初的方案规划是极为重要的。2.2.        余热回收利用方案：对于一些大型装置，炉效率无疑是极为重要的，但是用什么方式回收余热，其经济性的差别是相当大的，例如：一台120×104t/a的重整装置的四合一加热炉；这是一台90MW的四

28、合一重整加热炉，其辐射段加热工艺介质，对流室发生蒸汽，蒸汽发生系统采用强制循环，对流室的有效负荷为28MW产中压蒸汽35t/h。这是UOP公司的常规做法。基本上国内采用UOP的技术（也包括IFP公司）均为对流室强制循环产汽，这样做确实是把加热炉的热效率提高了，基本上这样的加热炉其排烟温度可以稳定的控制在170以下。但是，这样的加热炉烧是的燃料气，相当于用燃料气来产中压汽，这在经济上是不合理的，第一，产汽量小。第二产汽的品位中等。第三，采用强制循环，系统复杂。而在燃煤锅炉上，产相同汽的燃料价格仅为用燃料气产汽的一半；两者相比，其年费用增加在1500万左右。所以，从炉型上来说，这种形式并不是最经济

29、的。在制氢转化炉上也同样存在这种情况，在以往的转化炉上，燃料产生的热量在完成转化加热后，还剩余大量的余热，这部分热量被用来产中压蒸汽，装置产的中压蒸汽仅有一部分被用来转化反应，其余部分外输。这样的转化炉，其热效率也是极高的，但是其经济性并不看好。目前国外的转化炉，均增加了预转化部分，这样吸收了一部分热量，然后仅产装置自用中压蒸汽，其余的热量全部用来预热空气。转化炉的空气预热温度达到了500以上。2.3.        炉型的差别对能量利用的影响对于加热同样的介质，采用不同的炉型，其热效率也是有差别的，特别是对于大型加热炉，每一个百分点的热效率差别，其年效

30、益的差别均在100万元以上。所以，大型加热炉的方案应进行充分的对比。例一（方案）：一个1000×104t/a常减压装置的两种设计方案的差别：方案一（某厂现有装置，简单叙述）方案二;从这二个方案可以看出，第一方案的占地较大,由于所有炉管均沿墙敷设，所以炉墙面积较大。与方案二相比，其占地大一倍，炉墙散热面积大一倍。带有余热回收的加热炉其全炉散热损失一般为全炉总供热的3%。如果为了保持两种方案的散热相同，由于散热面积的不同，我们来看一下其炉墙厚度的差别；两种方案的炉膛温度相同，采用相同的炉衬材料（为方便计算，这里的炉衬用单层）。 n       方案

31、一的总散热量为：1A1T/(b1/+1/)       n 方案二的总散热量为：2A2T/(b2/+1/)由于A12A2令二式相等简化后有：b1=2b2/由于炉衬的导热系数与外壁对流传热系数相比是一个小量。所以可以近似的认为，如果为了保持两炉的散热损失相同，则方案一要比方案二的炉衬厚度大一倍。而实际工程上，这是不可能的。工程上的炉衬厚度通常是按外壁温度来设计的。所以说，如果方案二的全炉散热损失为3%的话，那么方案一的全炉散热损失将达到5%6%。对于1000×104t/a常减压装置，仅此一项全年的燃料费用将增加500万元。以上的分析仅仅是对用能来

32、考虑的，如果再把占地和投资综合考虑，那么方案一无论是从一次投资和长期操作费用均不占有优势。上面的几个例子说明了设计方面对节能的重要性，下面看一下设备对节能的做用：例一（已经投用）：国内某炼厂55×104t/a烷基歧化转移装置：该装置全部需要加热炉加热的介质为6种（含过热蒸汽），加热炉为四合一加热炉，共用一个对流室、一套余热回收系统和一个烟囱，总设计热负荷约为110MW，与多个单炉设计相比，具有一下特点： l       具有炉墙面积小，散热损失小        余热回收系统简单可靠且散热损失小l 

33、;       烟囱个数少l       l 占地面积小       l 投资省该加热炉现已建成投用，目前排烟温度稳定在140左右（设计值）。3.        应用成熟可靠的设备，设备节能        进行了设计方案的优化以后，要通过选择可靠的设备来实现节能的目的。对于工业炉来说，并没有什么先进技术与落后技术之分，加热炉的新材料和新设备的应用其主要是经济性决定的。近年来，随着装置的大型化，加热炉的负荷越

34、来越大。例如一台操作负荷一亿大卡的加热炉。燃料消耗约为10t/h以上，因此效率对该这样的加热炉是至关重要的。其回收的烟气余热相当于数十台中小型加热炉之和。提高大型加热炉的效率对全厂能耗水平的降低贡献极大。下面我们还是以一个大型装置的加热炉来说明加热炉提高效率的措施。3.1.        炉衬材料对加热炉热效率的影响对于炉衬材料来说，由于石油化工厂的加热炉是连续性操作的加热炉，其节能效果有限。但是轻质材料在热处理行业的节能效果是非常显著的，一般来说，象耐火纤维一类的轻质材料应用在热处理炉上，其节能效果可达30%以上。这是因为，热处理炉为间断操作，炉衬的蓄

35、热占总供热的相当份额。而管式炉的蓄热在一个周期所占的份额微乎其微。所以我们这里不讨论炉衬的节能效果。3.2.        金属表面温度对加热炉效率的影响烟气尾部的露点腐蚀是制约提高热效率的主要因素。露点限制了金属表面温度，计算露点的方法有几十种方法，但其均有不同的适用性，对于规范推荐的金属表面温度如图：对于硫含量在0.5%燃料来说，其金属允许使用温度为135。对于要求160排烟的加热炉来说，在空气器的入口端的金属表面温度为90左右，这样末端不加防护措施是不能保证余热回收系统的正常工作的。对于常减压装置来说，一般来说,加热炉出对流室的烟气温度为35040

36、0(大部分加热炉也是这样)，其空气预热温度为250，这样高温端的金属温度将超过300。对于这样高的温度，高温端的防护也是应该重视的，这对我们常规使用热管提出了较高的要求，如采用水基介质，其饱和蒸汽压超过8Mpa，且不论这样高的压力对于薄壁管承压困难，就长期的蒸发和冷凝将很快产后不凝气，一但高温段不能使用，将产生链式反应，失效将逐级的向低温段传递。当然，高温段的问题不难解决，这里仅讨论低温防护的问题。美国石油学会标准API 560一般炼油装置用火焰加热炉中对烟气尾部的抗露点措施提出了以下几种解决方案：        冷空气走旁路；l   

37、;    l 冷空气进预热器前先预热；        热空气循环；l        采用低合金耐蚀钢；l       l 采用有搪瓷层的传热表面。a. 冷空气走傍路：对于大型常减压加热炉来说，如果采用冷空气走傍路的方案，这是不合理的。任何冷空气走傍路都将牺牲效率。而如此大型的加热炉，为避开露点而空气走傍路其一年的损失都在几百万元以上。b. 冷空气进预热器前进行预热：这是一个对大型加热炉有应用前景的方案，对于该种方式，API 560规范提出了几种可行的预热介

38、质：1. 工艺物流：2. 低压泛气：3. 低温水：利用工艺物流废热对空气进行预热:最有效益的是利用工艺废热。如装置有需要空冷的废热采用这种方式的节能是多重的。第一，可以节省空冷的电耗，第二，工艺废热是直接作为有效热供给加热炉，其节能效果显著，通常可以将加热炉的燃料消耗降低2%。第三，它可延长余热回收设备的使用时间，使得余热回收设备的效益时间延长。但是它不能提高加热炉的热效率，系统复杂，有时可能还降低了加热炉的热效率。作为表述它仅是提高了燃料的利用率。低压泛汽和低温水对空气进行预热：这要视系统是否有过剩的低压泛汽和120以上的水并且要能保证其来源稳定，对于目前的装置来说，通常是不易实现的。c.

39、热空气循环：本炉燃烧用空气量14X104m3n/h，采用热风循环将空气温度提到80以上，其循环空气量将达7X104m3n/h。这将给风机造成很大的压力，同时将大幅度增加风机电耗，而常规鼓风机的介质最高使用温度限制为80,又使得热风循环难以实现。如果采用高温风机，从投资和使用的可靠性上也是不合适的。d. 采用低合金耐蚀钢：这是一个世界性的难题，到目前为止还没有找出一种可以有效抗低温露点腐蚀的低合金钢。目前应用较多的09CrCuSb其抗硫酸性能在实验室条件下也只是碳钢的四到五倍，工业应用情况下通常是碳钢的三倍。而一旦进入露点，对于10mm壁厚碳钢也只能有两个月的寿命，大量的使用实践验证了这个事实。

40、进入露点的ND钢，其使用寿命均在半年左右。而对石化连续运行的加热炉，这个寿命显然是不能满足要求的。当然，在大多数情况下，半年的效益时间是能收回采用ND钢所增加投资，但是停工更换的时间的效益损失又将产生的效益抵消。目前的金属材料只发现了类似巴氏合金的高合金可以抵抗硫酸低温露点腐蚀。这种材料在空气预热器上应用，经济上显然是不合理的。e. 采用有搪瓷层的传热表面：这种方式在国外的大型加热炉上得到了极为广泛的应用，对于烧油来说，铸铁板+玻璃管，铸铁板+搪瓷板的配置已是国外一些大公司的标准配置。这种配置在国内也有应用，但是其中的玻璃管在国内应用受到了限制。国外大型加热炉的排烟温度目前控制在145。这并不

41、是搪瓷只能在这个温度以上耐酸侵蚀，而是为了防止烟气侵蚀后面的风机和烟道才确定的这个温度。在炼油厂所用的燃料中，其绝大部分的烟气露点的温度在145以下。搪瓷耐酸在工业上应用的十分广泛，酸反应釜内衬搪瓷目前是定型设备。在电厂，搪瓷表面的预热器应用的十分普遍。在石化行业，搪瓷表面的换热器也得到应用。其它行业的特殊搪瓷也应用广泛，如发动机的动力涡轮表面等。在加热炉末端采用搪瓷表面，第一，由于其光滑的表面，积灰大为减轻。第二，末端的温度较低，远低于工业搪瓷要求的使用温度。第三，至少可以将加热炉的热效率提高一个百分点，这个指标是与采用了其它完善的回收方式之后的比较，如果考虑其它的回收方式经过一定时间后的效

42、益下降（集团公司的标准允许使用一年后其加热炉的热效率降低一个百分点），其热效率的提高是很明显的。排烟温度可以降低到145，并且这个排烟温度是长期可实现和控制的。这个指标是国内最先进的指标，也与国外特大型加热炉的技术济经济指标一致。从系统上，余热回收系统中设置了排烟温度控制措施，可以手动也可以引入操作室进入DCS系统自动控制，加热炉在操作中可以锁定排烟温度。其流程如下：将排烟温度与分流调节阀联锁，当排烟温度上升时，减小分流量。当排烟温度低于设定量时，增加分流量。使排烟温度可以得到有效的控制。即保证了设备安全也使加热炉长期在高效率下工作。对于搪瓷的脆性和与钢材表面的膨胀不协调的问题，目前国内的技术

43、部门做了大量的工作，其目的就是协调搪瓷与钢材的膨胀量。但是这不是我们主要关心的问题，对于我们应用的场合，只要金属壁温高于140，就不发生露点腐蚀，工业搪瓷受热后的热裂，至少要300以上。即使民用搪瓷在140这个温度下也不会崩裂。对于超温导致的局部掉瓷也不必担心，只要是该部位的温度导致了搪瓷的局部破损，其金属温度必将远远超过露点温度。即：产生受热裂纹的搪瓷部位一定是不发生露点腐蚀的部位。这种自适应性对使用是极为有利的。搪瓷的导热系数大约是钢的三分之一，但是搪瓷层的厚度在0.5mm以下，其热阻仅相当于增加了1mm的钢材壁厚，该热阻与外壁的垢层相比可以忽略。因此，只要采用合理的支撑和密封结构保证其膨

44、胀自由，采用搪瓷表面是没有问题的，我们要冒的最大的风险就是采用工业搪瓷与民用搪瓷（对于露点来说，不严重的位置是可以用民用搪瓷来防护的）相比造成的费用上升。预计该台加热炉的尾部采用工业搪瓷与民用搪瓷的费用差为45万元，采用工业搪瓷表面与常规的钢材裸表面的价格要增加70万。如果采用民用搪瓷，其费用增加很少。这些只是与不加防护措施的比较，然而对于大型的炉子在尾部不加防护措施是不可能的。烟气末端采用工业搪瓷后，其换热器的结构大为简化。同时系统得到简化，利于管理，余热回收系统流畅。预热器的使用时间得以根本性的延长，其正常使用年限可达十年以上。与其它回收方案相比至少可以提高一个百分点（计算可以增加1.5%

45、）的效益，并且该效益是长期和有保证的。其年节省燃料费近一百万元（燃料按1000RMB/t,如果考虑节省的燃料再利用产生的效益和长期稳定运行产生的效益，其年效益将超过二百万元）。3.3.        总结1）        大型加热炉的热效率问题是一个非常重要的问题，它对全厂节能的贡献相当于几十台中小型加热炉。2）        采用须空冷的工艺物流预热空气，产生的节能效益明显，系统可靠，但是系统相对复杂，需要有相应的工艺条件。3）      &

46、#160; 采用搪瓷作为尾部的传热表面，是国外标准的推荐方法，并在国外得到了广泛应用。4）        搪瓷传热表面在技术上成熟可靠。5）        从控制上可以实现排烟温度自动控制，操作上可以锁定排烟温度，使加热炉长期在高效率下工作。6）        在尾部采用搪瓷传热表面与其它完善的回收措施相比还可以至少再提高1%的加热炉热效率，其年效益可以可靠的增加100200万元。7）        极少增加或不增加费用。8） 

47、;       加热炉的技术经济指标可以达到世界先进水平。4.        加热炉在操作中的节能加热炉在操作中的节能也是节能的重点，在操作中最主要的是控制排烟温度（在设有可控手段的加热炉上可实现）和氧含量。上一个例子举了一种控制排烟温度的方法，对于其它的余热器还有其它的控制措施。控制氧含量主要从两个方面来控制。a)        控制燃烧供风；燃烧供风是是必需满足的，但是不合适的供风也将造成燃料损失，对于加热炉来说，不但要控制烟气中的氧含量低，还要控制烟气中的CO含量低，要经常检测烟

48、气中的CO含量，正常的CO含量为50150ppm。无论烟气中的氧含量有多低，只要是没有检测到CO，就可以继续降低供风量，但是如果CO超过了预定值，即使是氧含量超标，也要继续增加供风，否则就相当于燃料在放空。不但能耗增加，而且造成新的污染。有一些燃烧器在低供风时不能完全燃烧，这可以通过改造和更换来解决，对于大部分烧气的燃烧器，通常可以通过增加旋流来解决，但是如果炉膛的温度不高，并且炉膛也不太高的情况，自然通风的燃烧器这样改造受到限制，同时自然通风的燃烧器不能适应早晚的空气温度变化和湿度变化带来的实际通风量的差别，再加上由于动力不足，燃烧的强度较低，所以其过剩空气要高一些。国外标准中对加热炉过剩空

49、气的限制如下：气体燃烧器的过剩空气值燃烧器类型        操作        过剩空气系数（%）                单个燃烧器        多个燃烧器外混式气体燃烧器        自然通风        1015        1520   

50、;     强制通风         510        1015预混式        自然通风和强制通风         510        1020燃油燃烧器的过剩空气值操作工况        燃料名称        过剩空气系数（%）  &

51、#160;             单台燃烧器系统        多台燃烧器系统自然通风        石脑油        1015        1520        重  油        2035        2530 

52、;       渣  油        2530        3035强制通风        石脑油        1012        1015        重  油        1015       

53、; 1525        渣  油        1520        2025这些数据是国外加热炉设计和操作中的控制值，国内的规范要比上表严格一些，但是国内操作的加热炉远较表中的值大。就目前的加热炉的状况，能达到这个水平就已经是相当不错的了。我国石油化工管式加热炉的设计标准中对于过剩空气做了如下规定燃烧器类型        过剩空气系数        燃油  &

54、#160;     燃气自然通风        1.25        1.20强制通风        1.20        1.15对于燃油燃烧器，适时的更换燃烧器的喷头是非常必要的。经过雾化的油滴以极高的速度（当地音速，或亚音速）喷出混合喷口，长时间的工作必然要造成磨损，混合喷孔磨损后，不但雾化质量下降，而且雾化剂的耗量增加。造成过剩空气增加，露点温度增加等一系列问题。所以油喷头的硬化处理是必须要重视的。b)&

55、#160;       加热炉的漏风：加热炉在传热区漏风是有害的，如果在辐射室漏入，不但能量损失增加，还较大幅度的降低传热能力。目前新设计的加热炉对流室的漏风量很少。因此我们控制加热炉的漏风主要是要控制辐射室的漏风。我们来看一看辐射室应该控制什么部位的漏风。下图是一个立式加热炉的负压图        从负压图上我们可以看出，加热炉的最大负压在炉底，中大型加热炉其炉底负压在10mm水柱以上，而炉顶仅控制在13mm。显然在同样的泄漏面积下，控制底部的漏风是最有效的。在炉底，最大的漏风是燃烧器的漏风，如果一台强制通风的加热炉，其底

56、部燃烧器有停开的，那么这台炉子的氧含量就很难控制，特别是强度高的燃烧器更是如此。因此燃烧器的调风板必需是密封的。其次就是底部的门孔类，对于炉膛温度和高度较高的加热炉，一个下层看火孔如果全开的话，每小时漏入的风量将达到1000m3n/h。这是一个很大的量，相当于一台1MW燃烧器用风。但是如果这个开孔面积在炉顶的话，仅有五分之一的漏风量，所以对于下层门孔要尽量的密闭。对于大部分的加热炉，其炉顶负压是靠烟囱挡板来控制的，但是烟囱挡板处在高温环境，长期使用经常有调节不灵的情况，另外，烟囱挡板的非线性，造成了炉顶负压控制困难。对于预热器在炉顶（或没有预热器）这样的加热炉来说，采用傍通控制是可靠的。如下图

57、：烟囱的抽力是这样计算的：355H(1/T0-1/Ts)通过漏风来改变烟囱的抽力，这样的控制在国外许多加热炉上采用。由于控制精度的提高，加热炉的漏风量大为减少，资料介绍平均能提高加热炉的效率一个百分点。采用这种方法还可以取消炉体的防爆门，防爆门在国外的规范和国内的规范均没有要求加装，可是在线运行的加热炉经常出现闪爆，所以我国目前运行的加热炉均装有防爆门，如果在烟道系统没有挡板就可以不装防爆门，因为一个防爆门的泄爆面积只有0.2m2，而如果烟囱没有挡板的话，要远远高于防爆门的泄爆面积的。5.        其它的几种节能手段：5.1.  

58、0;     利用工艺废气做为加热炉的燃料某厂的常减压装置，由于扩能，加热炉的炉膛空间，管壁温度，管壁热强度，均已达到上限。由于减顶瓦斯的不稳定和原减顶低压烧嘴火焰长，飘，以致于不能通到加热炉中燃烧，减顶瓦斯一直在放火炬。而减顶瓦斯的平均量在500m3n/h，利用这部分废气的经济性是明显的。利用这些废气，并且要求不恶化加热炉的传热，为此我们专门设计了一套两级预混的低压瓦斯燃烧器。燃烧器如图：将这种两级预混的燃烧器对称的布置在加热炉的燃烧器中，从使用情况看，其火焰刚性好，火焰完全透明。投用后，加热炉的炉膛温度，氧含量，排烟温度均没有变化。但是加热炉的燃料油大幅度减少。而引射减

59、顶气所消耗的蒸汽尚不及少烧燃油节省的雾化蒸汽。总投资不足5万元（包括管线），其投资回收期是以天来计的。这项措施经改进后在多个炼油厂应用，取得了良好的效果。5.2.        利用工艺废热：某大型装置的两台加热炉，总负荷为115MW。以渣油为燃料，燃油中的硫含量为1.8(w)%。最低金属壁面使用温度140。两台加热炉共用一套余热回收系统，余热回收系统的热负荷为11MW。为了保证加热炉的长期高效运行，在流程上采取了如下措施：1）        采用二级预热空气的方案，利用工艺需空冷的废热对空气进行初级加热。使空气进

60、入加热炉空气预热器的温度提高，避开露点。同时工艺废热做为加热炉的有效热，为加热炉供热。2）        采用重型空气预热器，提高空气预热器的使用寿命。3）        在空气预热器上设置傍路，控制排烟温度和接触烟气的金属壁面温度。方案的流程图如下：由于空气进行了初级预热，在加热炉的空气预热器中的换热温差下降，同时由于二级空气预热器采用了重型结构，总投资增加了约200万。但是节省了相应的空冷器。装置投用了五年来，排烟温度一直稳定控制在165左右，空气预热器壁面无腐蚀痕迹。两台加热炉的热效率一直稳定的在90%。其中

61、燃料利用率达到了92%以上（燃料利用率为有效吸热与燃料总放热的比值）。且不论设备的长周期可靠运行带来的效益，仅燃料利用率提高2%，每小时可节约燃料油200kg。一年多即可收回增加的的投资。5.3.        不完全再生催化装置中的CO焚烧炉的节能催化裂化装置中催化剂的再生方式可分为完全再生、不完全再生等，也可分为一次再生、二次再生等。对于不完全再生，由于一次不完全再生烟气中含有3%-7%的CO成分，因此整个余热回收系统的任务有两个，首先是在CO燃烧炉中将CO气体完全焚烧，使之达到排放标准，其次是在余热锅炉中回收热量。在已往的CO燃烧炉中，大多是在CO

62、燃烧炉的头部将一再烟气、二再烟气以及补燃燃料气、补燃空气共同通入，参见附图1。其主要出发点是认为二再烟气中含有大量的氧气，将二再与一再共同通入可以充分利用二再烟气中的氧含量，可以因此而减少CO燃烧炉所需要的总供风量以及总的燃料量。这个观点实际上是不正确的。将二再烟气在头部通入CO燃烧炉时，虽然其中的氧气含量得到了利用，但是，CO燃烧炉同时也不得不承担起将二再烟气从690加热到1000的任务，这就要求必须补燃额外的燃料气并通入额外的燃料气燃烧用风。由于二再烟气的氧气含量相对较低，因此将二再通入燃烧段混烧完全有可能是得不偿失的。现在我们比较另外两种不同的焚烧方式。其一，将二再烟气完全独立出来，二再

63、烟气不再进入CO燃烧炉，对二再烟气单独设置余热回收设施；其二是将二再烟气独立出来用于预热CO燃烧用空气，流程图分别见附图。现以某厂CO燃烧炉为例分析如下，其一、二再烟气的工艺参数分别如下：一再烟气量                                        119902        Nm3/Hr一再烟气温度    &

64、#160;                                   500                一再烟气中CO含量                        3.75     

65、;   %二再烟气量                                        31253        Nm3/Hr二再烟气温度                            &#

66、160;           690                二再烟气中O2含量                        3.76        %出口烟气温度                   

67、                     1000        如果以上述具体数据作为实例，将三种不同的燃烧方式比较，其结果如下：        方案一        方案二        方案三        一、        二再混烧  &#

68、160;     单烧一再（二再单独进行余热回收）        单烧一再（二再用于将CO燃烧炉燃烧空气预热至400）燃料气量Nm3/Hr        3717        3304        2407总供风量Nm3/Hr        498128        50378       

69、39886从上述计算结果可以清楚地看出：1        在方案一中将一再、二再通入到炉膛中共同燃烧，其结果是炉子所需要的燃料气将大幅增加。为了保证再生烟气在炉膛内有足够的停留时间，炉膛尺寸也不得不加大；2        在方案二中仅仅将一再通入炉膛燃烧，二再单独进行余热回收。由于无须将二再加热，因此燃料气耗量有所降低；而由于二再中的氧气亦未加以利用，因此，总的空气用量将有所上升；3        在方案三中，仅将一再通入炉膛，与方案二不同的是将二再烟气用于预热CO燃烧炉用的

70、空气至400。因此CO燃烧炉的燃料量大幅度减少，从而整个燃烧用风量也大大减少。作为一个余热回收设备，设计的原则应该是尽量减少燃料的耗量。有时候炼厂的蒸汽本身就有过剩，自备电站大多以汽定电。此时多耗燃料气也即意味着多产蒸汽，只能意味着浪费。即使在炼厂蒸汽总体平衡的情况下，CO锅炉的产汽增加也只意味着操作灵活性的减少。因此减少CO锅炉的燃料耗量有着特殊的意义。另外，由于燃料气的减少以及二再不再进入CO燃烧炉，因此对CO燃烧炉的体积的要求也大大减少，这在新建项目中会大大减少CO燃烧炉的投资。在一些装置的扩能情况下，有时因为停留时间的关系，需要加大CO燃烧炉的体积，用方案三，可以不改造CO燃烧炉。因此

71、，方案三应该是不完全再生的烟气余热回收系统的发展方向，在适当条件下也应作为其它老式余热回收系统改造的选择方案。这个方案仅是在透平后对烟气优化利用的方案。实际上，对于不完全再生装置来说，一再烟气在透平前进行受控燃烧，不但可以节省大量的焚烧容积，还可以大幅度提高烟机的发电能力。但是这是系统节能的范畴。5.4.        降低其它消耗节能加热炉的节能除降低燃料外，还可以通过降低其它消耗来实现。在炼油厂的能量统计中，其能量折算按如下指标：电：                1kW

72、        h                2600        kcal                        折合能耗        0.3  kg标油蒸汽           

73、    1kg                        880                kcal                        折合能耗        0.09 kg标油净化风  &

74、#160;             1m3n                400                kcal                        折合能耗        0.04 kg标油以上指标

75、不是能量换算的指标，是按我国目前平均发电、产汽（气）能耗统计得来的。对于加热炉来说，用电主要是风机，我们来看一看风机耗电的节能效果。加热炉的风机是加热炉的附件，对于加热炉来说，风机必须有足够的余量，以适应热负荷的波动、炉内及预热器漏风、风机负偏差，换热面积垢的压降增大的要求。关于风机的选型是通过计算消耗量和各公司的规定来确定的。国外一些工程公司的规定为设计工况下其压头和流量必需有40%的余量。在我国的设计规定中没有做出相应的规定，但是实际选型一般还要比这个余量要大。对于一台加热炉来说，通常设计负荷是在整个操作周期中最大负荷，有时还包括将来的潜在的最大负荷。而在正常操作时其负荷能达到设计值的80

76、%就是相当好的操作工况了，那么也就是说，在较高负荷工作下的加热炉，再考虑其不是最大积灰和漏风，风机的负荷最少要大一倍以上（由于风机是风压和流量同时留有的余量实际情况还要大）。因此，加热炉的风机，均应考虑采用变频调速。变频调调速的节能要逐台计算，但是加热炉的风机采用变频措施，节电不会少于30%。对于大型加热炉来说，一台400kW的电机，年效益可达100万元以上。高压变频价格昂贵，还应与汽轮机方案进行对比。加热炉的蒸汽消耗主要是燃油雾化，目前的燃烧器的雾化蒸汽的公称消耗量为0.3kg/kg，当然有一些新型燃烧器的宣传资料上介绍会比这低一些，但是由于实际操作时燃烧器不在满负荷下操作、油温较低以及使用

77、一段时间后混合喷孔的磨损，能达到这个消耗量已经是较好水平了。对于一台一亿大卡的加热炉，燃料油的消耗约11t/h，那么其雾化蒸汽的消耗为3.3t/h，折合能耗297kg标油。这部分能量是不参于加热炉的传热的。那么压缩空气能不能用来雾化油呢，答案是肯定的，对于燃烧器来说，所有的雾化试验均是由空气来雾化的，在炼油厂的加热炉上也有相当多的应用了压缩空气来雾化。API的规范上推荐的雾化剂把空气做为常规雾化剂推荐。空气做为雾化剂，由于其温度较低，但是他的重度大于蒸汽，1m3n空气完全可以顶替1kg蒸汽。应用空气雾化后，可以节能165kg标油，相当于提高加热炉的效率1.5%。加热炉的烟气中的水由两部分组成，

78、一部分是燃料燃烧生成的水，一部分是雾化蒸汽带入的水，一般来说，雾化蒸汽带入的水占烟气中的水蒸汽含量的25%，应用空气雾化后，最明显的效果是降低了烟气的露点温度，通常可以降低5。这个降低对于一些效率较高的加热炉来说影响是显著的。对于一些本来就处在露点边缘上的余热回收设备，可以有效的延长使用寿命。燃油由蒸汽雾化改为空气雾化，可以提高燃烧温度，提高辐射室的传热能力。同时可以降低排烟的烟气量约2%。5.5.        挖掘现有加热炉的操作潜力节能这里主要是介绍加热炉的节能，但是加热炉的扩大处理量也是加热炉节能的重要技术手段之一，在装置改造过程中，如果能利用原

79、有的加热炉扩大处理量，就可以直接省下基建费用，同时减少加热炉的台位，这样的节能效果也是非常显著的。加热炉的设计负荷是加热炉的的标志性负荷。关于加热炉的设计负荷，在规范中有明确的规定，在实际当中也会根据装置的需要对设计负荷进行调整。这里不对设计负荷进行讨论。然而对于改变使用用途的加热炉，其出力将有较大的变化。这是由于其允许的热强度的差别。即使是不更换用途，有些加热炉的热负荷也有较大的余量。比如，设计一台加热炉，工艺上考虑了换热流程的结垢改变油品性质等因素，对加热炉委托的负荷均较高。所以加热炉的设计负荷比操作负荷大很多，再加上加热炉的设计炉管表面热中强度设计人员一般极少有取到上限，所以有相当多的加热炉，提高30%的热负荷后，应能满足规范规定的热强度的要求。炉膛温度：在我国，除制氢、焦化加热炉外，其余的加热炉在工艺操作卡片上均做了炉膛温不超过800的限