加热炉-认识实习

1、管式加热炉化学工程系王兰娟W管式加热炉概述燃烧过程12烟气余热回收3提 纲3第1节 管式加热炉概述1.1 管式加热炉在石油加工和石化中的重要性 1.2 加热炉的一般结构1.3 管式加热炉的分类1.4 加热炉的主要工艺指标1.5 管式加热炉的主要部件你见过的炉子？51.1.1 管式加热炉的定义一种火力加热设备利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰和炽热的烟气作为热源，加热炉管内流动的介质，使之达到工艺规定的温度特点:（1）被加热介质是在管子里面流动，被加热的对象仅限于流体；（2）炉管要承受高温、高压和介质腐蚀（3）只烧气体或者液体燃料； (4) 长周期运转，不间断操作。61.1.2 研究管式加热炉

2、的必要性加热温度高、传热速率快火焰温度1000以上，其它加热设备难觅；传热速率快；常压炉出口温度:360 减压炉出口温度:370 ,减压深拔400 催化裂化炉出口温度: 370左右延迟焦化炉出口温度:500 左右整个炼油和石化中能耗最大的设备之一原油处理量的315%要被作为燃料烧掉比值随着原油的加工深度的加深而增加 常减压炉每天就要烧掉30万元/百万吨的燃料 是控制运转周期及自动化程度的关键设备“三高一低”（高处理量、高质量、高效率和低能耗）及“长周期安全运转” 1.1.2 研究管式加热炉的必要性81.2 加热炉的一般结构1.2.1辐射室（炉膛）1.2.2.对流室1.2.3.燃烧器（火嘴） 1

3、.2.4.通风系统1.2.5.余热回收系统91.2 加热炉的一般结构1.2.1辐射室（炉膛）位于加热炉的下部主要传热方式：辐射传热份额：7080%加热炉的主要部位101.2 加热炉的一般结构1.2.2对流室位于辐射室的上部主要传热方式：对流传热份额：2030%是提高加热炉热效率的主要部位111.2 加热炉的一般结构1.2.3 燃烧器（火嘴）燃料在其中燃烧放出热量决定炉子性能的部件多个火嘴应注意分布合理性圆筒炉中应杜绝两个火嘴出现121.2 加热炉的一般结构1.2.4 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分类：强制通风自然通风利用外部气体输送机械鼓风一般炉膛内

4、微正压利用烟囱产生抽力实现引入空气和排除烟气炉膛内负压131.2 加热炉的一般结构烟囱挡板：调节烟气排出量和空气入炉量1.2.4 通风系统141.2 加热炉的一般结构1.2.5余热回收系统作用：回收出对流室烟气中高品位热量， 提高炉子热效率分类：空气预热器废热锅炉15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 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、对流辐射炉按燃烧方式分：火焰式、无焰燃烧炉按炉型分：箱式炉、立式炉、圆筒炉 1.3 管式加热炉的分类161.3.1 箱式炉优点：操作和维修简单； 可使用低质量的 燃料油；缺点：钢材耗量多；占地面积大； 造

5、价较高；炉管受热不均； 顶部炉管因局部过热易烧毁； 需在炉外另设烟囱等。171.3.2 斜顶炉比方箱炉减少了死角，炉管表面热强度略有提高，应用范围比方箱炉广，至今在中小化工厂中还有采用。181.3.3 立式炉立管立式炉卧管立式炉无焰燃烧炉19特点：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；对流室阻力损失小，大大降低了烟囱高度，且无需在炉体外另行建设；取消炉顶吊挂，使结构简化，造价降低。1.3.3 立式炉201.3.4 圆筒炉21优点：结构简单紧凑，占地面积小， 金属耗量少，便于建造维修；1.3.4 圆筒炉缺点：炉管沿长度受热不均， 炉管表面热强度不高， 对流室较小，热效率低

6、。大型圆筒炉1.3.4 圆筒炉241.4 加热炉的主要工艺指标1.4.1 全炉热负荷Q 1.4.2 炉膛体积热强度qV 1.4.3 炉管表面热强度qA 1.4.4 全炉热效率 1.4.5 管内冷介质流速和全炉压降251.4.1 全炉热负荷Q炉子单位时间内传给被加热物料的总热量以Q表示单位为kJ/h或W、MWQ值越大，炉子的生产能力也越大 261.4.2 炉膛体积热强度qV 指燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积单位为：kJ/(m3h)或W/m3 此值越大，完成相同任务所需的炉子越紧凑一般情况下控制在3kW/m3左右，不易过大271.4.3 炉管表面热强度qA 单位面积（按炉管外径计算）炉管，单位时间

7、内所传递的热量；单位为：kW/m2 可分为辐射炉管表面热强度和对流炉管表面热强度此值越大，完成相同的传热任务所需的传热面越小291.4.4 全炉热效率 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7080%，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305.管内冷介质流速和全炉压降将20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0.6861.47MPa(715at)减压炉的全炉压降一般为0.2940.588MPa(36at) 341.5 管式加热炉的主要部件1.5.1 炉体1.5.2 炉管系统1.5.3 燃烧器3

8、51.5.1 炉体炉墙36炉墙37钢架钢架的作用在于保持炉形和支撑炉子各系统结构简单，足够的强度节省钢材，便于操作和检修381.5.2 炉管系统辐射炉管对流炉管炉管连接件39辐射炉管a.炉管材质的选择传热性能好；在一般管壁厚度下，具有较高的机械强度；耐腐蚀；能够实现长时间安全运转的要求；10#、20#优质钢、Cr5Mo、 Cr9Mo、1Cr18Ni9Ti合金钢等。40辐射炉管b.管径的选择若管径过大，传热不良，管壁温度升高，油品易结焦； 若管径过小，油品在管内流速过大，阻力损失大；外径在60152mm之间；最常见的范围是100150mm。c.炉管长度的选择管式炉炉管一般在78m之间；有加长趋势

9、，有采用1522m炉管长度的实例。 常用炉管规格43对流炉管一般水平（卧管）安装等腰三角形排列钉头管翅片管44炉管连接件451.5.3 燃烧器燃烧器的分类:按使用燃料分按通风方式分 自然通风强制通风气体火嘴油火嘴油-气联合火嘴 包括燃料喷嘴，配风器和燃烧道三部分。喷嘴供给燃料；配风器调节并引入空气；燃烧道提供高温热源以保证燃烧稳定。 46气体火嘴预混式外混式半预混式48蒸汽雾化：采用蒸汽作为雾化剂油火嘴优点：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，伴有强烈的噪声雾化蒸汽的压力一般在48kgf/cm2 49机械

10、雾化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，雾化效果差一般用于锅炉燃料的雾化 50联合雾化 先机械雾化，再采用适量蒸汽雾化的方法优点：一般雾化效果良好缺点：但结构复杂，控制难度较大51油-气联合火嘴半预混式气体火嘴和油火嘴的联合使用可以同时或单独使用气体燃料和液体燃料液体燃料时多采用二次风门调节气体燃料时多采用一次风门调节52第2节 燃料燃烧过程2.1 燃料的种类、组成和发热值2.2 理论空气用量与过剩空气系数2.3 全炉热效率、燃料用量及火嘴个数的确定2.4 提高加热炉热效率的方法532.1.1 燃料

11、的种类气体燃料：气体燃料的来源多是生产过程中产生的利用价值不高的轻烃催化干气、焦化干气、不凝气（烃类）等主要组成是甲烷、乙烷和少量的C3、C454液体燃料大都是在生产过程中产生的重质油品常压重油、减压渣油以及原油在使用液体燃料时，要注意的问题：雾化效果要好燃料粘度适中 2.1.1 燃料的种类液体燃料：552.1.2 燃料的组成元素组成： 碳(C)、氢(H)、硫(S)、氧(O)、氮(N)、水(W)、灰分(A)确定方法说明：d420 ：燃料油在20时的相对密度比重； C、H、S：质量百分数，如C=86表示86%。元素分析法经验公式法562.1.3 燃料的发热值定义：指单位燃料完全燃烧所放出的热量发

12、热值基准： 气体燃料：kJ/nm3Fuel (0、1atm) 液体燃料：kJ/kgFuel分类：低发热值Ql ：生成的水呈气态 高发热值Qh ：生成的水呈液态 Qh- Ql = r水 572.2.1 理论空气用量定义：单位燃料完全燃烧所需的最小空气量液体燃料：2.2 理论空气用量与过剩空气系数 582.2.2 过剩空气系数定义：管式炉操作中实际入炉空气量与理论空气量之比对的影响：太小O2供应不足燃料燃烧不充分热效率太大烟气量烟气带走的热量热损失烟气中含氧量炉管表面氧化使用寿命(每增加0.1，降低1.5%左右)加热炉操作应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量降低59燃料性质：气体燃料：1.11.2

13、液体燃料：1.21.3，提高雾化燃烧器的性能：自然引风式：1.21.4(国内)大能量燃烧器1.11.15(国外)新型平行气流燃烧器1.05炉体密封性加热炉的测控水平2.2.3 过剩空气系数影响过剩空气系数的主要因素60奥氏分析仪：将烟气中的水蒸气冷凝；用KOH、C6H3O3(焦性食子酸)测定CO2、O2含量计算公式：2.2.3 过剩空气系数过剩空气系数的测定：氧化锆计算公式：yO2 =3%，4%，5%=1.19，1.26，1.35612.3 全炉热效率、燃料用量 及火嘴个数的确定 2.3.1 热平衡确定全炉热效率2.3.2 燃料用量B的确定 2.3.3 火嘴数量的确定2.3.4 燃烧产物烟道气

14、的流量的确定 622.3.1 热平衡确定全炉热效率1kg燃料：正平衡反平衡652.3.2 燃料用量B的确定2.3.3 火嘴数量的确定说明：总额定喷油能力/实际喷油能力1.21.35； 圆筒炉：不采用2个火嘴，火嘴间距1m； 必须由燃料的性质选用合适的火嘴B=Q/QlNF=B/B额66说明：0.5-雾化蒸汽量，kgSteam/kgFuel； 若为机械雾化或用气体燃料，则不计。2.3.4 燃烧产物-烟道气流量的确定mg=(L+1+0.5)B = B(1.5+L0)672.4 提高加热炉热效率的方法 2.4.1 加热炉热效率降低的原因 2.4.2 露点腐蚀 2.4.3 提高管式加热炉热效率的途径68

15、2.4.1 加热炉热效率降低的原因炉墙散热；烟气带热；燃料燃烧不完全 每增加0.1，降低1.5%左右排烟温度增加55， 降低2%左右692.4.2 露点腐蚀 有的燃料中含有微量的硫元素，在燃烧的过程中，硫被氧化生成二氧化硫或三氧化硫。如果管壁温度低于水蒸汽的露点温度，水蒸汽就会凝结在炉管上和三氧化硫就结合生成硫酸溶液，二氧化硫和水蒸汽生成亚硫酸溶液，二者对铁具有很强的腐蚀能力，它们的存在加速了炉管的腐蚀过程，大大缩短了设备的运转周期，这种现象叫作露点腐蚀。 702.4.3 提高管式加热炉的热效率的途径q1/Ql燃料、空气、水蒸汽的显热， q1/Ql；q2/Ql烟气带走的热量， q2/Ql；qL

16、/Ql炉墙散热损失， qL/Ql。 加热工艺介质 余热锅炉发生蒸气 预热炉用燃烧空气第3节 烟气余热回收3.1 烟气余热回收的途径空气预热器 余热回收锅炉3.2 低温露点腐蚀关键是SO3的生成烟气带有大量的水蒸气燃料中硫燃烧后全部生成SO2少量的SO2再与氧化合形成SO3当烟气温度降到400以下时SO3将与水蒸气化合生成硫酸蒸气硫酸蒸气凝结到受热面上发生低温硫酸腐蚀防止低温露点腐蚀的措施提高空气预热器换热面的壁温 提高空气预热器入口的空气温度可以提高预热器冷端换热面的壁温，防止结露腐蚀。 将尾部换热面的壁温控制在稍高于烟气的露点温度，可以完全防止露点腐蚀的发生。一般取金属表面温度比露点温度高5

17、10。 燃料脱硫处理采用耐腐蚀材料3.3 以烟气为热源的空气预热器空气预热器型式按传热方式分间壁换热式：管式和板式预热器蓄热换热式：回转式空气预热器按构造型式分管式预热器：钢管、玻璃管、热管、 铸铁翅片管等板式预热器 管式空气预热器预热器型式立式：烟气走管程，空气走壳程。卧式：烟气走壳程，空气走管程。立式和卧式空气预热器均可由几个单体所组成。 钢管式空气预热器 管式空气预热器玻璃管空气预热器 当需要进一步提高加热炉热效率，降低排烟温度，而在采用金属预热器会遭受严重腐蚀的情况下，才考虑用玻璃管空气预热器。 由于玻璃管空气预热器不能承受高温，适宜在烟气露点温度以下工作，它是作为一种防腐措施付诸应用的，所以一般都是和其他型式的预热器联合使用。热管式空气预热器目前高温热管应用各碱金属制品作为工质 ,如钠、钾、锂,上述液态金属的工作温度范围为 600 1800。热管与钢管预热空气串联余热回收系统1-加热炉 2-扰流子翅片管空气预热器 3-热管空气预热器 4-鼓风机 5-引风机 6-烟囱板式空气预热器 由大量的平行的平板或各种冲压的波纹板组合而成，烟气和空气在板间错流而行进行热交换。板式空气预热器流向气-气换热板式预热器 传热性能好，同