任务一加热炉的分类

加热炉的分类宁晋职教中心史利娟2

加热炉的分类

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。石油化工加热炉是其生产过程中的高温反应设备和高温加热设备。石油化工加热炉主要特征有四点。

概述3

化工生产过程中很多反应需要在特定条件下进行。例如：乙烯生产装置中的裂解炉将石脑油或轻柴油和一定比例的蒸汽在炉管内从600℃迅速加热到800℃左右，在很短的时间内完成裂解反应。另外，在化工生产过程中有使用热载体加热的设备，这些热载体在专用的炉子里加热以循环使用。总之，随着化学工业的发展，化工加热炉的种类、型式日益繁多，某些炉子往往成为该领域的技术关键。

一般石油化工加热炉的设计，主要有工艺计算和结构设计两部分工作。工艺计算部分的内容和目的是根据工艺要求，确定合适的炉型方案，进行燃料燃烧计算；炉子系统热平衡计算以确定燃料消耗量，进行辐射室传热计算，以布置与确定辐射传热面积；炉子系统烟气侧的流动阻力和烟囱计算以确定烟气抽引装置。必要时亦须对工艺物料的阻力进行核算。结构设计的主要内容是根据炉型方案进行总体布置，并确定炉子燃烧装置、炉用附件等结构。4

按外形大致上分为以下四类（16类）：箱式炉（6类）、立式炉（6类）、圆筒炉（3类）、大型方炉（1类）。这种划分法系按辐射室的外观形状，而与对流室无关。所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一“箱子状”的六面体。与它相比，立式炉的辐射室宽度要窄一些，其两侧墙的间距与炉膛高度之比约为1：2。圆筒炉、大型方炉的称呼也按同理而来。5

一、加热炉分类（按外形和按用途分）1.按外形分类

在这种炉子的辐射室内，燃烧器和炉管交错排列，单排管双面辐射，管子沿整个圆周上的热分布要比单面辐射均匀得多，燃烧器顶烧，对流室和烟囱放在地面上。它的缺点是炉子体积大，造价很高，用于单纯加热不经济。目前在合成氨厂常用它作为大型烃蒸汽转化炉的炉型，运转良好。6(1)箱式炉:⑤顶烧式(图l一5)一、加热炉的分类7图1-4图1-5图1-6图1-4图1-5图1-6图1-4图1-5图1-6图1-4图1-5图1-6

(2)立式炉①底烧横管式(图l-7)传热机理同箱式炉差不多，只是造型上采用了立式炉的特点。炉管布置在两侧壁，中央是一列底烧的燃烧器。烟气由辐射室、对流室经烟囱一直上行。燃烧器能量较小，数目较多，间距较小，从而在炉子中央形成一道火焰“膜”，提高了辐射传热的效果。现在使用的立式炉多数采用这一型式。一、加热炉的分类89图1-7图1-8图1-9

②附墙火焰式(图l-8)这种立式炉炉膛当中为一排横管，火焰附墙而上，把两面侧墙的墙壁烧红，使火墙成为良好的热辐射体，以提高辐射传热的效果，它比图l—7型炉传热均匀得多，目前已成为高压加氢、焦化等装置的主流炉型。10

图1-7图1-8图1-911

④立管立式炉(图l-11)这是我国首创的炉型。图l-7、图1-8型立式炉都为横管，要用大批高铬镍钢的管架。而这种炉型改用立管，节省了这批合金钢，同时又保留了立式炉的优点，常用作大型加热炉的炉型。12图1-10图1-11图1-1213这种炉子都是单排管双面辐射炉型。图l-12型炉在侧壁上安有许多小型的气体无焰燃烧器，使整个侧壁成为均匀的辐射墙面，有优越的加热均匀性，可分区调节各区温度，是乙烯裂解和烃类蒸汽转化最合适的炉型之一。但造价昂贵，用于纯加热非常不合算。还有一个缺点是只能烧气体燃料。14⑤无焰燃烧炉(图l-12)⑥阶梯炉(图1-13)(3)立式圆筒炉①螺旋管式(图1-14)

当炉子热负荷非常小，而且对热效率无要求时，采用这两种炉型。它们是最简单、最便宜的炉子。图1-14型炉内，炉管是一段盘绕成螺旋状的小管，虽然它属于立管式炉型，但其管内特性更接近于水平管，能完全排空，管内压降小。这种炉子的主要缺点是为了便于盘旋，易于制造，被加热介质通常只有一管程。15①螺旋管式(图1-14)②纯辐射式(图l-15)16图1-14图1-15

④无反射锥的辐射-对流型(图1-17这种圆筒炉取代上述型式，已成为现代立式圆筒炉的主流。它取消了反射锥，能够建造较大的炉子。它的对流室水平布置若干排管子，并尽量使用钉头管和翅片管，热效率较高。它的制造及施工简单，造价低，是管式加热炉中应用最广泛的炉型。但是，这种炉子放大以后，炉膛内显得太空，炉膛体积发热强度将急剧下降，结构上和经济性上都开始不利。为了克服这一缺点，可以在大型圆筒炉的炉膛内增添炉管，如图l-18型炉所示。17图1-17图l-18(4)大型方炉18如图l-19所示，这种炉子用两排炉管把炉膛分成若干小间，每间设置一或二个大容量高强燃烧器。分隔可以沿两个方向进行，称之为“十字交叉”分隔法。它通常把对流室单独放到地面上。还有把几台炉子的烟气用烟道汇集拢来，送进一个公用的对流室或废热锅炉。这种炉子结构简单，节省占地，便于回收余热，容易实现炉群集中排烟，减轻大气污染。它是专为超大型加热炉而开发的。图1-19大型方炉19

2.按用途分类

按用途管式热加炉大致分为以下几类：炉管内进行化学反应的加热炉、加热液体的加热炉、加热气体的加热炉和加热气、液混相流体的加热炉。一、加热炉的分类20(1)炉管内进行化学反应的加热炉

这种炉子管内发生吸热化学反应。按复杂程度来说，它代表了加热炉技术的最高水平。它分为两种：

①炉管内装催化剂的，如烃类水蒸气转化炉。②炉管内不装催化剂的，如乙烯裂解炉。无论其中哪一种，不光要求从炉子吸热，而且要满足管路中各段在化学反应方面的各种条件，如温度和热输入量要求等。21(2)加热液体的加热炉

2.按用途分类22这类炉子可分为三种：①管内无相变化、单纯的液体加热炉这是把工艺液体预热到其沸点以下(如温水加热、液相热载体加热等)使用的炉子。它加热的终温低，管内结焦和腐蚀也小，操作上的问题较少。

(2)加热液体的炉子②炉管入口为液相，出口为气、液混相的炉子在生产过程中，往往要求被加工的流体在气液混相状态下进入蒸馏塔等，此时使用这种加热炉。在全部工艺加热炉中它的数量最大。对于这种炉子，最重要的是把握住吸热量、气化率、压力降、温度之间的关系。2.按用途分类23

(2)加热液体的炉子

③管子进口为液相、出口全部汽化的加热炉

这种炉子是反应器的进料加热炉，它把液体完全汽化，加热到一定温度，然后送入工艺反应器。由于反应器的操作条件(如催化剂活性等)在运转期中是变化的，这种炉子的操作温度和压力等往往变化很大。较之上述①、②两种，有必要掌握它的变动范围，以防止裂解和结炭发生。2.按用途分类24(3)气体加热炉如水蒸气的过热、工艺气体的预热就使用这种炉子。它多在较高温度下操作，但因为是纯气相，结焦的可能性不大。应该注意的是当气体量很大时，炉管的路数很多，必须从结构上保证各路均匀，防止偏流。2.按用途分类25(4)加热混相流体的加热炉这种炉子常用于加氢精制、加氢裂化等装置的反应器进料加热。由于管内流体从炉子入口起就是气、液混相，较上述纯气体加热炉更难保证各路流量的均匀，设计上要更重视管径、管内重量流速、盘管路数的选取，以及管内流动状态的判断和分叉管的配管设计等。2.按用途分类2627

1、热媒炉热媒炉具有低压高温的工作特性，其工作压力一般低于lMPa，供热温度可达液相350℃或汽相400℃。凡是需要均匀稳定地加热，且不允许火焰直接加热，而工艺加热温度在150℃-380℃之间的各种生产场合，均可采用热媒炉供热。某些生活用热也可由热媒炉供给。补充：其工作原理为：燃料通过燃烧器在炉膛内燃烧产生热量，热量通过炉管以对流和辐射的形式传热给导热油，导热油在循环泵的驱动下通过加热炉出口进入换热器管程内将走壳程的原油加热后回到循环泵，通过加热炉再吸收热量，如此周而复始，以导热油为热载体(或称热媒)实现热量的连续传递。28热媒炉工艺流程如图1-25所示。29图1-252、

烃类蒸气转化炉以烃类为原料，用蒸汽转化法生产合成氨原料气和氢气，在合成氨、炼油、石油化工、冶金等工业部门具有特定的地位。炼油厂的制氢炉、甲醇厂的制氢转化炉和合成氨厂的一段转化炉等都属于烃类蒸汽转化炉。30

烃类蒸汽转化炉的工作条件比较苛刻，使用的都是耐高温的含高镍铬的合金材料，因此在炉子设计时要求合理使用炉管及尽量降低对炉管的要求，防止局部过热，使周向和轴向温度分布均匀。注意设计时所选用的炉型、原料、催化剂和操作条件是一个整体。311-出口总管2-保温箱3-出口猪尾管4-悬吊炉顶5