模块二-加热炉第二章讲义

管式炉的燃料消耗在化工装置能耗中占60％-80％。因此，提高管式炉的热效率，减少燃料消耗，对降低装置能耗具有十分重要的意义。热效率是衡量管式炉先进性的一个重要指标。效率与燃料的关系，如图2-1

1图2-1效率与燃料的关系

2它关系着石油化工装置能耗的高低。上个世纪七十年代以前，管式炉的热效率仅60％-75％。那个年代的末期，一场世界性的能源危机促使各种节能措施纷纷上马，从那时以来，管式炉的热效率一再得到提高，现在大中型管式炉的热效率一般都在85％-93％之间，特别是裂解炉，由于重视能量综合利用的整体设计，其热效率已达到94％-95％。小炉群则联合采用余热回收系统以提高热效率。

常用的节能途径及措施

管式加热炉的热负荷大小，随装置换热流程的不同而改变，在处理能力不变的情况下，减少管式加热炉的热负荷，可减少其加热炉的燃料用量。通过改进工艺流程，提高入炉物料温度等措施，可使管式加热炉的热负荷得到减少，从而达到节约能源的目的。2.1优化装置的换热系统3对流室的工艺流程变化

加氢装置的反应炉，由于炉管材质昂贵，又要减少压降等原因，常常采用纯辐射的单排管双面辐射炉型，排烟温度可高达800℃。该装置一般还有重沸炉或分馏炉，其介质入炉温度不高，通常采用对流-辐射炉型。它们之间应该采取联合回收余热的方案：一种是让分馏炉的被加热介质先进反应炉对流室，再进分馏炉的对流室；另一种是将反应炉的热烟气引入分馏炉的对流室入口处，分馏炉的对流室变成两炉共用。这样两炉的排烟温度都会大大降低，提高了总的热效率，减少了燃料消耗。2.2联合回收余热4

重整装置扩建时，常常将预处理部分的炉子进料先引入新建的重整炉对流室，再回到原来的炉子。这样既解决了新建重整炉的热效率问题，又使原来的预处理炉子不用改造就能满足装置扩能而要求炉子增加热负荷的需要。

联合烟道：

对于小炉群，例如芳烃装置预处理部分的管式炉，就单个炉子而言，由于其热负荷不大，单独上一套余热回收系统并不经济，但将这些小炉子的烟气集中起来上一套余热回收系统则是合理的。还有把烟气集中回收，通过高烟囱统一排放。52.3.1减小末端温差减小对流室出口温度与被加热介质入对流室温度之差。这项措施涉及到一次投资和运转费用的权衡问题，应该由详细的技术经济比较来决定。末端温差大，一次投资少，但管式炉热效率低，运转费用高；末端温差小，一次投资大，热效率高，运转费用低。62.3降低排烟温度

采用空气预热器由烟气直接预热空气的优点在于它自成体系，不受工艺流程的约束。在管式炉其他参数不变的情况下，空气预热温度与热效率提高值的关系见图2-2。从图中可以看出，空气温度每提高20℃，炉子热效率提高约一个百分点。随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOX增加，如果没有适当的措施来降低NOX，则对环保是不利的。另外，空气温度过高，还可能引起燃油喷头结焦或燃烧器结构变形、烧坏等问题，除非改变燃烧器结构和材质，一般空气预热温度不宜超过300℃。

2.3.2用各种空气预热器预热空气78图2—2空气温度与热效率的关系

2.3.3用烟气余热锅炉发生蒸气在一些生产装置上如连续重整四合一重整反应炉上，热负荷很大，为了减少压降又不能在对流室排炉管，只能将对流室作为烟气余热锅炉。又如制氢装置的转化炉，其转化反应只在辐射室的转化炉管内进行，热负荷较大，烟气出辐射室的温度比一般管式炉要高的多，对流室仅靠预热原料气远不能将烟气温度降下来，只能布置烟气余热锅炉来产生蒸汽并入系统管网。

92.3.4去灰除垢保证高的炉热效率加热炉不完全燃烧产生的碳粒和燃料中的灰分等烟尘均会污染对流室炉管和余热回收系统（如热管）的外表面，增加热阻，降低传热效果。造成受热面积灰结垢的主要因素有：燃料品质变重，含硫增高；吹灰器的选型与使用不当，受热面表面生成陈垢；炉负荷变化导致的燃烧质量波动性大。

10为保证加热炉长期在高效率下运行，采取的主要措施有：（1）在线投用清灰剂。在加热炉运行过程中，定期从辐射段看火孔适量加入清灰剂，达到清除对流段炉管表面污垢的目的。它的原理是：投入到炉膛的清灰剂燃烧后，生成碱性物质随着烟气的流动而堆积在炉管表面上，与垢物中的酸和碳酸盐起中和反应，变成无腐蚀、无粘接性的硫酸盐，从管壁上自行剥离脱落下来。（2）必须坚持用吹灰器定期清除积灰。这对于燃油加热炉尤为重要。现在吹灰器的种类较多，有蒸汽吹灰器、声波吹灰器、次(亚)声波吹灰器和燃气脉冲(激波)吹灰器等，它们在各自的使用范围内效果较好。11现在使用较多的是声波吹灰器，其原理是利用了声学、振动学和疲劳学等原理，通过声波发生器，把一定强度的声波送入运行中的加热炉内各种可能积灰结垢的空间区域，通过声能量的作用，使这些区域中的空气分了与灰、垢粒子产生振荡，即对这些粒子施以拉、压循环变化的载荷，当达到一定的循环应力周次数N（N为102-105)后，灰、垢之间的结合力会因疲劳而被逐步破坏，再加上烟气流的冲刷及烟气中所含颗粒对灰粒子的撞击而使灰垢脱落，被烟气流带走。1213（3）干冰清洗与化学清洗对烧渣油和对流室安装钉头管、翅片管的炉子，用吹灰器难以彻底解决积灰问题。因此，近年来在停工大修期间和消缺期间用干冰清洗与化学清洗清洗对流管的方法，已取得良好的效果。据资料介绍，用这两种方法清洗对流管的积灰后，可使排烟温度下降20-100℃，热效率相应提高1％-5％。下面分别介绍这两种对流管积灰的清洗方法和注意事项：①干冰清洗42干冰是CO2的固态存在形式，CO2常态下是一种无色无味的气体。在－78℃低温时，CO2以固体形式存在，在常压下，固体CO2直接升华，没有液化过程。干冰清洗又称冷喷。其工作原理是以压缩空气作为动力和载体，以干冰颗粒为加速粒子，通过专用的喷射清洗机喷射到被清洗物体表面，利用高速运动的固体干冰颗粒的动量变化、升华、熔化等能量转换，使被清洗物体表面的污垢、油污、残留杂质等迅速冷冻、凝结、脆化、被剥离，同时随气流清除。该方法不会对被清洗物体表面，特别是金属表面造成任何伤害，也不会影响金属表面光洁度。43②化学清洗

化学清洗利用清洗液的湿润、渗透、乳化、分散和剥离性能，将污垢从炉管表面清除干净。其过程由清洗设备将清洗液输送到对流段顶部，由上而下喷淋到对流段炉管表面，在对流段下部安装一个接液槽，将清洗液导出炉体。在清洗过程中，如何保护好炉内对流段、辐射段衬里不被清洗液淋湿，是炉管清洗中一个较为关键的技术步骤。如果对流段、辐射段衬里被淋湿、浸泡或冲坏，加热炉开工后，可能出现炉衬脱落、裂纹等现象，将影响加热炉正常运行，严重时需停炉抢修。因此，清洗中要有炉衬的保护措施。1516图2-5翅片管结垢情况及清洗后状况

17图2-6钉头管结垢情况及清洗后状况2.4合理控制过剩空气系数过剩空气系数对管式加热炉热效率影响很大。过剩空气系数过大，一方而，表明管式加热炉内烟气含氧量过多，排烟时，过剩空气将热量带走，排入大气，所以使炉子热损失增加，热效率下降；另一方面，会降低炉膛内燃烧温度，使炉管表而热强度下降，若要保证管式加热炉的恒定热负荷，则必须增加燃料用量，使管式加热炉热效率下降。过剩空气系数过小，会造成燃料燃烧不完全，也会使管式加热炉燃料耗量增加，从而使管式加热炉热效率下降。1819合理控制过剩空气系数的办法很多。首先是要选用性能良好的燃烧器，保证在较低的过剩空气系数下完全燃烧；其次是在操作过程中管好三门一板(风门、气门、油门和烟囱挡板)，确保管式炉在合理的过剩空气系数下运转，既不让过剩空气量太大，也不因过剩空气不够而出现不完全燃烧；再者是应做好管式炉的堵漏，因为化工管式炉几乎都是负压操作的，如果看火门、人孔门、弯头箱门等关闭不严或炉墙有泄漏之处，从这些地方漏入炉内的空气一般都不参与燃烧而白白带走热量。过剩空气系数太大不仅仅使热效率降低，还有其他许多有害之处，例如加速炉管和炉内构件的氧化、提高S02向S03的转化率从而加剧低温露点腐蚀等等。合理地控制过剩空气系数，对提高管式加热炉的热效率是很重要的。通常采取的措施是，检测烟气中的一氧化碳含量，来控制烟道供风挡板或燃烧空气入炉量，使管式加热炉处于最佳的燃烧状态，从而使燃料耗量减少。202.5减少不完全燃烧损失不完全燃烧除造成热损失，降低热效率外，还造成大气污染。机械不完全燃烧产生的炭粒还会造成对流室炉管表面积灰，影响传热效果。减少不完全燃烧损失的措施首先是选用性能良好的燃烧器，并及时和定期地做好维护，使燃烧器长期保持在良好状态下运行，以保证在正常操作范围内能完全燃烧。其次是在操作中精心调节“三门一板”，以保证过剩空气量适合。21化工管式炉的燃烧器性能一般都较好，自动化控制水平也较高，因此不完全燃烧都较少。在设计和运行中通常都不考虑不完全燃烧损失。但对那些性能不良或维护不及时运行状况不好的燃烧器，以及操作管理不精心的炉子来说，不完全燃烧损失则是不可忽略的。22232.6减少散热损失管式炉外壁以辐射和对流两种方式向大气散热。散热量与炉外壁温度、环境温度和风速等有关。当内壁温度一定，炉墙材质、结构和尺寸也一定时，环境温度下降，炉外壁温度也降低