化工原理讲稿上册应化管式加热炉4

化工原理讲稿上册应化管式加热炉4第1页/共26页一、燃料的种类、组成和发热值1.燃料的种类气体燃料：气体燃料的来源多是生产过程中产生的利用价值不高或不足利用的轻烃催化干气、焦化干气、不凝气（烃类）等主要组成是甲烷、乙烷和少量的C3、C4第七节燃料的燃烧第2页/共26页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：①雾化效果要好②燃料粘度适中液体燃料：第七节燃料的燃烧第3页/共26页2.燃料的组成元素组成：碳（C）、氢（H）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、水份（W）、灰分（A）确定方法说明：①d420

：燃料油在20℃时的相对密度－比重；②C、H、S：质量百分数，如C=86表示86%。元素分析法经验公式法第七节燃料的燃烧第4页/共26页3.燃料的发热值定义：指1kg燃料完全燃烧时所放出的热量(1)发热值基准：气体燃料：kJ/nm3Fuel(0℃、1atm)

液体燃料：kJ/kgFuel(2)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

√第七节燃料的燃烧第5页/共26页(3)发热值的计算：气体燃料Qh=Σqhi·yi，kJ/nm3Fuel

Ql=Σqli·yi，kJ/nm3Fuel

第七节燃料的燃烧第6页/共26页液体燃料-门捷列夫公式Qh=[81C+300H+26(S-O)]×4.187，kJ/kgFuelQl=[81C+246H+26(S-O)-6W]×4.187，kJ/kgFuel

说明：各元素放热：C：8100kcal/kg；H：30000kcal/kg；

S：2600kcal/kg；H2O：600kcal/kg；故C、H、S、O为质量百分数，如C=24，H=70，O=6。√第七节燃料的燃烧第7页/共26页二、理论空气用量与过剩空气系数1.理论空气用量定义：1kg液体燃料或1nm3气体燃料完全燃烧时理论上需要的空气量液体燃料：每kg液体燃料燃烧所需的理论空气量为：

L0=1/0.23(0.0267C+0.08H+0.01S-0.01O)=0.116C+0.348H+0.0435(S-O)kg空气/kg燃料第七节燃料的燃烧第8页/共26页气体燃料：nm3air/nm3Fuel

V0=ΣV0i.yi第七节燃料的燃烧第9页/共26页2.燃烧机理烃类：键式反应－脱氢、断链Ⅰ．烃类一般在200-300℃时开始氧化；Ⅱ．T＞400℃时供氧不足，可能发生析碳反应(结焦)

析碳能力：渣油＞重油＞重柴＞轻柴＞汽油＞液化气＞天然气Ⅲ．燃烧过程：物理扩散－预混式化学反应－外混式Ⅳ．实现完全燃烧，必须供给过剩的空气第七节燃料的燃烧第10页/共26页3.过剩空气系数(1)定义：管式炉中实际入炉空气量与理论空气量之比α对η的影响：α太小→O2供应不足→燃料燃烧不充分→热效率η↓α太大→烟气量↑→烟气带走的热量↑→热损失↑→η↓→烟气中含氧量↑→炉管表面氧化↑→使用寿命↓

(α每增加0.1，η降低1.5%左右)所以加热炉操作时应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量降低过剩空气系数。第七节燃料的燃烧第11页/共26页①燃料性质：气体燃料：α＝1.1～1.2

液体燃料：α＝1.2～1.3，提高雾化②燃烧器的性能：自然引风式：α＝1.2～1.4(国内)大能量燃烧器α＝1.1～1.15(国外)新型平行气流燃烧器α＜1.05③炉体密封性④加热炉的测控水平(2)影响过剩空气系数的主要因素第七节燃料的燃烧第12页/共26页奥氏分析仪：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：⒊过剩空气系数的测定：第七节燃料的燃烧第13页/共26页三、全炉热效率、燃料用量及火嘴个数的确定1.热平衡确定全炉热效率η1kg燃料：第七节燃料的燃烧第14页/共26页说明：各项热能的确定：①热负荷Q：a.若有过热蒸汽管：Q包括过热蒸汽吸收的热量；

b.反应炉：Q=油品吸热＋反应热；

c.纯加热炉：②q1/Ql：a.自然通风系统：忽略；

b.空气已被预热：第七节燃料的燃烧第15页/共26页③q2/Ql：q2/Ql=f(α，Tg)，P364：Fig7-38；④qL/Ql：立式炉、圆筒炉：

qL/Ql=0.02～0.05辐射室：0.01～0.03对流室：0.01～0.02第七节燃料的燃烧第16页/共26页2.燃料用量B的确定3.火嘴数量的确定说明：①总额定喷油能力/实际喷油能力＝1.2～1.35；②圆筒炉：不采用2个火嘴，火嘴间距＞1m；

③必须由燃料的性质选用合适的火嘴B=Q/QlNF=B/B额第七节燃料的燃烧第17页/共26页说明：0.5-雾化蒸汽量，kgSteam/kgFuel；若为机械雾化或用气体燃料，则不计。4.燃烧产物-烟道气流量的确定mg=(L+1+0.5)B=B(1.5+ΑL0)第七节燃料的燃烧第18页/共26页四、提高加热炉热效率η的方法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

第七节燃料的燃烧第19页/共26页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。第七节燃料的燃烧第20页/共26页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↑→η↑；q2/Ql－烟气带走的热量，q2/Ql↓→η↑；qL/Ql－炉墙散热损失，qL/Ql↓→η↑。第七节燃料的燃烧第21页/共26页

原油入炉温度越高，相应的烟气出口温度也越高，炉子的热效率就要下降。因此，应该通过综合的技术经济比较，选择一个适合的原料入炉温度。通常，这个温度在200～250℃之间，即烟气排出温度在400℃以下较为合理。

(1)尽量降低油品的入炉温度第七节燃料的燃烧第22页/共26页

预热入炉空气，是目前提高加热炉热效率的主要手段。有些加热炉受到工艺条件的限制，排烟温度超过了400℃，这时，可考虑在对流室和烟囱之间装设空气预热器来回收烟气余热。当加热炉排烟温度＞500℃时，可考虑装设废热锅炉，利用烟气余热产生蒸汽以提高炉子热效率。

(2)提高空气的入炉温度第七节燃料的燃烧第23页/共26页

降低烟气出炉温度及减少烟气流量。降低烟气温度，必须注意烟气与油、气的传热温差和露点腐蚀问题；减少烟道气流量，通常只能通过降低α才能达到（Wc=(αL0+1.5)B），而降低α必须选用合适的火嘴，以保证燃料充分燃烧。