加热炉基础知识

1．传热的基本方式及内容传热的基本方式有三种，它们是：①热传导；②对流；③热辐射。2．热传导及其基本原理热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热，在纯导热过程中，物体的各部分之间不发生相对位移。基础原理：气体的导热是气体分子作不规则热运动时相互碰撞的结果。气体分子的与其温度有关，即高温区的分子运动速度比低温区的大，能量水平较高的分子与能量水平较低的分子相互碰撞的结果，热量就由高温处传到低温处，良好的导电体中有相当多的自由电子在品格之间运动，它们也能将热能从高温处传递到低温处。而在非导电的固体中，导热是通过晶格结构的振动来实现的。3、对流及热辐射的含义对流是指流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程，因而对流只能发生在流体中，在化工生产中常遇到的是流体流过固体表面时．热能由流体传到固体里面，或者由固体里面传入周围流体，这一过程称为对流传热。热辐射当物质受热而引起其内部原子的复杂激动后．就会对外发射出辐射能。这种能量是以电磁波的形式发射出来，并进行传播，当射到另一物体被吸收时，则又转变成热能．这种只与物体本身改变有关而引起的热射线的传播过程，称热辐射。4．加热炉的辐射源

1)火焰：悬浮着的游离炭。2)烟气；CO2、H20、SO2，N2等。3)炉墙；炉墙温度高于炉管。5.温度场一物体的内部．只要各点间有温度差存在，热就可以从高温度向低温度传导，即产生热流．而热流的大小，取决于物体内部的温度分布，物体

(或空间)各点温度在任一瞬间的分布情况，称为温度场。6.等温面温度相同的点所组成的面积为等温面．因为空间任一点不能同时有两个不同的温度．所以温度不同的等温面彼此不会相交。7.导热系数导热系数表示物质的导热能力，是物质的物理性质之一，其数值常和物质的组成、结构、密度、压力和温度等有关。8.固体的导热系数金属是良导电体．因而也是良好的导热体。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低．金属的纯度对导热系数影响很大，例如纯铜中含有极微量的砷，其导热系数即急剧下降。非金属的建筑材料或绝缘材料的导热系数与其组成、结构的致密程度以及温度有关．通常随值随密度的增大或温度的升高而增加。9.液体、气体的导热系数非金属液体以水的导热系数最大，除水和甘油外，绝大多数液体导热系数随温度的升高而略有减少．一般说来，纯液体导热系数比它的溶液的导热系数大。气体的导热系数很小，对导热不利．但却对导温有利．如软木，玻璃棉等就是因其空隙中有气体存在．所以它们的导热系数较小．气体的导热系数，随温度的升高而增大。除非气体的压力很高(大于2000大气压)或很低

(小于20毫米汞柱)．否则其导热系数实际上与压力无关。10．什么叫燃料的发热值1千克原料完全燃料时所放出的热量，称为燃料发热值。单位是千焦／千克，发热值有高低发热值之分。高发热值：1千克燃料完全燃烧后，在燃料生成物中所含的水不是气态，而为液态时，所放出的热量．则称为高发热值．又称理论发热值。低发热值：千克燃料完全燃烧后所放出的热量，减去将燃料中含的水分及燃料燃烧时生成的水分蒸发所用的热量，称为低发热值，又称有效发热值。计算时只采用低发热值。11.从加热炉火焰上如何判断加热炉烧的好坏燃烧的标准要达到：多火咀、短火焰、齐火苗、火馅不扑炉管，烧油时火焰呈杏黄色，烧瓦斯时火焰呈天蓝色。炉膛明亮燃烧完全，烟囱不见冒烟，违反上述标准都属不正常。

火焰燃烧不正常现象大体有以下几种：1)

燃烧不完全．火焰发黄．软而无力。火焰根部是深黑色甚至冒黑烟；2)

火焰燃烧不完全，火焰四散乱飘软而无力。颜色为黑色或者冒烟，系空气量过小。3)

火焰不成形，是火嘴堵塞或结焦。4)

所有火焰时长时短，是仪表比例、积分调节不当。5)

火焰发白、硬、跳动、蒸汽、空气量过大。6)

闪火，燃料压力有规则急剧变化。12.阻火器制造原理管子的直径对火焰的传播速度有明显的影响，一般随着管子直径的增加而增加．当达到某个极限值时，速度就不再增加，同样，传播速度随着管子直径的减小而减小，在达到某种小的直径时，火焰就不能传播，阻火器就是根据这一原理制成的。13.燃烧的条件

1)可燃物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧的物质，均可称为可燃物，如汽油、液化石油气、木材等；2)助燃物．凡是能帮助支持燃烧的物质，均称为助燃物，如空气、氯、高锰酸钾等，常见的有空气和氧气；3)着火源，凡是能引起可燃物质发生燃烧的热能源．均称作着火源，如明火、磨接、撞击、高温表面、自然发热、化学热、电火花、聚集的日光和射线等。14.

燃烧的条件①可燃物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧的物质，均可称为可燃物．如汽油，液化石油气、木材等；

②助燃物，凡是能帮助支持燃烧的物质．均称为助燃物，如空气、氯，高锰酸钾等，常见的有空气和氧气；③着火源，凡是能引起可燃物质发生燃烧的热能源，均称作着火源，如明火、磨擦、撞击、高温表面、自然发热、化学能、电火花、聚集的日光和射线等。15．燃烧的形式及其含意由于可燃物质存在的状态不同，可分为均一系燃烧和非均一系燃烧，非均一系燃烧，指的是燃烧反应在同一相中进行，如氢气在氧气中燃烧，与此相反是非均一系燃烧．如石油、木材、塑料等固体和液体的燃烧。16.

物质的着火点、自然点和闪点的关系1）易燃液体的着火点约高于闪点1—5℃，而闪点愈低，二者的差数愈小。2）液体燃料的比重越小，闪点越低．而自燃点越高；液体燃料的比重越大，则闪点越高．而自然点越低。

17．液体的燃烧速度的表达方式液体的燃烧速度取决于流体的蒸发。其燃烧速度有两种表示方式：一种是以每平方米面积上一小时烧掉的液体重量来表示，称为流体燃烧的重量速度。一种是以单位时间内烧掉液体层的高度来表示，称为液体燃烧的直线速度。18．管式加热炉在石油化工厂装置内所用的加热炉，都是通过管道将油品或其它介质进行加热的，故称管式加热炉，为简化起见．通常称加热炉或炉子。19．自然通风加热记和强制通风加热护利用烟囱的抽力吸入燃烧空气，并将烟气排出的加热炉称为自然通风加热炉。燃料燃烧所需要的空气是用通风机送入，而烟气则通过烟囱抽力排出的加热炉称为强制通风加热炉。20.弯头箱弯头箱是指内面设有保温层,与烟气隔开,用于将一定数量的弯头或集合管封闭的箱体。车箱钵上设有带铰链的或可拆卸的门盖，以便打开进行操作。21.炉管表面热强度

在l小时内，每1米炉管表面积所吸收的热量，叫炉管的表面热强度，单位为千焦／米2时。

、22.加热炉分类目前加热炉的分类在国内外均无统一的划分方法，习惯上最常用的有两种:一种是从炉子的外型来分，如箱式炉、斜顶炉、圆筒炉、立式炉等;另一种是从工艺用途上来分，如常压炉、减压炉、催化炉、焦化炉、制氢炉,沥青炉等。

除以上划分之外，还有按炉室数目分类的，如双室炉、三合一炉、多室炉等；按传热方法而分类的纯辐射炉、纯对流炉、对流一一辐射炉等；按受热方法不同而分类的单面辐射炉及双面辐射炉等等。23．目前常用的加热炉形式目前常用的加热护有圆筒炉、立管立式炉,卧管立式炉等。24.加热炉分辐射室和对流室原因1）加热炉的辐射室有两个作用：—是作燃烧室；二是将燃烧器喷出的火焰、高温油气炉墙的辐射传热通过炉管传给介质这种炉子主要靠辐射室内的辐射传热；小部分靠对流室的对流传热,这只占整个传热的10％左右。

2）对流室的主要作用是:在对流室内的高温气以对流的方式将热量传给炉管内的介质，在对流室内也有很小一部分烟气及炉墙的辐射传热。如果一个加热炉只有辐射而无对流式的话，则排烟温度很高,造成能源浪费．操作费用增加．经济效益降低，为此，在设计加热炉时，通常都要设置对流室，以便能充分回收烟气中的热量。25．加热炉不采用纯对流型炉原因纯对流炉需要的传热面积大，管材用量多，靠近护膛的管子不仅接受辐射热，而且还接受对流热，管子容易烧坏，油品也易结焦，所以一般不采用纯对流炉．而用辐射一对流型炉，这种炉型，先从辐射

室接受大量的辐射热，把烟气度降低一些，然后进入对流室，再从对流室吸收烟气的余热，因而提高了炉子的热效率。26．燃料燃烧的热量是怎样传给管内介质的加热炉在运行时，燃料燃烧所产生的热量通过管壁传给管内油品，以供给油品升温气化所吸收的热量。在辐射室的燃烧器所喷出的火焰(包括发光火焰和不发光火焰)，对炉管起着辐射传热作用；而高温烟气在通向辐射室出口进入对流室时冲刷护管．对护管起着对流传热作用．炉管的管壁起着导热作用．把热量由炉管外壁传到内壁，再传到油品。从上面分析可以看出：在辐射室内护管的传热有三种方式：辐射、对流和导热，在相同的部位．各由一种或几种传热方式起着作用，在几种传热方式起作用的场合，必有一种传热方式起着主导作用，在炉管外壁，以火馅、烟气、护墙

的辐射传热为主，烟气的对流传热为辅，在辐射室的炉管以辐射传热为主，对流传热为辅，在对流室内．则以对流传热为主。27．加热炉的主要工艺指标热负荷;炉膛温度;护堂热强度;炉管表面热强度;加热炉的热效率;油品在管内的流速及压力降。28．加热炉设计热负荷和计算热负荷的关系在设计加热炉之前，根据炉子进出口温度及处理量，计算出加热炉所需要的热负荷，为了使炉子能充分适应处理量的变化，往往取设计热负荷为计算热负荷的1.15倍。29．辐射管热强度与那些因素有关辐射管热强度是每平方米辐射炉外表面在每小时内传入的热量，单位是千焦／米2时。

影响辐射管热强度有以下因素。1）沿炉管四周受热不均匀；一排沿炉壁布置的炉管．每根管子向火面主要受火焰及高温烟气的辐射热量．而背火面主要受炉壁的反射热．向火面最前面一点的热强度最高，其它各点的热强度则逐渐降低．例如最高点的热强度为1，则整个圆周的平均热强度仅为0.562，如果热强度为1的一点是充分发挥了炉管的最大作用．则对圆周来说，管子表面利用率只有56.2％左右。2）沿炉管长度受热不均匀：立管加热炉仅在下部烧火时，一般在炉管

的下部和中部热强度最高。炉管上下不均匀程度与管子及火焰长短和燃烧器

距炉管的距离等因素有关，一般不均匀系数(最大／平均)为1.2—1.5。3)

加热介质温度的影响：在炉膛温度一定时，管内介质温度不同则炉管的热强度也不同，管内介质温度越高．由于管外烟气与管内介质之间的温差小．所以传进去的热量就少，即热强度低；反之，管内介质温度越低，则热强度就越高，在设计时，热强度通常根据介质进出辐射管的平均温度来定的。4)

局部死角：每根护管火焰的相对位置．直接影响着各个炉管朗传热量。圆筒炉炉管沿炉壁呈圆周排列，火嘴位于中间，可以认为每根炉管的传热量是均匀的，对于方箱炉．角上炉箱传热量比中间炉管传热量少，出现局部死角．所以炉管之间的传热量是不同的。30.对流管热强度与哪些因素有关对流管热强度是根据管内及管外的各种数据计算出来的。影响传热系数的因素如下：管外：烟气重量流速越大．外膜传热系数越高；对流平均烟气温度越高．外膜传热系数越大；对流管外径越小，外膜传热系数越高。管内：介质的质量流速越大，内膜传热系数越高；介质的粘度越小，内膜传热系数越大.对流管热强度虽然受管内管外各种因素的影响，但管内为液体时，控制总传热系数的主要因素还是管外条件，管内条件影响不大，一般管内液体油品内膜传热系数为2512—5024千焦／米2．时．度；而外膜传热系数仅为126千焦／米2．时．度左右。总传热系数总是小于外膜传膜传热系数。31．对流室烟气流速的选择在计算对流段的流通截面时，对流段的烟气质量流速应不超过1.5—4公斤／米2秒的范围，当采用光管时，一般采用1.5—2公斤／米2．秒，当采用钉头或翅片管时，一般采用2—4公斤／米2。对流段的烟气质量流速越大．对流传热系数越高，所需对流面积越少。但流速提高后，对流段的烟气阻力增加，在自然通风时所需烟囱就越高．所以烟气流速的选用要适当，不要顾此失彼。如果为了防止污染而采用高烟囱时，烟囱的抽力有富裕，于是对流室便可以采用更高的流速。32.烟囱内的烟气流速一般选用值烟囱内的烟气质量流速一般采用如下数值：

1)

自然通风时，一般应不超过8—12米／秒。

2)

强制通风时．一般应不超过20—30米／秒。33．加热炉的一般散热损失数值：加热炉的散热损失一般采用如下数值一般圆筒炉和立式炉辐射段的散热损失为总发热量的2％，对流段为总发热量的1％，余热回收系数的散热损失为总发热量的0.5％。34．化学不完全燃的热损对加热炉的热效率的影响化学不完全燃烧的热损失体现在排烟内含有C0和H2．由于甲烷

(CH4)比其它高碳烃难燃烧．个别情况下可能还存在着少量的CH4。由于烟气．的H2分析较困难，一般只分析C0．据国内有关单位的试验，烟气中含有O时．必然也含有H2，当C0＜1％时，C0／H2=3.6；当C0＞1％时，C0／H2＝2．根据计算，当过剩空气系数D=1.2时。烟气中Co的体积含量如为0.2％，炉子热效率就下降1％。过去有的石油化工厂分析过C0含量占1.5％，炉子热效率将下降7％左右。所以，化学不完全燃烧所造成的热损失还是不小的，在操作中必须予以足够重视。35．机械不完全燃烧的热损失对加热炉的热效率的影响机械不完全燃烧的热损失体现有排烟内含有炭黑粒子。烧油加热机械不完全燃烧的热损失一般不大，过去认为可以忽略不计，但近年来的研究认为，在燃烧不正常时，其数值在特定条件下不能忽视。例如某电厂在烧任丘渣油时，烟气中的炭黑浓度为1616毫克／标米3，热损失达15％，后来采用加水乳化燃烧后炭黑浓度减少90％以上，另外，未完全燃烧的炭黑粒子可能污染受热面．影响传热，炭黑粒子排入大气还会污染环境，带来多方面的危害。36．看火门的作用.看火门的作用是用来观察辐射室内燃烧器燃烧的火焰颜色、形状及长短；此外、还用来对炉管、弯头、拉钩、吊钩、热电偶、炉墙、炉顶衬里、炉底村里、火盒砖等进行观察，检查在运行中是否有烧坏或变形等异常现象。37．防爆门的作用.加热炉在正常操作中是不会发生爆炸事故的，一般炉子爆炸事故大部分都是在开工点火期间发生的，在未点火前，由于燃料瓦斯阀门关不严，或多次点末点着，而使炉膛内存有可燃气体时．在点火中就容易发生爆炸，在这种情况下，炉膛压力将防爆门推开泄掉一部分炉内压力．以减轻炉子的损失。但是，有防爆门的炉子．并不能完全避免在炉内发生爆炸后炉体不受损失。

38．燃烧器的作用.管式加热炉是由燃烧器烧火传给热量，再将热量通过炉管传给油品，所以火焰与炉管的相互关系就成为加热炉的主要问题．燃烧器是供给热量的设备，也是消耗能量的设备。燃烧器的设计、选用、制造及操作的好坏直接关系到加热炉热效率的高低及运转周期的长短。如果脱离开燃烧器去谈一个加热炉的好坏是不全面的．更是不现实的。39．加热炉对燃烧器的要求燃烧器是管式加热炉关键设备之一，其好坏直接关系到加热炉的热效率及工艺过程，因此，对燃烧器提出以下要求：a)适应不同炉型的需要，保证炉膛必须的热强度。b)要保持连续稳定的燃烧，就应具有一定的形状，一定长度．平稳而不熄灭的火焰。火焰的颜色为桔黄色．其回火和脱火的可能性小。c)过剩空气系数小，燃烧完全，燃烧气与空气完全，均匀地混合。d)对于液体燃烧器．在要求调节的范围内能使各种燃料油均匀雾化。e)满足工艺要求，操作弹性大，调节性能好，操作简单，可靠，工作时无噪音。f)不堵塞、不漏油、不结焦。g)结构简单、紧凑、体积小、重量轻。

h)操作费用小，维修、更换方便。40.烟囱冒黑烟的原因及处理方法1)原因：

炉管烧穿；

仪表失灵．燃料阀控制阀全开；

瓦斯带油；

雾化蒸气压力突然下降；

烟囱挡板、一、二次风门及蝶阀开度不合适，造成缺氧，使燃料燃烧不完全；

炉进料量突然增加。2)处理办法；

炉管烧穿．如果不大，则按正常停工处理；如严重烧穿，则按紧急停工处理；

仪表控制失灵，应立即改为手动控制；

如果瓦斯带油，应立即与有关单位联系处理。

在雾化蒸汽的压力下降后，应调整喷嘴燃料油的压力，使油达到良好的雾化；

根据燃烧的情况，调节烟囱挡板、风门及蝶阀的开度