管式加热炉的结构优化设计

1、 管式加热炉的结构管式加热炉的结构优化设计优化设计 目录目录一、管式加热炉的工作原理一、管式加热炉的工作原理二、管式加热炉类型二、管式加热炉类型三、管式加热炉的主要工艺指标三、管式加热炉的主要工艺指标四、加热炉的技术改造四、加热炉的技术改造 管式加热炉是炼油厂的重要加热设备，耗费能量大。针对早期建造的炼油厂和化工厂在役管式加热炉热负荷和热效率低以及热源损失大等状况，提出了一些技术改造和节能措施，例如在辐射室增加炉管，并采用新型燃烧器、变频技术和全密封技术等，获得了良好效果。管式加热炉的工作原理管式加热炉的工作原理 管式加热炉一般由三个主要部分组成：辐射室、对流室及烟囱。 辐射室是加热炉的核心部

2、分，从火嘴喷出的燃料(油或气)在炉膛内燃烧，需要一定的空间才能燃烧完全，同时还要保证火焰不直接扑到炉管上，以防将炉管烧坏，所以辐射室的体积较大。由于火焰温度很高(最高处可达15001800左右)，又不允许冲刷炉管，所以热量主要以辐射方式传送。 在对流室内，烟气冲刷炉管，将热量传给管内油品，这种传热方式称为对流传热。烟气冲刷炉管的速度越快，传热的能力越大，所以对流室窄而高些，排满炉管，且间距要尽量小。 烟气离开对流室时还含有不少热量，有时可用空气预热器进行部分热量回收，使烟气温度降到200左右，再经烟囱排出，但这需要用鼓风机或引风机强制通风。有时则利用烟囱的抽力直接将烟气排入大气。由于抽力受烟气

3、温度、大气温度变化的影响，要在烟道内加挡板进行控制，以保证炉膛内最合适的负压，一般要求负压为23mm水柱，这样既控制了辐射室的进风量，又使火焰不向火门外扑，确保操作安全。 管式加热炉类型管式加热炉类型 炼油厂加热炉类型很多，按照管式炉的结构可分为立式炉、圆筒炉和无焰炉。 立式炉 立式炉炉膛为长方形箱体，炉管可水平放置或垂直放置。卧管立式炉其辐射炉管沿炉壁横排，火焰垂直于炉管上烧，炉膛较窄对流室置于辐射室之上，长度与辐射室相同，烟囱放在对流室顶部。这种炉的特点是炉管沿长度方向受热均匀，另外由于其辐射室高度低，故各辐射管间的受热也比较均匀。对流管较长对提高热效率比较有利，其缺点是为避免炉管发生过大

4、的弯曲变形，要按一定间隔设置高合金炉管支架。 圆筒炉 圆筒炉炉膛为直立圆筒形，辐射管在炉膛周围垂直地排列一周，方形对流室在圆筒体上部，对流管分水平与直立设置两种。圆筒炉的特点是结构紧凑，造价较低。炉管立式排列，可采用上部吊管固定，节省了管架合金材料用量。 但立式排列使得沿管长方向受热不均匀，距炉底15m处的管于表面热强度最高。从热负荷上看，圆筒炉通常用作中、小型加热护，这是因为辐射管不能太长，加大炉膛直径又会提高造价。圆筒炉的热效率偏低也使热负荷的提高受到限制。 无焰炉 无焰炉外形和立式炉相似，主要特点是将无焰喷嘴沿炉膛测墙均匀分布。由于无焰燃烧，炉膛体积可缩小，传热较均匀，辐射管热强度高，传

5、热较均匀。由于燃烧完全，过剩空气系数小，炉子热效率较高。管式加热炉的主要工艺指标管式加热炉的主要工艺指标 加热炉热负荷 每小时传给油品的总热量称为加热炉热负荷(千卡/小时)，表明加热炉能力的大小，国内炼油厂所用的管式加热炉最大热负荷在4200万千卡小时左右。 炉管表面热强度 每平方米炉管单位表面积一小时内所吸收的热量叫炉管表面热强度(千卡/米2小时)。炉管表面热强度越高，在一定的热负荷下所用的炉管就越少，炉子的尺寸可减小，投资可降低，所以要尽可能地提高炉管的表面热强度。 过剩空气系数 实际供给燃料燃烧的空气与理论空气量的比值叫做过剩空气系数。比如1公斤燃料从理论上计算需要14.3公斤空气正好完

6、全燃烧，而实际供给的空气量是17.2，则过剰空气系数就是17.2/14.3=1.2。 在保证燃烧完全的前提下，使炉子在低而稳定的过剩空气系数下操作是有利的。过剩空气系数过小会造成燃烧不完全而浪费燃料；过剩空气系数过大，进入炉膛的空气量大，炉膛温度下降，影响传热效率，同时，也增加了烟气量。过剩空气系数通常取1.11.5左右。 全炉热效率 炉子热负荷与燃料发出的总热量之比叫全炉热效率。管式炉热效率一般为75%左右，目前先进的管式炉热效率为80%85%，最高可达88%92%，热效率高，表明相同的热负荷所耗的燃料量少。加热炉的技术改造加热炉的技术改造 早期建造的加热炉,由于受当时技术条件的限制，大多在

7、低负荷条件下运行，热效率低，热损失较大。所以，对原有管式炉实施改造已成为日益迫切的任务。 增加对流管表面积 增加对流管数量 管式加热炉对流段上部一般留有高度不小于800mm的检修空间，小型加热炉高度不小于600mm，可在此空间加装对流管，以增加对流管的换热面积。 用扩大表面管替代光管 旧式加热炉对流段有的用光管，管式炉对流管若烧气体燃料，可用传热面积更大的翅片管代替钉头管,用扩大表面管替代光管或用翅片管替代钉头管，会增大炉内烟气侧压力降，降低排烟温度，使烟囱抽力减小。需增加烟囱高度，或在对流段上部增设引风机。 建议采用声波吹灰器,吹灰介质为压缩空气,吹灰效果好,可提高对流传热系数,降低排烟温度

8、,同样可提高加热炉的热负荷。翅片管 增加辐射管换热面积 通过增加辐射室的高度（即辐射管的高度）来增加圆筒形立式炉辐射管的换热面积。对水平管箱式炉，在炉管上部或接近炉底的下部有可利用的空间用来增加炉管数量，从而增加辐射管的换热面积。 修正烟囱高度 烟囱的主要用途是安全有效地排放烟气。烟囱可通过增加高度或直径加以修正，但烟囱所受的风载荷会增加，故加热炉基础和钢结构的强度及稳定性须重新核算，以保证满足风载荷增加后烟囱的力学性能要求 换用新型燃烧器或变自然通风为强制供风 燃烧器是加热炉的关键设备,自然通风的燃烧器需要更多的过剩空气，火焰长，燃烧空气被低速导入,很难与燃油充分混合,强制供风的燃烧器压力降

9、为50.8152.4mm H2O，空气高速进入，火焰短小有力,炉膛内炉管受热均匀，空气压力使燃料和空气充分混合，燃料油的过剩空气系数为0.100.15，燃料气的为0.050.10，燃烧充分，烟尘粒子减少，火焰形状和刚度易于控制，工作噪声低。 增设空气预热系统 烟气出口温度每下降35，热效率提高1%。应在对流段和烟囱之间增设空气预热器预热燃烧空气，余热可以利用。预热器用于中小型加热炉时,应尽量顶置,以简化结构,降低改造费用。 应用高温辐射涂料增强换热效果 在管式炉炉膛内表面喷涂高温辐射涂料,以增强辐射传热量。炉内壁常用的耐火材料(耐火砖、耐火混凝土和耐火纤维毡三大类)辐射系数小,而高温辐射涂料的

10、幅射系数大,涂抹后会增加热源对炉壁的辐射传热量,使炉壁表面温度上升,达到增大炉管的传热量和加热炉的热负荷之目的。 改善热炉工艺 就以常减压装置来说，从以往的湿式减压到现在的干式减压，应用先进的网络设计方法，提高换热终温等，加热炉的有效负荷大幅度下降。对于大型装置，装置之间的热联合，采用大型加热炉集中供热等都可以有效的降低燃料消耗。 应用成熟可靠的设备，设备节能 进行了设计方案的优化以后，要通过选择可靠的设备来实现节能的目的。对于工业炉来说，并没有什么先进技术与落后技术之分，加热炉的新材料和新设备的应用其主要是经济性决定的。 控制加热炉中氧含量 控制燃烧供风 燃烧供风是是必需满足的，但是不合适的供风也将造成燃料损失，对于加热炉来说，不但要控制烟气中的氧含量低，还要控制烟气中的CO含量低，要经常检测烟气中的CO含量，无论烟气中的氧含量有多低，只要是没有检测到CO，就可以继续降低供风量，但是如果CO超过了预定值，即使是氧含量超标，也要继续增加供风，否则就相当于燃料在放空。