加热炉培训资料

加热炉培训资料第1页/共75页

在石油化工厂装置内所用的加热炉，都是通过管子将油品或者其他介质进行加热的。为简化起见，通常称加热炉或炉子。一：概述管式加热炉第2页/共75页利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，来加热炉管中流动的介质，使其达到规定的工艺温度。管式加热炉工作原理烟囱对流室辐射室燃烧器燃烧三要素：可燃物（燃料油或燃料气）助燃物、点火源一：概述第3页/共75页传热的三种基本方式1、热传导：在一个物体内部，由于分子的振动，而分子没有发生宏观位移的传热方式称为导热。2、对流传热:流体本身流动，将热能从流体的一部分传递到另一部分，称为对流传热。3、辐射传热：传热不需要媒介，而直接由热源以辐射能（电磁波）的形式辐射出来，被其它物体接收而转变为热能。第4页/共75页辐射室内的传热过程燃料燃烧火焰高温烟气炉墙炉管外壁炉管内壁管内介质辐射对流辐射传导对流以辐射为主第5页/共75页对流室内的传热过程高温烟气对流管外壁对流管内壁管内介质传导对流以对流为主对流辐射第6页/共75页一、箱式炉三、圆筒炉二、立式炉按外形分类四、大型方炉二、分类和结构第7页/共75页箱式炉第8页/共75页炉管受热不均匀，易产生局部过热热效率低结构笨重，体积大，耗用钢材多特点在一般炼厂很少使用第9页/共75页立式炉

分类：根据辐射管子排列方式可分为：

卧管立式炉、立管立式炉、附墙火焰式和阶梯炉等结构：外形为长方体，分为（下）辐射室、（中）对流室、（上）烟囱三部分

第10页/共75页1、炉管水平，传热均匀；2、占地面积大；3、管内流动阻力小；方便清焦。第11页/共75页特点火焰垂直向上，与烟气流动方向一致

1、炉管长度方向受热不均匀；2、可节省大量高铬镍钢的材料。第12页/共75页使火墙成为良好的热辐射体，增加炉膛内辐射面积单排管双面辐射；火嘴高度不同。轴向、径向受热均匀第13页/共75页圆筒炉第14页/共75页1、轴向热强度分布不均匀；炉墙再辐射作用减弱。

炉管表面热强度较低。2、结构简单紧凑、节省钢材、占地面积小，适用于中、小负荷炉子。适用于介质的纯加热结构：辐射炉管沿炉墙周围排成一圈，炉底有火嘴

第15页/共75页第16页/共75页第17页/共75页第18页/共75页第19页/共75页第20页/共75页第21页/共75页第22页/共75页第23页/共75页第24页/共75页第25页/共75页大型方炉第26页/共75页大型方炉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。第27页/共75页

项目圆筒炉(中间不排管)

横管立式炉立管箱式炉(中间排管)炉体占地面积／(m2／MW)金属材料用量／(t/MW)高铬镍合金钢管架用量／(kg／MW)投资对比适用热负荷范围／Mw辐射室炉管表面平均热强度／(W／m2)3.5-4.58-2130-170100<3024000-370007.5-9.5①12-15190-230100-15010-3029000-440003-46-8150-20070-90>3024000-37000炉型选择第28页/共75页从结构、制造、投资费用方面考虑，应优先选择辐射室用立管的加热炉。对一般用途的中小负荷炉子，宜优先考虑立式圆筒炉。单排管双面辐射加热炉一般只用于烃类蒸汽转化和乙烯裂解等高温过程第29页/共75页一、化学反应炉四、混相加热炉三、气体加热炉二、液体加热炉按用途分类第30页/共75页管内装催化剂，如烃类水蒸汽转化炉管内不装催化剂，如乙烯裂解炉液体加热炉管内无相变化、单纯的液体加热炉管内进口为液相、出口为气液混相的炉子管内进口为液相，出口全部汽化的炉子气体加热炉混相加热炉化学反应炉第31页/共75页

基本结构辐射室余热回收系统对流室燃烧器通风系统第32页/共75页

燃烧器组成：燃料喷嘴、配风器、燃烧通道燃油燃烧器燃气燃烧器油气混合燃烧器分类自然通风燃烧器强制通风燃烧器第33页/共75页第34页/共75页炉管

由于炉管置于高温中，管内又有油品或其他介质，在温度、压力和腐蚀的联合作用，因此，炉管材料应具有耐热、耐压和耐腐蚀的特殊要求。加热炉辐射室一般为Gr9Mo合金钢管，对流室为10﹟优质碳钢管。炉膛温度一般在600度以上，因此炉管内应时刻保持有一定流量的冷物料来吸收热量，确保炉管壁温不超过耐热指标。严防炉管内物料中断和超高温、超负荷运行，以致损坏炉管，酿成事故。整个加热炉的炉管系统还包括连接直管之间的回弯头和支持炉管的管架。回弯头把相邻两直管连通，使油品流向转弯180度。在进出口处回弯头将炉管与物料进出管线相连。虽然回弯头处于高温区外部，但由于管内物料流向急剧改变，冲蚀严重，容易发生漏油着火。管架的作用是支撑炉管防止其受热弯曲变形。

第35页/共75页U型弯头急弯弯管第36页/共75页火焰和高温烟气通过辐射将热量传给辐射管，炉壁对热量的反射也间接地传热给辐射管

辐射室作用:

辐射室又称燃烧室或称炉膛，是管式加热炉的核心，位于炉体的下部，为圆柱形的简体，其外层是由钢板卷成的圆筒体，内层是隔热层即炉墙。隔热层主要有减少热量损失的作用在辐射室内，沿炉墙一周是排成一圈的炉管，炉底有燃烧器呈圆形分布，加热炉供风系统的风道设置在炉底，由中心呈放射状通向每一个燃烧器。

第37页/共75页由于瓦斯阀门关不严或多次点火未点着，使炉膛内存有可燃气体，在点火时易发生爆炸。这时，炉膛压力将防爆门推开泄掉一部分压力。防爆门第38页/共75页

对流室作用:烟气通过对流将热量传给管内介质，充分回收烟气中的热量。对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高。在辐射室上面的长方形是对流室，其外壁结构与辐射室相同，对流室炉管一般为水平横排，为了提高供热效率，有些对流热炉管外壁镶有钉头或翅片，这些钉头或翅片一般只在炉管的下侧有，这主要是因为上侧采用钉头或翅头容易积灰且不易清除，反而降低了传热效率。

第39页/共75页当管内介质为液态时，管外侧对流传热系数远小于管内侧对流传热系数，对流室采用钉头管或翅片管可提高对流管外侧的对流传热系数且扩大传热面积，从而提高加热炉的热效率。不可用于烧污油或高粘度渣油的加热炉必须安装吹灰器钉头管和翅片管有什么作用第40页/共75页第41页/共75页第42页/共75页

余热回收系统但在余热回收系统易引起降低排烟温度是提高热效率的一种重要方法。利用空气预热器或余热锅炉可降低排烟温度。低温露点腐蚀第43页/共75页低温露点腐蚀燃料油、气中的有少量的S存在，燃料后生成SO2。由于燃烧室中有过量的O2存在，所以又有少量的SO2进一步氧化成SO3。在通常的过剩空气系数条件下，全部SO2中约有1~3%转化成SO3，在高温烟气中的SO3气体不腐蚀金属，但当烟气温度降到400℃以下，SO3将与水蒸汽化合生成硫酸蒸汽。其反应式如下：

SO3↑+H2O↑→H2SO4↑

当烟气温度降到露点温度时，硫酸蒸汽凝结到炉子尾部受热面上时就会发生低温硫酸腐蚀，主要发生在空气预热器、余热锅炉等余热回收设备的换热面上，与此同时，这些凝结在低温受热面上的硫酸液体，还会粘附烟气中的灰尘形成不易消除的积垢，使烟气通道不畅甚至堵塞。

排烟温度大于露点温度第44页/共75页第45页/共75页预防措施减少燃料中的含硫量，降低烟气露点温度采用低氧燃烧，降低过剩空气系数，减少SO3的生成。控制排烟温度不能太低采用耐腐蚀金属材料提高空气预热器入口的空气温度，增加除灰设施。第46页/共75页加热炉烟道气为热源，它将烟气经集烟管通过引风机引入空气预热器中热交换后，烟气经排烟管排入大气中。此类型的空气预热器目前主要有管束式、回转蓄热式和热管式三种形式。

1、预热炉用燃烧空气

利用烟气余热来加热空气，可降低排烟温度，提高热效率；同时空气温度高，又可提高燃烧效率，强化传热效果。作用：第47页/共75页适用于炉子排烟温度高和热负荷大的加热炉。当炉子热负荷较小时，可采用多炉联合的措施，用余热锅炉集中回收烟气的余热。一是可充分利用热量，二是集中的烟气可通过一个高烟囱排出，有利于减少地面污染。2、采用余热锅炉发生蒸汽作用：利用烟气的热量来产生蒸汽。适用：第48页/共75页作用:

通风系统将燃烧用空气导入燃烧器，并将废烟气引出炉子。一是排烟，减少污染；二是自然通风时利用烟囱形成的抽力吸入空气烟囱作用：第49页/共75页自然通风由于烟气温度比外界空气的温度高，使得烟气密度比空气小，所以烟气会自然上升；同时烟囱较高

，烟气排出后能迅速扩散，带动烟囱内烟气上升，下部形成负压，外界空气压力高，空气吸入炉内。利用烟囱抽力吸入空气，并将烟气排出第50页/共75页Δp=(ρ外-ρ内)9.81HΔp—烟囱的抽力，PaH—烟囱的高度，mρ外—烟囱外部大气的密度，kg/m3

ρ内—烟囱内部烟气的密度，kg/m3

开大烟囱越高，抽力越大；气体密度差越大，抽力越大。抽力大时烟道挡板应关小些。关小夏季应将烟囱挡板，冬季第51页/共75页使空气有足够的动能来扩散和混合，保证在尽可能低的过剩空气系数下，完全燃烧易于控制燃料与空气的比例，以及火焰的形状强制通风利用风机将燃料燃烧所需空气送入炉内优点第52页/共75页三、主要技术指标

管内流速和压力降炉膛温度炉膛体积发热强度

热负荷

热效率

炉管表面热强度第53页/共75页定义单位时间内单位炉膛体积燃料燃烧的总发热量（W/m3）指标一——炉膛体积发热强度炉膛体积热强度越大，完成相同的热任务所需的炉子越紧凑。炉膛体积发热强度=（燃料用量×燃料的低发热值)/炉膛体积如果炉膛体积过小，则燃烧空间不够，火焰容易烧到炉管上，炉膛温度也高，会引起局部过热，使油品结焦第54页/共75页单位时间内单位炉管表面积所传递的热量（W/m2）定义指标二——炉管表面热强度炉管表面热强度高，在一定负荷下，所需要的炉管就少，炉子体积可缩小，投资降低。应尽量提高炉管表面热强度。第55页/共75页炉管表面热强度增加，管壁温度升高，要求炉管材质好，否则，炉管容易烧坏。管内油品在高温下易结焦，严重时会引起炉管破裂。炉管表面热强度过大有什么不好炉管表面热强度过小有什么不好炉管表面热强度小，相同表面积所传递的热量也就越小，或完成同一任务时所需的传热面积越大第56页/共75页炉膛内烟气出辐射室入对流室的温度定义影响指标三——炉膛温度烧坏炉膛温度高,会引起炉管表面热强度过大，炉管易烧坏，油品易结焦炉膛温度低，辐射室的传热量就少炉子处理量小第57页/共75页指标四——炉管内流速和压力降定义一般用质量流速、冷油流（15°C时油品在炉管内流速，m/s）来表示

炉管内流速第58页/共75页炉管内流速为什么不能太小？流速过小，则边界层越慢，传热越慢，管壁温度越高;油品在管内停留时间越长，管内壁附近的油品就分解结焦，严重时甚至会引起炉管破裂。装置处理量小。第59页/共75页流速太大，压力损失也随之增大，增加了管路系统的动力消耗。流速是根据允许的压力降来确定的。炉管内流速为什么不能太大？第60页/共75页油品在炉管内流动过程中的压力损失如果处理量未变，炉管压力降增加，就说明炉管已结焦定义

炉管压力降管段的总压降=管段入口压力—管段出口压力结焦后，内径变小，油品实际流速增加，压力降增加。第61页/共75页被加热物料在单位时间内吸收的热量（J/S或W）定义表明了加热炉生产能力的大小指标五——热负荷用于升温、汽化或化学反应，全部是有效利用热第62页/共75页全炉有效热负荷与燃料燃烧发出的热量之比η=Q

有效/(BH

燃料)╳100%=[1-Q损失/(BH

燃料)]╳100%定义指标六——热效率热效率越高，燃料的有效利用率越高，燃料耗量越低。第63页/共75页如果负压很小，则抽力不够，吸入的空气就少，炉内燃料燃烧不完全，浪费燃料，热效率低；烟囱冒黑烟，炉膛不明亮。如果炉膛出现正压，甚至回火伤人。负压过小的危害:负压过大的危害:炉膛负压过大，入炉空气量大，烟气氧含量增加，使炉子热效率降低。四、相关操作关于负压第64页/共75页烟道挡板开度过小风门开度大负压过小的原因？炉子超负荷运行，烟气排不出去对流室积灰严重，阻力增加排烟系统故障瓦斯带油气候变化第65页/共75页如果炉内负压过小，甚至形成正压，可将烟道挡板开大，或强制通风情况下引风机变频调大；燃烧器。风门或风道碟阀开大第66页/共75页(1）明亮的炉膛中,看到炉管表面有暗黑色斑点,说明该处炉管已结焦(2)处理量未变,而入炉压力升高

(3)处理量未变,而炉膛温度升高，燃料耗量大，但出口温度不高。(4)炉出口温度反映迟缓，说明热电偶套管处结焦,炉管发红弯曲。关于结焦结焦的判断？第67页/共75页①结焦会严重影响炉管向管内介质的传热，导致炉管表面温度升高，增加能耗，缩短炉管寿命②结焦会使炉管内流道变窄，内壁变粗糙，增加流动阻力，增加了管内压力降，使炉子操作性能恶化。③在内部结焦层和高温的共同影响会使炉管内壁形成渗炭层，使炉管材质劣化

，引起炉管鼓包、破裂，缩短使用寿命。

危害第68页/共75页（1