加热炉基础知识

1、1.过程加热炉的基本知识；2.主要内容；1.加热炉结构及主要技术指标介绍；2.加热炉相关参数介绍；3.1.燃烧室由耐火材料包围的设备概述，该设备利用燃料燃烧产生的热量加热物质(固体或液体)。这种设备被称为“熔炉”。工业上有各种各样的炉子，如冶金炉、热处理炉、窑炉、焚烧炉和蒸汽锅炉。“管式加热炉”是一种工艺加热炉，用于石油炼制、石化、化工和化纤行业。管式加热炉的特点是：1)被加热的物料在管内流动，因此仅限于加热气体或液体。此外，这些气体或液体通常是易燃易爆的碳氢化合物。与锅炉加热水或蒸汽相比，它们更危险，操作条件也更苛刻。2)加热方式为直接加热。3)仅燃烧液体或气体燃料。4)长期连续运行和不间断

2、运行。4、5、1.2加热炉的总体结构。工艺加热炉一般由五部分组成：辐射室、对流室、燃烧器、余热回收系统和通风系统。辐射室，又称炉膛，包括燃烧器和风道、炉管和炉管支架、耐火炉衬等。传热方式主要是热辐射，整个炉膛70%的热负荷由辐射室承担，辐射室是整个炉膛最重要的部分。由于火焰温度很高(高达1500-1800)，炉管不能直接清洗。火焰远离炉管，辐射传热小，因此应尽可能减小炉膛体积，以节省投资。6、1.2加热炉总体结构，辐射室壁由耐热层、隔热层和保护层组成。耐热层不仅能耐高温，还具有再辐射性能，能将吸收的热量再辐射到炉膛。耐热层有两种类型：耐火砖砌体和耐火衬里。特别是陶瓷涂层耐火衬里不仅耐高温、耐振

3、动、隔热性能好，而且具有较高的辐射系数，增加了辐射能力。7、1.2加热炉、对流室的总体结构包括屏蔽管、对流管、耐火衬里、管道支架和挂钩，主要传热方式为对流。对流室通常负责整个炉子200%的热负荷。对流室吸收的热量比例越大，整个炉子的热效率就越高。为了尽可能提高传热效果，对流室大多采用钉头管和翘管。燃烧器产生热量，这是炉子的重要组成部分。必须防止火焰冲刷炉管，实现低氧完全燃烧。8、1.2加热炉的总体结构，余热回收系统是进一步从离开对流室的烟气中回收余热的部分。回收方法分为两类，一类是通过空气预热回收热量；二是利用余热锅炉回收热量。通风系统的任务是将助燃空气引入燃烧器并将烟气排出炉膛，可分为自然通

4、风模式和强制通风模式。其他附件包括炉壳、钢结构支架、耐火衬里、管板箱、燃烧器挡板、烟囱、挡板、空气预热器、鼓风机或引风机、仪表、燃料和材料管道和阀门、吹扫蒸汽接口等。9.1.3加热炉的类型，根据形状大致分为箱式加热炉、立式加热炉、圆筒形加热炉和大型方形加热炉。这种划分方法是基于辐射室的外观和形状，与对流室无关。加热炉分为：炉管化学反应炉、液体加热炉、气体加热炉和气液混合相流体加热炉。10、1.3型加热炉、箱式炉、11型竖炉：由早期箱式炉发展和改进而来。底部燃烧水平管式炉(图1-11)、附壁火焰式炉(图1-12)(用于加氢和焦化装置)和环形管式竖炉通常用于催化重整装置(图1-13/14)。竖管竖

5、炉(图1-15)、无焰燃烧炉(图1-16)15、圆筒炉，优点：炉管可自由悬挂或支撑，可自由伸缩，且不受自身重量的弯曲应力影响；管架可在低温下安装在炉顶或炉外，无需耐高温的管架材料；火焰与炉管之间的距离相等，同一水平面受热均匀；占地面积小；易于建造，节省投资；配件较少；表面积小，热损失低。16、圆筒炉，缺点：竖冒口不容易清理焦炭；存在气液分层问题；热效率不如竖炉高。17、大型方炉：18、大型方炉，两排炉管将炉膛分成几个小室，每个小室配有一个或两个大容量高强度燃烧器。对流室放置在地面上，几个炉子可以共用对流室。节约占地，便于余热回收，实现炉膛集中排烟，减少空气污染。19，1.4加热炉的主要技术指标

6、，1.4.1热负荷加热炉每单位时间向管内介质传热的能力称为热负荷，通常以兆瓦为单位。它表示加热炉的生产能力。加热炉的热效率一般在设计负荷下达到最高值，无论负荷是降低还是增加，加热炉的热效率都会降低。20、1.4加热炉主要技术指标，1.4.1热负荷q=wfe iv(1-e)il-ii q0q加热炉计算总热负荷，kj/h；WF管中的介质流量、炉膛出口处kg/h e管中介质的汽化率、Iv %炉膛出口温度下介质的气相焓、kJ/kg Ii炉膛出口温度下介质的液相焓、kJ/kg Ii炉膛入口温度下介质的液相焓、kJ/kg Q0其它热负荷、kJ/h、21、1.4加热炉主要技术指标、1.4.2炉膛温度是指加热

7、炉的炉膛温度不应太高，一般控制在850以下，但不是绝对的。炉膛温度高有利于辐射传热，但会使炉管具有较高的热强度，容易使炉管结焦和烧坏。此外，进入对流室的烟气温度过高，对流管容易烧坏。因此，炉温是保证加热炉长期安全运行的重要指标。22，1.4加热炉的主要技术指标，1.4.3加热炉的容积加热强度燃料燃烧的总热值除以加热炉的容积称为加热炉的容积加热强度，简称容积加热强度，它表示单位时间内单位容积加热炉内燃料燃烧放出的热量，一般单位为千瓦/立方米。Gv:炉膛容积加热强度，kw/m3；b:燃料消耗，千克/秒；Ql:低热值燃料，千焦/千克燃料；v:炉膛容积，m3。23，1.4加热炉主要技术指标，1.4.3

8、炉膛容积加热强度炉膛尺寸对燃料燃烧的稳定性有影响。如果炉膛容积太小，燃烧空间不够，火焰容易舔到炉管和管架上，炉膛温度也高，不利于长期安全运行。因此，炉膛容积加热强度不应太大，一般控制在使用燃料时小于125千瓦/立方米，使用气体时小于165千瓦/立方米。24，1.4加热炉主要技术指标，1.4.4炉管表面热强度单位表面积(一般按炉管外径计算)和单位时间内传递的热量称为炉管表面热强度，也称为热流或热流率，单位为瓦/平方米。炉管的表面热强度越高，在一定热负荷下需要的炉管越少，炉膛体积越小，投资越低，因此有必要尽可能提高炉管的表面热强度。然而，提高炉管的表面热强度也在一定程度上受到限制。为了使辐射炉管的

9、表面热强度更加均匀，一般可采用以下方法：25、1.4加热炉主要技术指标，尽量采用两侧辐射的炉管。在圆柱形炉中，为了减少沿炉管长度的不均匀加热，它是n，26，1.4加热炉主要技术指标，1.4.5管内流量和压降，GF:管内介质质量流量，kg/(m2s) W:管内介质流量，kg/s N:管数，即管数F0:一管循环截面积，m2，27，1.4加热炉主要技术指标，1。由于流速太低，管内边界层厚度大，传热慢，管壁温度上升，油在管内停留时间长。然而，高流速增加了管道中的压降和功率消耗，所以我们应该努力在合理的范围内增加流速。压降是判断炉管是否结焦的重要指标。28，1.4加热炉主要技术指标，1.4.6热效率热效

10、率表示提供给加热炉的能量得到有效利用的程度，其定义可用以下公式表示：有效吸热是加热炉的热负荷，热效率是衡量燃料消耗和评价加热炉设计和运行水平的重要指标。加热炉的主要技术指标和设计规范规定，当燃料中硫含量等于或小于0.1%时，管式炉的热效率不应低于以下指标。2.1燃料的热性质包括热值、空气量、烟气量、烟气成分、烟气分子量和密度、烟气焓和比热、理论燃烧温度等。31、燃料的热值，可分为高热值和低热值。高热值是指每千克燃料完全燃烧后释放的热量，包括燃料燃烧后产生的水蒸气中所含的热量。然而，在实际的锅炉燃烧过程中，水蒸气不会冷凝并释放其热量，而是会随烟气排放到大气中，因此引入了低热值。低位热值是指扣除水

11、蒸气汽化潜热后的较高热值的热量，用Qdw表示，是锅炉设计和热力计算热效率测试的依据。32，2.1燃油的热性质，2.1.1燃油的低热值燃油主要由碳和氢以及硫、氧和氮组成。氧和氮的含量很小，可以忽略不计。燃油的相对密度可以用来估算碳和氢的含量：氢、碳和硫是燃油中氢、碳和硫的重量百分比，如果碳的含量是86%，那么碳=86。33，2.1燃油的热性质，2.1.1燃油的低热值燃油的热值是燃油在恒温下完全燃烧时的热效应，即最大反应热。燃料油的热值可根据元素组成计算：Ql:燃料油的低热值，kj/kg；c、h、o、s和w:燃油中碳、氢、氧、硫和水的质量百分比。34，2.1燃料的热性质，2.1.2燃料气体的低热值

12、燃料气体包括H2、一氧化碳、H2S和C1C5烃气体，还可能含有N2、O2、CO2、SO2等。燃气大致可视为理想气体。燃气低位热值：Ql=一千里公式，Ql:燃气低位热值，kJ/kg燃气；易：单种气体的重量百分比；Qli:单一气体的低热值，kj/kg；可以从数据手册中找到。35，2.1燃料的热性质，2.1.3理论空气量的计算燃油的理论空气量：L0:理论空气量，kg空气/kg燃料，36，2.1燃料的热性质，2.1.3理论空气量的计算燃气的理论空气量：L0=YiL0i L0i:单一气体的理论空气量，kg空气/kg燃料，燃烧1kg燃油所需的理论空气量(1)约为14.2kg (11Nm3)。在实际的加热炉

13、中，由于所有从燃烧器进入的空气都不能参与燃烧，并且由于空气从炉的其他未密封部分泄漏，所以进入炉中的实际空气总是多于理论空气。前者与后者的比值称为过量空气系数，即，38，2.2。过量空气系数是影响炉子效率的一个重要指标。过量空气系数大，进入炉膛的空气较多：1)影响传热，相对降低炉膛温度；2)排烟量大，热损失增加；3)烟气含氧量高，炉管表面氧化腐蚀。39、2.2过量空气系数，过量空气系数的影响在保证燃料完全燃烧的前提下，尽量降低过量空气系数。过量空气系数太小：发生化学不完全燃烧，烟气中有一氧化碳、H2和甲烷。机械不完全燃烧，废气中含有碳黑颗粒，污染受热面和环境。40、2.2过量空气系数，测定过量空

14、气系数O2烟气含氧量，%；二氧化碳产量，千克/千克燃料；H2O液态水或蒸汽产生量，千克/千克燃料瓦雾化蒸汽量，千克/千克燃料；二氧化硫和二氧化硫的产生，千克/千克燃料；N2氮生成量，kg/kg燃料L0理论空气量，kg/kg燃料。根据供给能量和损失能量的含量，热效率分为热效率和综合热效率。热效率是指管式炉系统中参与热交换过程的热能的利用程度。其供给能量一般只包括燃料的低热值和燃料、空气和雾化蒸汽带来的显热。损失的能量包括废气带走的热量和损失的热量。从这个意义上说，它也可以称为“燃油效率”。42，2.3热效率，国家标准GB2588-81设备热效率计算通则中定义的热效率比上述管式炉的常规热效率更全面

15、。它规定供应的能量还应包括外部供应系统的电力和工作(如鼓风机、引风机和吹灰器的功耗、吹灰器的蒸汽消耗等)。)。对于管式炉系统，电能和功一般不转化为有效能量，但几乎都变成摩擦引起的能量损失。为了区别于传统的管式炉“热效率”，将其命名为“综合热效率”。43，2.3热效率的计算一个计算热效率的简单公式：在公式1Q1中，q2、q3和q4分别是排烟损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失和散热损失。44、45、2.3热效率，损失的热量包括：烟气带走的热量，包括烟气排放温度与参考温度之间的焓差，化学不完全燃烧造成的损失和机械不完全燃烧造成的损失；烟气中雾化蒸汽带走的热量；炉墙、烟道和空气预热器的散

16、热损失。46、2.3热效率q1可根据过剩空气系数和从对流室排出的烟气温度从图表中找到；q2化学不完全燃烧的热量损失是由含有一氧化碳、H2、甲烷等的烟气造成的。当离开系统时，其值等于这些可燃气体的热值之和。Vg:干烟气量，Nm3/kg燃料，可通过燃料的热计算获得，或参考数据表。一氧化碳、H2和甲烷分别是干烟气中一氧化碳、H2和甲烷的体积百分比。47，48，2.3热效率，q3机械不完全燃烧热损失是由离开系统的烟气中的可燃固体(碳颗粒)引起的，可通过以下公式计算：Nc:烟气中的碳浓度，mg/Nm3干烟气。一般来说，q4的散热损失变化不大，竖炉和圆筒炉的散热损失约为0.020.05。49，2.3热效率。在实际运行中，加