加热炉幻灯片1.ppt

1、,扬子石化芳烃厂,.,加 热 炉 管 理,加热炉的主要任务 ：,加热炉的主要任务：就是把原料油加热到高温，以满足下一工序（分馏或反应）的需要。有些加热炉还担负着过热水蒸汽的任务 。,管式加热炉的重要性:,1.它的基建投资费用高。 2.它的操作费用高。 3.它是生产装置的主要能源 4.它的运转正常与否至关重要,管式加热炉的分类 :,1.按用途分类：有纯加热炉，如常压炉、减压炉等；有加热炉反应炉，如裂解炉、焦化炉等。 2.按传热方式分类：有纯对流式炉、辐射对流式炉和辐射式炉。 3.按炉型结构分类：有箱式炉、立式炉等。 4.按燃烧形式分类：底烧式炉、侧烧式炉。 5.按供风形式分类：强制供风炉、自然供

2、风,管式加热炉的主要工艺指标 :,1.热负荷：也称有效热负荷，是指炉子每小时传给被加热物料的总热量，以Q表示，单位为KJ/h或W 2.炉管表面热强度：指每平方米炉管表面积每小时的传热量，以q表示，单位为kJ/(m2*h)或W/m2 3.炉膛温度：是指辐射室烟气出口平均温度，以tg表示，单位为。 4.炉膛热强度：是指每小时每立方米炉膛体积所传递的热量，以qv表示，单位为kJ/(m3*h)或W/m3。 5.全炉热效率：是指被加热流体吸收的有效热量与供给炉子的能量之比值，以（%）表示。,炉型的改进都是为了满足以下几点基本要求：,1.完成同一加热任务，需要的传热面积小，材 料省，造价低 2.炉子热效率

3、高，燃料用量省，操作费用低 3.供热能力大，满足加大处理量的需要 4.完全可靠，运转周期长 5.结构紧凑，占地面积小 6.操作灵活方便,方箱炉 :,斜顶炉:,单室卧管立式炉：,双式卧管立式炉：,立管立式炉：,双阶梯炉：,无焰燃烧炉：,空心圆筒炉：,带反射锥圆筒炉：,管式加热炉的主要结构 :,1.炉体系统:炉体有炉墙和钢架构成 炉墙有耐热层、隔热层和保护层组成 炉体内包括辐射室和对流室两大部分 2.炉管系统 :炉管、弯头、管架 3.燃烧系统 ： （1）气体火嘴。按瓦斯与空气混合的先后，气体火嘴可分为预混式、外混式和半预混式；按燃烧用空气的供给方式，可分为引射式和混合式。 （2）油火嘴 （3）油气

4、联合火嘴,管架：,水平,水平管端管板,中间U形管架,立管上端导架,导向杆,燃料的种类和组成：,管式加热炉所用的燃料是气体和液体两种燃料 1.气体燃料：催化干气，焦化干气、裂化干气、不凝气和 液态烃 2.液体燃料：常压重油、减压渣油和裂化渣油 燃料油的主要特征可以用它的元素组成和热值来表示 元素组成的数据可用元素分析法直接测定。若无实测数据，可用下列经验式估算： H=26-15d20 C=100-（H+S） 式中H、C、S-燃料油中氢、碳、硫的重量百分数； d2020时燃料油的比重。,燃料热值的分类 ：,1.重量热值：1Kg燃料完全燃烧时所放出的热量，叫做燃料的重量热值，单位为Kj/Kg。液体燃

5、料都用重量热值表示。 2.体积热值：1Nm3(特指0、101325Pa下的体积)燃料完全燃烧时所放出的热量，叫做燃料的体积热值，单位Kj/ Nm3。气体燃料多用体积热值表示 。 3.高热值：燃料完全燃烧后所生成的水已冷凝为液态时计算出的热值，称为高热值，以Qh表示。 4.低热值。燃料完全燃烧后所生成的水为气态时计算出的热值，称为低热值，以Q表示。以为在加热炉的正常操作中，都是水处于气态的情况，所以多用低热值计算。,热值的计算 ：,1.液体燃料热值的计算 液体燃料的热值，一般用经验公式计算。由于已知的原始数据不同，所用的公式也不同。 （1） 已知燃料的元素组成，燃料的高、低热值分别为： Qh=8

6、1C+300H+26(S-O)*4.187kJ/kg QL=81C+246H+26(S-O)-6W*4.187kJ/kg 式中，C、H、O、S、W燃料中碳、氢、氧和水的重量百分数。,热值的计算 ：,（2） 已知燃料的比重，对不含水、碳和灰分的燃料，可按下式计算其低热值： QL=10090-2100（d15.6）2+755d15.6*4.187kJ/kg 式中，d15.6燃料15.6时的比重。,热值的计算 ：,（3） 已知燃料的比重指数和含氢量，可按下式计算不含水分和杂质的石油馏分的热值 Q0h=4725.2+470.4K+63.84*oAPI+0.0677(0API)2-5.5283K*0AP

7、I+50.68H*4.187 kJ/kg QoL= Q0h -50.68H*4.187 kJ/kg,热值的计算 ：,（4）不含水分和杂质的渣油的热值为 Q0h=（26.37*0API+9272.2+50.68H）*4.187Kj/Kg Q0l= Q0h-50.68H*4.187 Kj/Kg 式中Q0h、Q0l-不含水分和杂质的渣油的热值（Kj/Kg） 0API-燃料的比重指数 K-燃料的特性因数 H燃料含氢重量百分数 当燃料含水和杂质时，热值须进行修正，既 Qh= Q0h-0.01 Q0h（W+I+S）+22.5S*4.187Kj/Kg QL= Q0L-0.01 Q0L（W+I+S）+（22.

8、5S-5.58W）*4.187Kj/Kg 式中，Q0h、Ql修正后的高、低热值（kJ/kg）； W、I、S燃料中水分、惰性物质及硫的重量百分数,气体燃料热值的计算 ：,气体燃料是多种气体的混合物，可按各种气体的含量和热值，计算混合燃料气的总热值。 高热值：Qh=qhiyi kJ/Nm3 低热值：QL=qliyi kJ/Nm3 式中，yi气体燃料中I组分的体积百分数； qhi、qli气体燃料中I组分的高、低热值（kJ/Nm3） 如果气体燃料的密度为(kg/Nm3),重量低热值为Ql(kJ/kg)，则Ql与Ql的关系为 QL=QL,为液体燃料的理论用氧量:,反应的需氧量，扣除燃料中的含氧量（也参加

9、反应），即为空气的供氧量。所以由空气供给之理论用氧量为 K0 = 2.67 * C% + 8 * H% + 1 * S% - O% K0 = 0.0267 C + 0.08H + 0.01 ( S O ) kg氧/kg燃料 式中符号同前。,液体燃料的理论空气用量:,因为空气中氧的重量含量为23%，所以1kg燃料油完全燃烧时所需的理论空气量为 L0=0.0267C+0.08H+0.01(S-O)/0.23 Lo=0.116C+0.348H+0.0435(S-O) kg空气/kg燃料 在没有元素分析的情况下，可按比重d20估算出燃料油完全燃烧时所需理论空气量为 Lo=17.48-3.45 d20-

10、0.072S,气体燃料的理论空气用量 :,空气中氧的体积含量为21%，在扣除燃料中的含氧量以外，所需的理论空气用量为 V0=0.5H2+0.5CO+(m+n/4)CmHn+1.5H2S-O2/0.21 Nm3空气/N m3燃料 式中，H2、CO、CmHn、H2S、O2、各组分在燃料气中的体积百分数。,过剩空气系数 :,由于空气与燃料的混合总是不很完善的，所以要想燃料完全燃烧，实际空气用量必须多于理论空气用量。实际机空气用量于理论空气用量之比值，称为过剩空气系数，以a表示，即 a=L/L0=V/V0 式中，L、V实际空气用量的重量（kg空气/kg燃料）和体积（Nm3空气/Nm3燃料） L0、V0

11、理论空气用量的重量（kg空气/kg燃料）和体积（Nm3空气/Nm3燃料） 所以 L=aL0 kg空气/kg燃料 V=aV0 Nm3空气/ Nm3燃料,过剩空气系数对全炉热效率的影响:,1.过剩空气系数过小时，空气量供应不足，燃料燃烧不完全，严重时冒黑烟，浪费了燃料，炉子热效率降低。 2.过剩空气系数过大时，大量冷空气入炉，带来很多不良后果：A.降低火焰温度，减弱辐射传热；B.烟气量增大，烟气带出热量增多，全炉热效率下降，燃料消耗增加，操作费用增加；C.烟气中剩余氧增多，对炉管表面的氧化加剧；D.含S高的燃料油分解生成的SO3的增加，加剧了炉管的腐蚀和堵灰。所以，在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽

12、量降低过剩空气系数a值。,影响过剩空气系数a的因素 :,1.燃料性质 2.火嘴性能 3.炉体密封性 4.测控水平 5.操作水平,加热炉的热平衡，供给热量Qi与支出热量Q0相等，即 Qi= Q0 1. 供给热量 供给热量包括燃料燃烧放出的热量以及燃料、空气和雾化蒸汽带如炉内的显热。通常对燃料油1kg为基准，对燃料气以1kg为基准进行热平衡计算。则供给热量为 Qi=QL+Qf+Qa+Qs kJ/kg 燃料的低热值:QL 燃料入炉显热: Qf=cftf kJ/kg 空气入炉显热: Qa=aL0Ia kJ/kg 雾化蒸汽入炉显热: Qs=IsWs kJ/kg,热效率计算 :,热效率计算 :,2.支出热

13、量 支出热量包括传给被加热介质的有效利用热量、烟气带出热量、燃料的化学和机械不完全燃烧损失热量以及炉壁散热量等，即 Q0=Qe+Q1+Q2+Q3+Q4 kJ/kg (或Kj/Nm3) 烟气带走热量 :Q1=（GiLi）+600 Ws*4.187 kJ/kg 燃料的化学不完全燃烧损失热量: Q2=(30.2CO+25.8H2+85.5CH4)V*4.187 kJ/kg 燃料的机械不完全燃烧热损失 :Q3=7830Vn*10-6*4.187=0.0328Vn kJ/kg 炉墙散热损失热量 :圆筒炉及四壁排管的加热炉，Q4=0.03Qi；其他炉型， Q4=0.04Qi。,根据加热炉的热平衡，有效利用

14、热量为 Qe=Qi-Q1-Q2-Q3-Q4=QL+Qf+Qa+Qs-Q1-Q2-Q3-Q4 如果空气不预热，且Qf、Qa、Qs、Q2、Q3不予考虑时，则有效利用热量可简化为 Qe=QL-Q1-Q4 由于加热炉的热效率为其有效利用热量Qe占供给热量Qi的百分数，故热效率为 =Qe/ Qi*100% 也可按下式计算： =（1-Q1/Qi-Q2/Qi-Q3/Qi-Q4/Qi）*100% 一般在加热炉设计中，取Q2/Qi=0;Q3/Qi=0;Q4/Qi=(3-4)%；则 =（0.96-0.97）-Q1/Qi*100% 式中，Q1/Qi烟气损失热量的百分数，可根据对流室出口处的烟气温度t2及对流室的过剩

15、空气系数ae.,热效率计算 :,燃料用量的计算 :,燃料用量按下式计算： B=Q/Qe=Q/Qi,热量的传导方式 :,1.辐射传热 :辐射室内炉管吸收的辐射热来自两方面：一方面来自火焰与烟气的直接辐射；一方面来自暴露炉墙的反射热。前者约占80-90%，后者约占10-20%。 2.对流传热:当烟气从炉膛流到烟道，炉管在热气体流动过程中吸收了热量，这部分热叫对流热。 3.热传导:当热量从炉管外面传给管内物料时产生的是热传导，传导的介质是炉管 。,烟气余热回收的方式：,1.冷进料、热油预热空气 2.热载体预热空气 3.余热锅炉 4.回转式空气预热器,冷进料、热油预热空气:,冷进料,热油,空气,空气预热器,鼓风机,热载体预热空气:,热载体,泵,空气预热器,鼓风机,余热锅炉:,烟气,烟气,蒸汽,锅炉,回转式空气预热器:,烟气,烟气,空气预热器,鼓风机,转子,烟气,冷空气,燃