加热炉基础知识.ppt

1、1,1 加热炉结构和主要技术指标 2 加热炉有关参数介绍,工艺加热炉基础知识,2,1 加热炉结构和主要指标,1.1概述 一个设备，具有用耐火材料包围的燃烧室，利用燃料燃烧产生的热量将物质（固体或流体）加热，这样的设备叫做“炉子”。工业上有各种各样的炉子，如冶金炉、热处理炉、窑炉、焚烧炉和蒸汽锅炉等。 “管式加热炉”是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中使用的工艺加热炉，管式加热炉的特征是： 1）被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体或液体。而且，这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质，同锅炉加热水或蒸汽相比，危险性大，操作条件要苛刻得多。 2）加热方式为直接受火式。 3）只烧液体或气体燃料。

2、 4）长周期连续运转，不间断操作。,3,4,1.2 加热炉的一般结构,工艺加热炉一般由辐射室、对流室、燃烧器、余热回收系统以及通风系统五部分组成。 辐射室也称为炉膛，包括风道，炉管和炉管支撑，耐火衬里等，传热方式主要是热辐射，全炉热负荷的70%80%是由辐射室担负的，是全炉最重要的部分。由于火焰温度很高（可达1500-1800），故不能直接冲刷炉管。火焰离炉管远，辐射传热量小，所以应尽量减小炉膛体积，节省投资。,5,6,1.2 加热炉的一般结构,辐射室炉墙由耐热层、隔热层和保护层组成。耐热层除能耐高温，还有再辐射性能，能将吸收的热量再辐射给炉膛。耐热层有耐火砖砌筑和耐火衬里两类。尤其是陶瓷涂料

3、耐火衬里，不仅耐高温、耐振动、有良好的绝热性，而且辐射系数高，增加了辐射能力。,7,1.2 加热炉的一般结构,对流室包括遮蔽管，对流管，耐火衬里，管线支撑和挂钩，主要传热方式是对流。对流室一般担负全炉热负荷的20%30%，对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高，为了尽量提高传热效果，对流室多采用钉头管和翘片管。 燃烧器产生热量，是炉子的重要组成部分。要使火焰不冲刷炉管并实现低氧完全燃烧。,8,1.2 加热炉的一般结构,余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分。回收方法分为两类，一类采用空气预热方式回收热量；另一类是采用余热锅炉回收热量。 通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器，

4、并将废烟气引出炉子，它分为自然通风方式和强制通风方式两种。 其它的附件设备包括炉壳体、钢结构支撑、耐火衬里、管板箱、火嘴风门、烟囱、挡板、空气预热器、鼓风机或引风机、仪表测量、燃料和物料的管线和阀门，吹扫蒸汽接口等。,9,1.3 加热炉的种类,加热炉按外形大致分为：箱式炉、立式炉、圆筒炉、大型方炉。这种划分法是按辐射室的外观形状，而与对流室无关。 加热炉按用途分为：炉管内进行化学反应的炉子、加热液体的炉子、加热气体的炉子和加热气、液混相流体的炉子。,10,1.4 加热炉的主要技术指标,1.4.1热负荷 加热炉单位时间内向管内介质传递热量的能力称为热负荷，一般用MW为单位。它表示加热炉生产能力的

5、大小。 加热炉热效率在设计负荷下一般达到最高值，无论降低还是增加负荷，炉子热效率都会降低。,11,1.4 加热炉的主要技术指标,1.4.2炉膛温度 炉膛温度指烟气离开辐射室进入对流室时的温度。加热炉的炉膛温度不能太高，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，但太高后会使炉管热强度高，容易使炉管结焦和烧坏。此外，进人对流室的烟气温度也会过高，对流管易烧坏。因此，炉膛温度是确保加热炉长周期安全运转的一个重要指标。,12,1.4 加热炉的主要技术指标,1.4.3炉膛体积发热强度 燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉膛体积发热强度，简称为体积热强度，它表示单位体积的炉膛在单位

6、时间里燃料燃烧所发出的热量，一般用kW/m3为单位。,gv：炉膛体积发热强度，kW/m3； B：燃料用量，kg/s； Ql：燃料低热值，kJ/kg燃料； V：炉膛体积，m3。,13,1.4 加热炉的主要技术指标,1.4.3炉膛体积发热强度 炉膛大小对燃料燃烧的稳定性有影响，如果炉膛体积过小，则燃烧空间不够，火焰容易舔到炉管和管架上，炉膛温度也高，不利于长周期安全运行，因此炉膛体积发热强度不允许过大，一般控制在燃油时小于125 kW/m3，燃气时小于165 kW/m3。,14,1.4 加热炉的主要技术指标,1.4.4炉管表面热强度 炉管每单位表面积（一般按炉管外径计算表面积）、每单位时间内所传递

7、的热量称为炉管的表面热强度，也称为热通量或热流率，单位为W/m2。 炉管表面热强度越高，在一定热负荷下，所需要的炉管就越少，炉子体积可减小，投资可以降低，所以要尽可能地提高炉管的表面热强度。但是，提高炉管的表面热强度也受到一定的限制。为了使辐射炉管表面热强度比较均匀，一般可以采用以一下方法：,15,1.4 加热炉的主要技术指标,尽量采用双面受辐射的炉管。在圆筒炉内，为减小沿炉管长度的受热不均匀性，要选择合适的辐射室高径比，同时要选择合适的燃烧器，使燃烧器的火焰长度与炉管长度不能相差太大，例如辐射管长为15m ，选用火焰长度为12 -13m 的燃烧器，这样炉管上下受热趋向均匀。在立式炉内，有的在

8、炉子侧面采用多喷嘴；有的在两排喷嘴间加花墙；也有在炉子上部加喷嘴，以上措施都是为了改善炉管受热均匀。,16,1.4 加热炉的主要技术指标,1.4.5管内流速及压降,GF：管内介质的质量流速，kg/（m2s） W：管内介质流量，kg/s N：管程数，即炉管路数 F0：一根炉管的流通截面积，m2,17,1.4 加热炉的主要技术指标,1.4.5管内流速及压降 油品在炉管内的流速不能太低，否则易使管内油品结焦而烧坏炉管。因为流速太低时，管内边界层厚度大，传热慢，管壁温度升高，而且油品在管内停留时间长。但流速过高又增加了管内压力降，增加了动力消耗，所以应在合理的范围内力求提高流速。压力降是判断炉管是否结

9、焦的一个重要指标。,18,1.4 加热炉的主要技术指标,1.4.6热效率 热效率表示向炉子提供的能量被有效利用的程度，其定义可用下式表示： 有效吸热量即炉子的热负荷，热效率是衡量燃料消耗、评价炉子设计和操作水平的重要指标。,19,2 加热炉有关参数介绍及计算,2.1 燃料的热工性质 包括燃料的发热量、空气量、烟气量、烟气组成、烟气分子量和密度、烟气热焓和比热、理论燃烧温度等。,20,2.1 燃料的热工性质,2.1.1燃料气的低发热值 燃料气包括H2、CO、H2S和C1C5烃类气体，还可能含有N2、O2、CO2、SO2等。燃料气可近似看作理想气体。 燃料气低热值： Ql=YiQli 式中 Ql：

10、燃料气低热值， kJ/kg燃料气； Yi：单一气体的重量百分率； Qli：单一气体的低热值， kJ/kg；可由数据表查得。,21,2.1 燃料的热工性质,2.1.2理论空气量的计算 燃料气的理论空气量： L0 = YiL0i L0i ：单一气体的理论空气量，kg空气/kg燃料,22,2.2 过剩空气系数,燃料在燃烧时需要氧气，在空气中氧气体积约占21 %，氮气约占79 %，所以燃料在燃烧时需要供给空气。1kg 燃料油在燃烧时所需理论空气量（1）约为14.2kg （11Nm3）。在实际的加热炉中，由于从燃烧器进入的空气不可能全部都参与燃烧，另外，也由于从炉子其他不密封处漏入了空气，所以实际进入炉

11、内的空气量总是比理论空气量多，前者与后者之比叫做过剩空气系数，即：,23,2.2 过剩空气系数,过剩空气系数大小的影响 过剩空气系数是影响炉效率的重要指标。 过剩空气系数大，入炉空气多： 1）影响传热，相对降低炉膛温度； 2）排烟量大，热损失增加； 3）烟气氧含量高，炉管表面氧化腐蚀。,24,2.2 过剩空气系数,过剩空气系数大小的影响 在保证燃料完全燃烧的前提下，尽量降低过剩空气系数。 过剩空气系数过小：产生化学不完全燃烧，烟气中有CO、H2、CH4。机械不完全燃烧，排烟中有炭黑粒子，污染受热面，污染环境。,25,2.2 过剩空气系数,过剩空气系数的确定 空气系数 O2 烟气氧含量，%； C

12、O2 二氧化碳生成量，kg/kg燃料； H2O 液态水或汽生成量，kg/kg燃料 W 雾化蒸汽量，kg/kg燃料； SO2 二氧化硫生成量，kg/kg燃料； N2氮生成量，kg/kg燃料 L0理论空气量，kg/kg燃料。,26,2.3 热效率,根据供给能量和损失能量所包括的内容不同，有热效率和综合热效率之分。热效率表示管式炉体系中参与热交换过程的热能的利用程度。它的供给能量中一般只包括燃料低热值和燃料、空气及雾化蒸汽带入的显热。损失能量包括排烟带走的热量和散失的热量。从这个意义上说，它也可以叫做“燃料效率”。,27,2.3 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，

13、内容要比上述管式炉惯用的热效率全面，它规定供给能量中还应包括外界供给体系的电和功（例如鼓风机、引风机和吹灰器电耗、吹灰器蒸汽消耗等）。对于管式炉体系来说，这些电和功一般不转换成有效能，几乎全部变成由于摩擦等原因而引起的能量损失。为了和管式炉惯用的“热效率”区别，命名为“综合热效率”。,28,2.3 热效率,热效率的计算 计算热效率的简单公式： 1q1q2q3q4 式中q1、q2、q3、q4分别为排烟损失、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。,29,30,2.3 热效率,损失热量包括： 烟气带走的热量，包括烟气在排烟温度和基准温度下的热焓差、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、烟风道及空气预热器等的散热损失。,31,2.3 热效率,q1可根据过剩空气系数和烟气出对流室的温度由图表查得； q2化学不完全燃烧损失的热量是由于烟气离开体系时含有CO、H2、CH4等造成的，其值等于这些可燃气体的发热量之和。 Vg：干烟气量，Nm3/kg燃料，可由燃料的热工计算得到，或参考数据表。 CO、H2、CH4分别是CO、H2、CH4在干烟气中的体积百分数。,32,2.3 热效率,q