管式炉概述.pptx

管式炉概述管式炉概述 一、发展简史及其分类一、发展简史及其分类二、特殊性和重要性二、特殊性和重要性三、重要工艺设计参数三、重要工艺设计参数四、盘管系统四、盘管系统五、炉衬及耐火隔热材料五、炉衬及耐火隔热材料六、钢结构六、钢结构七、降低能耗、提高效率及余热回收系统七、降低能耗、提高效率及余热回收系统-1-1-一、一、发展简史及其分类发展简史及其分类1.11.1发展简史发展简史 古古老老的的炼炼油油工工艺艺是是釜釜式式蒸蒸馏馏，下下面面是是一一个个加加热热釜釜（一一口口大大锅锅），上上面面是是分分馏馏塔塔（笼笼屉屉）。由由于于加加热热式式釜釜仅仅底底部部受受热热，传传热热强强度度大大，而而釜釜内内介介质质又又几几乎乎不不流流动动，因因此此釜釜底底特特别别容容易易结结焦焦。整整个个操操作作是是间间隙隙式式的的。大大约约在在19111911年年出出现现了了连连续续蒸蒸馏馏，管管式式加加热热炉炉才才取取代代了了“加加热热釜釜”，独独立立的的蒸蒸馏馏塔塔代代替替了了蒸蒸锅锅上上的的“笼笼屉屉”。这这在在炼炼油油工工业业史史上上是是一一个个划划时时代代的的事事件件。经经过过大大约约一一个个世世纪纪的的发发展展，管管式式炉炉已已经经有有了了翻翻天天覆覆地地的的变变化化 ：从从最最初初的的“管管式式釜釜”“堆堆形形炉炉”到到纯纯对对流流炉炉、辐辐射射-对对流流炉炉；从从单单面面辐辐射射到到双双面面辐辐射射；从从纯纯加加热热型型到到加加热热-反反应应型型；从从几几兆兆瓦瓦的的小小型型炉炉到到几几十十几几百百兆兆瓦瓦的的大大型型炉炉；这这就就是管式炉的发展简史。是管式炉的发展简史。-2 2-1.2 分类分类石油化工管式炉按其功能可分为加热型和加热石油化工管式炉按其功能可分为加热型和加热-反应型两大类。反应型两大类。1).1).加热型管式炉仅对其被加热介质进行加热。加热型管式炉仅对其被加热介质进行加热。被加热介质在管式炉内吸收足够的热量后到后被加热介质在管式炉内吸收足够的热量后到后续设备中进行传热、传质、分馏和化学反应等。续设备中进行传热、传质、分馏和化学反应等。2).2).加热加热-反应型管式炉的炉管内介质一边吸热，反应型管式炉的炉管内介质一边吸热，一边进行着复杂的化学反应。在这类管式炉内，一边进行着复杂的化学反应。在这类管式炉内，炉管不仅是传热的媒体，同时也是直接火焰加炉管不仅是传热的媒体，同时也是直接火焰加热的反应器。热的反应器。-3-二、特殊性和重要性二、特殊性和重要性2.12.1特殊性特殊性与石油化工装置中的其它设备相比，管式炉的特殊与石油化工装置中的其它设备相比，管式炉的特殊性在于直接火焰加热，即是直接见火设备；与一性在于直接火焰加热，即是直接见火设备；与一般工业炉相比，管式炉的盘管要承受高温、高压般工业炉相比，管式炉的盘管要承受高温、高压和介质腐蚀；与锅炉相比，管式炉盘管内的介质和介质腐蚀；与锅炉相比，管式炉盘管内的介质不是水和蒸汽，而是易燃、易爆、易裂解、易结不是水和蒸汽，而是易燃、易爆、易裂解、易结焦和腐蚀性较强的油和气。这些就是石油化工管焦和腐蚀性较强的油和气。这些就是石油化工管式炉的特殊性。式炉的特殊性。-4-2.2重要性重要性管式炉在石油化工装置中的地位之所以重要，在于它是管式炉在石油化工装置中的地位之所以重要，在于它是主要的热能供应设备，同时也是节能的关键设备；其主要的热能供应设备，同时也是节能的关键设备；其基建投资占有相当高的比例；它是主要的污染源，也基建投资占有相当高的比例；它是主要的污染源，也就是解决环保问题的主要对象。就是解决环保问题的主要对象。管式炉的燃料消耗占装置能耗的比例，管式炉投资占装管式炉的燃料消耗占装置能耗的比例，管式炉投资占装置投资的比例如下：置投资的比例如下：常减压常减压 焦焦 化化 连续重整连续重整 柴油加氢柴油加氢 制制 氢氢能耗比例能耗比例%82%829292 90 80 30工程费工程费%10%1017 1017 1012 1212 1216 616 68 208 2025 25-5-加热炉简介n人孔门；2炉顶；3尾部烟道；4桥墙；5燃烧器；6壳体；7对流段；8折流砖；9转油线；n10炉管；11扩面管；12回弯头；13弯头箱；14辐射段；15遮蔽段；16看火门；17管架；n18耐火衬里；19管板；20柱墩；21烟囱；22平台三、重要工艺设计参数三、重要工艺设计参数管式炉的重要工艺设计参数有：热负荷、热效率、管式炉的重要工艺设计参数有：热负荷、热效率、辐射管热强度、管内介质流速、火墙温度、对辐射管热强度、管内介质流速、火墙温度、对流室烟气流速等。流室烟气流速等。热负荷热负荷被加热介质吸收的热量，注意不是燃料的放被加热介质吸收的热量，注意不是燃料的放热量，也不是加热炉的供给热量。它表示管式炉规模热量，也不是加热炉的供给热量。它表示管式炉规模的大小，的大小，MW。热效率热效率表示供给管式炉的热量被有效利用的程度，表示供给管式炉的热量被有效利用的程度，%。它是管式炉先进性的重要指标。它是管式炉先进性的重要指标。-7-辐射管平均热强度辐射管平均热强度表示单位时间通过炉管单位外表示单位时间通过炉管单位外表面积的热量，表面积的热量，w/m2。它也是管式炉先进性的重要。它也是管式炉先进性的重要指标。标准称呼是指标。标准称呼是“热流密度热流密度”。管内介质流速管内介质流速表示介质在管内流动的快慢，有质表示介质在管内流动的快慢，有质量流速（量流速（kg/m2.s）和线速（）和线速（m/s）两种表达方式，）两种表达方式，还有经济流速和品质流速之分。还有经济流速和品质流速之分。火墙温度火墙温度烟气出辐射室温度，也称桥墙温度。它表烟气出辐射室温度，也称桥墙温度。它表示辐射室传热的激烈程度。它也是管式炉操作中的重示辐射室传热的激烈程度。它也是管式炉操作中的重要控制指标。要控制指标。对流室烟气流速对流室烟气流速烟气通过对流室管束流动的烟气通过对流室管束流动的快慢。它影响到对流传热系数的大小和烟囱的快慢。它影响到对流传热系数的大小和烟囱的高低。高低。-8-四、盘管系统四、盘管系统n盘管系统包括炉管及其连接件、支承件。盘管系统包括炉管及其连接件、支承件。n炉管及其连接件材料选择炉管及其连接件材料选择温度、压力、介质腐蚀性n炉管支承件材料选择炉管支承件材料选择烟气温度及其腐蚀性n炉管壁厚计算炉管壁厚计算SH/T3037n炉管支承件强度计算炉管支承件强度计算n炉管支承方式和支承间距炉管支承方式和支承间距-9-五、炉衬及耐火隔热材料五、炉衬及耐火隔热材料炉衬结构炉衬结构砖结构、衬里（浇注料、可塑料）、陶瓷纤维结构、复合结构炉衬材料选择炉衬材料选择热面温度、温度裕量、耐火隔热材料的分类温度或等级温度、烟气的腐蚀性炉衬厚度计算炉衬厚度计算炉墙外壁温度炉墙外壁温度SH/T3036规定：环境温度27，无风条件下，外壁温度不高于80。-10-六、钢结构六、钢结构n材料材料Q235-BF、Q235-B、Q345-D等n结构计算结构计算n结构设计结构设计-11-七、降低能耗、提高效率七、降低能耗、提高效率及余热回收系统及余热回收系统n管式炉的燃料消耗是炼油厂的能耗大户，见第5页，下面以常减压装置为例进行讨论。n常减压装置的能耗一般占全厂能耗9.511%。例如一座包括18套装置，加工中东含硫原油800万吨/年的炼油厂，全厂能耗88.10kg标油/吨原油，常减压装置能耗9.85kg标油/吨原油，占全厂的11.18%n常减压炉燃料消耗约占常减压装置能耗的8090%。新设计的1000万吨/年常减压装置总能耗9.5万千卡/吨原油，常减压炉燃料消耗8.2万千卡/吨原油，占全装置的86.35%。-12-7.1降低能耗的措施n优化换热流程，降低炉子热负荷优化换热流程，降低炉子热负荷例：800万吨/年常压炉 入炉温度 热负荷 MW 220 103.7 293 58.1n加热炉与其他设备联合回收余热加热炉与其他设备联合回收余热例：将空冷出装置的油料引入热油式空气预热器，将空气预热到6080，再进烟气-空气预热器，既降低能耗，又解决露点腐蚀问题。n提高加热炉热效率提高加热炉热效率常减压炉热效率已从1970年代以前的6075%，提高到现在的8593%-13-7.2提高热效率的措施n简化的热效率反平衡表达式：(1-q1-q2-q3)100%-加热炉热效率q1 排烟损失占总供热的比值，是排烟温度和过剩空气系数的函数q2 不完全燃烧损失占总供热的比值q3 散热损失占总供热的比值-14-7.2.17.2.1降低排烟温度以减少排烟损失降低排烟温度以减少排烟损失 减小末端温差减小末端温差 将需要加热的低温介质引入对流室末端。将需要加热的低温介质引入对流室末端。采用各种空气预热器以预热空气采用各种空气预热器以预热空气 采用烟气余热锅炉以发生蒸汽采用烟气余热锅炉以发生蒸汽 除灰除垢，保证管式炉长期高热效率运转除灰除垢，保证管式炉长期高热效率运转7.2.27.2.2降低过剩空气系数以减少排烟损失降低过剩空气系数以减少排烟损失 7.2.37.2.3减少不完全燃烧损失减少不完全燃烧损失 7.2.47.2.4减少散热损失减少散热损失-1515-7.3提高热效率应注意的相关问题提高热效率应注意的相关问题n降低排烟温度的限制降低排烟温度的限制(1)随着排烟温度的降低，运行费用降低，一次投资增加，应根据经济评价确定经济合理的末端温差。(2)降低排烟温度在技术方面受烟气露点的限制，见图。n降低炉外壁温度的限制降低炉外壁温度的限制(1)炉外壁温度降到多少才是合理的？这要通过技术经济分析才能决定。(2)现行规范规定“在环境温度27，无风条件下，炉外壁温度80”是比较合理的。n环保方面的限制环保方面的限制随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOX增加，如果没有适当的措施来降低NOX，则对环保是不利的。-16-燃料中硫的质量分数-17-7.4常用空气预热器简介常用空气预热器简介7.4.1 7.4.1 烟气间接预热空气烟气间接预热空气(1)工艺分支物流预热空气(2)冷进料-热油预热空气(3)开式循环或闭式循环热载体预热空气(4)热管式空气预热器7.4.2 7.4.2 烟气直接预热空气烟气直接预热空气(1)间壁式空气预热器间壁式空气预热器有管式（钢管、铸铁管、玻璃管、搪瓷管等）空气预热器、板式空气预热器、喷流式空气预热器、套管式空气预热器等等 (2)蓄热式空气预热器蓄热式空气预热器有蓄热体固定不动周期性切换风-烟道和蓄热体自身旋转不切换风-烟道两种，后者也称回转式空气预热器7.4.3 7.4.3 蓄热式高温空气贫氧燃烧技术简介蓄热式高温空气贫氧燃烧技术简介-18-蓄热式高温空气贫氧燃烧技术原理图-19-