管式加热炉.pptx

第六节 管式加热炉概述一、管式加一、管式加热炉在石油加工和石油化炉在石油加工和石油化 工中的重要性工中的重要性 二、加二、加热炉的一般炉的一般结构构三、管式加三、管式加热炉的分炉的分类四、加四、加热炉的主要工炉的主要工艺指指标一、管式加热炉在石油加工和石油化工中的重要性一、管式加热炉在石油加工和石油化工中的重要性加热温度高、传热速率快加热温度高、传热速率快v火焰温度火焰温度10001000以上，其他加热设备难觅；以上，其他加热设备难觅；v传热速率快；传热速率快；第六节 管式加热炉概述是能耗最大的设备之一是能耗最大的设备之一 v原油处理量的原油处理量的3 315%15%要被作为燃料烧掉要被作为燃料烧掉v比值随着原油的加工深度的加深而增加比值随着原油的加工深度的加深而增加 v处理量处理量10001000万吨万吨/a/a的炼厂炉子每天就要烧掉的炼厂炉子每天就要烧掉1000 1000 万元左右的燃料万元左右的燃料 第六节 管式加热炉概述是控制运转周期及操作费用的关键设备是控制运转周期及操作费用的关键设备“三高一低三高一低”（高处理量、高质量、高效率和低（高处理量、高质量、高效率和低 能耗）及能耗）及“长周期安全运转长周期安全运转”第六节 管式加热炉概述二、加热炉的一般结构二、加热炉的一般结构1.1.辐射室（炉膛）辐射室（炉膛）位于加热炉的底部位于加热炉的底部主要传热方式：辐射主要传热方式：辐射传热份额：传热份额：707080%80%加热炉的主要部位加热炉的主要部位第六节 管式加热炉概述2.2.对流室对流室位于辐射室的上部位于辐射室的上部主要传热方式：对流主要传热方式：对流传热份额：传热份额：202030%30%增加加热炉热效率的增加加热炉热效率的主要部位主要部位第六节 管式加热炉概述3.3.燃烧器（火嘴）燃烧器（火嘴）燃料在其中燃烧放出燃料在其中燃烧放出热量热量决定炉子性能的部件决定炉子性能的部件多个火嘴应注意分布多个火嘴应注意分布合理性合理性圆筒炉中应杜绝两个圆筒炉中应杜绝两个火嘴出现火嘴出现第六节 管式加热炉概述4.4.通风系统通风系统作用：将空气引入加热炉中作用：将空气引入加热炉中 将烟气排放出炉体将烟气排放出炉体 高空排放减少地面污染高空排放减少地面污染分类：分类：强制通风强制通风自然通风自然通风利用外部气体输送机械鼓风利用外部气体输送机械鼓风一般炉膛内微正压一般炉膛内微正压利用利用烟囱产生抽力实现引入空气烟囱产生抽力实现引入空气和排除烟气和排除烟气炉膛内负压炉膛内负压第六节 管式加热炉概述5.5.余热回收系统余热回收系统作用：回收出对流室烟气中高品位热量，作用：回收出对流室烟气中高品位热量，提高炉子热效率提高炉子热效率分类：分类：空气预热器空气预热器废热锅炉废热锅炉第六节 管式加热炉概述三、管式加热炉的分类三、管式加热炉的分类按用途分：纯加热炉、加热反应炉按用途分：纯加热炉、加热反应炉 纯加热炉如常压炉、减压炉、催化裂化炉纯加热炉如常压炉、减压炉、催化裂化炉 加热反应炉如裂解炉和焦化炉加热反应炉如裂解炉和焦化炉按传热方式分：纯对流炉、辐射炉、对流辐射炉按传热方式分：纯对流炉、辐射炉、对流辐射炉按燃烧方式分：火炬式、无焰燃烧炉按燃烧方式分：火炬式、无焰燃烧炉按炉型分：箱式炉、立式炉、圆筒炉按炉型分：箱式炉、立式炉、圆筒炉 第六节 管式加热炉概述1.1.箱式炉箱式炉优点：操作和维修简单；优点：操作和维修简单；可使用低质量的燃料油；可使用低质量的燃料油；缺点：钢材耗量多；占地面积缺点：钢材耗量多；占地面积 大；造价较高；炉管受大；造价较高；炉管受 热不均；靠近火墙顶部热不均；靠近火墙顶部 的炉管因局部过热易烧的炉管因局部过热易烧 毁；需在炉外另设烟囱毁；需在炉外另设烟囱 等。等。第六节 管式加热炉概述烟气烟气2.2.斜顶炉斜顶炉比方箱炉减少了比方箱炉减少了死角，炉管表面热强死角，炉管表面热强度略有提高，应用范度略有提高，应用范围比箱式炉广，至今围比箱式炉广，至今在中、小化工厂中还在中、小化工厂中还有采用。有采用。第六节 管式加热炉概述3.3.立式炉立式炉v立管立式炉立管立式炉v卧管立式炉卧管立式炉第六节 管式加热炉概述特点：特点：火焰垂直向上，与烟气流动方向相同，连成片火焰垂直向上，与烟气流动方向相同，连成片状燃烧，传热比较均匀；状燃烧，传热比较均匀；烟气向下流动的对流室改为向上通风式，阻力烟气向下流动的对流室改为向上通风式，阻力损失小，大大降低了烟囱高度，且无需在炉体外损失小，大大降低了烟囱高度，且无需在炉体外另行建设；另行建设；取消炉顶吊挂，使结构简化，造价降低。取消炉顶吊挂，使结构简化，造价降低。第六节 管式加热炉概述4.4.圆筒炉圆筒炉有反射有反射锥的的圆筒炉筒炉无反射无反射锥的的圆筒炉筒炉大型大型圆筒炉筒炉第六节 管式加热炉概述四、加热炉的主要工艺指标四、加热炉的主要工艺指标1.1.全炉热负荷全炉热负荷Q Q炉子单位时间内传递给被加热物料的总热量，炉子单位时间内传递给被加热物料的总热量，以以Q Q表示，单位为表示，单位为kJ/hkJ/h或或W W、MWMW；Q Q值越大，炉子的生产能力也越大值越大，炉子的生产能力也越大 第六节 管式加热炉概述2.2.炉膛体积热强度炉膛体积热强度q qV V v指单位时间单位炉膛体积所传递的热量指单位时间单位炉膛体积所传递的热量v单位为：单位为：kJ/(mkJ/(m3 3h)h)或或W/mW/m3 3 v此值越大，完成相同任务所需的炉子越紧凑此值越大，完成相同任务所需的炉子越紧凑第六节 管式加热炉概述3.3.炉管表面热强度炉管表面热强度q qA A v单位面积（按炉管外径计算）炉管，单位时间内所传单位面积（按炉管外径计算）炉管，单位时间内所传 递的热量；单位为：递的热量；单位为：kW/mkW/m2 2 v可分为辐射炉管表面热强度和对流炉管表面热强度可分为辐射炉管表面热强度和对流炉管表面热强度v钉头管或翅片管的对流表面热强度习惯上仍然使用管钉头管或翅片管的对流表面热强度习惯上仍然使用管 外表面面积（即外表面面积（即ddo oL L），而不计算钉头或翅片本身），而不计算钉头或翅片本身 的表面面积的表面面积v此值越大，完成相同的传热任务所需的传热面越小此值越大，完成相同的传热任务所需的传热面越小第六节 管式加热炉概述4.4.全炉热效率全炉热效率 v炉子传递给被加热物料的炉子传递给被加热物料的 有效热量与燃料完全燃烧有效热量与燃料完全燃烧 所放出的总热量之比所放出的总热量之比v小型炉效率约在小型炉效率约在707080%80%，大型炉效率约在大型炉效率约在90%90%左右左右 v此值越高，完成相同任务此值越高，完成相同任务 所消耗的燃料越少所消耗的燃料越少第六节 管式加热炉概述5.5.管内冷介质流速和全炉压降管内冷介质流速和全炉压降将将2020情况下，被加情况下，被加热介介质在炉管内的流速，称在炉管内的流速，称为冷介冷介质流速流速常常压炉的全炉炉的全炉压降一般降一般为0.6860.6861.47MPa(71.47MPa(715at)15at)减减压炉的全炉炉的全炉压降一般降一般为0.2940.2940.588MPa(30.588MPa(36at)6at)第六节 管式加热炉概述第七节 燃料的燃烧一、燃料的种一、燃料的种类、组成和成和发热值二、理二、理论空气用量与空气用量与过剩空气系数剩空气系数三、全炉三、全炉热效率、燃料用量及火嘴效率、燃料用量及火嘴 个数的确定个数的确定四、提高加四、提高加热炉炉热效率的方法效率的方法一、燃料的种类、组成和发热值一、燃料的种类、组成和发热值1.1.燃料的种类燃料的种类气体燃料：气体燃料：v气体燃料的来源多是生产过程中产生的利用气体燃料的来源多是生产过程中产生的利用价值不高或不足利用的轻烃价值不高或不足利用的轻烃v催化干气、焦化干气、不凝气（烃类）等催化干气、焦化干气、不凝气（烃类）等v主要组成是甲烷、乙烷和少量的主要组成是甲烷、乙烷和少量的C C3 3、C C4 4第七节 燃料的燃烧v液体燃料大都是在生产过程中产生的重质油品液体燃料大都是在生产过程中产生的重质油品v常压重油、减压渣油以及原油常压重油、减压渣油以及原油v在使用液体燃料时，要注意的问题：在使用液体燃料时，要注意的问题：雾化效果要好雾化效果要好燃料粘度适中燃料粘度适中 液体燃料：液体燃料：第七节 燃料的燃烧2.2.燃料的组成燃料的组成v元素组成：碳（元素组成：碳（C C）、氢（）、氢（H H）、硫（）、硫（S S）、氧（）、氧（O O）、）、氮（氮（N N）、水份（）、水份（W W）、灰分（）、灰分（A A）v确定方法确定方法说明：说明：d d4 42020 ：燃料油在：燃料油在2020时的相对密度比重；时的相对密度比重；C C、H H、S S：质量百分数，如：质量百分数，如C=86C=86表示表示86%86%。元素分析法元素分析法经验公式法经验公式法第七节 燃料的燃烧3.3.燃料的发热值燃料的发热值定义：指单位重量定义：指单位重量(体积体积)燃料完全燃烧时所放燃料完全燃烧时所放出的热量出的热量(1)(1)发热值基准：气体燃料：发热值基准：气体燃料：kJ/NmkJ/Nm3 3Fuel Fuel (0 (0、1atm)1atm)液体燃料：液体燃料：kJ/kgFuelkJ/kgFuel(2)(2)分类：低发热值分类：低发热值Q Ql l ：生成的水呈气态：生成的水呈气态 高发热值高发热值Q Qh h ：生成的水呈液态：生成的水呈液态 第七节 燃料的燃烧(3)发热值的计算：发热值的计算：气体燃料气体燃料Q Qh h=q=qhihiy yi i，kJ/NmkJ/Nm3 3FuelFuel Q Ql l=q=qliliy yi i，kJ/NmkJ/Nm3 3FuelFuel 第七节 燃料的燃烧液体燃料液体燃料Q Qh h=339C+1256H+109(S-O)=339C+1256H+109(S-O)，kJ/kgFuelkJ/kgFuelQ Ql l=339C+1030H+109(S-O)-25W=339C+1030H+109(S-O)-25W，kJ/kgFuelkJ/kgFuel 第七节 燃料的燃烧二、理论空气用量与过剩空气系数二、理论空气用量与过剩空气系数 1.1.理论空气用量理论空气用量定义：定义：1kg1kg液体燃料或液体燃料或1Nm1Nm3 3气体燃料完全燃烧时气体燃料完全燃烧时 理论上需要的空气量理论上需要的空气量液体燃料：液体燃料：每每kgkg液体燃料燃烧所需的理论空气量为：液体燃料燃烧所需的理论空气量为：L L0 0=1/0.23(0.0267C+0.08H+0.01S-0.01O)=1/0.23(0.0267C+0.08H+0.01S-0.01O)=0.116C+0.348H+0.0435(S-O)=0116C+0.348H+0.0435(S-O)kgkg空气空气/kg/kg燃料燃料第七节 燃料的燃烧气体燃料：气体燃料：NmNm3 3air/Nmair/Nm3 3FuelFuel V V0 0=V=V0i0i.y.yi i第七节 燃料的燃烧2.2.过剩空气系数过剩空气系数(1)(1)定义：管式炉中实际入炉空气量与理论空气量之比定义：管式炉中实际入炉空气量与理论空气量之比对对的影响：的影响：太小太小O O2 2供应不足供应不足燃料燃烧不充分燃料燃烧不充分热效率热效率太大太大烟气量烟气量烟气带走的热量烟气带走的热量热损失热损失烟气中含氧量烟气中含氧量炉管表面氧化炉管表面氧化使用寿命使用寿命(每增加每增加0.10.1，降低降低1.5%1.5%左右左右)所以加热炉操作时应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量所以加热炉操作时应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量降低过剩空气系数。降低过剩空气系数。第七节 燃料的燃烧燃料性质：气体燃料：燃料性质：气体燃料：1.11.11.21.2 液体燃料：液体燃料：1.21.21.31.3，提高雾化，提高雾化燃烧器的性能：自然引风式：燃烧器的性能：自然引风式：1.21.21.41.4大能量燃烧器大能量燃烧器1.11.11.151.15新型平行气流燃烧器新型平行气流燃烧器1.051.05炉体密封性炉体密封性加热炉的测控水平加热炉的测控水平(2)(2)影响过剩空气系数的主要因素影响过剩空气系数的主要因素第七节 燃料的燃烧过剩空气系数的测定：过剩空气系数的测定：第七节 燃料的燃烧三、全炉热效率、燃料用量及火嘴个数的确定三、全炉热效率、燃料用量及火嘴个数的确定 1.1.热平衡确定全炉热效率热平衡确定全炉热效率第七节 燃料的燃烧热效率热效率：炉子传递给被加热物：炉子传递给被加热物料的有效热量与燃料完全燃烧料的有效热量与燃料完全燃烧 所放出的总热量之比所放出的总热量之比三、全炉热效率、燃料用量及火嘴个数的确定三、全炉热效率、燃料用量及火嘴个数的确定 1.1.热平衡确定全炉热效率热平衡确定全炉热效率第七节 燃料的燃烧入炉热量：入炉热量：BQl+Q1出炉热量：出炉热量：Q+Q2+QL热平衡：热平衡：工程上常以工程上常以1Kg燃料为基准进行计算燃料为基准进行计算三、全炉热效率、燃料用量及火嘴个数的确定三、全炉热效率、燃料用量及火嘴个数的确定 1.1.热平衡确定全炉热效率热平衡确定全炉热效率第七节 燃料的燃烧说明：各项热能的确定：说明：各项热能的确定：热负荷热负荷Q Q：a.a.若有过热蒸汽管：若有过热蒸汽管：Q Q包括过热蒸汽吸收的热量；包括过热蒸汽吸收的热量；b.b.反应炉：反应炉：Q=Q=油品吸热反应热；油品吸热反应热；c.c.纯加热炉：纯加热炉：qq1 1/Q/Ql l：a.a.自然通风系统：忽略；自然通风系统：忽略；b.b.空气已被预热：空气已被预热：第七节 燃料的燃烧qq2 2/Q/Ql l：q q2 2/Q/Ql l=f(=f(，T Tg g)，P315P315：Fig7-28Fig7-28；qqL L/Q/Ql l：立式炉、圆筒炉：立式炉、圆筒炉：q qL L/Q/Ql l=0.02=0.020.050.05辐射室：辐射室：0.010.010.030.03对流室：对流室：0.010.010.020.02第七节 燃料的燃烧2.2.燃料用量燃料用量B B的确定的确定第七节 燃料的燃烧说明：说明：0.5-0.5-雾化蒸汽量，雾化蒸汽量，kgSteam/kgFuelkgSteam/kgFuel；若为机械雾化或用气体燃料，则不计。若为机械雾化或用气体燃料，则不计。3.3.燃烧产物燃烧产物-烟道气流量的确定烟道气流量的确定m mg g=(L+1+0.5)B=B(1.5+L=(L+1+0.5)B=B(1.5+L0 0)第七节 燃料的燃烧四、提高加热炉热效率四、提高加热炉热效率的方法的方法 1.1.加热炉热效率降低的原因加热炉热效率降低的原因v炉墙散热；炉墙散热；v烟气带热；烟气带热；v燃料燃烧不完全燃料燃烧不完全 第七节 燃料的燃烧2.2.提高管式加热炉的热效率的途径提高管式加热炉的热效率的途径q q1 1/Q/Ql l燃料、空气、水蒸汽的显热，燃料、空气、水蒸汽的显热，q q1 1/Q/Ql l；q q2 2/Q/Ql l烟气带走的热量，烟气带走的热量，q q2 2/Q/Ql l；q qL L/Q/Ql l炉墙散热损失，炉墙散热损失，q qL L/Q/Ql l。第七节 燃料的燃烧 预热入炉空气，是目前提高加热炉热效率的预热入炉空气，是目前提高加热炉热效率的主要手段。主要手段。有些加热炉受到工艺条件的限制，排烟温度有些加热炉受到工艺条件的限制，排烟温度超过了超过了400400，这时，可考虑在对流室和烟囱之，这时，可考虑在对流室和烟囱之间装设空气预热器来回收烟气余热。当加热炉排间装设空气预热器来回收烟气余热。当加热炉排烟温度烟温度500500时，可考虑装设废热锅炉，利用时，可考虑装设废热锅炉，利用烟气余热产生蒸汽以提高炉子热效率。烟气余热产生蒸汽以提高炉子热效率。(1)(1)提高空气的入炉温度提高空气的入炉温度第七节 燃料的燃烧 降低烟气出炉温度及减少烟气流量。降低烟气出炉温度及减少烟气流量。降低烟气温度，必须注意烟气与油、气的传降低烟气温度，必须注意烟气与油、气的传热温差和露点腐蚀问题；减少烟道气流量，通常热温差和露点腐蚀问题；减少烟道气流量，通常只能通过降低只能通过降低才能达到（才能达到（Wc=(LWc=(L0 0+1.5)B+1.5)B），），而降低而降低必须选用合适的火嘴，以保证燃料充分必须选用合适的火嘴，以保证燃料充分燃烧。燃烧。(2)(2)尽量降低烟气带走的热量尽量降低烟气带走的热量第七节 燃料的燃烧(3)(3)选择合适的火嘴，改进燃料燃烧状况，使燃料能够完选择合适的火嘴，改进燃料燃烧状况，使燃料能够完全燃烧；全燃烧；(4)(4)尽可能降低散热损失尽可能降低散热损失(5)(5)提高炉子的测控水平和操作水平提高炉子的测控水平和操作水平改善保温材料的保温性能，减少炉壁热损失；改善保温材料的保温性能，减少炉壁热损失；减少冷空气的非常进入；减少冷空气的非常进入；防止热烟气漏出炉体。防止热烟气漏出炉体。第七节 燃料的燃烧