第六章 輻射傳熱與管式加熱爐2

1、第六節(jié) 管式加熱爐概述 一、管式加熱爐在石油加工和石油化一、管式加熱爐在石油加工和石油化 工中的重要性工中的重要性 二、加熱爐的一般結(jié)構(gòu)二、加熱爐的一般結(jié)構(gòu) 三、管式加熱爐的分類三、管式加熱爐的分類 四、加熱爐的主要工藝指標(biāo)四、加熱爐的主要工藝指標(biāo) 五、管式加熱爐的主要部件五、管式加熱爐的主要部件 一、管式加熱爐在石油加工和石油化工中的重要性一、管式加熱爐在石油加工和石油化工中的重要性 加熱溫度高、傳熱速率快加熱溫度高、傳熱速率快 v火焰溫度火焰溫度10001000以上，其他加熱設(shè)備難覓；以上，其他加熱設(shè)備難覓； v傳熱速率快；傳熱速率快； 第六節(jié) 管式加熱爐概述 是能耗最大的設(shè)備之一是能耗最

2、大的設(shè)備之一 v原油處理量的原油處理量的3 315%15%要被作為燃料燒掉要被作為燃料燒掉 v比值隨著原油的加工深度的加深而增加比值隨著原油的加工深度的加深而增加 v常減壓爐每天就要燒掉常減壓爐每天就要燒掉1010萬元左右的燃料萬元左右的燃料 v處理量處理量250250萬噸萬噸/a/a的煉廠爐子每天就要燒掉的煉廠爐子每天就要燒掉250250萬萬 元左右的燃料元左右的燃料 第六節(jié) 管式加熱爐概述 是控制運(yùn)轉(zhuǎn)周期及自動(dòng)化程度的關(guān)鍵設(shè)備是控制運(yùn)轉(zhuǎn)周期及自動(dòng)化程度的關(guān)鍵設(shè)備 v高溫下的溫度測(cè)量問題高溫下的溫度測(cè)量問題 v燃料燃燒情況的控制燃料燃燒情況的控制 v燃料燃燒情況和風(fēng)門開度之間的關(guān)系復(fù)雜燃料燃

3、燒情況和風(fēng)門開度之間的關(guān)系復(fù)雜 v“三高一低三高一低”（高處理量、高質(zhì)量、高效率和低（高處理量、高質(zhì)量、高效率和低 能耗）及能耗）及“長(zhǎng)周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)長(zhǎng)周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)” 第六節(jié) 管式加熱爐概述 二、加熱爐的一般結(jié)構(gòu)二、加熱爐的一般結(jié)構(gòu) 1.1.輻射室（爐膛）輻射室（爐膛） 位于加熱爐的底部位于加熱爐的底部 主要傳熱方式：輻射主要傳熱方式：輻射 傳熱份額：傳熱份額：707080%80% 加熱爐的主要部位加熱爐的主要部位 第六節(jié) 管式加熱爐概述 2.2.對(duì)流室對(duì)流室 位于輻射室的上部位于輻射室的上部 主要傳熱方式：對(duì)流主要傳熱方式：對(duì)流 傳熱份額：傳熱份額：202030%30% 增加加熱爐熱效率的增加

4、加熱爐熱效率的 主要部位主要部位 第六節(jié) 管式加熱爐概述 3.3.燃燒器（火嘴）燃燒器（火嘴） 燃料在其中燃燒放出燃料在其中燃燒放出 熱量熱量 決定爐子性能的部件決定爐子性能的部件 多個(gè)火嘴應(yīng)注意分布多個(gè)火嘴應(yīng)注意分布 合理性合理性 圓筒爐中應(yīng)杜絕兩個(gè)圓筒爐中應(yīng)杜絕兩個(gè) 火嘴出現(xiàn)火嘴出現(xiàn) 第六節(jié) 管式加熱爐概述 4.4.通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng) 作用：將空氣引入加熱爐中作用：將空氣引入加熱爐中 將煙氣排放出爐體將煙氣排放出爐體 高空排放減少地面污染高空排放減少地面污染 分類：分類： 強(qiáng)制通風(fēng)強(qiáng)制通風(fēng) 自然通風(fēng)自然通風(fēng) 利用外部氣體輸送機(jī)械鼓風(fēng)利用外部氣體輸送機(jī)械鼓風(fēng) 一般爐膛內(nèi)微正壓一般爐膛內(nèi)微正壓

5、利用利用煙囪產(chǎn)生抽力實(shí)現(xiàn)引入空氣煙囪產(chǎn)生抽力實(shí)現(xiàn)引入空氣 和排除煙氣和排除煙氣 爐膛內(nèi)負(fù)壓爐膛內(nèi)負(fù)壓 第六節(jié) 管式加熱爐概述 煙囪擋板：調(diào)節(jié)煙氣排出量和空氣入爐量煙囪擋板：調(diào)節(jié)煙氣排出量和空氣入爐量 第六節(jié) 管式加熱爐概述 5.5.余熱回收系統(tǒng)余熱回收系統(tǒng) 作用：回收出對(duì)流室煙氣中高品位熱量，作用：回收出對(duì)流室煙氣中高品位熱量， 提高爐子熱效率提高爐子熱效率 分類：分類： 空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器 廢熱鍋爐廢熱鍋爐 第六節(jié) 管式加熱爐概述 三、管式加熱爐的分類三、管式加熱爐的分類 按用途分：純加熱爐、加熱反應(yīng)爐按用途分：純加熱爐、加熱反應(yīng)爐 純加熱爐如常壓爐、減壓爐、催化裂化爐純加熱爐如常壓爐、減

6、壓爐、催化裂化爐 加熱反應(yīng)爐如裂解爐和焦化爐加熱反應(yīng)爐如裂解爐和焦化爐 按傳熱方式分：純對(duì)流爐、輻射爐、對(duì)流輻射爐按傳熱方式分：純對(duì)流爐、輻射爐、對(duì)流輻射爐 按燃燒方式分：火炬式、無焰燃燒爐按燃燒方式分：火炬式、無焰燃燒爐 按爐型分：按爐型分：箱式爐、立式爐、圓筒爐箱式爐、立式爐、圓筒爐 第六節(jié) 管式加熱爐概述 1.1.箱式爐箱式爐 純對(duì)流式加熱爐 優(yōu)點(diǎn)：操作和維修簡(jiǎn)單；優(yōu)點(diǎn)：操作和維修簡(jiǎn)單； 可使用低質(zhì)量的燃料油；可使用低質(zhì)量的燃料油； 缺點(diǎn)：鋼材耗量多；占地面積缺點(diǎn)：鋼材耗量多；占地面積 大；造價(jià)較高；爐管受大；造價(jià)較高；爐管受 熱不均；靠近火墻頂部熱不均；靠近火墻頂部 的爐管因局部過熱易

7、燒的爐管因局部過熱易燒 毀；需在爐外另設(shè)煙囪毀；需在爐外另設(shè)煙囪 等。等。 第六節(jié) 管式加熱爐概述 2.2.斜頂爐斜頂爐 1 2 3 6 7 5 4 2 1 有 斜 拱 頂 的 雙 室 爐 油 品 進(jìn) 口 氣 體 通 往 煙 囪 油 品 出 口 底 部 排 管 7 對(duì) 流 室 5,61 火 嘴 2 3， 4 頂 部 排 管 比方箱爐減少了比方箱爐減少了 死角，爐管表面熱強(qiáng)死角，爐管表面熱強(qiáng) 度略有提高，應(yīng)用范度略有提高，應(yīng)用范 圍比放箱爐廣，至今圍比放箱爐廣，至今 在中、小化工廠中還在中、小化工廠中還 有采用。有采用。 第六節(jié) 管式加熱爐概述 3.3.立式爐立式爐 v立管立式爐立管立式爐v臥管

8、立式爐臥管立式爐v無焰燃燒爐無焰燃燒爐 第六節(jié) 管式加熱爐概述 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 火焰垂直向上，與煙氣流動(dòng)方向相同，連成片火焰垂直向上，與煙氣流動(dòng)方向相同，連成片 狀燃燒，傳熱比較均勻；狀燃燒，傳熱比較均勻； 煙氣向下流動(dòng)的對(duì)流室改為向上抽風(fēng)式，阻力煙氣向下流動(dòng)的對(duì)流室改為向上抽風(fēng)式，阻力 損失小，大大降低了煙囪高度，切無需在爐體外損失小，大大降低了煙囪高度，切無需在爐體外 另行建設(shè)；另行建設(shè)； 取消爐頂?shù)鯍欤菇Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，造價(jià)降低。取消爐頂?shù)鯍?，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，造價(jià)降低。 第六節(jié) 管式加熱爐概述 4.4.圓筒爐圓筒爐 有反射錐的圓筒爐有反射錐的圓筒爐 無反射錐的圓筒爐無反射錐的圓筒爐 大型圓筒爐大型圓

9、筒爐 第六節(jié) 管式加熱爐概述 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，占地面積小，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，占地面積小， 金屬耗量少，便于建造維修；金屬耗量少，便于建造維修； 缺點(diǎn)：爐管沿長(zhǎng)度受熱不均，缺點(diǎn)：爐管沿長(zhǎng)度受熱不均， 爐管表面熱強(qiáng)度不高，爐管表面熱強(qiáng)度不高， 對(duì)流室較小，熱效率低。對(duì)流室較小，熱效率低。 第六節(jié) 管式加熱爐概述 四、加熱爐的主要工藝指標(biāo)四、加熱爐的主要工藝指標(biāo) 1.1.全爐熱負(fù)荷全爐熱負(fù)荷Q Q 爐子單位時(shí)間內(nèi)傳給被加熱物料的總熱量，以爐子單位時(shí)間內(nèi)傳給被加熱物料的總熱量，以 Q Q表示，單位為表示，單位為kJ/hkJ/h或或W W、MWMW； Q Q值越大，爐子的生產(chǎn)能力也越大值越大，爐子

10、的生產(chǎn)能力也越大 第六節(jié) 管式加熱爐概述 2.2.爐膛體積熱強(qiáng)度爐膛體積熱強(qiáng)度q qV V v指單位時(shí)間單位爐膛體積所傳遞的熱量指單位時(shí)間單位爐膛體積所傳遞的熱量 v單位為：?jiǎn)挝粸椋簁J/(mkJ/(m3 3h)h)或或W/mW/m3 3 v此值越大，完成相同任務(wù)所需的爐子越緊湊此值越大，完成相同任務(wù)所需的爐子越緊湊 v一般情況下控制在一般情況下控制在3kW/m3kW/m3 3左右，不易過大左右，不易過大 第六節(jié) 管式加熱爐概述 3.3.爐管表面熱強(qiáng)度爐管表面熱強(qiáng)度q qA A v單位面積（按爐管外徑計(jì)算）爐管，單位時(shí)間內(nèi)所傳單位面積（按爐管外徑計(jì)算）爐管，單位時(shí)間內(nèi)所傳 遞的熱量；單位為：遞

11、的熱量；單位為：kW/mkW/m2 2 v可分為輻射爐管表面熱強(qiáng)度和對(duì)流爐管表面熱強(qiáng)度可分為輻射爐管表面熱強(qiáng)度和對(duì)流爐管表面熱強(qiáng)度 v釘頭管或翅片管的對(duì)流表面熱強(qiáng)度習(xí)慣上仍然使用管釘頭管或翅片管的對(duì)流表面熱強(qiáng)度習(xí)慣上仍然使用管 外表面面積（即外表面面積（即ddo oL L），而不計(jì)算釘頭或翅片本身），而不計(jì)算釘頭或翅片本身 的表面面積的表面面積 v此值越大，完成相同的傳熱任務(wù)所需的傳熱面越小此值越大，完成相同的傳熱任務(wù)所需的傳熱面越小 第六節(jié) 管式加熱爐概述 4.4.全爐熱效率全爐熱效率 v爐子傳遞給被加熱物料的爐子傳遞給被加熱物料的 有效熱量與燃料完全燃燒有效熱量與燃料完全燃燒 所放出的總熱

12、量之比所放出的總熱量之比 v小型爐效率約在小型爐效率約在707080%80%， 大型爐效率約在大型爐效率約在90%90%左右左右 v此值越高，完成相同任務(wù)此值越高，完成相同任務(wù) 所消耗的燃料越少所消耗的燃料越少 第六節(jié) 管式加熱爐概述 5.5.管內(nèi)冷介質(zhì)流速和全爐壓降管內(nèi)冷介質(zhì)流速和全爐壓降 將將2020情況下，被加熱介質(zhì)在爐管內(nèi)的流速，情況下，被加熱介質(zhì)在爐管內(nèi)的流速， 稱為冷介質(zhì)流速稱為冷介質(zhì)流速 常壓爐的全爐壓降一般為常壓爐的全爐壓降一般為0.6860.6861.47MPa(71.47MPa(715at)15at) 減壓爐的全爐壓降一般為減壓爐的全爐壓降一般為0.2940.2940.58

13、8MPa(30.588MPa(36at) 6at) 第六節(jié) 管式加熱爐概述 五、管式加熱爐的主要部件五、管式加熱爐的主要部件 1.1.爐體爐體 (1)(1)爐墻爐墻 耐 火 磚耐 火 混 凝 土陶 瓷 纖 維 襯 里 耐 火 層 珍 珠 巖硅 藻 土 保 溫 層 （ 隔 熱 層 ） 鋼 板 6080 普 通 磚 保 護(hù) 層 爐 墻 第六節(jié) 管式加熱爐概述 第六節(jié) 管式加熱爐概述 (2)(2)鋼架鋼架 鋼架的作用在于保持爐形和支撐爐子各系統(tǒng)鋼架的作用在于保持爐形和支撐爐子各系統(tǒng) 足夠的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單足夠的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 節(jié)省鋼材，便于操作和檢修節(jié)省鋼材，便于操作和檢修 第六節(jié) 管式加熱爐概述 第

14、六節(jié) 管式加熱爐概述 2. 2. 爐管系統(tǒng)爐管系統(tǒng) (1)(1)輻射爐管輻射爐管 a.a.爐管材質(zhì)的選擇爐管材質(zhì)的選擇 傳熱性能好；傳熱性能好； 在一般管壁厚度下，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度；耐腐蝕；在一般管壁厚度下，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度；耐腐蝕； 能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)轉(zhuǎn)的要求；能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)轉(zhuǎn)的要求； 10#10#、20#20#優(yōu)質(zhì)鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、Cr5MoCr5Mo、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti合金鋼等；合金鋼等； 其中以其中以20#20#優(yōu)質(zhì)鋼應(yīng)用較多。優(yōu)質(zhì)鋼應(yīng)用較多。 第六節(jié) 管式加熱爐概述 b.b.管徑的選擇管徑的選擇 v若管徑過大，傳熱不良，管壁溫度升高，油品易結(jié)焦；若管徑過大

15、，傳熱不良，管壁溫度升高，油品易結(jié)焦； v若管徑過小，油品在管內(nèi)流動(dòng)速度過大，造成過多的阻若管徑過小，油品在管內(nèi)流動(dòng)速度過大，造成過多的阻 力損失；力損失； v外徑在外徑在6060152mm152mm之間；之間； v最常見的范圍是最常見的范圍是100100150mm150mm。 第六節(jié) 管式加熱爐概述 c.c.爐管長(zhǎng)度的選擇爐管長(zhǎng)度的選擇 v管式爐爐管一般在管式爐爐管一般在7 78m8m之間；之間； v有加長(zhǎng)趨勢(shì)，有采用有加長(zhǎng)趨勢(shì)，有采用151518m18m爐管長(zhǎng)度的實(shí)例。爐管長(zhǎng)度的實(shí)例。 第六節(jié) 管式加熱爐概述 d.d.爐管的支撐與安裝爐管的支撐與安裝 管架管架底部支撐底部支撐 U U型螺栓

16、吊柱型螺栓吊柱 第六節(jié) 管式加熱爐概述 (2)(2)對(duì)流對(duì)流爐管爐管 一般水平（臥管）安裝一般水平（臥管）安裝 等腰三角形排列等腰三角形排列 第六節(jié) 管式加熱爐概述 對(duì)流爐管型式對(duì)流爐管型式 釘頭釘頭管管 翅片管翅片管 第六節(jié) 管式加熱爐概述 (3)(3)爐管連接件爐管連接件 180180急彎彎急彎彎頭頭高壓同心異徑管高壓同心異徑管高壓無縫三通高壓無縫三通 第六節(jié) 管式加熱爐概述 3.3.燃燒器燃燒器 燃燒器的分類燃燒器的分類: : 按使用燃料分按使用燃料分 按通風(fēng)方式分按通風(fēng)方式分 自然通風(fēng)自然通風(fēng) 強(qiáng)制通風(fēng)強(qiáng)制通風(fēng) 氣體火嘴氣體火嘴 油火嘴油火嘴 油油- -氣聯(lián)合火嘴氣聯(lián)合火嘴 第六節(jié) 管

17、式加熱爐概述 (1)(1)氣體火嘴氣體火嘴 預(yù)混式預(yù)混式外混式外混式 半預(yù)混式半預(yù)混式 第六節(jié) 管式加熱爐概述 各種氣體火嘴的性能比較：各種氣體火嘴的性能比較： 火嘴型式火嘴型式火火 焰焰 特特 征征 主主 要要 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn) 主主 要要 缺缺 點(diǎn)點(diǎn) 預(yù)混式火嘴預(yù)混式火嘴 短 而 剛 直 強(qiáng)短 而 剛 直 強(qiáng) 勁；強(qiáng)度大勁；強(qiáng)度大 過?？諝庀禂?shù)小過剩空氣系數(shù)小 燃燒速度快燃燒速度快 結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜 對(duì)燃料要求高，易回對(duì)燃料要求高，易回 火火 外混式火嘴外混式火嘴 長(zhǎng)而飄，長(zhǎng)而飄， 強(qiáng)度小強(qiáng)度小 對(duì)燃料適應(yīng)性好，對(duì)燃料適應(yīng)性好， 燃燒穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單燃燒穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 無回火問題。無回火問題。 火

18、焰強(qiáng)度小，燃燒慢火焰強(qiáng)度小，燃燒慢 過?？諝庀禂?shù)大過剩空氣系數(shù)大 半 預(yù) 混 式 火半 預(yù) 混 式 火 嘴嘴 內(nèi)外兩個(gè)內(nèi)外兩個(gè) 火焰火焰 介于二者之間，介于二者之間， 兼有前兩種火嘴特性兼有前兩種火嘴特性 介于二者之間，介于二者之間， 兼有前兩種火嘴缺點(diǎn)兼有前兩種火嘴缺點(diǎn) 第六節(jié) 管式加熱爐概述 蒸汽霧化：采用蒸汽作為霧化劑蒸汽霧化：采用蒸汽作為霧化劑 (2)(2)油火嘴油火嘴 第六節(jié) 管式加熱爐概述 優(yōu)點(diǎn)：霧化效果好，火焰剛直有力，生產(chǎn)能力大，優(yōu)點(diǎn)：霧化效果好，火焰剛直有力，生產(chǎn)能力大， 加熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣加熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣 缺點(diǎn)：蒸汽消耗量大，蒸汽不能回收，加重了供缺點(diǎn)：蒸汽消耗量大，蒸汽不能回收，加重了供 水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，在霧化過程中，伴有強(qiáng)烈水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，在霧化過程中，伴有強(qiáng)烈 的噪聲的噪聲 霧化蒸汽的壓力一般在霧化蒸汽的壓力一般在4 48kgf/cm8kgf/cm2 2 第六節(jié) 管式加熱爐概述 機(jī)械霧化機(jī)械霧化 使高壓燃料油通過噴嘴的切向槽和旋流室，以很大使高壓燃料油通過噴嘴的切向槽和旋流室，以很大 的流速經(jīng)小孔噴出使燃料霧化的方式的流速經(jīng)小孔噴出使燃料霧化的方式 第六節(jié) 管式加熱爐概述 優(yōu)點(diǎn)：不需要霧化劑，成本低，噪聲小優(yōu)點(diǎn)：不需要霧化劑，成本低，噪聲小 缺點(diǎn)：但部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，霧化效果差缺點(diǎn)：但部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，霧化效果差 一般用于鍋爐燃