管式加熱爐課件

1、管式加熱爐主講：蔣克勤管式加熱爐概述管式加熱爐是煉油廠和石油化工廠的重要設(shè)備之一。利用燃料在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫火焰與煙氣作為熱源，來(lái)加熱爐管中流動(dòng)的油品，使其達(dá)到工藝規(guī)定的溫度，以供給原油或油品在進(jìn)行分餾、裂解或反應(yīng)等加工過(guò)程中所需要的熱量，管式加熱爐的換熱面是管壁。與其他加熱方式比較：加熱溫度高、傳熱能力大、便于操作管理。管式加熱爐的特征 （1）被加熱物質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，故僅限于加熱氣體和液體。而且，這些氣體或液體通常都是易燃易爆的烴類物質(zhì)，同鍋爐加熱水和蒸汽相比，危險(xiǎn)性大，操作條件要苛刻得多。 （2）加熱方式為直接受火式，加熱溫度高，傳熱能力大（3）只燒氣體或液體燃料。（4）長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，

2、不間斷操作，便于管理。管式加熱爐的一般結(jié)構(gòu)管式加熱爐的主要組成部分物料入口物料出口管式加熱爐各部分的作用(一)輻射室(爐膛)位于加熱爐的下部，是通過(guò)火焰或高溫?zé)煔膺M(jìn)行輻射加熱的部分。輻射室是加熱爐的主要熱交換場(chǎng)所，全爐熱負(fù)荷的7080是由輻射室擔(dān)負(fù)的，它是全爐最主要的部分。對(duì)流室是靠由輻射室出來(lái)的煙氣與爐管進(jìn)行對(duì)流換熱的部分，實(shí)際上也有一部分輻射熱，但主要是對(duì)流傳熱起作用。管式加熱爐各部分的作用(二)燃燒器將燃料油霧化，使空氣與燃料氣或燃料油霧化氣良好混合，充分燃燒并產(chǎn)生熱量。通風(fēng)系統(tǒng)的任務(wù)是將燃燒用空氣由風(fēng)門控制引入燃燒器，并將廢煙氣經(jīng)擋板調(diào)節(jié)引出爐子，可分為自然通風(fēng)方式和強(qiáng)制通風(fēng)方式。 管

3、式加熱爐爐型按爐體形狀：箱式爐（方箱爐、斜頂爐） 立式爐 圓筒爐 無(wú)焰爐按用途分類: 化學(xué)反應(yīng)爐、加熱液體的爐子 氣體加熱爐、加熱混相流體的爐子箱式爐（一）方箱爐1、結(jié)構(gòu)：長(zhǎng)、寬、高大致相近，輻射室和對(duì)流室用火墻隔開，火嘴裝于側(cè)壁，煙囪設(shè)于爐外，爐管水平排列 2、方箱爐的特點(diǎn) 操作經(jīng)驗(yàn)成熟，但鋼材消耗大，占地面積大。 尤其是輻射管離火嘴遠(yuǎn)，受熱差?；饓敳康墓茏樱苯邮艿礁邷?zé)煔獾臎_刷，極易局部過(guò)熱，管子容易燒壞，使檢修周期大大縮短，爐管表面平均熱強(qiáng)度較低；煙道氣經(jīng)對(duì)流室向下流動(dòng)，阻力大，須在爐外另建煙囪，煉油廠中不再采用。（二）斜頂爐斜頂爐1、結(jié)構(gòu)：斜頂爐是由箱式爐演變而來(lái)，是箱式爐砍去爐膛

4、內(nèi)煙氣流動(dòng)的死角區(qū)而成。大體上分三個(gè)部分：兩側(cè)是寬大的輻射室，中間窄的部分是對(duì)流室，兩側(cè)壁上各裝有一排火嘴2、特點(diǎn)：頂部輻射管避免了明顯的局部過(guò)熱，受熱較方箱爐均勻，但煙氣對(duì)火墻頂部的沖刷仍較厲害，受熱仍不夠均勻；占地面積大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所用鋼材較多。目前已很少使用。立式爐1、結(jié)構(gòu)：輻射室對(duì)流室煙囪臥管立式爐2、特點(diǎn)：由于火焰垂直向上，與煙氣流動(dòng)方向一致。因此，受熱較均勻，爐管表面熱強(qiáng)度高，輻射室寬度變窄，爐膛體積可以縮小，占地面積小。煙氣阻力小，煙囪高度低。上下部爐管還存在熱強(qiáng)度不均勻性。對(duì)流室和煙囪布置在爐子上面，爐架需支撐整個(gè)爐體，負(fù)荷重，鋼架龐大，消耗鋼材多。圓筒爐1、結(jié)構(gòu)：2、特點(diǎn)：輻

5、射錐的作用：使?fàn)t管不僅在徑向上熱強(qiáng)度分布均勻，而且在軸向的熱強(qiáng)度也趨于均勻。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、占地面積小、投資省、施工快、熱損失少。缺點(diǎn)：爐管表面積熱強(qiáng)度較其他爐型低；立管用機(jī)械除焦也較困難，所以圓筒爐適用于油品的純加熱。無(wú)焰爐隨著爐型的不斷改進(jìn)，爐管的表面熱強(qiáng)度和爐管的受熱均勻性大為改善，但同一根爐管面像火焰和背對(duì)火焰兩面受熱不均勻，由此就產(chǎn)生了雙面輻射加熱爐。無(wú)焰燃燒爐，即把雙面輻射與無(wú)焰火嘴相結(jié)合的一種新型爐。1、結(jié)構(gòu)： 外形與立式爐相似，爐中間排輻射管，頂部排對(duì)流管，兩側(cè)爐墻布滿火嘴。 燃燒氣體與空氣混合極為完全，再加上耐火磚的催化作用和分化作用，燃燒速度極快，在燃燒器孔道里就完成

6、燃燒的全部過(guò)程，因此沒(méi)有火焰。2、特點(diǎn)：爐管雙面接受輻射，受熱比較均勻，輻射管表面熱強(qiáng)度大；由于火嘴很多，所以能夠靈活地調(diào)節(jié)各處受熱強(qiáng)度；輻射室寬度更窄，爐膛結(jié)構(gòu)緊湊；散熱損失小，空氣過(guò)剩系數(shù)小，煙氣帶走熱量少，因此熱效率高；處理量比一般爐型大；造價(jià)低。只適宜燒氣體燃料，使用上受到限制。管式加熱爐的發(fā)展方向 直立式、垂直管、雙面輻射、強(qiáng)制通風(fēng)，盡量少用高合金管架，對(duì)流管采用釘頭或翅片式。練 習(xí)1、管式加熱爐按爐體形狀劃分，可以分為( )爐、 ( )爐、 ( )爐、 ( )爐等。2、管式加熱爐主要由( )室、 ( )室、 ( )和( )等幾部分組成。 3、加熱爐中，輻射室、對(duì)流室和煙囪成水平排列

7、的是( ) A.立式爐 B.圓筒爐 C.斜頂爐 D.無(wú)焰爐 箱式 立式 圓筒 無(wú)焰對(duì)流輻射燃燒器煙囪C練 習(xí)4、( )具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小的特點(diǎn)，在煉油廠得到廣泛應(yīng)用。A.斜頂爐 B.圓筒爐 C.立式爐 D.無(wú)焰爐5、爐內(nèi)煙氣阻力較大的爐型是( )A.箱式爐 B.圓筒爐 C.立式爐 D.無(wú)焰爐BA燃燒器（火嘴）按所使用的燃料分為： 氣體燃燒器（氣嘴） 液體燃燒器（油嘴） 油-氣聯(lián)合燃燒器（型）氣體燃燒器（氣嘴）氣體燃燒必須條件： 氣體燃料在一定比例下與空氣混合，混合物有一定著火溫度，有充分的混合時(shí)間和燃燒化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間。燃燒器的結(jié)構(gòu)： 氣嘴、火道、爐膛 按燃燒所用空氣的供給方式可分為 引射

8、式（空氣靠瓦斯本身吸入）和混合式（空氣靠鼓風(fēng)機(jī)供給） 預(yù)混式 ：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)燃料要求高，易發(fā)生回火。 噴射式 ：瓦斯-空氣未經(jīng)預(yù)先混合，而是由燃燒器 的不同通道分別進(jìn)入爐內(nèi)，然后借助擴(kuò) 散作用使兩者在爐中邊混合、邊燃燒(即 擴(kuò)散燃燒)。 半預(yù)混式 一部分空氣靠引射器吸入預(yù)先混合 （一次空氣），其余部分則靠外部大氣供 給，與燃料邊燒邊混合（二次空氣）。 氣體火嘴混合的先后可分為按燃料氣和空氣液體燃燒器（油嘴）機(jī)械霧化低壓空氣霧化高壓水蒸氣霧化（煉油廠常用）霧化方法高壓水蒸氣霧化燃燒器： 水蒸汽與燃料油在燃燒器內(nèi)不進(jìn)行混合，二者由不同的孔道分別噴出。 水蒸汽與燃料油在火嘴內(nèi)混合形成泡沫狀物質(zhì)，再由

9、小孔按適宜角度噴入空氣流中。（內(nèi)混式水蒸氣霧化燃燒器）內(nèi)混式水蒸氣霧化燃燒器霧化效果好、水蒸氣消耗低、火焰有一定方向且剛直有利。內(nèi)混式水蒸氣霧化燃燒器組成P113）三通： 其針形閥正常操作時(shí)不使用，停工和火嘴結(jié)焦時(shí)打開，蒸汽進(jìn)入三通內(nèi)管，清掃油嘴。短管：又稱加熱管，油走內(nèi)管，水蒸氣走外管。噴頭：分內(nèi)噴頭（與短關(guān)連接）和外噴頭（與油嘴外管連接）。油氣聯(lián)合燃燒器（型）組成： 油嘴 氣嘴 風(fēng)門練 習(xí)1、按燃燒器所使用燃料不同，可分為( )、( )、( )。2、為了滿足燃燒條件，氣體燃燒器必須有( )、( )、( )。3、燃油霧化方法有三種，即( )、 ( )、( )。煉油廠常用的是( )。液體燃燒器

10、油-氣聯(lián)合燃燒器氣嘴火道爐膛氣體燃燒器機(jī)械霧化低壓空氣霧化高壓水蒸氣霧化高壓水蒸氣霧化管式加熱爐的其他部件一、爐管：是加熱爐形成傳熱表面最重要的組成部分。主要考慮耐熱性、耐腐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度、爐管表面熱強(qiáng)度。二、回彎頭：將爐管連成一個(gè)整體的部件，分為可拆和不可拆兩種。與爐管連接有膨脹法和焊接法。三、管件與管板：為防止?fàn)t管在爐內(nèi)受熱彎曲變形而采用管架支持，用耐高溫的合金鋼制造。管式加熱爐的其他部件四、爐墻：要求絕熱良好、熱損失小、經(jīng)久耐用、安裝方便、重量輕、造價(jià)低。耐熱材料：耐火磚（傳統(tǒng)）、耐熱陶瓷纖維（新型）五、鋼結(jié)構(gòu)六、煙囪：自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)燃料的燃燒一、燃燒過(guò)程的實(shí)質(zhì)與理論空氣用量二、過(guò)剩

11、空氣系數(shù)三、燃料發(fā)熱值一、燃燒過(guò)程的實(shí)質(zhì)與理論空氣用量燃燒過(guò)程的實(shí)質(zhì)：燃料中所含的可燃性成分與空氣中的氧接觸，在一定溫度下，發(fā)生的強(qiáng)烈氧化作用，同時(shí)放出光和熱的過(guò)程。燃燒必須具備的條件：可燃物、空氣、溫度燃料的化學(xué)組成：C、H、少量的S、N、O等元素按化學(xué)反應(yīng)的需氧量 C+O2=CO 2 燃燒1kg碳需用氧=2.67 kg 2H2+O2=2H2O 燃燒1kg氫需用氧=8 kg S+O2=SO2 燃燒1kg硫需用氧=1 kg燃燒1kg燃料由空氣供給的理論用氧量為（kg）理 論 空 氣 量液體燃料需要的理論空氣量為（kg空氣/kg燃料）液體燃料需要的理論空氣體積為(Nm3空氣/kg燃料)氣體燃料所

12、需的理論空氣用量（kg空氣/kg燃料） 理 論 空 氣 量氣體燃料所需的理論空氣體積（ Nm3空氣/m3氣體燃料） 例1： 已知燃料油的質(zhì)量組成C=88%，H=12%，試求該燃料燃燒時(shí)所需要的理論空氣量？ 解：例2：某燃料氣組成如下表，燃料=1.52kg/m3,試求每千克燃料燃燒時(shí)所需要的理論空氣量？ 組分CH4C2H4C2H6C3H6C3H8iC4H10nC4H10C4H8C5H12H2SCO2%（體）313.921.210.711.95.64.35.51.13.61.2解： 二、 過(guò)剩空氣系數(shù)實(shí)際入爐空氣量與理論空氣量之比表達(dá)式 過(guò)?？諝庀禂?shù)太大，入爐空氣量多，相對(duì)降低了爐膛溫度和煙氣的黑

13、度，影響傳熱效果。在加熱爐的排煙溫度一定時(shí)，過(guò)剩空氣系數(shù)大則排煙量大，使煙氣從煙囪帶走的熱量多，增加了熱損失，全爐熱效率降低。過(guò)多的空氣還會(huì)使煙氣中含氧量高，加劇爐管表面的氧化腐蝕，縮短管子的壽命。 減小過(guò)剩空氣系數(shù)雖然有許多好處，但一個(gè)重要的前提是：必須保證燃料完全燃燒。大小的影響過(guò)?？諝庀禂?shù)例：P1-133 習(xí)題（1） 自然通風(fēng)的管式加熱爐過(guò)剩空氣系數(shù) 爐型 燃料油 燃料氣 圓筒爐 1.21.3 1.11.25 無(wú)焰爐 不燒油 1.011.1 方箱爐 1.21.35 1.151.25由煙道氣組成分析結(jié)果計(jì)算從煙氣中氮、氧的含量計(jì)算例：P1-133 習(xí)題（2）三、燃料發(fā)熱值燃料發(fā)熱值：指單位

14、質(zhì)量或單位體積的燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量。高發(fā)熱值：燃料完全燃燒，并當(dāng)燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽凝結(jié)為水時(shí)所放出的熱量。 低發(fā)熱值：燃料完全燃燒，其燃燒產(chǎn)物中的水分仍以汽態(tài)存在時(shí)所放出的熱量。燃料的發(fā)熱值可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定（表4-4、4-5、4-6）管式加熱爐的傳熱特點(diǎn)以輻射傳熱為傳熱的主要方式。（輻射室內(nèi)傳熱情況如圖所示）加熱爐的熱平衡及主要工藝指標(biāo)一、加熱爐的熱平衡二、加熱爐的熱效率三、加熱爐的熱負(fù)荷四、爐管表面熱強(qiáng)度五、火墻溫度六、油品在爐管內(nèi)的流速和壓力降一、加熱爐的熱平衡全爐熱平衡是指入爐的總熱量和爐內(nèi)有效熱負(fù)荷以及損失總熱量間的平衡。 Q入=Q出 BQ燃料=Q有效+ Q煙離+ Q損失 影響加

15、熱爐熱效率的因素?zé)煔鈳ё叩臒崃?爐子散熱損失 不完全燃燒損失 與過(guò)?？諝庀禂?shù)和爐子排煙溫度有關(guān)。 煙氣帶走的熱量越多，爐子散熱損失和不完全燃燒損失越大，加熱爐的熱效率越低。 提高加熱爐熱效率的主要措施采用高效、大能量的燃燒器，提高燃燒質(zhì)量；監(jiān)控?zé)煔庵械难鹾鸵谎趸己?，降低過(guò)剩空氣系數(shù)；增設(shè)空氣預(yù)熱器或余熱鍋爐，回收煙氣余熱；對(duì)流室采用釘頭管或翅片管，設(shè)置自動(dòng)吹灰器，強(qiáng)化對(duì)流室的傳熱過(guò)程，使之多吸收熱量；采用低傳熱系數(shù)的耐火絕熱材料，降低爐壁散熱損失；加強(qiáng)堵漏，減少漏入爐膛的空氣量；采用計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制儀進(jìn)行最佳燃燒控制。二、加熱爐的熱效率加熱爐的熱效率，以表示，指加熱爐全爐有效熱負(fù)荷與燃料燃

16、燒發(fā)出的熱量之比。式中則式中表示煙氣出對(duì)流室所帶熱量占燃料總發(fā)熱量的百分率（查圖4-17）例：P1-133 習(xí)題（3）練習(xí)： 習(xí)題（4）三、加熱爐的熱負(fù)荷加熱爐的熱負(fù)荷是指被加熱物料達(dá)到出爐溫度時(shí)所需的熱量。加熱爐的熱負(fù)荷體現(xiàn)了加熱爐的供熱能力，其值越大，爐子的生產(chǎn)能力越大，是加熱爐的重要工藝指標(biāo)之一。P1-124 例4-1四、爐管表面熱強(qiáng)度概念：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位爐管表面積傳遞的熱量，以W/m2表示。輻射室爐管表面熱強(qiáng)度對(duì)流室爐管表面熱強(qiáng)度爐管表面熱強(qiáng)度越大，相同表面積所受的熱量也越大，或完成統(tǒng)一加熱任務(wù)時(shí)所需要的傳熱面積越小，也是加熱爐重要工藝指標(biāo)之一。但在較高的表面熱強(qiáng)度下操作，爐管燒壞的可

17、能性也大。因此，爐管表面熱強(qiáng)度并非越高越好。還要受其它因素限制。限制爐管表面熱強(qiáng)度提高的因素（1）爐管表面熱強(qiáng)度增加，管壁溫度增加。管壁溫度增加程度由管材壽命決定；管壁溫度增加，管內(nèi)油品有超過(guò)結(jié)焦限度的可能性。（2）爐膛內(nèi)傳熱不均勻性 a、徑向熱分布（圓周熱分布） b、軸向熱強(qiáng)度分布 c、爐管之間的受熱不均勻性改善輻射管表面熱強(qiáng)度的途徑（1）增加雙面受輻射的爐管或改成雙面受輻射爐管的爐型；（2）增加輻射墻；（3）增加輔助火嘴（4）操作上盡量做到多火嘴、短火焰、齊火苗。五、火墻溫度火墻溫度是指煙道氣在擋墻上之溫度，也稱爐膛溫度，代表爐膛內(nèi)煙氣溫度，也是加熱爐操作中的一個(gè)重要工藝指標(biāo)。爐膛溫度高，

18、輻射室的傳熱量就高。P1-126例（輻射傳熱量與絕對(duì)溫度的四次方成正比）爐膛溫度過(guò)高，輻射管熱強(qiáng)度過(guò)大，爐管易結(jié)焦，同時(shí)進(jìn)入對(duì)流室煙氣溫度過(guò)高，對(duì)流管易燒壞。爐膛溫度一般為800左右。常減壓加熱爐為700800，裂解爐為9001100。六、油品在爐管內(nèi)的流速和壓力降油品在爐管內(nèi)的流速通常用冷油流速或質(zhì)量流速表示。油品流速太低，油品在管內(nèi)停留時(shí)間太長(zhǎng)，則層流邊界層家后，可能由于局部過(guò)熱使結(jié)焦速率加快，影響長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。油品流速增加后，其壓力損失隨之加大，要求提高油泵揚(yáng)程，而泵的揚(yáng)程不能無(wú)限提高，所以流速不能任意加快。油品在爐管內(nèi)的壓力損失指油品進(jìn)出加熱爐時(shí)的壓強(qiáng)差。壓力損失上限主要是泵的極限能力，

19、還有管徑大小、管線振動(dòng)、儀表測(cè)量等壓力損失還與物料在管內(nèi)有無(wú)相變有關(guān)，例原油加熱過(guò)程中汽化40%時(shí)壓力損失是純液相時(shí)的710倍。壓力損失變化還可判斷爐管結(jié)焦程度。管式加熱爐的操作和清焦一、加熱爐開、停工操作主要步驟（一）烘爐：新建或大修后進(jìn)行目的：緩慢除去砌筑爐墻過(guò)程中所積存的水分，并使耐火膠泥充分燒結(jié)。注意：（1）按從對(duì)流管到輻射管流程通入蒸汽，從輻射管防空處排出，防止?fàn)t管干燒。（2）升溫速度要嚴(yán)格按照升溫曲線進(jìn)行，防止溫度突升、突降。（P1-127）（二）開工（1）檢查：零部件及附屬設(shè)備、工藝管線、儀表等（2）蒸汽貫通：貫通前，要關(guān)閉儀表引線，機(jī)泵進(jìn)口加過(guò)濾網(wǎng)；蒸汽量由小到大逐漸增加，冷凝水及時(shí)放出（3）設(shè)備和管道試壓：壓力為操作壓力的1.52倍（4）將原料、燃料和霧化蒸汽分別引入爐子系統(tǒng)，成為改流程。*引進(jìn)燃料氣前，管線內(nèi)空氣含氧量要小于1%，否則點(diǎn)火時(shí)易回火（三）點(diǎn)火1、準(zhǔn)備工作（見P1-128）2、點(diǎn)火（1）以用柴油浸透的點(diǎn)火棒點(diǎn)火。點(diǎn)燃料氣時(shí)，稍開風(fēng)門，在開燃料氣閥點(diǎn)油時(shí)，稍開風(fēng)門，先開蒸汽閥，后開油閥（2）火嘴點(diǎn)著后適當(dāng)調(diào)節(jié)霧化油