工業(yè)爐的操作

工業(yè)爐的操作1．1概述石油化工的物料加熱除了換熱器取熱外，主要是應用管式加熱爐。管式加熱爐的外壁一般采用鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁用耐火磚或耐火纖維噴涂，耐火磚更堅固耐用，纖維噴涂保溫效果更好。爐管分為兩部分，直接接受爐膛火焰輻射加熱的為輻射管，受煙道氣對流加熱的為對流管。管式加熱爐常用的形式有圓筒爐、立式爐、無焰爐以及箱式爐等。制氫裝置的工業(yè)爐主要有原料預熱爐和轉(zhuǎn)化爐。原料預熱爐用于原料預熱，一般熱負荷較小，采用圓筒爐結(jié)構(gòu)形式。而轉(zhuǎn)化爐不僅加熱轉(zhuǎn)化物料，向轉(zhuǎn)化反應提供熱量，同時還是進行轉(zhuǎn)化反應的場所，其熱負荷一般非常大，有頂燒箱式爐或側(cè)燒無焰爐等形式。1．2圓筒爐的結(jié)構(gòu)圓筒爐的爐膛為立式圓筒形，輻射爐管沿爐膛四周垂直排列，燃燒器裝在爐子底部；對流爐管在爐子上部橫向排列，煙囪立在對流窒的頂部。物料一般先進入對流爐管進行預熱，然后再到輻射爐管加熱。圓筒爐外壁用鋼板卷制，內(nèi)壁砌筑耐火磚或者用保溫釘加耐火纖維噴涂。如簡圖9-7所示。圖9-7圓筒爐結(jié)構(gòu)簡圖1．3燃燒器1．3．1燃燒器的類型燃燒器是將燃料和空氣在期望的速度、湍流程度和空氣/燃料比引入，以建立和保持適當點火和穩(wěn)定燃燒的設(shè)備。燃燒器類型通常用不同的方法來描述：由燃料種類：高壓瓦斯、低壓瓦斯氣體燃燒器，重油、輕油液體燃燒器，天然氣燃燒器等等；由供風方式：強制通風燃燒器，自然通風燃燒器等；由排放物要求，主要指NOX的排放指標：如普氮燃氣燃燒器、低氮燃氣燃燒器、低噪音燃燒器；據(jù)火焰形狀來描述的：環(huán)形焰、圓柱焰、扁平焰、扇形焰、附墻焰燃燒器；根據(jù)空氣與燃料混合形式或霧化形式來描述的：半預混氣體燃燒器，全預混氣體燃燒器，外混式、內(nèi)混式，Y型、機械霧化燃燒器等等。1．3．2氣體燃燒器及操作外混式燃燒器：外混式氣體燃燒器應適用燃料氣壓力范圍、燃料組成、密度和熱值變化范圍寬的燃料氣，其燃料氣組成變化范圍可從高含氫到高分子量的高含烴類燃料，還可含有一定量惰性物質(zhì)（如CO2、N2、水、蒸汽）和不飽和烴類，例如制氫裝置的脫附氣等。外混式氣體燃燒器不適用于燃料氣中含有液滴或不飽和烴多的情況，這是因為易在噴頭處結(jié)焦和生成聚合物，堵塞噴孔。外混式燃燒器調(diào)節(jié)范圍較大，對于單一的燃料組成，外混式氣體燃燒器可在調(diào)節(jié)比5：1范圍內(nèi)操作過?？諝猓和饣焓綒怏w燃燒器，下列過?？諝猓ㄒ寻諝庑孤┝浚┛杀ＷC良好燃燒。單個燃燒器多個燃燒器自然通風10～15%15～20%強制通風5～10%10～15%火焰性質(zhì)：火焰形狀是由燃燒器磚、噴頭開孔和燃燒器的空氣動力學性質(zhì)決定的，圓形的燃燒器磚，產(chǎn)生同心的或圓柱形的火焰。矩形的燃燒器磚產(chǎn)生扁平火焰（直扁平火焰與斜扁平附墻火焰），其火焰形狀象魚尾，火焰接近爐墻或與爐管的間距受到限制時使用此燃燒器?；鹧娴念伾S（與預混式比較）。預混燃燒器預混式燃燒器要求燃料氣壓力和組成相對穩(wěn)定，利用燃料壓力將空氣吸入噴頭前的文丘利管，空氣與燃料氣預混后在噴頭處點火。在適宜的操作條件下，預混式氣體燃燒器的火焰非常穩(wěn)定且緊密。燃料和空氣混合物離開噴頭處的速度必須大于火焰的速度。否則，火焰會返回文丘利管（回火）。當使用高含氫這樣的高火焰速度的燃料氣時，燃燒器調(diào)節(jié)嚴重受到限制。總體來講，燃料氣的含氫量超過70%（mol）時，一般不使用預混式氣體燃燒器。如果燃料氣的組成變化，預混式氣體燃燒器的調(diào)節(jié)比將受到限制。燒高含氫燃料氣時，調(diào)節(jié)比通常受到在文丘利管內(nèi)回火的限制。當燃燒的燃料比設(shè)計工況的燃料重得多時，燃燒器會達不到其最大放熱量。因為燃料氣的低壓造成空氣量的吸入不足。必須提供更多的二次風，以彌補此缺陷。對于單組分燃料氣的預混使氣體燃燒器常規(guī)的調(diào)節(jié)比為3比1。過?？諝猓河捎陬A混式氣體燃燒器的燃料/空氣混合情況比外混式氣體燃燒器好，它可在較低的過?？諝庀禂?shù)下操作。單個燃燒器的過?？諝庀禂?shù)可達到5%～10%。單個燃燒器多個燃燒器自然通風和強制通風5～10%10～20%火焰性質(zhì)如下：與外混式燃燒器相比，預混式燃燒器的火焰體積更小更容易限制?；鹧嫘螤钣扇剂蠚鈬娍自O(shè)計在某個特定范圍內(nèi)，由燃燒器磚的形狀決定?；鹧娓{更透明。1．4爐管由于爐管置于高溫的環(huán)境中，管內(nèi)又有油、干氣及氫氣等介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕的聯(lián)合作用，因此爐管的材料應具有耐熱、耐壓和耐腐蝕的特殊要求。爐管包括輻射段的爐管和對流段的爐管，轉(zhuǎn)化爐還有上下豬尾管等，需要根據(jù)其操作的溫度環(huán)境及物料性質(zhì)來選取爐管的材質(zhì)。原料預熱爐輻射管常用Cr5Mo合金鋼管，管壁最高可耐600℃，其對流段一般采用20#優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其管壁最高可耐450℃。轉(zhuǎn)化爐爐管的操作條件比原料預熱爐要苛刻得多，所以其材質(zhì)要求也高很多，其常用材質(zhì)參見“9.1.3材質(zhì)選用標準”的介紹。在正常操作條件下，爐膛溫度一般都高于爐管所能耐受的最高溫度，因此爐管內(nèi)應時刻保持有一定的流量的冷物料來吸收熱量，確保爐管壁溫不超過耐熱指標。嚴防爐管內(nèi)物料的中斷和超溫、超負荷運行，以至損壞爐管，釀成事故。1．5空氣預熱器加熱爐是石油化工生產(chǎn)裝置的能耗大戶，對于制氫裝置也是如此，如何提高加熱爐的熱效率顯得非常重要。制氫裝置的空氣預熱器一般是助燃空氣與轉(zhuǎn)化爐的高溫煙氣進行換熱?？諝忸A熱器一方面可以降低排煙溫度，另一方面可以提高爐膛溫度，節(jié)省燃料，大大提高加熱爐的熱效率，因此，空氣預熱器在制氫的加熱爐特別是轉(zhuǎn)化爐上已被廣泛采用。制氫裝置的空氣預熱器實際是兩種氣相介質(zhì)（煙氣與空氣）的換熱設(shè)備，也分為管束式、回轉(zhuǎn)蓄熱式（板式）和熱管式等型式。采用空氣預熱器的加熱爐一般采用強制供風，因此都設(shè)備有鼓風機、風道等，同時要將高溫的煙氣引入空氣預熱器進行熱交換，還需要有引風機和煙道等設(shè)備。由于煙氣露點腐蝕的原因（詳見“設(shè)備防腐知識”一節(jié)），空氣的預熱器煙氣側(cè)的出口溫度（一般為排煙溫度）應在一個較好的范圍以內(nèi)，排煙溫度太高會影響整臺爐的熱效率，太低則引起露點腐蝕，一般要求不低于150℃，如果燃料的含硫量很能低，還可以再適當降低。合理的排煙溫度是一方面是通過合理的設(shè)計來保證，要求設(shè)計時選取的參數(shù)要盡可能的準，另一方面，在操作上加熱爐的負荷也不宜偏離設(shè)計值太多，一般要求在設(shè)計值60%以上負荷運行。1．6吹灰器吹灰器是工業(yè)爐中應用廣泛的設(shè)備。由于燃料燃燒會產(chǎn)生灰垢，這些灰垢附著在爐管上，特別是對流段的爐管上，降低爐管的傳熱效果和加熱爐的熱效率。石油化工的加熱爐主要以燃料油和燃料氣作為燃料，燒燃料氣的加熱爐爐管積灰相對較少，而燒燃料油的加熱爐積灰相對較多，特別是含硫較高的燃料油。因此，為了及時清除這些灰垢，通常在爐的對流段及空氣預熱器等部位安裝吹灰器，定時吹灰。常用的吹灰器類型有蒸汽吹灰器、聲波吹灰器和激波吹灰器等，這三種類型的吹灰器各有特點，但也有各自的局限性。激波吹灰器是利用一開口容器內(nèi)的可燃氣體爆燃后產(chǎn)生的一種弱爆炸波清垢，激波吹灰器清垢比較徹底，但有較大的異常響聲，其電磁閥、點火器等也容易出現(xiàn)故障；聲波吹灰器主要是靠次聲波吹灰，其低頻聲波可繞障傳遞，可全方位清灰但清垢不如激波徹底，如果爐體有泄漏還會造成次聲波污染；蒸汽吹灰器由于閥門關(guān)不嚴漏水、操作中容易脫水不凈等引起腐蝕及本身的局限性，現(xiàn)已較少使用。1．7阻火器為防止火焰倒竄入瓦斯罐或其它容器內(nèi)產(chǎn)生爆炸，在爐用瓦斯線上都設(shè)有瓦斯阻火器。阻火器一般設(shè)在瓦斯入爐前的管線上。阻火器大多數(shù)由多層金屬細網(wǎng)組成，當火焰進入阻火器后，由于金屬細網(wǎng)傳熱效率很高，火焰通過金屬細網(wǎng)被分割散熱而熄滅，從而達到阻火的作用。隨著技術(shù)的進步，已有其它新型的高效阻火器正在投入使用。1．8防暴安全設(shè)施為確保加熱爐的安全運轉(zhuǎn)，加熱爐系統(tǒng)主要的防爆安全措施有：在爐膛設(shè)有蒸汽吹掃線，供點火前吹掃