加热炉讲义第一章汇总课件.ppt

1,热烈欢迎中石化化工加热炉管理技术培训班的学员们,1热烈欢迎中石化化工加热炉管理技术培训班的学员们,2007年11月,中国石化加热炉检测评定中心长岭中心站岳阳长岭设备研究所有限公司,2007年11月中国石化加热炉检测评定中心长岭中心站,3,目 录,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标第二章 管式加热炉的节能途径与措施第三章 石油化工加热炉的检测技术第四章 2007年化工企业加热炉的检测第五章 加热炉的操作、常见故障处理和管理维护,3 目 录第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,4,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,一个设备，具有用耐火材料包围的燃烧室，利用燃料燃烧产生的热量将物质(固体或流体)加热，这样的设备叫做“炉子”。工业上有各种各样的炉子，如冶金炉、热处理炉、窑炉、焚烧炉和蒸汽锅炉等。石油化工加热炉是其生产过程中的高温反应设备和高温加热设备。 石油化工加热炉主要特征有四点。,1.1 概述,4第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,5,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,化工生产过程中很多反应需要在特定条件下进行。例如：乙烯生产装置中的裂解炉将石脑油或轻柴油和一定比例的蒸汽在炉管内从600迅速加热到800左右，在很短的时间内完成裂解反应。另外，在化工生产过程中有使用热载体加热的设备，这些热载体在专用的炉子里加热以循环使用。总之，随着化学工业的发展，化工加热炉的种类、型式日益繁多，某些炉子往往成为该领域的技术关键。,5第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,一般石油化工加热炉的设计，主要有工艺计算和结构设计两部分工作。工艺计算部分的内容和目的是根据工艺要求，确定合适的炉型方案，进行燃料燃烧计算；炉子系统热平衡计算以确定燃料消耗量，进行辐射室传热计算，以布置与确定辐射传热面积；炉子系统烟气侧的流动阻力和烟囱计算以确定烟气抽引装置。必要时亦须对工艺物料的阻力进行核算。结构设计的主要内容是根据炉型方案进行总体布置，并确定炉子燃烧装置、炉用附件等结构。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,6,一般石油化工加热炉的设计，主要有工艺计算和结,按外形大致上分为以下四类（16类）：箱式炉（6类）、立式炉（6类） 、圆筒炉（3类） 、大型方炉（1类） 。这种划分法系按辐射室的外观形状，而与对流室无关。所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一“箱子状”的六面体。与它相比，立式炉的辐射室宽度要窄一些，其两侧墙的间距与炉膛高度之比约为1：2。圆筒炉、大型方炉的称呼也按同理而来。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,7,1.2加热炉分类（按外形和按用途分）,1.2.1 按外形分类,按外形大致上分为以下四类（16类）：,在这种炉子的辐射室内，燃烧器和炉管交错排列，单排管双面辐射，管子沿整个圆周上的热分布要比单面辐射均匀得多，燃烧器顶烧，对流室和烟囱放在地面上。它的缺点是炉子体积大，造价很高，用于单纯加热不经济。目前在合成氨厂常用它作为大型烃蒸汽转化炉的炉型，运转良好。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,8,(1) 箱式炉:顶烧式(图l一5),在这种炉子的辐射室内，燃烧器和炉管交错,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,9,图1-4 图1-5 图1-6,图1-4 图1-5 图1-6,图1-4 图1-5 图1-6,图1-4 图1-5 图1-6,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标9图1-4,(2)立式炉 底烧横管式(图l-7) 传热机理同箱式炉差不多，只是造型上采用了立式炉的特点。炉管布置在两侧壁，中央是一列底烧的燃烧器。烟气由辐射室、对流室经烟囱一直上行。燃烧器能量较小，数目较多，间距较小，从而在炉子中央形成一道火焰“膜”，提高了辐射传热的效果。现在使用的立式炉多数采用这一型式。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,10,(2)立式炉第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,11,图1-7 图1-8 图1-9,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标11图1-7,附墙火焰式(图l-8) 这种立式炉炉膛当中为一排横管，火焰附墙而上，把两面侧墙的墙壁烧红，使火墙成为良好的热辐射体，以提高辐射传热的效果，它比图l7型炉传热均匀得多，目前已成为高压加氢、焦化等装置的主流炉型。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,12,附墙火焰式(图l-8)第一章 石油化工加热炉的种,图1-7 图1-8 图1-9,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,13,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标13,立管立式炉(图l-11) 这是我国首创的炉型。图l-7、图1-8型立式炉都为横管，要用大批高铬镍钢的管架。而这种炉型改用立管，节省了这批合金钢，同时又保留了立式炉的优点，常用作大型加热炉的炉型。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,14,立管立式炉(图l-11)第一章 石油化工加热炉,图1-10 图1-11 图1-12,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,15,图1-10,这种炉子都是单排管双面辐射炉型。图l-12型炉在侧壁上安有许多小型的气体无焰燃烧器，使整个侧壁成为均匀的辐射墙面，有优越的加热均匀性，可分区调节各区温度，是乙烯裂解和烃类蒸汽转化最合适的炉型之一。但造价昂贵，用于纯加热非常不合算。还有一个缺点是只能烧气体燃料。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,16,无焰燃烧炉(图l-12)阶梯炉(图1-13),这种炉子都是单排管双面辐射炉型。图l-12型,(3)立式圆筒炉 螺旋管式(图1-14) 当炉子热负荷非常小，而且对热效率无要求时，采用这两种炉型。它们是最简单、最便宜的炉子。图1-14型炉内，炉管是一段盘绕成螺旋状的小管，虽然它属于立管式炉型，但其管内特性更接近于水平管，能完全排空，管内压降小。这种炉子的主要缺点是为了便于盘旋，易于制造，被加热介质通常只有一管程。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,17,(3)立式圆筒炉 螺旋管式(图1-14)第一章,螺旋管式(图1-14)纯辐射式(图l-15),第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,18,图1-14 图1-15,螺旋管式(图1-14)第一章 石油化工加热炉的种类、用途,无反射锥的辐射-对流型(图1-17) 这种圆筒炉取代上述型式，已成为现代立式圆筒炉的主流。它取消了反射锥，能够建造较大的炉子。它的对流室水平布置若干排管子，并尽量使用钉头管和翅片管，热效率较高。它的制造及施工简单，造价低，是管式加热炉中应用最广泛的炉型。但是，这种炉子放大以后，炉膛内显得太空，炉膛体积发热强度将急剧下降，结构上和经济性上都开始不利。为了克服这一缺点，可以在大型圆筒炉的炉膛内增添炉管，如图l-18型炉所示。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,19,图1-17 图l-18,无反射锥的辐射-对流型(图1-17,(4)大型方炉,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,20,如图l-19所示，这种炉子用两排炉管把炉膛分成若干小间，每间设置一或二个大容量高强燃烧器。分隔可以沿两个方向进行，称之为“十字交叉”分隔法。它通常把对流室单独放到地面上。还有把几台炉子的烟气用烟道汇集拢来，送进一个公用的对流室或废热锅炉。这种炉子结构简单，节省占地，便于回收余热，容易实现炉群集中排烟，减轻大气污染。它是专为超大型加热炉而开发的。,(4)大型方炉第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,图1-19,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,21,图1-19第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标21,1.2.2 按用途分类 按用途管式热加炉大致分为以下几类：炉管内进行化学反应的炉子、加热液体的炉子、加热气体的炉子和加热气、液混相流体的炉子。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,22,(1)炉管内进行化学反应的炉子,这种炉子管内发生吸热化学反应。按复杂程度来说，它代表了加热炉技术的最高水平。它分为两种：,1.2.2 按用途分类第一章 石油化,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,炉管内装催化剂的，如烃类水蒸气转化炉。 炉管内不装催化剂的，如乙烯裂解炉。 无论其中哪一种，不光要求从炉子吸热，而且要满足管路中各段在化学反应方面的各种条件，如温度和热输入量要求等。,23,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,(2)加热液体的炉子,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,24,这类炉子可分为三种：,管内无相变化、单纯的液体加热炉,这是把工艺液体预热到其沸点以下(如温水加热、液相热载体加热等)使用的炉子。它加热的终温低，管内结焦和腐蚀也小，操作上的问题较少。,(2)加热液体的炉子第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主,管内进口为液相、出口为气液混相的炉子 在生产过程中，往往要求被加工的流体在气液混相状态下进入蒸馏塔等，此时使用这种加热炉。在全部工艺加热炉中它的数量最大。对于这种炉子，最重要的是把握住吸热量、气化率、压力降、温度之间的关系。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,25,管内进口为液相、出口为气液混相的炉子第一章 石油化,进口为液相、出口全部汽化的炉子 这种炉子是反应器的进料加热炉，它把液体完全汽化，加热到一定温度，然后送入工艺反应器。由于反应器的操作条件(如催化剂活性等)在运转期中是变化的，这种炉子的操作温度和压力等往往变化很大。较之上述、两种，有必要掌握它的变动范围，以防止裂解和结炭发生。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,26,进口为液相、出口全部汽化的炉子第一章 石油化工加,(3)气体加热炉 如水蒸气的过热、工艺气体的预热就使用这种炉子。它多在较高温度下操作，但因为是纯气相，结焦的可能性不大。应该注意的是当气体量很大时，炉管的路数很多，必须从结构上保证各路均匀，防止偏流。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,27,(3)气体加热炉第一章 石油化工加热炉的种类、用途,(4)加热混相流体的炉子 这种炉子常用于加氢精制、加氢裂化等装置的反应器进料加热。由于管内流体从炉子入口起就是气、液混相，较上述纯气体加热炉更难保证各路流量的均匀，设计上要更重视管径、管内重量流速、盘管路数的选取，以及管内流动状态的判断和分叉管的配管设计等。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,28,(4)加热混相流体的炉子第一章 石油化工加热炉的种,1.2.3 炉型选择的基本原则 如何正确选择上述各种炉型没有绝对不变的标准，对具体情况要作具体分析。对于圆筒炉、横管立式炉和立管箱式炉等三种基本炉型，其技术指标的对比如表l一1所示。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,29,1.2.3 炉型选择的基本原则第一章 石油化工加热,表l一1 基本炉型对比表,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,30,:包括水平抽管场地面积。,表l一1 基本炉型对比表 第一章 石油化工加热炉的种类、用,以下原则可供选型时参考：,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,31,辐射室用立管有很多优点：炉管的支承结构简单，辐射管架合金钢用量少；管子不承受由自重而引起的弯曲应力；管系的热膨胀易于处理；炉子旁边不需要预留抽炉管所需的空地等.横管仅在下列特殊情况下才有优点：被加热介质容易结焦或堵塞，炉管要求用带堵头的回弯头连接，以便除焦或清洗；要求管系能完全排空；管内为混相状态，要求流动平稳、可靠等。,(1)从结构、制造、投资费用方面考虑，应优先选择辐射室用立管的加热炉。,以下原则可供选型时参考：第一章 石油化工加热炉的种类、用途,(2)对一般用途的中小负荷炉子，宜优先考虑立式圆筒炉。(3)中国石油化工集团公司石油化工管式炉设计规范(SHJ 36-91)在第2.0.2条中提出了下列意见：a设计热负荷小于1MW时，宜采用纯辐射圆筒炉；b设计热负荷为l30MW时，应优先选用辐射一对流型圆筒炉；c设计热负荷大于30MW时，应通过对比选用炉膛中间排管的圆筒炉、立式 炉、箱式或其他炉型；d被加热介质易结焦时，宜采用横管立式炉；,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,32,(2)对一般用途的中小负荷炉子，宜优先考虑立式圆筒炉。第一章,e被加热介质流量小且要求压降小时，宜采用螺旋管圆筒炉；f被加热介质流量大，要求压降小时(如重整炉)，宜采用U形管(或环形管)加热炉；g使用材料价格昂贵的炉管，应优先选用双面辐射管排的炉型。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,33,e被加热介质流量小且要求压降小时，宜采用螺旋管圆筒炉；第一,1.3 化工几种常用炉介绍,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,34,1.3.1 裂解炉,管式炉裂解的工艺流程包括原料供给和预热、对流段、辐射段、高温裂解气急冷和热量回收等几部分。不同裂解原料和不同热量回收，形成各种不同的工艺流程。图120是管式炉裂解的流程示意图。,(1) 工艺流程,1.3 化工几种常用炉介绍第一章 石油化工加热炉的种类、,去预分馏系统 图1-20 鲁姆斯裂解工艺流程举例BFW-锅炉给水 DS-稀释蒸气 SHPS-超高压蒸气 QO-急冷油 QW-急冷水 FG-燃料气,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,35,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,(2) 典型管式裂解炉炉型简介 目前，世界乙烯裂解炉技术主要有：美国鲁姆斯公司SRT(短停留时问)技术，美国斯通-韦伯斯特公司的USC(超选择性裂解)技术，荷兰动力技术国际公司(简称KTI)的GK技术，美国凯洛格公司的毫秒炉技术，德国林德公司的LSCC技术，以及美国布朗路特公司的HSLR技术等。这些技术的共同之处是满足乙烯生产所需的高温、短停留时间及低烃分压，不同之处在于炉管构型、急冷锅炉的配置、燃烧器的选择、稀释蒸汽的注入方式等方面。,36,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标(2) 典型管,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,37,SRT型裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置进料、稀释蒸汽和锅炉给水的预热。从SRT-型炉开始，对流段还设置高压蒸汽过热，由此取消了高压蒸汽过热炉。在对流段预热原料和稀释蒸汽过程中，一般采用一次注入蒸汽的方式，当裂解重质原料时，也采用二次注汽。,鲁姆斯公司的SRT型裂解炉,鲁姆斯公司的SRT型裂解炉(短停留时间裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，已从早期的SRT-I型发展为近期的SRT-型。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标37,早期SRT型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴烧燃料气，为适应裂解炉烧油的需要，目前多采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合的布置方案。底部烧嘴最大供热量可占总热负荷的70。SRT-型炉的热效率达93.5。图121为SRT型裂解炉结构示意图。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,38,早期SRT型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴,图1-21鲁姆斯SRT-型裂解炉结构示意图,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,39,图1-21鲁姆斯SRT-型裂解炉结构示意图第一章 石油化,斯通-伟伯斯特(S.W)公司的USC型裂解炉 S.W的USC裂解炉(超选择性裂解炉)为单排双辐射立管式裂解炉，辐射盘管为W型或U型盘管。由于采用的炉管管径较小，因而单台裂解炉盘管组数较多(16-48组)。每2组或4组辐射盘管配一台USX型(套管式)一级废热锅炉，多台USX废热锅炉出口裂解气再汇总送入一台二级废热锅炉。近期开始采用双程套管式废热锅炉(SLE)，将两级废热锅炉合并为一级。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,40,斯通-伟伯斯特(S.W)公司的USC型裂解炉第一章,USC型裂解炉对流段设置在辐射室上部一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设有原料和稀释蒸汽预热、锅炉给水预热及高压蒸汽过热等热量回收段。大多数USC型裂解炉为一个对流段对应一个辐射室，也有两个辐射室共用一个对流段的情况。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,41,USC型裂解炉对流段设置在辐射室上部一,图1-22 USC型裂解炉结构示意图,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,42,图1-22 USC型裂解炉结构示意图第一章 石油化工加热炉,当装置燃料全部为气体燃料时，USC型裂解炉多采用侧壁无焰烧嘴；如装置需要使用部分液体燃料时，则采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧气也可烧油，其供热量可占总热负荷的60-70。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,43,当装置燃料全部为气体燃料时，USC型裂,由于USC型裂解炉辐射盘管为小管径短管长炉管，单管处理能力低，每台裂解炉盘管数较多。为保证对流段进料能均匀地分配到每根辐射盘管，在辐射盘管入口设置了文丘里喷管。图1-22是USC型裂解炉结构示意图。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,44,由于USC型裂解炉辐射盘管为小管径短管,凯洛格(Kellogg)公司的毫秒炉 凯洛格公司的毫秒炉为立管式裂解炉，其辐射盘管为单程直管。对流段在辐射室上侧，原料和稀释蒸汽在对流段预热至横跨温度后，通过横跨管和猪尾管由裂解炉底部送入辐射管，物料由下向上流动，由辐射室顶部出辐射管而进入第一废热锅炉。裂解轻烃时，常设三级废热锅炉；裂解馏分油时，只设两级废热锅炉。对流段还预热锅炉给水并过热高压蒸汽。热效率为93。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,45,凯洛格(Kellogg)公司的毫秒炉第一章 石油,毫秒炉采用底部大烧嘴，可烧气也可烧油。 由于毫秒炉管径小，单台炉炉管数量大，为保证辐射管流量均匀，在辐射管入口设置猪尾管控制流量分配。图1-23是毫秒炉结构示意图。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,46,毫秒炉采用底部大烧嘴，可烧气也可烧油。,图1-23 毫秒裂解炉结构示意图,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,47,图1-23 毫秒裂解炉结构示意图第一章,早期的GKI型裂解炉为双排立管式裂解炉，20世纪70年代开发的GK一型裂解炉为混排(入口段为双排，出口段为单排)分支变径管。在此基础上，相继开发了GK一型、GK一型和GKV型裂解炉。GKV型裂解炉为双程分支变径管，由于管程减少，管长缩短，停留时间可控制在O.2秒以内。GK型裂解炉一般采用一级废热锅炉。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,48,KTI公司的GK型裂解炉,早期的GKI型裂解炉为双排立管式裂解,图1-24 GK型裂解炉结构示意图,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,49,图1-24 GK型裂解炉结构示意图第一章 石油化工加热炉,对流段设置在辐射室上侧。对流段除预热原料、稀释蒸汽、锅炉给水外，还进行高压蒸汽的过热。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,50,GK型裂解炉采用侧壁烧嘴和底部烧嘴联合布置的方案。底部烧嘴可烧油也可烧气，其最大供热量可占总热负荷的70。侧壁烧嘴为烧气的无焰烧嘴。图1-24为GK型裂解炉结构示意图。,对流段设置在辐射室上侧。对流段除预热,CBL型裂解炉 由我国自行设计、开发的CBL型裂解炉，即北方炉已从I型发展到IV型，单炉生产能力从20kta发展到100kta。 CBL裂解炉的对流段设置在辐射室上部的一侧，对流段顶部设置烟道和引风机。对流段内设置原料、稀释蒸汽、锅炉给水预热、原料过热、稀释蒸汽过热、高压蒸汽过热段。稀释蒸汽的注入：二次注汽的为I、型，一次注汽的为型。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,51,CBL型裂解炉第一章 石油化工加热炉的种类、用途,主要特点是将对流段中稀释蒸汽与烃类传统方式的一次混合改为二次混合新工艺。一次蒸汽与二次蒸汽比例应控制在适当范围内。采用二次混合新工艺后，物料进入辐射段的温度可提高50以上。这样，当裂解深度不变时，裂解温度可降低5-6，辐射段烟气温度可相应降低20-25，最高管壁温度下降 14-20，全炉供热量可降低约10。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,52,供热采用侧壁烧嘴与底部烧嘴联合布置方案,侧壁烧嘴为无焰烧嘴，底部烧嘴为油气联合烧嘴。,主要特点是将对流段中稀释蒸汽与烃类传统,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,53,1.3.2 热媒炉 热媒炉具有低压高温的工作特性，其工作压力一般低于lMPa，供热温度可达液相350或汽相400。凡是需要均匀稳定地加热，且不允许火焰直接加热，而工艺加热温度在150-380之间的各种生产场合，均可采用热媒炉供热。某些生活用热也可由热媒炉供给。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标53 1,其工作原理为：燃料通过燃烧器在炉膛内燃烧产生热量，热量通过炉管以对流和辐射的形式传热给导热油，导热油在循环泵的驱动下通过加热炉出口进入换热器管程内将走壳程的原油加热后回到循环泵，通过加热炉再吸收热量，如此周而复始，以导热油为热载体(或称热媒)实现热量的连续传递。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,54,其工作原理为：燃料通过燃烧器在炉膛内,热媒炉工艺流程如图1-25所示。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,55,图1-25,热媒炉工艺流程如图1-25所示。第一章 石油化工加热炉的种,1.3.3 烃类蒸气转化炉 以烃类为原料，用蒸汽转化法生产合成氨原料气和氢气，在合成氨、炼油、石油化工、冶金等工业部门具有特定的地位。炼油厂的制氢炉、甲醇厂的制氢转化炉和合成氨厂的一段转化炉等都属于烃类蒸汽转化炉。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,56,1.3.3 烃类蒸气转化炉第一章 石油化工加热炉,烃类蒸汽转化炉的工作条件比较苛刻，使用的都是耐高温的含高镍铬的合金材料，因此在炉子设计时要求合理使用炉管及尽量降低对炉管的要求，防止局部过热，使周向和轴向温度分布均匀。注意设计时所选用的炉型、原料、催化剂和操作条件是一个整体。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,57,烃类蒸汽转化炉的工作条件比较苛刻，使,1-出口总管 2-保温箱 3-出口猪尾管 4-悬吊炉顶 5-悬挂炉墙 6-绝热耐火墙 7-烟道 8-烧嘴 9-天然气预热器 10-废热锅炉 11-蒸汽过热器 12-天然气蒸汽加热器 13-工艺空气加热器 14-废热锅炉保护管,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,58,图1-26 转化炉结构示意图,1-出口总管 2-保温箱 3-出口猪尾管 4-悬吊,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,59,烃类蒸汽转化是伴有传热、传质、动量传递和复杂化学反应的综合过程，要求传热与反应必须相适应，对于并行的复杂反应，能够控制其反应的进程。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标59,1.4 管式加热炉的基本构成与组成 管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器和通风系统等五部分组成，如图1-27所示。其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,60,1.4 管式加热炉的基本构成与组成第一章 石油化,图1-27 管式加热炉的一般结构,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,61,图1-27 管式加热炉的一般结构第一章 石油化工加热炉的种,1.4.1 基本结构、炉膛与部件1.4.1.1 炉膛与炉墙（炉衬） 炉膛是由炉墙、炉顶和炉底围成的空间，是对物质进行加热的地方。炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬，炉衬是加热炉的关键技术条件之一。在加热炉的运行过程中，不仅要求炉衬能够在高温和荷载条件下保持足够的强度和稳定性，要求炉衬能够耐受烟气的冲刷和侵蚀，而且要求有足够的绝热保温和气密性能。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,62,1.4.1 基本结构、炉膛与部件第一章 石油化工加热炉的,为此，炉衬通常由耐火层、保温层、防护层和钢结构几部分组成。其中耐火层直接承受炉膛内的高温气流冲刷和侵蚀，通常采用各种耐火材料经砌筑、捣打或浇注形成；保温层通常采用各种多孔的保温材料经砌筑、敷设、充填或粘贴形成，其功能在于最大限度地减少炉衬的散热损失，改善现场操作条件；防护层通常采用建筑砖或钢板，其功能在于保持炉衬的气密性，保护多孔保温材料形成的保温层免于损坏；钢结构是位于炉衬最外层的由各种钢材拼焊、装配成的承载框架，其功能在于承担炉衬、燃烧设施、检测仪器、炉门、炉前管道以及检修、操作人员所形成的载荷，提供有关设施的安装框架。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,63,为此，炉衬通常由耐火层、保温层、防护,管式炉的炉墙结构主要有耐火砖结构、耐火混凝土结构和耐火纤维结构。其中耐火砖结构又分为砌砖炉墙、挂砖炉墙和拉砖炉墙。拉砖炉墙是目前应用比较广泛的炉墙，尤其是温度较高的管式加热炉，如裂解炉和转化炉。典型的拉砖结构如图1-28所示。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,64,管式炉的炉墙结构主要有耐火砖结构、耐火混,图1-28 拉砖炉墙,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,65,图1-28 拉砖炉墙 第一章 石油化工加热炉的种类、用途和,1.4.1.2 炉管 管式炉炉管是物料摄取热量的媒介。按受热方式不同可分为辐射炉管和对流炉管，前者设置于辐射室内，后者设置于对流室内。为强化传热，对流管图1-28 拉砖炉墙往往采用翅片管或钉头管，其安装方式多采用水平安装。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,66,1.4.1.2 炉管第一章 石油化工加热炉的种,1.4.1.3 钢结构 钢结构是管式炉的承载骨架。管式炉的其它构件依附于钢结构，其基本元件是各种型钢，通过焊接或螺栓连接构成管式炉的骨架。老式管式炉，如方箱炉、斜顶炉等，其钢结构占整个管式炉投资的比重较小，近代管式炉其钢结构的投资比例越来越大。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,67,1.4.1.3 钢结构第一章 石油化工加热炉的种,1.4.1.4 其它部件 管式炉配件较多，主要有看火孔、点火孔、测试孔、炉用人孔、防爆门、吹灰器、烟囱挡板等。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,68,1.4.1.4 其它部件第一章 石油化工加热炉的,辐射室内的炉管，通过火焰或高温烟气进行传热，以辐射热为主，故称之为辐射管。它直接受火焰辐射冲刷，温度高，其材料要具有足够的高温强度和高温化学稳定性。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,69,1.4.2 辐射室,辐射室是加热炉进行热交换的主要场所，其热负荷约占全炉的70-80。烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉的反应和裂解过程全部由辐射室来完成。,辐射室内的炉管，通过火焰或高温烟气进行传热，,1.4.3 对流室 对流室是靠辐射室排出的高温烟气进行对流传热来加热物料。烟气以较高的速度冲刷炉管管壁，进行有效的对流传热，其热负荷约占全炉的20-30。对流室一般布置在辐射室之上，有的单独放在地面。为了提高传热效果，炉管多采用钉头管或翅片管。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,70,1.4.3 对流室第一章 石油化工加热炉的种,1.4.4 余热回收系统 余热回收系统用以回收加热炉的排烟余热。回收方法有两类：一类是靠预热燃烧空气来回收，使回收的热量再次返回炉中；另一类是采用另外的回收系统回收热量。前者称为空气预热方式，后者通常用水回收称为废热锅炉方式。空气预热方式有直接安装在对流室上面的固定管式空气预热器，还有单独放在地面上的管式空气预热器等型式。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,71,1.4.4 余热回收系统第一章 石油化工加热炉的,目前，炉子的余热回收系统多采用空气预热方式，只有高温管式炉(烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉)和纯辐射炉才使用余热锅炉，这类高温管式炉的排烟温度较高，安装余热回收系统后，炉子的总效率可达到88-90。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,72,目前，炉子的余热回收系统多采用空气预热,1.4.5 燃烧器 燃烧器的作用是完成燃料的燃烧，为热交换提供热量。燃烧器由燃料喷嘴、配风器、燃烧道三部分组成。燃烧器按所用燃料的不同可分为燃油燃烧器、燃气燃烧器和油-气联合燃烧器。燃烧器性能的好坏，直接影响燃烧质量及炉子的热效率。操作时，特别应注意火焰要保持刚直有力，调整火嘴尽可能使炉膛受热均匀，避免火焰舔炉管，并实现低氧燃烧。要保证燃烧质量和热效率，还必须有可靠的燃料供应系统和良好的空气预热系统。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,73,1.4.5 燃烧器第一章 石油化工加热炉的种类、,通风系统的作用是把燃烧用空气导入燃烧器，将废烟气引出炉子。它分为自然通风和强制通风两种方式。前者依靠烟囱本身的抽力，后者使用风机。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,74,1.4.6 通风系统,过去，绝大多数炉子都采用自然通风方式，烟囱通常安装在炉顶。近年来，随着炉子结构的复杂化，炉内烟气侧阻力增大，加之提高炉子热效率的需要，采用强制通风方式日趋普遍。,通风系统的作用是把燃烧用空气导入燃烧器,1.5 管式加热炉的主要技术指标 1.5.1 热负荷 每台管式加热炉单位时间内管内介质吸收的热量称为有效热负荷，简称热负荷。管内介质所吸收的热量用于升温、汽化或化学反应。热负荷的理论值，可根据介质在管内的工艺过程(加热、化学反应)进行计算。加热炉的设计热负荷(Q)通常取计算热负荷(Q)的1.15-1.2倍。热负荷的大小表示炉子生产能力的大小。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,75,1.5 管式加热炉的主要技术指标第一章 石油化工加,1.5.2 炉膛体积热强度 炉膛单位体积在单位时间内燃料燃烧的放热量，称为炉膛体积热强度。即,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,76,式中 gv-炉膛体积热强度，KWm3 B- 燃料用量，kg/h Q1-燃料低热值，kJ/ kg燃料 V- 炉膛（辐射室）体积，m3 gv值越大炉膛温度越高，不利于长周期安全运行，因此炉膛体积热强度不允许过大，一般控制在1.16102 kWm3以下。,1.5.2 炉膛体积热强度第一章 石油化工加,1.5.3 辐射表面热强度 辐射炉管单位表面积(一般按炉管外径计算表面积)、单位时间内所传递的热量称为炉管的辐射表面热强度gR,也称为辐射热通量或热流率。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,77,1.5.3 辐射表面热强度第一章 石油化工加热炉,gR表示辐射室炉管传热强度的大小。应注意gR一般指辐射室所有炉管的平均值。由于辐射室内各部位受热不一致，不同的炉管以及同一根炉管的不同部位，实际局部热强度相差很大。gR值越大，完成一定加热任务所需的辐射炉管就越少，辐射室体积越紧凑，投资也可降低，所以要尽可能提高炉管表面热强度。各种炉子的辐射表面热强度推荐值见表1-2。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,78,gR表示辐射室炉管传热强度的大小。应注,1.5.4 对流表面热强度 对流炉管单位面积在单位时间内所传递的热量称为对流表面热强度。目前，加热炉对流室多以钉头管或翅片管代替过去的光管，以强化传热。钉头管或翅片管的热强度一般为光管的两倍以上。也就是说，一根钉头管或翅片管相当于两根以上光管的传热能力。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,79,1.5.4 对流表面热强度第一章 石油化工加热炉,表1-2 辐射炉管表面热强度的经验数据,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,80,表1-2 辐射炉管表面热强度的经验数据第一章 石油化工加,即热效率是衡量燃料利用情况，评价炉子设计和操作水平，标定炉子性能的主要指标。热效率越高，燃料的有效利用率越高，燃料耗量越少，运行越经济。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,81,1.5.5 热效率 加热炉有效利用的热量与燃料燃烧时所放出的总热量之比叫热效率，,即热效率是衡量燃料利用情况，评价炉子,火墙温度又称炉膛温度，是指烟气离开辐射室进入对流室时的温度。它代表炉膛内烟气温度的高低，是炉子操作中的重要控制指标。,第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标,82,1.5.6 火墙温度,火墙温度高，说明辐射室传热强度高。火墙温度过高时，炉管易结焦，甚至烧坏炉管和管板等。所以火墙温度一般控制在约850以下(烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉，炉温可达900以上)。,火墙温度又称炉膛温度，是指烟气离开辐射,