加熱爐第一章講義

1、1,熱烈歡迎中石化化工加熱爐管理技術培訓班的學員們,2007年11月,中國石化加熱爐檢測評定中心長嶺中心站岳陽長嶺設備研究所有限公司,3,目 錄,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標第二章 管式加熱爐的節(jié)能途徑與措施第三章 石油化工加熱爐的檢測技術第四章 2007年化工企業(yè)加熱爐的檢測第五章 加熱爐的操作、常見故障處理和管理維護,4,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,一個設備，具有用耐

2、火材料包圍的燃燒室，利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量將物質(固體或流體)加熱，這樣的設備叫做“爐子”。工業(yè)上有各種各樣的爐子，如冶金爐、熱處理爐、窯爐、焚燒爐和蒸汽鍋爐等。石油化工加熱爐是其生產(chǎn)過程中的高溫反應設備和高溫加熱設備。 石油化工加熱爐主要特征有四點。,1.1 概述,5,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,化工生產(chǎn)過程中很多反應需要在特定條件下進行。例如：乙烯生產(chǎn)裝置中的裂解爐將石腦油或輕柴油和一定比例的

3、蒸汽在爐管內從600℃迅速加熱到800℃左右，在很短的時間內完成裂解反應。另外，在化工生產(chǎn)過程中有使用熱載體加熱的設備，這些熱載體在專用的爐子里加熱以循環(huán)使用?？傊?，隨著化學工業(yè)的發(fā)展，化工加熱爐的種類、型式日益繁多，某些爐子往往成為該領域的技術關鍵。,一般石油化工加熱爐的設計，主要有工藝計算和結構設計兩部分工作。工藝計算部分的內容和目的是根據(jù)工藝要求，確定合適的爐型方案，進行燃料燃燒計算；爐子系統(tǒng)熱平衡計算以確定燃料消耗量，進行輻射室

4、傳熱計算，以布置與確定輻射傳熱面積；爐子系統(tǒng)煙氣側的流動阻力和煙囪計算以確定煙氣抽引裝置。必要時亦須對工藝物料的阻力進行核算。結構設計的主要內容是根據(jù)爐型方案進行總體布置，并確定爐子燃燒裝置、爐用附件等結構。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,6,按外形大致上分為以下四類（16類）：箱式爐（6類）、立式爐（6類） 、圓筒爐（3類） 、大型方爐（1類） 。這種劃分法系按輻射室的外觀形狀，而與對流室無關。所謂箱式爐，顧名思義其

5、輻射室為一“箱子狀”的六面體。與它相比，立式爐的輻射室寬度要窄一些，其兩側墻的間距與爐膛高度之比約為1：2。圓筒爐、大型方爐的稱呼也按同理而來。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,7,1.2加熱爐分類（按外形和按用途分）,1.2.1 按外形分類,在這種爐子的輻射室內，燃燒器和爐管交錯排列，單排管雙面輻射，管子沿整個圓周上的熱分布要比單面輻射均勻得多，燃燒器頂燒，對流室和煙囪放在地面上。它的缺點是爐子體積大，造價很高，用于

6、單純加熱不經(jīng)濟。目前在合成氨廠常用它作為大型烴蒸汽轉化爐的爐型，運轉良好。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,8,(1) 箱式爐:⑤頂燒式(圖l一5),第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,9,,圖1-4 圖1-5 圖1-6,,圖1-4 圖1-5 圖1-6,,圖1-4

7、 圖1-5 圖1-6,圖1-4 圖1-5 圖1-6,(2)立式爐 ①底燒橫管式(圖l-7) 傳熱機理同箱式爐差不多，只是造型上采用了立式爐的特點。爐管布置在兩側壁，中央是一列底燒的燃燒器。煙氣由輻射室、對流室經(jīng)煙囪一直上行。燃燒器能量較小，數(shù)目較多，間距較小，從而

8、在爐子中央形成一道火焰“膜”，提高了輻射傳熱的效果?，F(xiàn)在使用的立式爐多數(shù)采用這一型式。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,10,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,11,圖1-7 圖1-8 圖1-9,②附墻火焰式(圖l-8) 這種立式爐爐膛當中為一排橫管，火焰附墻而上，把兩面?zhèn)葔Φ膲Ρ?/p>

9、燒紅，使火墻成為良好的熱輻射體，以提高輻射傳熱的效果，它比圖l—7型爐傳熱均勻得多，目前已成為高壓加氫、焦化等裝置的主流爐型。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,12,圖1-7 圖1-8 圖1-9,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,13,④立管立式爐(圖l-11) 這是我國首創(chuàng)的爐型。圖l-7、圖1-8型立式爐都為橫管，

10、要用大批高鉻鎳鋼的管架。而這種爐型改用立管，節(jié)省了這批合金鋼，同時又保留了立式爐的優(yōu)點，常用作大型加熱爐的爐型。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,14,圖1-10 圖1-11 圖1-12,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,15,這種爐子都是單排管雙面輻射爐型。圖l-12型爐在側壁上安有許多小型的氣體無焰燃燒器，使

11、整個側壁成為均勻的輻射墻面，有優(yōu)越的加熱均勻性，可分區(qū)調節(jié)各區(qū)溫度，是乙烯裂解和烴類蒸汽轉化最合適的爐型之一。但造價昂貴，用于純加熱非常不合算。還有一個缺點是只能燒氣體燃料。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,16,⑤無焰燃燒爐(圖l-12)⑥階梯爐(圖1-13),(3)立式圓筒爐 ①螺旋管式(圖1-14) 當爐子熱負荷非常小，而且對熱效率無要求時，采用這兩種爐型。它們是最簡單、最便

12、宜的爐子。圖1-14型爐內，爐管是一段盤繞成螺旋狀的小管，雖然它屬于立管式爐型，但其管內特性更接近于水平管，能完全排空，管內壓降小。這種爐子的主要缺點是為了便于盤旋，易于制造，被加熱介質通常只有一管程。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,17,①螺旋管式(圖1-14)②純輻射式(圖l-15),第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,18,圖1-14

13、 圖1-15,④無反射錐的輻射-對流型(圖1-17) 這種圓筒爐取代上述型式，已成為現(xiàn)代立式圓筒爐的主流。它取消了反射錐，能夠建造較大的爐子。它的對流室水平布置若干排管子，并盡量使用釘頭管和翅片管，熱效率較高。它的制造及施工簡單，造價低，是管式加熱爐中應用最廣泛的爐型。但是，這種爐子放大以后，爐膛內顯得太空，爐膛體積發(fā)熱強度將急劇下降，結構上和經(jīng)濟性上都開始不利。為了克服這一缺點，可以在大型圓筒爐的爐膛內增添爐管，如圖l-18型爐所示。

14、,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,19,圖1-17 圖l-18,(4)大型方爐,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,20,如圖l-19所示，這種爐子用兩排爐管把爐膛分成若干小間，每間設置一或二個大容量高強燃燒器。分隔可以沿兩個方向進行，稱之為“十字交叉”分隔法。它通常把對流室單獨放到地面上。還有把幾臺爐子的煙氣用煙道匯集攏來，送進一個公用的對流室或廢熱鍋爐。這

15、種爐子結構簡單，節(jié)省占地，便于回收余熱，容易實現(xiàn)爐群集中排煙，減輕大氣污染。它是專為超大型加熱爐而開發(fā)的。,圖1-19,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,21,1.2.2 按用途分類 按用途管式熱加爐大致分為以下幾類：爐管內進行化學反應的爐子、加熱液體的爐子、加熱氣體的爐子和加熱氣、液混相流體的爐子。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,22,(1)爐管內進行化學反應的爐子,這種爐子管內

16、發(fā)生吸熱化學反應。按復雜程度來說，它代表了加熱爐技術的最高水平。它分為兩種：,,,,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,①爐管內裝催化劑的，如烴類水蒸氣轉化爐。 ②爐管內不裝催化劑的，如乙烯裂解爐。 無論其中哪一種，不光要求從爐子吸熱，而且要滿足管路中各段在化學反應方面的各種條件，如溫度和熱輸入量要求等。,23,(2)加熱液體的爐子,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,

17、24,這類爐子可分為三種：,①管內無相變化、單純的液體加熱爐,這是把工藝液體預熱到其沸點以下(如溫水加熱、液相熱載體加熱等)使用的爐子。它加熱的終溫低，管內結焦和腐蝕也小，操作上的問題較少。,②管內進口為液相、出口為氣液混相的爐子 在生產(chǎn)過程中，往往要求被加工的流體在氣液混相狀態(tài)下進入蒸餾塔等，此時使用這種加熱爐。在全部工藝加熱爐中它的數(shù)量最大。對于這種爐子，最重要的是把握住吸熱量、氣化率、壓力降、溫度之間的關系。,

18、第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,25,③進口為液相、出口全部汽化的爐子 這種爐子是反應器的進料加熱爐，它把液體完全汽化，加熱到一定溫度，然后送入工藝反應器。由于反應器的操作條件(如催化劑活性等)在運轉期中是變化的，這種爐子的操作溫度和壓力等往往變化很大。較之上述①、②兩種，有必要掌握它的變動范圍，以防止裂解和結炭發(fā)生。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,26,(3)氣體加熱爐

19、 如水蒸氣的過熱、工藝氣體的預熱就使用這種爐子。它多在較高溫度下操作，但因為是純氣相，結焦的可能性不大。應該注意的是當氣體量很大時，爐管的路數(shù)很多，必須從結構上保證各路均勻，防止偏流。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,27,(4)加熱混相流體的爐子 這種爐子常用于加氫精制、加氫裂化等裝置的反應器進料加熱。由于管內流體從爐子入口起就是氣、液混相，較上述純氣體加熱爐更難保證各路流量的均勻，設計上

20、要更重視管徑、管內重量流速、盤管路數(shù)的選取，以及管內流動狀態(tài)的判斷和分叉管的配管設計等。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,28,1.2.3 爐型選擇的基本原則 如何正確選擇上述各種爐型沒有絕對不變的標準，對具體情況要作具體分析。對于圓筒爐、橫管立式爐和立管箱式爐等三種基本爐型，其技術指標的對比如表l一1所示。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,29,表l一1 基本爐型對比表,第一章

21、石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,30,①:包括水平抽管場地面積。,以下原則可供選型時參考：,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,31,輻射室用立管有很多優(yōu)點：爐管的支承結構簡單，輻射管架合金鋼用量少；管子不承受由自重而引起的彎曲應力；管系的熱膨脹易于處理；爐子旁邊不需要預留抽爐管所需的空地等.橫管僅在下列特殊情況下才有優(yōu)點：被加熱介質容易結焦或堵塞，爐管要求用帶堵頭的回彎頭連接，以便除焦或清洗；要求管系能完全排空；管內

22、為混相狀態(tài)，要求流動平穩(wěn)、可靠等。,(1)從結構、制造、投資費用方面考慮，應優(yōu)先選擇輻射室用立管的加熱爐。,(2)對一般用途的中小負荷爐子，宜優(yōu)先考慮立式圓筒爐。(3)中國石油化工集團公司《石油化工管式爐設計規(guī)范》(SHJ 36-91)在第2.0.2條中提出了下列意見：a．設計熱負荷小于1MW時，宜采用純輻射圓筒爐；b．設計熱負荷為l～30MW時，應優(yōu)先選用輻射一對流型圓筒爐；c．設計熱負荷大于30MW時，應通過對比選用爐膛中

23、間排管的圓筒爐、立式 爐、箱式或其他爐型；d．被加熱介質易結焦時，宜采用橫管立式爐；,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,32,e．被加熱介質流量小且要求壓降小時，宜采用螺旋管圓筒爐；f．被加熱介質流量大，要求壓降小時(如重整爐)，宜采用U形管(或環(huán)形管)加熱爐；g．使用材料價格昂貴的爐管，應優(yōu)先選用雙面輻射管排的爐型。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,33,1.3 化工幾種常用爐介紹,第

24、一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,34,1.3.1 裂解爐,管式爐裂解的工藝流程包括原料供給和預熱、對流段、輻射段、高溫裂解氣急冷和熱量回收等幾部分。不同裂解原料和不同熱量回收，形成各種不同的工藝流程。圖1—20是管式爐裂解的流程示意圖。,(1) 工藝流程,去預分餾系統(tǒng) 圖1-20 魯姆斯裂解工藝流程舉例BFW-鍋爐給水 DS-稀釋蒸

25、氣 SHPS-超高壓蒸氣 QO-急冷油 QW-急冷水 FG-燃料氣,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,35,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,(2) 典型管式裂解爐爐型簡介 目前，世界乙烯裂解爐技術主要有：美國魯姆斯公司SRT(短停留時問)技術，美國斯通-韋伯斯特公司的USC(超選擇性裂解)技術，荷蘭動力技術國際公司(簡稱KTI)的GK技術，美國凱洛格公司的毫秒爐技術，德國林德公司

26、的LSCC技術，以及美國布朗路特公司的HSLR技術等。這些技術的共同之處是滿足乙烯生產(chǎn)所需的高溫、短停留時間及低烴分壓，不同之處在于爐管構型、急冷鍋爐的配置、燃燒器的選擇、稀釋蒸汽的注入方式等方面。,36,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,37,SRT型裂解爐的對流段設置在輻射室上部的一側，對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內設置進料、稀釋蒸汽和鍋爐給水的預熱。從SRT-Ⅵ型爐開始，對流段還設置高壓蒸汽過熱，由此取消了高壓

27、蒸汽過熱爐。在對流段預熱原料和稀釋蒸汽過程中，一般采用一次注入蒸汽的方式，當裂解重質原料時，也采用二次注汽。,①魯姆斯公司的SRT型裂解爐,魯姆斯公司的SRT型裂解爐(短停留時間裂解爐)為單排雙輻射立管式裂解爐，已從早期的SRT-I型發(fā)展為近期的SRT-Ⅵ型。,早期SRT型裂解爐多采用側壁無焰燒嘴燒燃料氣，為適應裂解爐燒油的需要，目前多采用側壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合的布置方案。底部燒嘴最大供熱量可占總熱負荷的70％。SRT-Ⅲ型爐的熱效率達

28、93.5％。圖1—21為SRT型裂解爐結構示意圖。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,38,圖1-21魯姆斯SRT-Ⅱ型裂解爐結構示意圖,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,39,②斯通-偉伯斯特(S.W)公司的USC型裂解爐 S.W的USC裂解爐(超選擇性裂解爐)為單排雙輻射立管式裂解爐，輻射盤管為W型或U型盤管。由于采用的爐管管徑較小，因而單臺裂解爐盤管組數(shù)較多(16-48組)。每2

29、組或4組輻射盤管配一臺USX型(套管式)一級廢熱鍋爐，多臺USX廢熱鍋爐出口裂解氣再匯總送入一臺二級廢熱鍋爐。近期開始采用雙程套管式廢熱鍋爐(SLE)，將兩級廢熱鍋爐合并為一級。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,40,USC型裂解爐對流段設置在輻射室上部一側，對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內設有原料和稀釋蒸汽預熱、鍋爐給水預熱及高壓蒸汽過熱等熱量回收段。大多數(shù)USC型裂解爐為一個對流段對應一個輻射室，也有兩個輻射室共

30、用一個對流段的情況。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,41,圖1-22 USC型裂解爐結構示意圖,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,42,當裝置燃料全部為氣體燃料時，USC型裂解爐多采用側壁無焰燒嘴；如裝置需要使用部分液體燃料時，則采用側壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合布置的方案。底部燒嘴可燒氣也可燒油，其供熱量可占總熱負荷的60％-70％。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,43,由于USC型裂解爐輻射

31、盤管為小管徑短管長爐管，單管處理能力低，每臺裂解爐盤管數(shù)較多。為保證對流段進料能均勻地分配到每根輻射盤管，在輻射盤管入口設置了文丘里噴管。圖1-22是USC型裂解爐結構示意圖。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,44,③凱洛格(Kellogg)公司的毫秒爐 凱洛格公司的毫秒爐為立管式裂解爐，其輻射盤管為單程直管。對流段在輻射室上側，原料和稀釋蒸汽在對流段預熱至橫跨溫度后，通過橫跨管和豬尾管由裂解爐底部

32、送入輻射管，物料由下向上流動，由輻射室頂部出輻射管而進入第一廢熱鍋爐。裂解輕烴時，常設三級廢熱鍋爐；裂解餾分油時，只設兩級廢熱鍋爐。對流段還預熱鍋爐給水并過熱高壓蒸汽。熱效率為93％。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,45,毫秒爐采用底部大燒嘴，可燒氣也可燒油。 由于毫秒爐管徑小，單臺爐爐管數(shù)量大，為保證輻射管流量均勻，在輻射管入口設置豬尾管控制流量分配。圖1-23是毫秒爐結構示意圖。,第一章 石

33、油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,46,圖1-23 毫秒裂解爐結構示意圖,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,47,早期的GK—I型裂解爐為雙排立管式裂解爐，20世紀70年代開發(fā)的GK一Ⅱ型裂解爐為混排(入口段為雙排，出口段為單排)分支變徑管。在此基礎上，相繼開發(fā)了GK一Ⅲ型、GK一Ⅳ型和GK—V型裂解爐。GK—V型裂解爐為雙程分支變徑管，由于管程減少，管長縮短，停留時間可控制在O.2秒以內。GK型裂解爐一般采用一級廢熱

34、鍋爐。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,48,④KTI公司的GK型裂解爐,圖1-24 GK型裂解爐結構示意圖,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,49,對流段設置在輻射室上側。對流段除預熱原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水外，還進行高壓蒸汽的過熱。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,50,GK型裂解爐采用側壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合布置的方案。底部燒嘴可燒油也可燒氣，其最大供熱量可占總熱負荷的70％。側壁燒嘴

35、為燒氣的無焰燒嘴。圖1-24為GK型裂解爐結構示意圖。,⑤CBL型裂解爐 由我國自行設計、開發(fā)的CBL型裂解爐，即北方爐已從I型發(fā)展到IV型，單爐生產(chǎn)能力從20kt／a發(fā)展到100kt／a。 CBL裂解爐的對流段設置在輻射室上部的一側，對流段頂部設置煙道和引風機。對流段內設置原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水預熱、原料過熱、稀釋蒸汽過熱、高壓蒸汽過熱段。稀釋蒸汽的注入：二次注汽的為I、Ⅱ型，一次注汽的

36、為Ⅲ型。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,51,主要特點是將對流段中稀釋蒸汽與烴類傳統(tǒng)方式的一次混合改為二次混合新工藝。一次蒸汽與二次蒸汽比例應控制在適當范圍內。采用二次混合新工藝后，物料進入輻射段的溫度可提高50℃以上。這樣，當裂解深度不變時，裂解溫度可降低5℃-6℃，輻射段煙氣溫度可相應降低20℃-25℃，最高管壁溫度下降 14℃-20℃，全爐供熱量可降低約10％。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,

37、52,供熱采用側壁燒嘴與底部燒嘴聯(lián)合布置方案,側壁燒嘴為無焰燒嘴，底部燒嘴為油氣聯(lián)合燒嘴。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,53,1.3.2 熱媒爐 熱媒爐具有低壓高溫的工作特性，其工作壓力一般低于lMPa，供熱溫度可達液相350℃或汽相400℃。凡是需要均勻穩(wěn)定地加熱，且不允許火焰直接加熱，而工藝加熱溫度在150℃-380℃之間的各種生產(chǎn)場合，均可采用熱媒爐供熱。某些生活用熱也可由熱媒爐供給。

38、,其工作原理為：燃料通過燃燒器在爐膛內燃燒產(chǎn)生熱量，熱量通過爐管以對流和輻射的形式傳熱給導熱油，導熱油在循環(huán)泵的驅動下通過加熱爐出口進入換熱器管程內將走殼程的原油加熱后回到循環(huán)泵，通過加熱爐再吸收熱量，如此周而復始，以導熱油為熱載體(或稱熱媒)實現(xiàn)熱量的連續(xù)傳遞。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,54,熱媒爐工藝流程如圖1-25所示。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,55,圖1-25,1.3.3 烴類蒸

39、氣轉化爐 以烴類為原料，用蒸汽轉化法生產(chǎn)合成氨原料氣和氫氣，在合成氨、煉油、石油化工、冶金等工業(yè)部門具有特定的地位。煉油廠的制氫爐、甲醇廠的制氫轉化爐和合成氨廠的一段轉化爐等都屬于烴類蒸汽轉化爐。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,56,烴類蒸汽轉化爐的工作條件比較苛刻，使用的都是耐高溫的含高鎳鉻的合金材料，因此在爐子設計時要求合理使用爐管及盡量降低對爐管的要求，防止局部過熱，使周向和軸向溫度分布均勻

40、。注意設計時所選用的爐型、原料、催化劑和操作條件是一個整體。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,57,1-出口總管 2-保溫箱 3-出口豬尾管 4-懸吊爐頂 5-懸掛爐墻 6-絕熱耐火墻 7-煙道 8-燒嘴 9-天然氣預熱器 10-廢熱鍋爐 11-蒸汽過熱器 12-天然氣蒸汽加熱器 13-工藝空氣加熱器 14-廢熱鍋爐保護管,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,58,圖1-26 轉化爐結構示意圖,第一章

41、 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,59,烴類蒸汽轉化是伴有傳熱、傳質、動量傳遞和復雜化學反應的綜合過程，要求傳熱與反應必須相適應，對于并行的復雜反應，能夠控制其反應的進程。,1.4 管式加熱爐的基本構成與組成 管式加熱爐一般由輻射室、對流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒器和通風系統(tǒng)等五部分組成，如圖1-27所示。其結構通常包括：鋼結構、爐管、爐墻（內襯）、燃燒器、孔類配件等。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主

42、要指標,60,圖1-27 管式加熱爐的一般結構,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,61,1.4.1 基本結構、爐膛與部件1.4.1.1 爐膛與爐墻（爐襯） 爐膛是由爐墻、爐頂和爐底圍成的空間，是對物質進行加熱的地方。爐墻、爐頂和爐底通稱為爐襯，爐襯是加熱爐的關鍵技術條件之一。在加熱爐的運行過程中，不僅要求爐襯能夠在高溫和荷載條件下保持足夠的強度和穩(wěn)定性，要求爐襯能夠耐受煙氣的沖刷和侵蝕，而

43、且要求有足夠的絕熱保溫和氣密性能。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,62,為此，爐襯通常由耐火層、保溫層、防護層和鋼結構幾部分組成。其中耐火層直接承受爐膛內的高溫氣流沖刷和侵蝕，通常采用各種耐火材料經(jīng)砌筑、搗打或澆注形成；保溫層通常采用各種多孔的保溫材料經(jīng)砌筑、敷設、充填或粘貼形成，其功能在于最大限度地減少爐襯的散熱損失，改善現(xiàn)場操作條件；防護層通常采用建筑磚或鋼板，其功能在于保持爐襯的氣密性，保護多孔保溫材料形成的保溫

44、層免于損壞；鋼結構是位于爐襯最外層的由各種鋼材拼焊、裝配成的承載框架，其功能在于承擔爐襯、燃燒設施、檢測儀器、爐門、爐前管道以及檢修、操作人員所形成的載荷，提供有關設施的安裝框架。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,63,管式爐的爐墻結構主要有耐火磚結構、耐火混凝土結構和耐火纖維結構。其中耐火磚結構又分為砌磚爐墻、掛磚爐墻和拉磚爐墻。拉磚爐墻是目前應用比較廣泛的爐墻，尤其是溫度較高的管式加熱爐，如裂解爐和轉化爐。典型的拉磚

45、結構如圖1-28所示。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,64,圖1-28 拉磚爐墻,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,65,1.4.1.2 爐管 管式爐爐管是物料攝取熱量的媒介。按受熱方式不同可分為輻射爐管和對流爐管，前者設置于輻射室內，后者設置于對流室內。為強化傳熱，對流管圖1-28 拉磚爐墻往往采用翅片管或釘頭管，其安裝方式多采用水平安裝。,第一章 石油化工加熱爐的種類

46、、用途和主要指標,66,1.4.1.3 鋼結構 鋼結構是管式爐的承載骨架。管式爐的其它構件依附于鋼結構，其基本元件是各種型鋼，通過焊接或螺栓連接構成管式爐的骨架。老式管式爐，如方箱爐、斜頂爐等，其鋼結構占整個管式爐投資的比重較小，近代管式爐其鋼結構的投資比例越來越大。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,67,1.4.1.4 其它部件 管式爐配件較多，主要有看火孔、點火孔、測

47、試孔、爐用人孔、防爆門、吹灰器、煙囪擋板等。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,68,輻射室內的爐管，通過火焰或高溫煙氣進行傳熱，以輻射熱為主，故稱之為輻射管。它直接受火焰輻射沖刷，溫度高，其材料要具有足夠的高溫強度和高溫化學穩(wěn)定性。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,69,1.4.2 輻射室,輻射室是加熱爐進行熱交換的主要場所，其熱負荷約占全爐的70％-80％。烴類蒸汽轉化爐、乙烯裂解爐的反應和裂解過程全

48、部由輻射室來完成。,1.4.3 對流室 對流室是靠輻射室排出的高溫煙氣進行對流傳熱來加熱物料。煙氣以較高的速度沖刷爐管管壁，進行有效的對流傳熱，其熱負荷約占全爐的20％-30％。對流室一般布置在輻射室之上，有的單獨放在地面。為了提高傳熱效果，爐管多采用釘頭管或翅片管。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,70,1.4.4 余熱回收系統(tǒng) 余熱回收系統(tǒng)用以回收加熱爐的排煙余熱?；厥辗?/p>

49、法有兩類：一類是靠預熱燃燒空氣來回收，使回收的熱量再次返回爐中；另一類是采用另外的回收系統(tǒng)回收熱量。前者稱為空氣預熱方式，后者通常用水回收稱為廢熱鍋爐方式?？諝忸A熱方式有直接安裝在對流室上面的固定管式空氣預熱器，還有單獨放在地面上的管式空氣預熱器等型式。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,71,目前，爐子的余熱回收系統(tǒng)多采用空氣預熱方式，只有高溫管式爐(烴類蒸汽轉化爐、乙烯裂解爐)和純輻射爐才使用余熱鍋爐，這類高溫管式爐的

50、排煙溫度較高，安裝余熱回收系統(tǒng)后，爐子的總效率可達到88％-90％。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,72,1.4.5 燃燒器 燃燒器的作用是完成燃料的燃燒，為熱交換提供熱量。燃燒器由燃料噴嘴、配風器、燃燒道三部分組成。燃燒器按所用燃料的不同可分為燃油燃燒器、燃氣燃燒器和油-氣聯(lián)合燃燒器。燃燒器性能的好壞，直接影響燃燒質量及爐子的熱效率。操作時，特別應注意火焰要保持剛直有力，調整火嘴盡可能使爐膛受

51、熱均勻，避免火焰舔爐管，并實現(xiàn)低氧燃燒。要保證燃燒質量和熱效率，還必須有可靠的燃料供應系統(tǒng)和良好的空氣預熱系統(tǒng)。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,73,通風系統(tǒng)的作用是把燃燒用空氣導入燃燒器，將廢煙氣引出爐子。它分為自然通風和強制通風兩種方式。前者依靠煙囪本身的抽力，后者使用風機。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,74,1.4.6 通風系統(tǒng),過去，絕大多數(shù)爐子都采用自然通風方式，煙囪通常安裝在爐頂。近年

52、來，隨著爐子結構的復雜化，爐內煙氣側阻力增大，加之提高爐子熱效率的需要，采用強制通風方式日趨普遍。,1.5 管式加熱爐的主要技術指標 1.5.1 熱負荷 每臺管式加熱爐單位時間內管內介質吸收的熱量稱為有效熱負荷，簡稱熱負荷。管內介質所吸收的熱量用于升溫、汽化或化學反應。熱負荷的理論值，可根據(jù)介質在管內的工藝過程(加熱、化學反應)進行計算。加熱爐的設計熱負荷(Q)通常取計算熱負荷(Q’)的1.15-1.2

53、倍。熱負荷的大小表示爐子生產(chǎn)能力的大小。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,75,1.5.2 爐膛體積熱強度 爐膛單位體積在單位時間內燃料燃燒的放熱量，稱為爐膛體積熱強度。即,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,76,式中 gv-爐膛體積熱強度，KW／m3 B- 燃料用量，kg/h Q1-燃料低熱值，kJ/ kg燃料 V- 爐膛（輻射室）體積，m3

54、 gv值越大爐膛溫度越高，不利于長周期安全運行，因此爐膛體積熱強度不允許過大，一般控制在1.16×102 kW／m3以下。,,1.5.3 輻射表面熱強度 輻射爐管單位表面積(一般按爐管外徑計算表面積)、單位時間內所傳遞的熱量稱為爐管的輻射表面熱強度gR,也稱為輻射熱通量或熱流率。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,77,gR表示輻射室爐管傳熱強度的大小。應注意gR一般指輻射室所

55、有爐管的平均值。由于輻射室內各部位受熱不一致，不同的爐管以及同一根爐管的不同部位，實際局部熱強度相差很大。gR值越大，完成一定加熱任務所需的輻射爐管就越少，輻射室體積越緊湊，投資也可降低，所以要盡可能提高爐管表面熱強度。各種爐子的輻射表面熱強度推薦值見表1-2。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,78,1.5.4 對流表面熱強度 對流爐管單位面積在單位時間內所傳遞的熱量稱為對流表面熱強度。目前，加

56、熱爐對流室多以釘頭管或翅片管代替過去的光管，以強化傳熱。釘頭管或翅片管的熱強度一般為光管的兩倍以上。也就是說，一根釘頭管或翅片管相當于兩根以上光管的傳熱能力。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,79,表1-2 輻射爐管表面熱強度的經(jīng)驗數(shù)據(jù),第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,80,即熱效率是衡量燃料利用情況，評價爐子設計和操作水平，標定爐子性能的主要指標。熱效率越高，燃料的有效利用率越高，燃料耗量越少，運行越

57、經(jīng)濟。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,81,1.5.5 熱效率 加熱爐有效利用的熱量與燃料燃燒時所放出的總熱量之比叫熱效率，,火墻溫度又稱爐膛溫度，是指煙氣離開輻射室進入對流室時的溫度。它代表爐膛內煙氣溫度的高低，是爐子操作中的重要控制指標。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標,82,,,,1.5.6 火墻溫度,火墻溫度高，說明輻射室傳熱強度高?；饓囟冗^高時，爐管易結焦，甚至燒壞爐管和管板等