第六章管式加热炉 - 简本
《管式加热炉》课件
应用案例
石化行业的应用
食品行业的应用
管式加热炉在石化行业中常用于 油品、塑料等材料的加热和处理。
管式加热炉被广泛应用于食品的 烘烤、杀菌等加工过程。
冶金行业的应用
管式加热炉常用于冶金行业中的 金属材料加热、熔炼等工艺。
结论
优势和不足
管式加热炉具有高效、节能等优势，但需要注意维护和故障排除。
工作原理
1
结构
管式加热炉由加热管、炉体、温度控制系统等组成。
2
工作流程
加热管通过外部供电或燃料燃烧，将热量传递给炉体，再由炉体将热量传递给待 加热物体。
3
加热原理
加热管中的加热元件产生热能，通过传导、对流、辐射等方式将热能传递给待加 热物体。
管式加热炉的种类
直接加热管式加热炉
加热管直接与待加热物体接触， 高效传递热能。
《管式加热炉》PPT课件
管式加热炉PPT课件，通过生动的图文展示，详细介绍了管式加热炉的结构、 工作原理、种类、应用、设备维护与保养等方面的知识。
简介
管式加热炉是一种常用的加热设备，通过管道内的加热元件对物体进行加热。它具有高效、节能、温度范围广 等特点。 管式加热炉可广泛应用于工业生产、实验室研究等领域，是许多行业的重要工具。
未来发展前景
随着科技的进步，管式加热炉将继续发展，应用范围将更加广泛。
总结
管式加热炉是一种重要的加热设备，应用广泛，为各行各业提供了方便和效率。
间接加热管式加热炉
通过加热介质间接加热，避免 直接接触，适用于一些特殊情 况。
循环加热管式加热炉
通过循环系统使加热介质循环 流动，提高了加热效率。
管式加热炉培训-第6章
气、液混相 的炉管内
6-2 无相变时的压力降计算 管 内 压 力 降 直管段的压力降 局部阻力引起 的压力降 炉管当量长度
与回弯头有关的系数,等于弯头当量长度与管 与回弯头有关的系数 等于弯头当量长度与管 内径之比。 内径之比。
6-3 有相变时的压力降计算 相 汽 化 段 炉 管 的 压 力 降 计算 的 压力
p2 , t2 , e2 Q 6-3 计 算 p1 , t1 , e1
相
相的
的 变 压力降 相
L
的 时 相
的
管内气液两相流压力降确定的复杂性： 管内气液两相流压力降确定的复杂性： 气相和液相流速一般不相同， 气相和液相流速一般不相同，它们之间有相对运 会产生内摩擦损失。 动，会产生内摩擦损失。 液相有滞留量，使管内实际流通截面积减小， 液相有滞留量，使管内实际流通截面积减小，压力 降增加。 降增加。 垂直管内，液相在炉管内连续不断地上升和下降， 垂直管内，液相在炉管内连续不断地上升和下降， 会消耗能量而形成压力降低。 会消耗能量而形成压力降低。 气液两相流可能呈现完全不同的流型。 气液两相流可能呈现完全不同的流型。要保证良 好的流型。必须有进行流型判别的图或关联式。 好的流型。必须有进行流型判别的图或关联式。 设计中，通过改变管径来保证流型符合要求。 设计中，通过改变管径来保证流型符合要求。 扩径和注汽。 扩径和注汽。 分段和猜算。 分段和猜算。
I′ 介质在辐射室入口处的焓 f
L′ Io Ie e 即： = LR Io I′ f
管长与传热量成正比 返回流体的流动特点 管内流速选择 无相变时的压力降计算 有相变时的压力降计算
压力降、相平衡、 压力降、相平衡、热平衡方程和流型判别 均相法 Dukler法 法 图解试算法
管式加热炉
五热效率
热效率表示向炉子提供的 能量被有效利用的程度， 其定义可用下式来表达：
式中有效吸热量即为炉子 的热负荷，总发热量一般 为燃料的发热量。可见， 当炉子热负荷不变时，热 效率越高，则燃料用量越 少。
六 炉膛温度
又叫火墙温度，指烟气离开辐射室进入对流室时 的温度，它表征炉膛内烟气温度的高低，是炉子 操作中主要的控制指标。 炉膛温度不能太高，一般控制在850℃以下，但 不是绝对的。炉膛温度高有利于辐射传热，但太 高后会使炉管热强度过高，容易使炉管结焦和烧 坏。此外进入对流室的烟气温度也会过高，使对 流管易烧坏。因此，炉膛温度是确保加热炉长周 期安全运行的一个重要指标。
管式加热炉的结构及工作原理
管式加热炉的结构及工作原理管式加热炉是一种常用的工业炉，其结构和工作原理如下：一、结构管式加热炉主要由炉体、炉管、燃烧器、空气预热器、温度控制系统等部分组成。
1.炉体：炉体是加热炉的主要部分，通常采用耐高温材料如耐火砖、浇注料等制成。
炉体形状和大小根据实际需要和生产工艺要求确定，一般呈长方形或圆形。
2.炉管：炉管是管式加热炉的核心部件，通常由不锈钢、合金钢等耐高温材料制成。
炉管一般呈蛇形或圆形，用于装载待加热的物料，同时将热量传递给物料。
3.燃烧器：燃烧器是加热炉的热源，通常位于炉体底部或侧部。
根据加热工艺要求，可以选择不同的燃料，如天然气、石油气、轻油、重油等。
4.空气预热器：空气预热器用于预热燃烧所需的空气，提高燃烧效率。
空气预热器通常位于加热炉的顶部或侧部，与燃烧器相连。
5.温度控制系统：温度控制系统是管式加热炉的重要组成部分，用于控制加热温度和物料受热均匀性。
温度控制系统通常包括温度传感器、调节阀、控制仪表等。
二、工作原理管式加热炉的工作原理是利用燃料燃烧产生的高温烟气，通过炉管传导热量，将待加热的物料加热到所需温度。
具体过程如下：1.燃料在燃烧器中燃烧，产生高温烟气。
2.高温烟气通过炉管，将热量传递给炉管内的待加热物料。
3.物料在受热过程中，温度逐渐升高，达到所需的工艺要求。
4.加热后的物料从炉管末端排出，进入下一生产环节。
5.部分高温烟气通过引风机引入空气预热器中，预热燃烧所需的空气。
6.预热后的空气与燃料在燃烧器中混合燃烧，产生高温烟气继续加热物料。
7.高温烟气和物料产生的蒸汽一同从炉管末端排出，进入下一生产环节。
在实际生产过程中，管式加热炉的操作和控制是非常关键的。
为了确保物料的受热均匀性和生产效率，操作人员需要根据工艺要求和实际生产情况进行调整。
例如，可以通过调节燃烧器的火焰大小、改变炉管的进料速度、调整空气预热器的进风量等方式来控制加热炉的工作状态和加热效果。
此外，为了保证加热炉的安全运行和环保达标排放，还需要进行废气处理和热量回收利用等方面的措施。
管式加热炉3
长而飘， 强度小
对燃料适应性好， 燃烧稳定，结构简单 无回火问题。
半预混式火嘴
内外两个 火焰
介于二者之间， 兼有前两种火嘴特性
主要缺点
结构复杂 对燃料要求高，易回 火
火焰强度小，燃烧慢 过剩空气系数大
介于二者之间， 兼有前两种火嘴缺点
第六节 管式加热炉概述
(2)油火嘴
①蒸汽雾化：采用蒸汽作为雾化剂
分类： 废热锅炉
第六节 管式加热炉概述
三、管式加热炉的分类
按用途分：纯加热炉、加热反应炉 纯加热炉如常压炉、减压炉、催化裂化炉 加热反应炉如裂解炉和焦化炉
按传热方式分：纯对流炉、辐射炉、对流辐射炉 按燃烧方式分：火炬式、无焰燃烧炉
按炉型分：箱式炉、立式炉、圆筒炉
第六节 管式加热炉概述
1.箱式炉
优点：操作和维修简单； 可使用低质量的燃料油；
b.管径的选择
❖ 若管径过大，传热不良，管壁温度升高，油品易结焦； ❖ 若管径过小，油品在管内流动速度过大，造成过多的阻
力损失； ❖ 外径在60～152mm之间； ❖ 最常见的范围是100～150mm。
第六节 管式加热炉概述
c.炉管长度的选择
❖ 管式炉炉管一般在7～8m之间； ❖ 有加长趋势，有采用15～18m炉管长度的实例。
第六节 管式加热炉概述
第六节 管式加热炉概述
2. 炉管系统 (1)辐射炉管
a.炉管材质的选择
传热性能好； 在一般管壁厚度下，具有较高的机械强度；耐腐蚀； 能够实现长时间安全运转的要求； 10#、20#优质钢、Cr5Mo、1Cr18Ni9Ti合金钢等； 其中以20#优质钢应用较多。
第六节 管式加热炉概述
第六节 管式加热炉概述
管式加热炉
陈展礼
1. 管式加热简介
管式加热炉是炼油行业重要设备之一，它 是利用燃料在炉膛内燃烧产生高温火焰和 烟气作为热源来加热炉管内的物料，以达 到工艺要求温度。炼油行业的炉子是从 “堆行炉”到纯对流炉，再到现在的管式 炉。
2. 加热炉分类
按外形可分为：箱式炉、立式炉、圆筒炉、 大型方炉。这种划分是以辐射室的形状来炉膛设有蒸汽吹扫线，供点火前吹扫炉膛 内可燃气体。 2、对流室及其管箱内设有消防灭火蒸汽线， 一旦对流炉管或辐射炉管弯头漏油或起火时提 供掩护和灭火之用。 3、在炉用瓦斯线上设有阻火器以防回火起爆。
2.5.1 防爆安全设施
4、在炉体上设有防爆门，炉膛突然升压时泄 压用，以免损坏炉体。 5、在烧气的炉膛内设长明灯，以防因仪表故 障断气后再进气时引起爆炸。 6、烟道档板设有安全限位装置，以防因操作 失误或仪表、机械设备等故障导致烟道全关， 造成炉内正压。
加热炉点火操作
在炉子做好点火工作后，进行爆炸行气体 分析合格，炉膛用蒸汽进行吹扫15分钟， 烟囱见汽将已点燃的点火棒从点火孔火放 至火嘴尖的上方，人离开炉膛底部。 点火人不能正对看火孔，点火稍开蒸汽， 再开油阀，燃烧后，缓慢细致调节油、汽 比，使燃料油充分雾化、完全燃烧，火嘴 刚点着时，可将火烧软一点。
加热炉日常检查项目
1.炉出口温度，分支温度，分支流量和炉膛 温度。 2.炉膛负压，氧含量 3.燃烧器燃烧情况，火焰及颜色符合要求， 火焰不直扑炉管等情况 4.炉管是否有弯曲、脱皮、鼓包、发红、发 暗，出入口阀门是否滴油等情况 5.燃料油、瓦斯、蒸汽压力是否符合要求
6.高低压瓦斯罐脱液 7.炉子防暴门、烟道挡板、二次风门，蝶阀 等不能随便打开，看火窗在看完火后要及 时关闭。
管内流速：流速越小，传热系数越小，介质 在炉内的停留时间也越长，介质越易结焦， 炉管越容易损坏，但流速过高又增加管内压 力降，增加动力消耗，因此管内流速要适宜。 烟气温度是指烟气排入大气的温度，是衡量 加热炉热能利用率的参数之一。排烟温度太 高带入大气的热量高，使炉效率降低。排烟 温度太低会产生露点腐蚀；因此烟气温度控 制在不低于160℃
加热炉学习资料-
一、管式加热炉的结构及工作原理1.1 管式加热炉在炼油和石油化工中的重要性管式加热炉是一种火力加热设备, 它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源, 加热在炉管中高速流动的介质, 使其达到工艺规定的温度, 以供给介质在进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需的热量, 确保生产正常进行。
与其他加热方式相比, 管式加热炉的主要优点是加热温度高〔可达1273K〕, 传热能力高和便于操作管理。
近60多年所来, 管式炉的发展很快, 已成为近代石化工业中必不可少的工艺设备之一, 在生产和建设中具有十分重要的地位。
例如: 一个年处理量为2.5Mt原油的常减压蒸馏装置, 虽所用的加热炉的座数不多, 但其提供的总热量却达70MW, 如果炉子加热能力不够, 就会限制整个装置处理能力的提升, 甚至无法完成预定的任务。
管式加热炉消耗的燃料量相当可观, 一般加工深度较浅的炼厂, 约占其原油能力的3%~6%, 中等深度的占4%~8%, 较深的为8%~15%, 其费用约占操作费用的60%~70%, 因此, 炉子热效率的凹凸与节约燃料降低成本有密切的关系。
此外, 管式炉炉管结焦、炉管烧穿、炉衬烧塌等事故也常常是迫使装置停工检修的重要原因。
在生产中, 希望生产装置能达到高处理量、高质量和低消耗以及长周期、安全运转, 大量施行说明, 管式炉的操作往往是关键之一。
管式炉的基建投资费用, 一般约占炼油装置总投资的10%~20%, 总设备费用的30%左右, 在重整制氢和裂解等石油化工装置中, 则占建设费用的25%左右, 因此, 加热炉制定选型的好坏, 还直接影响装置经济的合理性。
1.2 管式加热炉的分类和主要工艺指标管式炉的类型很多, 如按用途分有纯加热和加热-反应炉, 前者如: 常压炉、减压炉, 原料在炉内只起到加热〔包括汽化的作用〕；后者如: 裂解炉、焦化炉, 原料在炉内不仅被加热, 同时还应确保有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。
6第六章 管式加热炉的使用与维护
第六章 管式加热炉的使用与维护
化工设备使用与维护
第一节 管式加热炉的工作过程及类型
一、管式加热炉的工作过程及作用
一般把具有用耐火材料包围的燃料室、利用燃料燃烧产生的热量将 物料加热的设备称为“ 炉子” 。工业上有各种各样的炉子， 如冶金 炉、窑炉、蒸汽锅炉等。 管式加热炉具有其他一些工业炉所没有的若干特征:被加热物质在 管内流动，故仅限于加热气体或被体，而且，这些气体或液体通常都是 易燃易爆的怪类物质，同锅炉加热水或蒸汽相比，危险性更大，操作条 件要苛刻得多;加热方式为直接受火式;只烧液体或气体燃料;长周期连 续运转，不间断操作。 加热炉工作时，燃料经安装在加热炉底部的燃烧器喷入炉内，与空 气均匀混合后在炉膛燃烧。产生的火焰及高温烟气温度为1000～1500 ℃， 主要以辐射传热的形式将大部分热量传递给辐射炉管内流动的物 料。烟气温度降至8 0 0 ℃ 左右后经辐射室进入对流室。在对流室， 高温烟气主要以对流传热的方式将热量传递给对流炉管内流动的物料。 烟气温度降至2 0 0 ～3 0 0 ℃后经烟囱排出。
化工设备使用与维护
（二）炉管及配件 1.炉管 炉管是在具有腐蚀性的原料和高温条件下长期工作的 构件，要求其材料具有持久强度高、抗氧化性和耐腐蚀性 好、热稳定性和热加工性，特别是焊接性好。炉管工作时 管内是流动的物料，管外是明火高温加热，温度不均匀时 容易引起局部过热，所以，应谨慎合理地确定炉管的厚度。 对流室炉管工作时，管内为物料、管外为高温烟气，为 提高管外一侧的传热效果，常采用钉头管或翅片管。 2.炉管配件 包括连接件和支承件。将炉管串联接在一起常用90o和 180oU形弯头和箱式回弯头等。为防止炉管受热变形，常用 的支承件有管板、管架、托架、拉钩等。
化工设备使用与维护
管式加热炉的工作原理
管式加热炉的工作原理
管式加热炉的工作原理基本上是利用电能或燃料能量来产生热能，通过管路输送至被加热的物体或工件上，实现加热的目的。
以下是管式加热炉的一般工作原理：
1.加热源：管式加热炉一般使用电能或者燃料来产生热能，作
为加热源。
电能可以通过电加热器转换成热能，燃料可以通过燃烧产生高温。
2.传热介质：热能一般通过传热介质来传递到被加热物体或工
件上。
传热介质可以是空气，也可以是液体或气体等。
3.管路系统：管式加热炉通过管路系统将热能从加热源输送至
被加热物体或工件上。
一般来说，管路系统包括进料管道、出料管道和循环管道等，确保热能的传递和循环。
4.控制系统：管式加热炉通常配备控制系统，用于监控和控制
加热过程。
控制系统可以根据要求调整加热源的工作状态，控制传热介质的流量和温度，保证加热的效果和安全性。
总之，管式加热炉通过加热源产生热能，通过管路输送传热介质，将热能传递到被加热物体或工件上，实现加热的目的。
控制系统监控和控制加热过程，确保加热的效果和安全性。
管式加热炉工作原理
管式加热炉工作原理
管式加热炉是一种常用的工业加热设备，利用管内流动的气体或液体传递热能，将其加热至所需温度。
其工作原理如下：
1. 加热介质流动：管式加热炉中存在一个或多个加热管，加热介质（通常是气体或液体）通过这些管道流动。
加热介质必须能够在管道中流动，并且具有传热的能力。
2. 热交换：当加热介质流经加热管时，管壁与介质之间发生热交换。
加热器内的电热元件或燃烧器产生的热量通过管壁传递给介质，使介质的温度升高。
3. 温度控制：通过对加热器供电或燃烧器供应燃料的控制，可以实现对加热器内部温度的控制。
通常使用温度传感器来感知管道内介质的温度，并发送相应的信号给控制系统。
4. 热量传输：经过加热后的介质继续流动，将带有热能的介质传递到需要加热的对象上，实现热量的传输。
这个过程可以通过管道和附件完成，如流量控制阀、喷嘴等。
需要注意的是，管式加热炉的工作原理可以根据具体的炉型、加热介质和加热目标的不同而有所差异。
但总体来说，它们都是通过热交换和热量传输完成物体加热的过程。
管式加热炉
管内流体的流速及压力降
流体在炉管内的流速不能太低，否则容易使
管内的介质结焦而烧坏炉管。流速过高又会 增加管内压力降，增加了管路系统的动力消 耗。 压力降也是判断炉管是否结焦的一个重要指 标。如果流体流速未变，而压力降增加，就 是炉管结由辐射室、对流室、余热回
大型方炉
这种炉子用两排炉管把炉膛分成若干小间， 每间设置一或两个大容量强燃烧器，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先汇集过来，送进一个 公用的对流室或废热锅炉。这种炉子结构简 单，节省占地面积，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 超大型加热炉开发的。
燃 油 火 焰
燃 气 火 焰
通风系统 通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器， 并将废烟气引出炉子，它分为自然通风方式 和强制通风方式两种。前者依靠烟囱本身的 抽力，不消耗机械功。后者要使用风机，消 耗机械功。
余热回收系统 余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一 步回收余热的部分。。 目前，炉子的余热回收系统以采用空气预热 方式为多，通常只有高温管式炉和纯辐射炉 才使用废热锅炉，因为这些炉子的排烟温度 太高。安设余热回收系统以后，整个炉子的 总热效率可达到88~90％以上。
管板和管架 管板和管架是为支持炉管（包括管内介质） 重量和防止炉管过多变形而设置的炉内构件。 一般水平辐射炉管的中间支承构件称为管架， 两端则称为管板，水平对流炉管的中间和两 端的支承构件均称为管板。对于立式加热炉， 位于两根炉管顶部弯头上的承重构件称为托 架，不承受垂直重量，而仅限制炉管水平位 移的则称为导向架。
工厂预制工厂预制是将加热炉由专业的制造工厂分片工厂制造， 现场安装。 通常的分片方式为： • 辐射室分片 • 辐射炉管按流程数量和运输条件分成若干组 • 对流室：模块制造 • 烟风道：分段制造 • 梯子平台：按运输尺寸分片制造
管式加热炉工作原理
管式加热炉工作原理
管式加热炉是一种常见的工业加热设备，它通过管道内流体的加热来实现对工
件的加热处理。
其工作原理涉及热传导、热对流和热辐射等多种热传递方式，下面将详细介绍管式加热炉的工作原理。
首先，管式加热炉的工作原理可以分为两个方面来解释。
一方面是加热介质的
工作原理，另一方面是工件加热的工作原理。
在管式加热炉中，加热介质通常是气体或液体，通过燃烧或电加热的方式对加热介质进行加热，然后将热能传递给工件，使其达到所需的加热温度。
其次，管式加热炉的加热介质工作原理是基于热能传递的原理。
当加热介质通
过管道流动时，其与管道壁之间会发生热传导，使管道壁升温，然后将热能传递给工件。
同时，加热介质流动还会产生热对流，使工件表面形成对流传热层，加速热能传递。
此外，管式加热炉还会通过热辐射的方式向工件传递热能，使其加热均匀。
在工件加热的工作原理方面，管式加热炉通过管道内流动的加热介质对工件进
行加热。
当工件置于管道内，加热介质的热能会通过管道壁传递给工件表面，使其升温。
同时，工件表面形成的热对流层也会加速热能传递，使工件整体加热均匀。
此外，工件表面还会接收到管道内加热介质的热辐射，进一步提高了加热效率。
总的来说，管式加热炉的工作原理是基于热传递的原理，通过加热介质对工件
进行加热。
其加热介质的工作原理主要涉及热传导、热对流和热辐射等方式，而工件加热的工作原理则是通过加热介质对工件进行热能传递，使其达到所需的加热温度。
通过了解管式加热炉的工作原理，可以更好地理解其在工业生产中的应用，提高加热效率，保证产品质量，实现节能减排的目标。
第六章管式加热炉使用与维护
第六章管式加热炉使用与维护
背景知识：近年来由于大气污染，石油化
工厂已经开始安设独立于炉群的超高型集 合烟囱，这一烟囱通过烟道把若干台炉子 的烟气收集起来，从100m左右的高处排放， 以降低地面污染气体的浓度。
热管换热器 的地面布置 方案
第六章管式加热炉使用与维护
热管换第六热章管器式加炉热炉顶使用布与维置护 方案
第六章管式加热炉使用与维护
（3）有反射锥的辐射-对 流型
适合于流体进、出炉温升 不大时使用，热效率较 螺旋管式及纯辐射式高， 但炉膛顶部使用了反射 锥，当炉子烧劣质燃料 时容易腐蚀损坏，燃烧 器的火焰尖部也容易舔 到反射锥上造成烧损。
第六章管式加热炉使用与维护
（4）无反身锥的辐射对流型 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。已 经取代上述型式，成 为现代立式圆筒炉的 主流。
第六章管式加热炉使用与维护
10、烟气出炉温度ts 定义：烟气出对流室的温度。 烟气温度不能过高，否则烟气带走的热量增
加，炉子热效率下降； 也需防止温度过低，烟气中的酸性气体和水
蒸气凝结成含酸的液体，对炉管和设备构 成腐蚀。
第六章管式加热炉使用与维护
三、管式加热炉的类型
可按外形或用途来分类
（一）按外形分类 （二）按用途分类
1、箱式炉 2、立式炉 3、立式圆筒炉 4、大型方炉
第六章管式加热炉的使用与维护模板
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.炉管配件
主要有炉管连接件和炉管支承件。把一根根炉管连接成串联的一组盘管 的连接件叫炉管弯头或弯管。常用的支承件有管板，管架，托架，拉钩 等。一般水平安装的辐射炉管的中间支承用管架，两端的支承用管板： 对流管的支承构件均用管板。对立管式加热炉，位于两根炉管顶部弯头 上的承重构件称为托架：不承受垂直重量。而仅是限制炉管水平位移， 使炉管保持稳定的支承件则称拉钩。
（三）油—气联合燃烧器
主要由风门，火道及燃料油喷嘴和燃料气喷嘴等组成。它可单独 烧燃料油或者燃料气，也可油，气混烧，在炼油厂管式炉上应用 最广。
四、管式加热炉的空气预热器
1.钢管式空气预热器 是使用较早的一种空气预热器，根据换热管是水平安装还是垂直 安置分为卧式和立式两种。 2.回转式空气预热器 主要由换热元件，转子，转轴，烟气和空气导管等构成。 特点是 积灰少，腐蚀轻，换热元件易于更换，单位体积的换热面积大， 缺点是有转动部件，能耗大，漏风较多，制造要求高，价格高， 不适于小型炉使用。
三.管式加热炉的燃烧器
一个完整的燃烧器通常包括燃料喷嘴、配风器和燃烧道三部分。 燃料喷嘴是供给燃料并使燃料完成燃烧前准备的部件。燃料油喷嘴的主要任务 是使燃料油雾化并形成便于与空气混合的雾化炬。外混式燃料气喷嘴将燃料气 分散成细流，并以恰当的角度导入燃烧道，以便与空气良好混合。预混式燃料 气喷嘴则使将燃料气和空气均匀混合后供给燃烧的。 配风器的作用是使燃烧空气与燃料良好混合并形成稳定而符合要求的火焰形状。 特别是在烧燃料油的情况下，为了保证重质燃料油燃烧良好，除了使之良好雾 化外，还必须有良好的配风器，使空气和迅速、完善的混合。尤其是在火焰根 部必须保证有足够的空气供应，以避免燃料油受热时因缺氧而裂解，产生黑 烟。
管式加热炉
第五章管式加热炉一、管式加热炉的工作原理管式加热炉一般由三个主要部分组成：辐射室、对流室及烟囱，图5-1是一典型的圆筒炉示意图。
炉底的油气联合燃烧器(火嘴)喷出高达几米的火焰，温度高达1000~1500℃、主要以辐射传热的方式，将大部分热量传给辐射室(又叫炉膛)炉管(也叫辐射管)内流动的油品。
烟气沿着辐射室上升到对流室，温度降到700~900℃。
以对流传热的方式继续将部分热量传给对流室炉管内流动着的油品，最后温度降至200~450℃的烟气从烟囱排人大气。
油品则先进入对流管再进入辐射管，不断吸收高温烟气传给的热量，逐步升高到所需要的温度。
辐射室是加热炉的核心部分，从火嘴喷出的燃料(油或气)在炉膛内燃烧，需要一定的空间才能燃烧完全，同时还要保证火焰不直接扑到炉管上，以防将炉管烧坏，所以辐射室的体积较大。
由于火焰温度很高(最高处可达1500~1800℃左右)，又不允许冲刷炉管，所以热量主要以辐射方式传送。
在对流室内，烟气冲刷炉管，将热量传给管内油品，这种传热方式称为对流传热。
烟气冲刷炉管的速度越快，传热的能力越大，所以对流室窄而高些，排满炉管，且间距要尽量小。
有时为增加对流管的受热表面积，以提高传热效率，还常采用钉头管和翅片管。
在对流室还可以加几排蒸汽管，以充分利用蒸汽余热，产生过热蒸汽供生产上使用。
烟气离开对流室时还含有不少热量，有时可用空气预热器进行部分热量回收，使烟气温度降到200℃左右，再经烟囱排出，但这需要用鼓风机或引风机强制通风。
有时则利用烟囱的抽力直接将烟气排入大气。
由于抽力受烟气温度、大气温度变化的影响，要在烟道内加挡板进行控制，以保证炉膛内最合适的负压，一般要求负压为2~3mm水柱，这样既控制了辐射室的进风量，又使火焰不向火门外扑，确保操作安全。
二、管式加热炉的主要工艺指标1.加热炉热负荷。
每小时传给油品的总热量称为加热炉热负荷(千卡/小时)，表明加热炉能力的大小，国内炼油厂所用的管式加热炉最大热负荷在4200万千卡／小时左右。
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1. 气体辐射与吸收 气体辐射与吸收的特点: 1.1 气体辐射与吸收的特点:
⒈不同气体具有不同的辐射能力
单原子和分子结构对称的双原子气体，如惰性 单原子和分子结构对称的双原子气体， 气体和氢、 氧等，不具有吸收热辐射的能力， 气体和氢、氮、氧等，不具有吸收热辐射的能力， 可看作透明体。 可看作透明体。 而三原子， 而三原子，多原子气体以及结构不对称的双 原子分子， CO、 原子分子，如CO2、H2O、SO2、CO、CH2 ，烃类和醇 类等，则有相当大的辐射能力和吸收能力。 类等，则有相当大的辐射能力和吸收能力。
2.炉膛体积热强度q 2.炉膛体积热强度qV 炉膛体积热强度
指单位时间单位炉膛体积所传递的热量 单位为： h)或 单位为：kJ/(m3·h)或W/m3 h) 此值越大， 此值越大，完成相同任务所需的炉子越紧凑 一般情况下控制在3kW/m 左右， 一般情况下控制在3kW/m3左右，不易过大
3.炉管表面热强度q 3.炉管表面热强度qA 炉管表面热强度
2.1.1 管式加热炉的定义
一种火力加热设备 利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰和炽 热的烟气作为热源， 热的烟气作为热源，加热炉管内流动的介质 使之达到工艺规定温度的单元设备
燃烧的必要条件： 燃烧的必要条件： 可燃物、助燃剂、 可燃物、助燃剂、必要的温度
2.1.2 管式加热炉的必要性
加热温度高、 ⒈加热温度高、传热速率快
T Eb = 5.67 100
4
斯蒂芬-波尔茨曼定律
灰体辐射
T T E = εEb = εC 0 = C 100 100
4 4
灰体的黑度
E ε= Eb
板1(灰体) E1
板2(灰体)
3、两固体间的辐射传热
Q1− 2 T1 T2 = C1− 2φAw − 100 100
第六章 管式加热炉
传导：分子振动 传导：
热 量 传
对流：流体质点位移 对流：
递
辐射： 辐射：电磁波
辐射传热 1.基本概念 1.基本概念
Q A QR QD + + =1 Q Q Q
A+ R + D =1
A、R 和 D 分别为物体吸收率、反射率和透过率 、 分别为物体吸收率、反射率和透过率。
黑体（ A=1)、 白体 （ R=1) 、 灰体 灰体(A+R=1)、 黑体 （ 、 白体（ 、 透热体(D=1) 透热体 2.黑体辐射 2.黑体辐射
α λ = f (T , Lm , P) = f (T , P • Lm )
气体辐射与吸收的特点: 1. 1 气体辐射与吸收的特点:
⒋气体是典型的非灰体物质
只有当气体温度和固体壁温度相同时气体的 黑度和吸收率才会相等， 若温度不相等 ， 就不存 黑度和吸收率才会相等 ， 若温度不相等， 在这种关系。 同样普朗克定律定律和斯蒂芬－ 在这种关系 。 同样普朗克定律定律和斯蒂芬 － 波 尔兹曼定律也不能成立。 尔兹曼定律也不能成立。
3.2 理论空气用量与过剩空气系数
3.2.1 理论空气用量 3.2.2 燃料的燃烧机理 过剩空气系数α 3.2.3 过剩空气系数α
3.2.3 过剩空气系数
⒈定义：管式炉中实际入炉空气量与理论空气量之比 定义：
α =
L V = L0 V0
所以加热炉操作时应在确保燃料完全燃烧的前提下， 所以加热炉操作时应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量 降低过剩空气系数。 降低过剩空气系数。
第3节 加热炉物料计算
3.1 3.2 3.3 3.4 燃料的种类、组成和发热值 燃料的种类、 理论空气用量与过剩空气系数 全炉热效率的计算 提高加热炉热效率的方法
燃料的种类、 3.1 燃料的种类、组成和发热值
3.1.1 燃料的种类 3.1.2 燃料的组成 3.1.3 燃料的发热值
3.1.1 燃料的种类
气体燃料： 气体燃料：
气体燃料的来源多是生产过程中产生的利用 价值不高或不足利用的轻烃 催化干气、焦化干气、不凝气（烃类） 催化干气、焦化干气、不凝气（烃类）等 主要组成是甲烷、乙烷和少量的C 主要组成是甲烷、乙烷和少量的C3、C4
3.1.1 燃料的种类
液体燃料： 液体燃料：
液体燃料大都是在生产过程中产生的重质油 品 常压重油、减压渣油以及原油 常压重油、 在使用液体燃料时，要注意的问题： 在使用液体燃料时，要注意的问题： ①雾化效果要好 ②燃料粘度适中
全炉热负荷Q 全炉热负荷Q 炉膛体积热强度q 炉膛体积热强度qV 炉管表面热强度q 炉管表面热强度qA 全炉热效率η 全炉热效率η 管内冷介质流速和全炉压降
1.全炉热负荷Q 1.全炉热负荷Q 全炉热负荷
炉子单位时间内传给被加热物料的总热量 以Q表示 单位为kJ/h或 单位为kJ/h或W、MW kJ/h Q值越大，炉子的生产能力也越大 值越大，
3.1.2 燃料的组成
元素组成： 元素组成：碳（C）、氢（H）、硫（S）、氧（O）、 ）、氢 ）、硫 ）、氧 ）、水份 水份（ ）、灰分 灰分（ 氮（N）、水份（W）、灰分（A） 元素分析法 确定方法 经验公式法
C = 100 − ( H + S )
20 H = 26 − 15d 4
说明： 燃料油在20℃时的相对密度－比重； 20℃时的相对密度 说明：①d420 ：燃料油在20℃时的相对密度－比重； 质量百分数， C=86表示86%。 表示86% ②C、H、S：质量百分数，如C=86表示86%。
单位面积（按炉管外径计算）炉管，单位时间内所传 单位面积（按炉管外径计算）炉管， 递的热量；单位为： 递的热量；单位为：kW/m2 可分为辐射炉管表面热强度和对流炉管表面热强度 钉头管或翅片管的对流表面热强度习惯上仍然使用管 外表面面积（ ），而不计算钉头或翅片本身 外表面面积（即πdoL），而不计算钉头或翅片本身 的表面面积 此值越大， 此值越大，完成相同的传热任务所需的传热面越小
2.1.2 管式加热炉的必要性
⒊是控制运转周期及自动化程度的关键设备
高温下的温度测量问题 燃料燃烧情况的控制 燃料燃烧情况和风门开度之间的关系复杂 “三高一低”（高处理量、高质量、高效率和低 三高一低” 高处理量、高质量、 三高一低 能耗） 长周期安全运转” 能耗）及“长周期安全运转”
2.2 加热炉的主要工艺指标
火焰温度1000℃以上，其他加热设备难觅； 火焰温度1000℃以上，其他加热设备难觅； 1000℃以上 传热速率快； 传热速率快；
2.1.2 管式加热炉的必要性
⒉是整个石油加工和石油化工过程中能耗 最大的设备之一
原油处理量的3～15%要被作为燃料烧掉 原油处理量的3 15%要被作为燃料烧掉 比值随着原油的加工深度的加深而增加 常减压炉每天就要烧掉10 10万元左右的燃料 常减压炉每天就要烧掉10万元左右的燃料 处理量250万吨/a的炼厂炉子每天就要烧掉25 250万吨/a的炼厂炉子每天就要烧掉25万 处理量250万吨/a的炼厂炉子每天就要烧掉25万 元左右的燃料
4.全炉热效率η 4.全炉热效率η 全炉热效率
炉子传递给被加热物料的 有效热量与燃料完全燃烧 所放出的总热量之比 小型炉效率约在70～80%， 小型炉效率约在70～80%， 70 大型炉效率约在90% 90%左右 大型炉效率约在90%左右 此值越高， 此值越高，完成相同任务 所消耗的燃料越少
5.管内冷介质流速和全炉压降 5.管内冷介质流速和全炉压降
气体辐射与吸收的特点: 1.1 气体辐射与吸收的特点:
⒉气体辐射对波长有选择性
气体只在某些特定的波段－光带内具有吸收能力。 气体只在某些特定的波段－光带内具有吸收能力。 烟气中的CO 主要光带如下： 烟气中的CO2和H2O主要光带如下：
CO2
第一 光带 第二 光带 第三 光带 2.65-2.80μm 4.15-4.45μm 13.0-17.0μm H2O 2.55-2.84μm 5.6-7.6μm 12.0-30.0μm
3.1.3 燃料的发热值
定义： 1kg燃料完全燃烧时所放出的热量 燃料完全燃烧 定义：指1kg燃料完全燃烧时所放出的热量 ⒈发热值基准：气体燃料：kJ/nm3Fuel 发热值基准：气体燃料： (0℃、 (0℃、1atm) 液体燃料： 液体燃料：kJ/kgFuel
√
⒉分类：低发热值Ql ：生成的水呈气态 分类：低发热值Q 高发热值Q 高发热值Qh ：生成的水呈液态 Q h- Q l = r 水
将20℃情况下，被加热介质在炉管内的流速称为冷 20℃情况下， 情况下 介质流速 常压炉的全炉压降一般为0.686～1.47MPa(7～15at) 常压炉的全炉压降一般为0.686～1.47MPa(7～ 0.686 减压炉的全炉压降一般为0.294～0.588MPa(3～ 减压炉的全炉压降一般为0.294～0.588MPa(3～6at) 0.294
这些光带均位于可见光范围之外，所以， 这些光带均位于可见光范围之外，所以，即使在高温 也不能被人眼看见。 下CO2和H2O也不能被人眼看见。
气体辐射与吸收的特点: 1. 1 气体辐射与吸收的特点:
⒊气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的
气体的辐射和吸收与气体的形状和体积有关。 气体的辐射和吸收与气体的形状和体积有关。 气体的辐射和吸收取决于气层厚度、 气体的辐射和吸收取决于气层厚度 、 气体的温度 和分压。 和分压。 定义平均辐射长度L=3.5V/A 又称有效气层厚度 定义平均辐射长度L=3.5V/A ，又称有效气层 这样： 这样：
3.2.3 过剩空气系数
⒊过剩空气系数的测定： 过剩空气系数的测定：
奥氏分析仪：将烟气中的水蒸气冷凝； 奥氏分析仪：将烟气中的水蒸气冷凝； KOH、 焦性食子酸)测定CO 用KOH、C6H3O3(焦性食子酸)测定CO2、O2含量 计算公式： 计算公式：
α=
100 − yCO2 − y O2 100 − y CO2 − 4.76 y O2