管式加热炉图解
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第一讲管式加热炉
• 燃油时小于125kW/m3； • 燃气时小于165kW/m3。
3、辐射表面热强度qR
• 辐射炉管每单位面积（一般按炉管外径计 算表面积）单位时间内所传递的热量qR称 为炉管辐射表面热强度，也称为辐射热通 量或热流率，单位为W/m2。 • qR表示辐射室炉管传热强度的大小。应注 意它一般指全辐射室所有炉管的平均值。
• 但流速过高又增加管内压力降，增加了管 路系统的动力消耗，应在经济合理的范围 内力求提高流速。
管内流速一般用管内质量流速表示，它的单 位是kg/m2· s
W GF NF 0
式中 W—管内介质质量流量，kg/s； Gv—管内介质的质量流速，kg/m2s； N—管程数，即炉管路数； F0—炉管的流通截面积，m2。
• 火墙温度是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， 是炉子操作中重要的控制指标。 • 早期的箱式炉在辐射室和对流室间设有一 堵隔墙，人们称之为桥墙，桥墙上方的温 度就叫做“火墙温度”
• 这个称呼一直沿用下来，但多数炉子已经 没有“桥墙”了。
• 火墙温度高，说明辐射室传热强大。
• 过去，绝大多数炉子因为炉内烟气侧阻力 不大，都采用自然通风方式，烟囱通常安 在炉顶，烟囱的高度只要足以克服炉内烟 气侧阻力就可以了。 • 但是近年来由于公害问题，石油化工厂已 经开始安装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 地面上污染气体的浓度。 • 强制通风方式只在炉子结构复杂，炉内烟 气侧阻力很大，或者没有余热回收系统时 采用，它必须使用风机。
四、管式加热炉的主要技术指标
• 1、热负荷 • 每台管式加热炉单位时间内向管内介质传 递热量的能力称为热负荷，一般用MW为单 位。 • 管内介质所吸收的热量、汽化或化学反应， 全部有效利用热。 • 对简单管式加热炉（管内介质入炉状态为 纯液相出炉为汽液混相）其热负荷计算公 式为
管式加热炉的基本结构
管式加热炉的基本结构
管式加热炉由炉体、电加热器、控制器、温度传感器和通风系统等部分组成。
炉体采用金属材料制成，内部有导热管道。
电加热器通常选用电阻丝作为加热元件，将电能转化为热能，使管道内的热媒加速流动并传递热量。
控制器能够实现对加热电流、加热时间、温度等参数进行精确控制。
温度传感器用于测量炉内温度，通过传输信号控制控制器对加热器的电流进行调整。
通风系统则可将炉内产生的废气排出，以维持炉内空气的清新和稳定。
管式加热炉
结构与工作原理
管式加热炉是在炉内设置一定输量的炉管，被 加热介质在炉内连续流过，燃料在炉膛燃烧产 生的热量以辐射方式将热量传给辐射室炉管， 通过炉管管壁传递给被加热介质，烟气经辐射 室烟道进入对流室，以较高的速度通过对流炉 管间隙，同时完成对流换热，从而使被加热介 质温度升高的一种加热装置。
加热炉的设备—圆筒炉
燃料的发热值是指单位质量或体积的燃料完 全燃烧所放出的热量，单位是kJ/kg。 燃料的发热值又分为高发热值和低发热值两 种。 高发热值是指燃烧产物中的水变为液态 时燃料放出的热量 低发热值是指燃烧产物中的水为气态时 燃烧所放出的热量。 高低发热值之差为水的气化潜热。因为烟气 排入大气时，其中的水呈气态，所以工程上 都采用燃料的低发热值计算。
虽然利用烟道气为热源的空气预热器系统较 以常压侧线为热源的空气预热系统投资大、 流程复杂，维护检修费用高，但因其能有效 地降低排烟温度，更大限度地提高加热炉效 率，所以在应用上已日益被人们所重视。
吹灰器
吹灰器一般用在加热炉的对流室。 1、蒸汽吹灰器 采用吹灰器将蒸汽调整喷射在炉管上壁，可除去炉管 表面的灰垢。常用吹灰器有固定回转式和可伸缩喷枪式两 种，前者又分为手动、气动和电动三种。固定回转式吹灰 器的吹灰器固定在炉内，吹灰时可利用手动装置使链轮回 转，也可开动电机机械或风动马达使之回转。在炉外装有 阀门和传动机构，在吹灰器的吹灰管穿过炉墙处设有防止 空气漏入的密封装置。这种吹灰器结构简单，但由于吹灰 管长期在炉内，管子容易损坏，蒸气喷孔容易堵塞。可伸 缩式吹灰器的结构比固定回转式复杂，它的喷枪只在吹灰 时才伸入炉内，吹毕又自行退出，故不易损坏。这种吹灰 器一般在高温烟气区使用。
空气预热系统
随着加热炉的大型化发展和对加热炉效率 要求的提高，目前常减压装置已普遍采用强制 通风空气预热器，一般不采用自然通风。与自 然通风相比，强制通风空气预热主要有以下好 处： 1、有助于实行风量自动控制，降低过剩空气 量； 2、有利于提高空气与油雾的混合速度，使燃 烧速度和燃烧温度上升，增强火焰的辐射能力； 3、易于控制火焰形式，使之与炉型相配合； 4、为采用新型高效燃烧器提供了条件。
管式加热炉PPT课件
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第七节 燃料的燃烧
2.燃料的组成
❖ 元素组成：碳（C）、氢（H）、硫（S）、氧（O）、 氮（N）、水份（W）、灰分（A）
❖ 确定方法
元素分析法 经验公式法
H
26
15d
20 4
C 100 (H S)
说明：①d420 ：燃料油在20℃时的相对密度－比重； ②C、H、S：质量百分数，如C=86表示86%。
四、加热炉的主要工艺指标 1.全炉热负荷Q 炉子单位时间内传递给被加热物料的总热量， 以Q表示，单位为kJ/h或W、MW； Q值越大，炉子的生产能力也越大
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第六节 管式加热炉概述
2.炉膛体积热强度qV ❖指单位时间单位炉膛体积所传递的热量 ❖单位为：kJ/(m3·h)或W/m3 ❖此值越大，完成相同任务所需的炉子越紧凑
L0 = 1/0.23(0.0267C + 0.08H + 0.01S - 0.01O) = 0.116C + 0.348H + 0.0435(S-O)
kg空气/kg燃料
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第七节 燃料的燃烧
气体燃料：
V0 = ΣV0i.yi
1
n
V0
[0.5 0.21
y
H
2
0.5yco
(m 4) yCmHn 1.5yH2S yO2 ]
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第七节 燃料的燃烧
(2)尽量降低烟气带走的热量
降低烟气出炉温度及减少烟气流量。 降低烟气温度，必须注意烟气与油、气的传热 温差和露点腐蚀问题；减少烟道气流量，通常只 能通过降低α才能达到（Wc=(αL0+1.5)B），而 降低α必须选用合适的火嘴，以保证燃料充分燃 烧。
第七节 燃料的燃烧
2.燃料的组成
❖ 元素组成：碳（C）、氢（H）、硫（S）、氧（O）、 氮（N）、水份（W）、灰分（A）
❖ 确定方法
元素分析法 经验公式法
H
26
15d
20 4
C 100 (H S)
说明：①d420 ：燃料油在20℃时的相对密度－比重； ②C、H、S：质量百分数，如C=86表示86%。
四、加热炉的主要工艺指标 1.全炉热负荷Q 炉子单位时间内传递给被加热物料的总热量， 以Q表示，单位为kJ/h或W、MW； Q值越大，炉子的生产能力也越大
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第六节 管式加热炉概述
2.炉膛体积热强度qV ❖指单位时间单位炉膛体积所传递的热量 ❖单位为：kJ/(m3·h)或W/m3 ❖此值越大，完成相同任务所需的炉子越紧凑
L0 = 1/0.23(0.0267C + 0.08H + 0.01S - 0.01O) = 0.116C + 0.348H + 0.0435(S-O)
kg空气/kg燃料
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第七节 燃料的燃烧
气体燃料：
V0 = ΣV0i.yi
1
n
V0
[0.5 0.21
y
H
2
0.5yco
(m 4) yCmHn 1.5yH2S yO2 ]
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第七节 燃料的燃烧
(2)尽量降低烟气带走的热量
降低烟气出炉温度及减少烟气流量。 降低烟气温度，必须注意烟气与油、气的传热 温差和露点腐蚀问题；减少烟道气流量，通常只 能通过降低α才能达到（Wc=(αL0+1.5)B），而 降低α必须选用合适的火嘴，以保证燃料充分燃 烧。
第四章管式加热炉
混 合 的 先 后 可 分 为
预混式 ：结构复杂，对燃料要求高，易发生回火。 喷射式 ：瓦斯-空气未经预先混合，而是由燃烧器
的不同通道分别进入炉内，然后借助扩 散作用使两者在炉中边混合、边燃烧(即 扩散燃烧)。 半预混式 一部分空气靠引射器吸入预先混合 （一次空气），其余部分则靠外部大气供 给，与燃料边烧边混合（二次空气）。
燃烧必须具备的条件：可燃物、空气、温度 燃料的化学组成：C、H、少量的S、N、O等元素
理 按化学反应的需氧量
论 C+O2=CO 2
燃烧1kg碳需用氧=2.67 kg
空 2H2+O2=2H2O 燃烧1kg氢需用氧=8 kg
气 S+O2=SO2
燃烧1kg硫需用氧=1 kg
量 燃烧1kg燃料由空气供给的理论用氧量为（kg）
管式加热炉的其他部件
一、炉管：是加热炉形成传热表面最重要的 组成部分。主要考虑耐热性、耐腐蚀性、 机械强度、炉管表面热强度。
二、回弯头：将炉管连成一个整体的部件， 分为可拆和不可拆两种。与炉管连接有膨 胀法和焊接法。
三、管件与管板：为防止炉管在炉内受热弯 曲变形而采用管架支持，用耐高温的合金 钢制造。
按燃烧所用空气的供给方式可分为
引射式（空气靠瓦斯本身吸入）和混合式 （空气靠鼓风机供给）
液体燃烧器（油嘴）
雾 机械雾化
化 方
低压空气雾化
法 高压水蒸气雾化（炼油厂常用）
高压水蒸气雾化燃烧器：
水蒸汽与燃料油在燃烧器内不进行混合， 二者由不同的孔道分别喷出。
水蒸汽与燃料油在火嘴内混合形成泡沫状 物质，再由小孔按适宜角度喷入空气流中。 （内混式水蒸气雾化燃烧器）
无焰燃烧炉，即把双面辐射与无焰火嘴相结 合的一种新型炉。
第四章管式加热炉
圆筒炉
1、结构：
2、特点： 辐射锥的作用：使炉管不仅在 径向上热强度分布均匀，而 且在轴向的热强度也趋于均 匀。 优点：结构简单、紧凑、占地 面积小、投资省、施工快、 热损失少。 缺点：炉管表面积热强度较其 他炉型低；立管用机械除焦 也较困难，所以圆筒炉适用 于油品的纯加热。
无焰炉
随着炉型的不断改进，炉管的表面热强度和 炉管的受热均匀性大为改善，但同一根炉 管面像火焰和背对火焰两面受热不均匀， 由此就产生了双面辐射加热炉。 无焰燃烧炉，即把双面辐射与无焰火嘴相结 合的一种新型炉。
1、结构： 外形与立式炉相似，炉 中间排辐射管，顶部排对流 管，两侧炉墙布满火嘴。 燃烧气体与空气混合极 为完全，再加上耐火砖的催 化作用和分化作用，燃烧速 度极快，在燃烧器孔道里就 完成燃烧的全部过程，因此 没有火焰。
2、特点： 炉管双面接受辐射，受热比较均匀，辐射管 表面热强度大；由于火嘴很多，所以能够 灵活地调节各处受热强度；辐射室宽度更 窄，炉膛结构紧凑；散热损失小，空气过 剩系数小，烟气带走热量少，因此热效率 高；处理量比一般炉型大；造价低。 只适宜烧气体燃料，使用上受到限制。
求每千克燃料燃烧时所需要的理论空气量？
CH4 组分 %（体） 31 C2H4 3.9 C2H6 21.2 C3H6 10.7 C3H8 11.9 iC4H10 5.6 nC4H10 4.3 C4H8 5.5 C5H12 1.1 H2S 3.6 CO2 1.2
解：
0.0619 n L0 [0.5yH 2 0.5yC O (m )yC m H n 1.5yH 2S y O 2 ] 4 0.06192 31 3 3.9 3.5 21.2 4.5 10.7 5 11.9 6 . 5 5 . 6 6 . 5 4 . 3 6 5 . 5 8 1 . 1 1 . 5 3 . 6 1.52 14.9kg空气/kg燃料
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
炼油厂管式加热炉
烟气露点腐蚀
烟气露点腐蚀主要和使SO2转化成SO3的因素有关， 和总硫关系不大。建议最低金属温度
金属温度 0C 177
149 121 93
66
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
燃料含硫％W
API 560-95
烟气露点腐蚀影响因素（和氧化氮相似） l 燃料含硫量 l 燃料和烟气添加剂（喷氨或氧化镁） l 烟气氧含量 l 烟气水分含量 l 燃烧温度（燃料流量） l 炉子清洁度 l 燃烧器设计（烟气内循环25%，SO3 减少一 半 露点温度相当6℃ 减少腐蚀1/3）
API 560-95
炉墙 陶纤材料：用于热面最小厚度25毫米，密度大于 128KG/M3针刺材料； 用于耐热层最小厚度38 毫米，密度大于240KG/M3纤维板； 用于背层 密度大于96KG/M3纤维板 烟气流速 ： .>12.2M/S不用于耐热层 12.2M/S－24.4M/S 热面层用湿毯 >24.4M/S 热面层不能用陶纤材料 腐蚀 ： 燃料含硫大于10PPM 壳体表面涂耐温 度177℃涂料； 燃料含硫大于500PPM 用188(304) 薄板作水汽保护隔板（在设计计算露点 高56℃位置）
积灰
项 目 松散性积灰 粘结性积灰
形成机理
产生场合 积灰分布形成 积灰特征 烟气流速影响
分子引力及静电作 用
固体、气体燃料炉 及过程流体 主要在管子的背面 有脱落的可能 速度增加积灰减少
分子间较强的粘结作 用
燃烧不充分的燃油及 过程粘性流体 主要在管子的正面 有无限生长的趋势 速度增加积灰加剧
流体阻力
积灰的清除
阻力增加缓慢
容易
阻力增加较快
困难
吹灰器
管式加热炉的使用与维护PPT教案
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4、大型方炉
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按用途分类
炉管内进行化学反应的炉子 炉管内装催化剂的，如烃类蒸汽转化炉。 炉管内不装催化剂的，如乙烯裂解炉。
加热液体的炉子 管内无相变化、单纯的液体加热炉 管内进口为液体、出口为汽、液混相 进口为液相、出口全部汽化的炉子
气体加热炉 不易结焦, 当气体量很大时，炉管的路数很多，注意从结构上保证各路
但由于燃烧火焰猛烈，需特别重视火焰与炉 管的间距以及燃烧器间的间隔，尽可能使炉 膛受热均匀、火焰不冲刷炉管并实现低氧完 全燃烧。
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5、通风系统 通风系统的任务是将燃烧用的空气导入燃烧器，
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。 自然通风方式：依靠烟囱本身的抽力，不消耗 机械功，当炉内烟气流动阻力不大时，一般 采用该方式。 强制通风方式：要使用风机，消耗机械功，当 炉子结构复杂或装有空气预热器，烟气流动 阻力较大时，则使用该方式。
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2、炉墙 炉墙主要有砖结构、轻质耐热混凝土结构及耐火纤
维毡结构三种类型。 砖结构：由耐火层、保温层及钢板保护层组成。 轻质耐热混凝土结构：用保温钉固定在表面钢板上，
厚度随使用部件的温度不同而不同。优点：可塑 性强、施工简便、有较强的抗冲刷能力。 耐火纤维毡结构：用甲基纤维素为粘结剂的软毡。 优点：耐热性和保温性良好，具有良好的吸收噪 声的特性一，结构简单，施工方便。缺点：造价 较高，一般只用于耐火层，抗冲刷性能较差。
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3、作用 在石油化工工业中被广泛应用，其投资比
例一般占装置总投资的10%～14%。管式加 热炉的设计、制造、安装及操作是否先进 合理，对生产装置的原料处理量、产品的 质量和收率、能耗及生产周期等指标都有 重要影响。
4、大型方炉
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按用途分类
炉管内进行化学反应的炉子 炉管内装催化剂的，如烃类蒸汽转化炉。 炉管内不装催化剂的，如乙烯裂解炉。
加热液体的炉子 管内无相变化、单纯的液体加热炉 管内进口为液体、出口为汽、液混相 进口为液相、出口全部汽化的炉子
气体加热炉 不易结焦, 当气体量很大时，炉管的路数很多，注意从结构上保证各路
但由于燃烧火焰猛烈，需特别重视火焰与炉 管的间距以及燃烧器间的间隔，尽可能使炉 膛受热均匀、火焰不冲刷炉管并实现低氧完 全燃烧。
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5、通风系统 通风系统的任务是将燃烧用的空气导入燃烧器，
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。 自然通风方式：依靠烟囱本身的抽力，不消耗 机械功，当炉内烟气流动阻力不大时，一般 采用该方式。 强制通风方式：要使用风机，消耗机械功，当 炉子结构复杂或装有空气预热器，烟气流动 阻力较大时，则使用该方式。
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2、炉墙 炉墙主要有砖结构、轻质耐热混凝土结构及耐火纤
维毡结构三种类型。 砖结构：由耐火层、保温层及钢板保护层组成。 轻质耐热混凝土结构：用保温钉固定在表面钢板上，
厚度随使用部件的温度不同而不同。优点：可塑 性强、施工简便、有较强的抗冲刷能力。 耐火纤维毡结构：用甲基纤维素为粘结剂的软毡。 优点：耐热性和保温性良好，具有良好的吸收噪 声的特性一，结构简单，施工方便。缺点：造价 较高，一般只用于耐火层，抗冲刷性能较差。
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3、作用 在石油化工工业中被广泛应用，其投资比
例一般占装置总投资的10%～14%。管式加 热炉的设计、制造、安装及操作是否先进 合理，对生产装置的原料处理量、产品的 质量和收率、能耗及生产周期等指标都有 重要影响。
管式加热炉剖析
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。