仿真实验指导书：第十章加热炉

第十章 加热炉

一、工艺流程简介

石油化工领域常见的加热炉，目的在于使物料升高温度。从结构上看加热炉可以分解成燃烧器、燃料供给系统、炉体及有关的控制系统及紧急事故时的安全保护系统。其中炉体主要包括空气流道、燃烧段、辐射段、对流段、烟筒及调节空气流量的挡板。

1、 流程简述

本加热炉所使用的燃料气主要含甲烷与氢气，其百分比组成如下:

CH4 34.5 % C2H6 11.3 %

C3H8 6.6 % C4H10 4.9 %

C5H10 0.7 % H2 38.2 %

N2 3.8 %

燃料气供给管路系统在加热炉的结构中是较复杂的部分，见流程图10-1所示。燃料气首先经过供气总管从界区引到炉前。该管道的端头下部连有一个气、液分离罐，分离罐设两路排放管线，一路将燃料气中所夹带的水和凝液排放入地沟，另一路将燃料气管线中可能滞留的空气排入火炬系统。

在距供燃气管线端头2m处有一分支管线，将燃料气引入加热炉。此管线上设紧急切断阀HV-02，这个阀门由控制室遥控开或关。

当出现燃料气异常，如突然阻断引起炉膛熄火事故时，应首先关闭此阀。加热炉停车时也应关闭此阀。管线上装有流量变送器及孔板，用来检测记录燃料气的流量FI-01。计量单位为Nm3/d（标准立方米/天）。另外由一现场压力表PI-02显示燃料气的总压，正常值为0.5~0.8MPa.

管线引至炉底分成两路，一路供主燃烧器使用，另一路供副燃烧器使用。在主燃烧器管线上设炉出口温度控制调节阀，通过调节燃气的流量来控制炉出口温度。现场压力PI-03指示主燃烧器供气支管压力。在副燃烧器供气管线上装有一个自力式压力调节器PC-01，当燃料气总压波动时，维持副燃烧器支管压力为0.32 MPa，通过现场压力表PI-04指示。

滞留在主、副燃烧器支管中的水或非燃料气，如空气、氮气等，通过V1、V2、V3排入地沟或火炬系统。

加热炉的两个主燃烧器分别通过阀门V4、V5或V9、V10同主燃烧器供气管相连。两个副燃烧器分别通过阀门V6、V7或V11、V12同副燃烧器供气管相连。

炉膛蒸汽吹扫管线上设置V8阀。蒸汽由此管线进入炉膛。

加热炉物料为煤油，来自分离塔塔釜，经过加热后返回塔釜。加热炉在分离塔中起再沸器的作用。对于沸点较高的物料常用此方法。煤油入口管线设置切断阀HV-01、流量检测孔板及调节阀。煤油进入炉内首先经过对流段。对流段的结构相当于列管式换热器，作用是回收烟气中的余热将煤油预热。烟气走管间（壳程），煤油走管内（管程）。对流段的入口和出口分别由温度TI-01和TI-02指示。

对流段流出的煤油全部进入辐射段炉管，接受燃烧器火焰的辐射热量，最后达到所需要的加热温度后出加热炉。炉管外表面和出口设有温度指示TI-03和TRC-01调节。

加热炉炉体与烟筒总共高15m，进入炉体的空气量由挡板DO-01的开度调节。空气的吸入是在炉内热烟气与炉外冷空气的重度差推动下自然进行。对流段烟气出口处设烟气温度检测TI-04，烟气含氧量在线分析检测点AI-01及挡板开度调节与检测DO-01。炉膛中设有炉膛压力检测点PI-01。

2·燃烧器的组成及工作原理

燃烧器是加热炉直接产生热量的设备。每一个主燃烧器配备一个副燃烧器和点火孔，构成一组。主燃烧器的供气管口径大，燃烧时产生的热量也大。副燃烧器口径小，产生的热量很小，主要用于点燃主燃烧器。

点火的正确步骤是：首先用蒸汽吹扫炉膛，检测确认炉膛中不含可燃性气体后，将燃烧的点火棒插入点火孔，再开启副燃烧器的供气阀门。待副燃烧器点燃并经过一段时间的稳定燃烧后，即可直接打开主燃烧器供气阀，副燃烧器的火焰会立刻点燃主燃烧器。如果点火顺序不对，可能发生炉膛爆炸事故。

炉子的加热负荷越大，燃烧器的组数也越多。本加热炉有两组燃烧器。

3·挡板在燃烧中的作用

装在烟道内的挡板可以由全关状态连续开启达到全开状态（0~100%）。前面已提到本加热炉的进风为自然吸风。因此，挡板的作用主要用于控制进入炉膛的空气量。进入炉膛空气量的多少决定了燃烧反应的程度，即相当于一定的进风量，燃料气供给量过大，将会产生不完全燃烧。反之，进风量过大，将使烟气带走的热量增加。所以，正确的操作应当是保证完全燃烧的前提下，尽量减少空气进入量。即挡板的开度必须适中，不能过大，也不能过小。

在炉子运行中调整挡板时还应注意的一点是，当炉膛处于不完全燃烧时，开启挡板不得过快，这样会使大量空气进入炉膛，由于不完全燃烧，炉膛中有过剩的高温燃料气，会立刻全面燃烧而引发二次爆炸事故。

在炉膛处于燃烧的情况下，挡板开度较大，炉膛进风量大，炉膛负压（mmH2O ）升高，同时烟气中的含氧量也升高。反之负压减少，烟气中的含氧量减少，甚至为正压。正常工况应使炉膛内形成微负压-3.5~ -6.0（mmH2O），烟气中的含氧量在1.0%-3.0%之间。含氧量大于3%说明空气量过大。含氧量小于0.8 %说明处于不完全燃烧状态。

4· 加热炉控制系统及特点

加热炉控制系统的目的是当炉出口温度达到要求值（300℃）后使其维持不变。本加热炉的温度控制回路（TRC-01）是通过主燃烧器供气管的燃料气流量，使炉出口温度达到给定值。该控制系统是一个单回路的常规控制方案。比较特殊的地方不在调节器及回路本身，而在调节阀的特殊构造上。此调节阀在全关时仍能保持一个最小开度，以防主燃烧器熄火。

副燃烧器的供气量很小，所以采取压力自力式调节将供气压力维持在0.32MPa,以保持长明状态。

由于采用了以上控制方案，在紧急事故状态或停车时，必须将紧急切断阀HV-02彻底

关断。

二、流程图说明

加热炉工艺流程图10-1中的控制仪表及操作设备说明如下。

1．指示仪表

FI-01 燃料气流量 Nm3/d TI-01 煤油入口温度 ℃

TI-02 加热炉对流段出口温度 ℃ TI-03 辐射段炉管表面温度 ℃

TI-04 对流段烟气出口温度 ℃ PI-01 炉膛压力 mmH2O

PI-02 燃料气总压力 MPa PI-03 主燃烧器供气管分压力 MPa PI-04 副燃烧器供气管分压力 MPa DO-01 挡板开度 %

AI-01 烟气含氧量 %

图10-1 流程图画面

2．调节器

FRC-01 被加热物料煤油流量调节器 t/h

TRC-01 煤油出口温度调节器 ℃

PC-01 副燃烧器供气压力自力式调节器 MPa

3．手操器

HV-01 煤油切断阀 HV-02 燃料气紧急切断阀

DO-01 烟气挡板