管式炉加热系数

管式加热炉节能

宁波市方圆工业炉技术开发有限公司

李飞

目录

一. 管式加热炉的回顾 1

二. 管式炉热力计算的理论基础: 1

1. 辐射-对流-热传导基本理论 1

2. LOBO-EVANS法 2

三. 加热炉的节能 3

1. 工艺节能 3

2. 优化加热炉的设计方案，设计节能 3

2.1. 加热炉系统的总体布局 3

2.2. 余热回收利用方案： 5

2.3. 炉型的差别对能量利用的影响 6

3. 应用成熟可靠的设备，设备节能 10

3.1. 炉衬材料对加热炉热效率的影响 10

3.2. 金属表面温度对加热炉效率的影响 10

3.3. 总结 14

4. 加热炉在操作中的节能 14

5. 其它的几种节能手段： 17

5.1. 利用工艺废气做为加热炉的燃料 17

5.2. 利用工艺废热： 17

5.3. 不完全再生催化装置中的CO焚烧炉的节能 18 5.4. 降低其它消耗节能 20

5.5. 挖掘现有加热炉的操作潜力节能 21

5.6. 装置扩能加热炉规划 23

四. 如何使用好热管 25

1. 工业上应用的热管的优点 25

2. 工业上应用的热管的缺点 25

3. 安全地使用热管，提高热管寿命 27

3.1. 高温段的防护 27

3.2. 对热管进行低温防护 27

4. 提高在线运行热管的使用效果 28

5. 燃油加热炉的热管预热器的问题 30

五. 燃气轮机—加热炉联合系统方案 31

1. 基础资料 31

2. 联合系统的组成 32

3. 燃烧及排气计算结果 33

4. 联合系统中加热炉的操作参数及与单独加热炉的比较 33

5. 联合系统投资估算 34

6. 经济评价 34

7. 联合系统技术分析 35

8. 联合系统的技术分析 35

9. 经济分析 36

10. 结论 36

六. 我国管式炉的现状及对策 36

1. 设计规范不完善 36

2. 管式炉的制造以现场为主 37

3. 方案对比不充分 37

4. 炉膛温度800℃的限制 37

5. 新技术的应用 37

6. 加热炉的配件供应商的技术水平有待提高 37

七. 思考题： 37

一. 管式加热炉的回顾

随着工业化的发展，石油作为重要的能源形式，带动了石油炼制、石油化工等整个石化行业的发展。到目前为止，石化行业都已经世界经济中一个举足轻重的部门。

在这些行业中，目前主要使用的工艺介质加热炉是管式炉，它具有以下主要特点:

λ由于在管内流动,故被加热介质仅限于气体和液体.通常这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质,具有较大的危险性，操作条件比较苛刻。

λ加热方式主要为直接式.

燃料为液体或气体.λ

λ运转周期长，连续不间断操作.

石化行业最初的介质加热设备是具有相当不安全隐患的间歇式操作的“釜式蒸锅”，管式加热炉的出现，开创了“连续安全管式蒸馏”的新时代，这也使得大规模、超大规模石化企业的出现成为可能，因此可以说，管式加热炉具有化时代的意义。

炼油工业采用管式加热炉始于上一世纪初，经历了以下几个主要阶段：

λ堆形炉

它参考釜式蒸锅的原理。吸热面为一组管束，管子间的联接弯头也置于炉中，由于燃烧器直接装在管束下方，因此炉子各排管子的受热强度不均匀，当最底一排管受热强度高达50000-70000kcal/m2.h，最顶排管子却不到800-1000cal/m2.h，因此底排管常常烧穿,管间联接弯头也易松漏引起火灾。

λ纯对流炉，

当时认为是因为辐射热太强了，于是改为用纯对流炉。全部炉管都装在对流室内，用隔墙把对流室与燃烧室分开，避免炉管受到火焰的直接冲刷。然而，操作中又发现对流室顶排管经常烧坏，而且炉管受热仍然很不均匀。这是因为高温燃烧烟气在进入对流一之前未能和一个吸热面换热，在对流室入口处温度高达1000多℃之故。

λ辐射对流炉，

后来人们发现。在燃烧室内安装一些炉管，一方面可取走部分热量降低烟气温度，解决对流室顶管的过热烧坏问题；同时可利用高温辐射传热强度大的特点，节省上炉管，缩小炉子体积。这样，具有辐射室和对流室的管式加热炉开始出现了，其初期代表为箱式炉。

目前管式加热炉技术发展很快,它对于石油炼制和化工工艺的进步起到了很大的推动作用。可以毫不夸张地说，管式加热炉几乎参与了各类工艺过程。尤其在制造乙烯﹑氢气﹑氨等工艺过程中，它成为进行裂解或转化反应的心脏设备，支配着整个工厂或装置的产品质量﹑产品收率﹑能耗和操作服役期等。因此，认真总结加热炉的设计，计算和操作，维修经验就显得十分必要了。

二. 管式炉热力计算的理论基础:

管式炉的所有热力计算均由经典传热理论支撑,只是由于近年来计算手段的丰富出现了很多数值计算方法,但其核心仍是辐射-对流-热传导基本理论。

1. 辐射-对流-热传导基本理论

辐射传热：q=C［（T1/100）4-（T2/100）4］λ

对流传热:λ q=α﹡Δt

热传导: q=Δt﹡λ/δ (q=Δt/Ri-------λ Ri=δ/λ)

对于多层结构有如下的关系: q=Δt/ΣRi-----ΣRi=Σδ/λ+Σ1/α

加热炉的所有传热和这三个过程是密不可分的，但是在某些部位其中的一种传热过程起主要做用，这样就把炉子分为了辐射室和对流室，无论是辐射还是对流，都是通过热传导将热量从管表面传向管内的。

加热炉的传热虽然是以上三种方法进行的（经典理论方法），但是在实际加热炉这一复杂系统中需要做大量的计算模型简化才能应用以上方法，简化条件不同，就得到了不同的模型，这样对加热炉的传热计算就出现了各种不同方法。下面简单的介绍一下加热炉中最常见的计算模型Lobo-Evans法：

2. Lobo-Evans法

Lobo和Evans认为：辐射室中高温的火焰及烟气，在单位时间内传给辐射管的热量是由两部分组成的，一部分是火焰及烟气以辐射方式传给炉管的，它包括火焰及烟气以直接辐射的方式传给炉管的热量以及火焰及烟气通过反射墙间接传给炉的的热量；另一部分是烟气以对流的方式传炉管的。

Lobo-Evans法的实质是一个气体，一个受热面和一个反射面的传热模型，它有四个基本假设：