《管式加热炉》总结_2011
管式加热炉概述
各种炉型示图一
管式加热炉的主要结构之一
燃烧器结构及作用：
燃烧器是管式加热炉的重要部件之一，加热炉所需热量是通 过燃料在燃烧器中燃烧得到的，一个完整的燃烧器包括燃料喷嘴、 配风器和燃烧道三个部分。 1、喷嘴的主要任务是燃料油雾化并形成便于与空气混合的良好条件。 2、配风器是分配和输送燃烧空气的机构，其作用是供给燃料适量的 空气，并使空气和燃料迅速完善的混合。用于烧油的配风器将供 给的空气分成一次风和二次风.一次风解决着火、稳燃和减少碳黑 生成等问题，二次风供给大量空气以保证完全燃烧。 3、燃烧道的耐火材料蓄积的热量为火焰根部提供热源，加速燃料油 的蒸发和着火，有助于形成稳定的燃烧；其次它能约束空气，迫 使其与燃料混合而不止散溢；第三是与配风气一起使气流形成理 想的流型。
1、 管式加热炉的特征：
１）被加热物料在管内流动，仅限于加热流体；而且这些流体都是易燃易爆的烃类物质， 危险性大，操作条件很苛刻； ２）加热方式为直接受火式； ３）只使用液体或气体燃料； ４）长周期连续运转，温度。 ２）没有局部过热或死角的现象，防止原料油在炉管内结焦，以延长管式炉的运转周期。 ３）在完成任务的前提下，尽量节省传热面积，降低金属消耗量。 ４）提高炉子传热效率，减少燃料消耗量。 ５）造价低和寿命长。
管式加热炉工作原理
1、管式炉的三个主要部分如图分别为：辐射室、对流室、烟囱。 2、工作原理：燃料油以雾状喷出并与空气混合后燃烧，产生高温烟 气由下至上经辐射室进入对流室与油品换热使烟气温度降低，最 后由烟囱排出。加热油品流向如下图：
原料油
烟囱
对流室
辐射室
燃料
管式加热炉的类型简介
主要类型简介：
按炉体形状划分，可以分为:箱式炉、立式炉、园筒炉和无焰炉等。 1、箱式炉有斜顶炉和方箱炉，这种炉型历史悠久，是应用较早的炉型。其 长、宽、高大致接近，辐射室和对流室用火墙隔开，火嘴装于侧壁，烟 囱设于炉外，炉管水平排列。 2、立式炉炉膛为长方形，辐射管排于炉两侧，对流管排在辐射室上部的对 流室中，炉底部设有两排火嘴，炉中间砌一堵花墙，喷火嘴在花墙两边 燃烧。 3、圆筒炉与立式炉相似，方型的对流室位于辐射室上部，烟 囱安装在对流 室的上部，并装有烟道挡板，可调节风量，火嘴在炉底中央，火焰向上 喷射。其与立式炉不同的是辐射室为圆筒式，辐射管沿圆周垂直排列成 一圈，对流管分立式和水平两种。 4、无焰炉其外型与立式炉相似，炉中间排辐射管，顶部排对流管，两侧炉 墙布满火嘴，燃烧的速度快，在燃烧道里完成燃烧的全部过程，因此没 有火焰。
管式加热炉
答：燃料性质；燃烧器的性能；炉体密封性能；加热炉的测控水平；控 制烟囱挡板。 2.正平衡法：进出加热炉的热量？ 答：入炉热量：燃料燃烧放出的热量；燃料、空气、雾化蒸汽带入的显 热；
出炉热量：被加热介质吸收的有效热量，Q ;烟气离开对流室时带走 的热量，Q1；化学不完全燃烧损失的热量，Q2；机械不完全燃烧， Q3；炉子散热损失的热量，Ql. 3.影响加热炉效率的因素？ 答：降低过剩空气系数；改进燃烧器；扩大对流室传热效果；减少炉壁 散热；使用空气预热器和废热锅炉；安装计算机自动控制系统。 4.加热炉热效率的标定测定需对划定体系的下列参数进行准确测量？ 答：1）用干球温度计测量环境温度，作为基准温度； 2）测量各种被加热介质（油料、过热蒸汽、余热锅炉工质等）在体系 入口的流量（包括油料气化率）、温度和压力，以计算有效热量； 3）测量燃料的低发热值，以及燃料、空气和雾化蒸汽在体系入口处的 温度、压力和流量，以计算供给热量 4）测量烟气离开体系时的温度，并进行烟气组成分析，以计算排烟损 失 5）测量炉外壁、风、烟道外壁以及空气预热器外壁的平均温度和环境 风速，以计算散热损失。 5.正平衡法 按照热效率定义来算加热炉的热效率，即被加热介质吸收的有效热量与 燃料燃烧放出热之比：Ƞ=Q/BQL; Ƞ-加热炉热效率；Q-被加热介质吸收的 有效热量KJ/h；QL-燃料低发热值KJ/Kg; B-燃料用量Kg/h;有效热量指加热 炉的热负荷
26.在受热面上沉积1mm厚的灰垢，热效率将降低1~3%，而实际使用的 炉管表面积垢往往达到2~3mm，甚至更多。 27.一般要求炉膛内的负压为-19.6~-39.2Pa; 28.管式加热炉的门类：看火门、防暴门、人孔门 1.管式加热炉所用的燃料有两种，是：液体燃料（重质油：常压重油， 减压渣油，裂化渣油），气体燃料（瓦斯等，主要成分H2和C1~C5）。 2.管式加热炉常用的热效率仪中分析烟气成分的仪表有 氧化锆测氧仪、 磁导式氧分析仪和二氧化碳测定仪
管式加热炉的基础知识
管式加热炉基础知识1什么叫燃烧?燃烧的基本条件是什么?答：燃烧是物质相互化合而伴随发光、发热的过程.我们通常所说的燃烧是指可燃物与空气中的氧发生剧烈的化学反应。
可燃物燃烧时需要有一定的温度,可燃物开始燃烧时所需要的最低温度叫该物质的燃点或着火点。
物质燃烧的基本条件：一是可燃物，如燃料油、瓦斯等;二是要有助燃剂,如空气、氧气;三是要有明火或足够高的温度。
三者缺一就不能发生燃烧,这就是“燃烧三条件”或“燃烧三要素”。
2燃烧的主要化学反应是什么？燃烧产物中主要成份是什么？答:主要化学反应：C＋O2→CO2＋热量2H2＋O2→2H2O＋热量S＋O2→SO2＋热量燃烧产物（烟气）中主要成份:二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2)、水蒸汽（H2O）、氮气（N2)、多余的氧（O2）3什么是辐射传热、对流传热？答：辐射传热是一种由电磁波来传递能量的过程，所传递的能量叫做辐射能,辐射具有微粒性（光子）和波动性（电磁波）两重性质.对流传热是液体或气体质点互相变动位置的方法将热量自空间的一部分传递到其他部分.4什么叫管式加热炉？它有哪些特性？答：管式加热炉是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中使用的工艺加热炉，它具有其它工业炉所没有的若干特点.其基本特点:具有用耐火材料包围的燃烧室,利用燃料燃烧产生的热量将物质加热的一种设备.管式加热炉特性:1)被加热物质在管内流动,故仅限于加热气体或液体；2）加热方式为直接受火式；3）只烧液体或气体燃料；4）长周期连续运转,不间断操作。
5管式加热炉的工作原理是什么？答:管式加热炉的工作原理是：燃料在管式加热炉的辐射室（极少数在单独的燃烧室）内燃烧，释放出的热量主要通过辐射传热和对流传热传递给炉管，再经过传导传热和对流传热传递给被加热介质,这就是管式加热炉的工作原理.6管式加热炉的主要特点是什么？答：与炼油装置的其他设备相比，管式加热炉的特殊性在于直接用火焰加热；与一般工业炉相比,管式加热炉的炉管承受高温、高压和介质腐蚀；与锅炉相比，管式加热炉内的介质不是水和蒸汽，而是易燃、易爆、易裂解、易结焦和腐蚀性较强的油和气，这就是管式加热炉的主要特点。
管式加热炉的基本知识
管式加热炉的基本知识一、管式加热炉的分类与特征各种管式加热炉通常可按外形或用途来分类。
1.按外形大致可分为四类：箱式炉、立式炉、圆形炉、大型方炉。
这种划分方法是按辐射室的外观形状区分，而与对流室无关。
例如：所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一箱子状的六面体。
所谓立式炉，其辐射室为直立状的六面体，其宽度要窄一些，两侧墙的间距与炉膛高度之比约为1：2。
1.1箱式炉1.1. 1横管和立管大型箱式炉如图2.5.1、图2.5.2所示，这两种炉型结构基本一致，只是一为横管、一为立管。
它们的优点是只要增加中央的隔墙数目，可在炉膛体积热强度图2.5.1 横管大型箱式炉图2.5.2 立管大型箱式炉图2.5.3 顶烧式炉图2.5.4 斜顶炉错误！未指定书签。
不变的前提下，“积木组合式”地把炉子放大。
该炉型适合于大型炉，其主要缺点是敷管率低，炉管需要合金吊挂，造价高，需设独立烟囱等。
1.1. 2顶烧式炉图2.5.3为顶烧式炉。
这种炉子的燃烧器和辐射炉管交错排列，单排管双面辐射，管子沿整个圆周的热分布均匀，燃烧器顶烧，对流室和烟囱在地面。
它的缺点是炉子体积大，造价较高，用于单纯加热不经济。
目前，在合成氨厂常用它作为大型烃蒸汽转化炉的炉型。
1.1. 3斜顶炉图2.5.4为斜顶炉，它由箱式炉演变而来，砍去其炉膛烟气流动死区而变成斜顶炉。
常用的是双斜顶炉。
由于改成斜顶，使箱式炉受热不均匀性有所改善，处理量也可加大。
其对流室在中间，烟气下行经地下或地面烟道排入烟囱内，也可在烟道处加装空气预热器，提高炉子热效率。
这种炉子没有克服箱式炉的其它缺点，除老装置原有使用外，新建装置很少采用。
1.2立式炉1.2.1底烧横管立式炉图2.5.5为底烧横管立式炉，传热方式与箱式炉相似，辐射室保持了立式炉特点。
炉管布置在两侧，中间是一列底烧的燃烧器，烟气由辐射室经对流室、烟囱一直上行。
其燃烧器能量小，数量多，在炉子中央形成一道火焰膜，以提高辐射传热效果。
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。
管式加热炉认识实习解析
4.通风系统
作用：将空气引入加热炉中 将烟气排放出炉体 高空排放减少地面污染
利用外部气体输送机械鼓风
强制通风
分类：
一般炉膛内微正压
利用烟囱产生抽力实现引入空气
自然通风 和排除烟气
炉膛内负压
6.2 加热炉的一般结构
4.通风系统
烟囱挡板：调节烟气排出量和空气入炉量
6.2 加热炉的一般结构
5.余热回收系统
❖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 能耗）及“长周期安全运转”
6.2 加热炉的一般结构
6.2 加热炉的一般结构
1.辐射室（炉膛）
位于加热炉的底部 主要传热方式：辐射 传热份额：70～80% 加热炉的主要部位
作用：回收出对流室烟气中高品位热量， 提高炉子热效率 空气预热器
分类： 废热锅炉
6.3 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、重整炉、焦化炉 加热反应炉如乙烯裂解炉、制氢转化炉
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
（1）被加热介质是在管子里面流动，被加热的 对象仅限于流体；
（2）炉管要承受高温、高压和介质腐蚀;
（3）只烧气体或者液体燃料； (4) 长周期运转，不间断操作。
二、管式加热炉在石油加工和石油化 工中的重要性
常减压装置是原油初加工装置，其 处理能力决定了整个炼油厂加工能力 或规模。在常减压装置中，常压炉的 处理能力决定了常减压装置处理能力， 如常压炉处理能力不够，整个装置将 无法完成预定的任务。从此意义上讲， 管式加热炉的处理能力决定了整个生 产装置甚至整个炼油化工企业加工能 力或规模。
(最新整理)管式加热炉管式加热炉的特征：(1)被加热物质在管内流动
格 炉管长度主要有：6000，9000，12000，
15000mm。
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选 强度高，特别是持久强度高；
择 抗氧化和耐腐蚀性能良好；
炉 管
材 高温组织稳定性符合操作条件的要求；
料 原 则
热加工工艺性能良好； 经济性合理； 管子供应方便。
材
材 料
优质碳钢、铬钼合金钢和铬镍不锈钢
料 新型 以钴为主体的高温合金钢
的停留时间也炉越膛长热。强其度结果，介质易结焦，
炉管易炉损膛坏温。度但（流又速称过火高墙又温增度加）管内压力降，
增202加1/7/2了6 管路管系内统流的速动及力压消力耗降。
返回立式8 炉
1-3 管式加热炉的种类 按炉型结构分类 ： 立式炉、圆筒炉、大型方炉
立 式 炉
箱20式21/7炉/26
9
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炉管内不装催化剂的，如乙烯裂解炉。 加热液体的炉子
1-3 管管式内加无热相炉变的化种、类单纯的液体加热炉
按炉型管进结内 口构进 为分口 液类为相：液、体出立、口式出全炉口部、为汽圆汽化筒、的炉液 炉、混 子大相型方炉
气按体用加途热 分炉 类: 化学反应炉、加热液体的炉子
多，注不意易从结结气焦构体, 上加当保热气证炉体各、量路加很均热大匀混时，相，防流炉止体管偏的的流路炉。数子很
93.32
41.63
51.54
61.26
70.78
33
表1-3 常用管心距
炉 管 外 径
m m 60 102 114 127 152 168 219
管 心 距
m m 120, 150 172, 203 203, 230 215, 250 275, 304 275, 304 372, 438
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
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。
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
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℃
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
管式加热炉温度控制与分析
管式加热炉温度－温度串级控制系统1设计意义及要求1.1设计意义管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。
同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。
加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。
因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。
另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。
1.2设计要求1）本课程设计题目为加热炉温度－温度串级控制系统设计，课程设计时间为2周；学生对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。
2）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：① 目录；② 摘要；③ 生产工艺和控制原理介绍；④ 控制参数和被控参数选择；⑤ 控制仪表及技术参数；⑥ 控制流程图及控制系统方框图；⑦ 总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；⑧ 课程设计的心得体会（至少500字）；⑨ 参考文献（不少于5篇）；⑩ 其它必要内容等。
2方案论证2.1方案选择管式加热炉加热炉的工作原理如图1所示。
要加热的冷物料从左端的管口流入管式加热炉，而燃料从右端的管口流入管式加热炉的燃烧部分，以供热。
经加热的物料从右上端的管口流出，物料出口温度1()t θ为被控参数。
图1 管式加热炉工作原理图分析管式加热炉的工作过程可知，物料出口温度1()t θ受进入管式加热炉的物料初始温度，物料进入的流量（即物料入口的压强），进入管式加热炉的燃料的流量（也即燃料入口压强），燃料的燃烧值等因素的影响。
其中物料进入的流量（即物料入口的压强）和进入管式加热炉的燃料的流量（也即燃料入口压强）是影响物料出口温度1()t θ的主要因素。
管式加热炉
《管式加热炉》复习题1、管式加热炉的特征？答：（1）被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体和液体，而且，这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质，同锅炉加热水合蒸汽相比，危险性大，操作条件要苛刻得多。
（2）加热方式为直接受火式，加热温度高，传热能力大。
（3）只烧气体或液体燃料。
（4）长周期连续运转，不间断操作，便于管理。
2、管式加热炉传热性能的主要技术指标？答：（1）热负荷（2）炉膛热强度（3）炉管热强度（4）加热炉的热效率（5）炉膛温度3、如何选择炉管表面热强度，该数值是否能任意提高，受哪些因素的限制？答：如果炉子的传热面积相同，则热强度越高，生产能力就越大。
因此，热强度的大小标志着炉子传热面效能的高低。
在管式加热炉的设计或操作中，都希望尽可能的提高辐射管的表面热强度，但由于被加热介质的热稳定性和选用炉管的材质因素的影响，热强度的数值不能任意提高，而是有一定的限制，这个限制数值叫做容许热强度。
4、全炉热效率表达式，分析影响热效率大小的关键因素？答：因素：（1）烟气带走的热量（2）炉子散热损失（3）不完全燃烧损失（4）与过剩空气系数和炉子排烟温度有关。
5、管式加热炉的主要部件？答：炉管，弯头，管架与管板，火嘴以及各种配件，如烟道挡板，看火门，防爆门，入孔门，吹灰器，灭火蒸汽管等。
6、燃料的发热值？答：燃料的发热值是指单位质量或单位体积的燃料完全燃烧时所放出的热量，即最大反应热。
7、过剩空气系数大小的影响？答：过剩空气系数太大，入炉空气量多，相对降低了炉膛温度和烟气的黑度，影响传热效果。
加热炉的排烟温度一定时，过剩空气系数大则排烟量大，使烟气从烟囱带走的热量多，增加了热损失，全炉热效率降低。
过多的空气还会是烟气中含氧量高，加剧炉管表面的氧化腐蚀，缩短管子的寿命。
8、提高加热炉效率的主要措施？答：（1）采用高效、大能量的燃烧器，提高燃烧质量。
（2）监控烟气中的氧和一氧化碳含量，降低过剩空气系数。
（3）增设空气预热器或余热锅炉，回收烟气余热。
《管式加热炉》总结_2011
射能。
四 灰表面间的辐射换热
n个表面构成的一个封闭系统：
有效辐射：
n
Eefi i E0i i Eefjij j 1
任一表面向外发出的净辐射能：
Qi
i i
一 热辐射的特征
工业常用温度为2000K以下，波长范围：0.38～ 100μm，大部分集中在红外线区域：0.76～20μm。
太阳温度为5800K，能量集中在0.2～2μm范围内， 可见光（0.38～0.76μm ）占46%。
二 热辐射的吸收、反射和透过
1 = ρ+α+τ 其中，ρ——反射率（reflectivity）
贝尔定律：
I ,L I ,0 ek L
表明单色辐射在吸收气体中传播时其强度按指数递减。
第五节 辐射换热
一 角系数的定义 由表面1发出的辐射中落到表面2上的百分数称为表面1
对表面2的角系数，用φ12表示。 两黑体间辐射换热的净传热速率为：
Q12 A112E01 A221E02 A112 E01 E02 0 Aef T14 T24
四 辐射室的传热
传热速率方程：
QR
Acp F
5.67
Tg 100
4
Tt
4
100
40 Tg
Tt
= f( Tg′，Tt)
热平衡方程：
QR
Acp F
1
qL Q1
qg Q1
BQ1
Acp F
* 图解法进行辐射室传热计算。
五 对流室的传热
设置对流室的目的：降低排出烟气温度，减少热损失，提 高全炉热效率；降低操作费用，提高 经济效益。
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太阳温度为5800K，能量集中在0.2～2μm范围内， 可见光（0.38～0.76μm ）占46%。
二 热辐射的吸收、反射和透过
1 = ρ+α+τ 其中，ρ——反射率（reflectivity）
α——吸收率（absorptivity） τ——透过率（transmissivity）
镜体：能以镜反射的方式全部反射辐射能的物体，ρ = 1。 白体：能以漫反射的方式全部反射辐射能的物体，ρ = 1。 透明体：对热射线完全不吸收也不反射的物体，τ = 1。 黑体：能吸收全部辐射能的物体，α = 1。 灰体：能以相同的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体。
表面2向表面1发射的能量：
2,1
2a,1
A2a A2
2b,1
A2b A2
三 角系数的计算
计算方法
积分法 代数分析法 几何分析法（图表法）
代数分析法：利用角系数的相对性、完整性和可加性， 求解代数方程组。
平行圆盘间的辐射角系数
平行矩形间的辐射角系数
四 灰表面间的辐射换热
自身辐射：因表面具有一定温度而发射的辐射能，εE0 。 投入辐射：单位时间内投射到某一表面的单位面积上的
总辐射能。 吸收辐射：投入辐射中被表面吸收的一部分能量。 反射辐射：被表面反射的能量。 有效辐射Eef：单位时间内离开某一表面单位面积的总辐
射能。
四 灰表面间的辐射换热
n个表面构成的一个封闭系统：
有效辐射：
n
Eefi i E0i i Eefjij j 1
任一表面向外发出的净辐射能：
Qi
i i
Eef 3 3E03 3 Eef 1 31 Eef 2 32 Eef 3 33
1 111 Eef 1 112Eef 2 113Eef 3 1E01
221Eef 1 1 222 Eef 2 223Eef 3 2E02
331Eef 1 332Eef 2 1 333 Eef 3 3E03
Aef = A1φ12 = A2φ21
二 角系数的性质
（1）角系数的相对性
A1φ12 = A2φ21
（2）角系数的完整性
n
11 12 13 1n 1i 1 i 1
若表面1为凸表面时： φ11 = 0
若表面1为凹表面时： φ11 ≠ 0
（3）角系数的可加性
表面1向表面2发射的能量： 1,2 1,2a 1,2b
该式表明黑体的辐射能力与其表面绝对温度的四次方 成正比。
普朗克定律：表明了辐射能力按波长分布的规律。
维恩位移定律：黑体的单色辐射能力有峰值。随着温度的
增加，与峰值对应的波长λm向短波一边移 动。
兰贝特定律： I0 I0n cos
E0 I0n
第三节 固体的热辐射
辐射率或黑度：
E实际物体 E0 黑体
贝尔定律：
I ,L I ,0 ek L
表明单色辐射在吸收气体中传播时其强度按指数递减。
第五节 辐射换热
一 角系数的定义 由表面1发出的辐射中落到表面2上的百分数称为表面1
对表面2的角系数，用φ12表示。 两黑体间辐射换热的净传热速率为：
Q12 A112E01 A221E02 A112 E01 E02 0 Aef T14 T24
1E01 Eef 1 2E02
3 E0 3
112
1 222
332
113
223
1 333
1 111
221 331
112
1 222
332
113
223
1 333
1 111
Eef 2 221 331
1E01 2E02 3 E03
113
223
1 333
1 111
221 331
Eoi Eefi Ai
两表面间的直接辐射换热量：
Q12 12A1 Eef 1 Eef 2
两无限大平行平板间换热量：
Q12
A1 E01 E02
1 1 1 2 1
四 灰表面间的辐射换热
3个表面构成的封闭系统：
Eef 1 1E01 1 Eef 1 11 Eef 2 12 Eef 3 13 Eef 2 2E02 2 Eef 1 21 Eef 2 22 Eef 3 23
二 热辐射的吸收、反射和透过
可见光：黑色表面易吸收热量 ； 白色表面不易吸收热量。
不可见光：吸收率与表面的颜色无关，黑色表面与白色表 面一样吸收。吸收率的大小主要取决于表面的 状况。表面越光滑——>反射率越高。
三 物体的辐射能力、辐射强度
辐射能力——物体单位表面积、单位时间内向半球空间所有 方向发射的全部波长（λ = 0～∞）的总辐射能。 用E表示，单位：W/m2。
《管式加热炉》总结
第一节 热辐射的基本概念
一 热辐射的特征
特点：
① 热辐射可以在真空中传递，不需要任何介质。实 际上在真空中辐射能的传递效率最高。
② 辐射换热不仅有能量的传递，而且还伴随有能量 形式的转换，即发射时，由热能—>辐射能；吸收 时，辐射能—>热能。
一 热辐射的特征
工业常用温度为2000K以下，波长范围：0.38～ 100μm，大部分集中在红外线区域：0.76～20μm。
实际固体的辐射能力：
（同一温度下）
E E0 0T 4
① 大部分非金属材料的黑度很高，如光滑的玻璃ε = 0.94； 红砖ε = 0.93。
② 金属的黑度随表面氧化程度和粗糙度而异，如磨光的铜ε = 0.03，氧化铜ε = 0.60。对于同一金属材料，磨光表面黑 度较小，粗糙表面黑度大；非氧化表面黑度小，氧化表面 黑度大。
辐射强度——单位表面积、单位时间内向空间单位立体角所 发射的全部波长（λ = 0～∞）的辐射能，用I表 示，单位：W/(m2·sr)。
物体的辐射能力与辐射强度之间的关系为：
2
E Id 0
第二节 黑体热辐射的基本定律
Stefan-Boltzmann定律：
E0
C0
T 100
பைடு நூலகம்
4
W/m2
C0 5.67
第三节 固体的热辐射
固体的吸收率：一般物体的单色吸收率αλ随波长λ变化， 称物体的吸收率具有选择性。玻璃暖房 的工作原理。
克希霍夫定律：在热平衡条件下，任何物体的吸收率 等于同温度下该物体的辐射率。
第四节 气体的热辐射
特点： ① 气体辐射对波长具有选择性； ② 气体的辐射和吸收在整个容积中进行。