加热炉操作、控制与优化
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管内壁结上一层焦炭以后，增加了一层焦垢热阻， 使管壁温度升高。其后，气相和液相介质将继续渗透 到焦层的孔隙中去，继续结焦，逐渐形成越来越厚的 坚实的焦层，使管外壁温度最终升高到允许值以上， 炉管外表面的局部区域颜色发生明显变化。
结焦的危害
管壁温度急剧上升，加剧了炉管的腐蚀和高
温氧化，引起炉管鼓包、破裂，同时使管内压力
可编辑ppt
8
9-4 炉管的损坏 炉管损坏的形态
可编辑ppt
9
炉管损坏的原因与预防措施
原因
传热恶化 腐蚀 介质含盐 立管的氧化减薄 偏流
可编辑ppt
10
9-5 加热炉的控制
被加热介质出炉温度控制
流量的控制 燃烧控制
介质出炉温度自动调节系统
介质出炉温度与燃料流量串 级调节
抽力-烟道挡板自控系统 含氧量自控系统 含氧量-CO含量自控系统
ttRmax 炉管最高管壁温度
ttmax 管材安全许用温度
为保证生产安全
≤ t tRmax
t t max
而管壁温度 tt ti q h 1i Ri1Ri2 tt
R i1－污垢层热阻 R i2－硬焦层热阻
显然 ttRmax 受介质温度与管表面热强度控制。
以底烧立管式加热炉为例给出 t ge max 的确定方法 返回可编辑ppt
介质在层流
焦 层 脱
质量流 量是支
成 速
底层内的温度或者管壁的温度比管
率 内主流体的温度高出多少，主要取
落 速 率
配焦层 脱落速
的 因
决于炉管表面热强度和管内对流传
素 热系数等因素。
可编辑ppt
的 因 素
率的根 本因素。
6
9-3 加热炉烟气最佳含氧量
加热炉烟气含氧量应控制在既有利于燃料完全燃烧，又 不能造成不良影响的状况下。
返可编回辑ppt
19
炉膛温度优化值的确定
炉膛温度优化值是要解决投资与安全生产的矛盾。
炉膛温度t g 增加
辐射和对流平均热强度 q R 、q c 增加， 投资费用降低；
管壁温度ttR、t tc 相应增加，安全性降低。
约束条件： 目标函数t g 只受管材安全许用温度限制。 炉膛温度优化值t ge max ：
举例
20
底烧立管式加热炉t ge max 的确定
设最高热强度与最高介质温度在同一位置
qmax
1 hi
ttmaxtimax
Ri
Ri2
t t
q m a 2 . x 6 0 1 4 8 0 S d 1 F R T g 4 T t 4 m f 1 a h x R T g c T t m f 2 ax
烟气与吸热介质间的温差减小，投资费用
增加。
由综合经济效益确定排放烟气与入炉介质间的最小经济 温差，即最低经济排烟温度。
炉壁经济温度： 炉壁温度的降低
散热强度近似线性地下降 保温厚度的增加呈一条二次曲线的规律
根据节能与投资两个方面，综合考虑经济效果，决定出炉 墙外表面与大气间的最小经济温差，从而求出炉壁的经济厚度。
理论上, 正确操作时, 热效率应该有所上升。
实际上，由于炉子漏风，不易调好燃烧空气量等 问题存在，在现场操作中负荷显著降低后，炉子 的过剩空气系数变大，热效率反而下降。
超负荷时的热效率
热效率当然会逐渐降低，其下降的程度 也随炉子的使用条件和设计条件而有所不同。
可编辑ppt
4
9-2 管内结焦
结焦的形态
，使抽力。 介质流 负荷运转时
当两者的增加 速。但 结构和材料
处于平衡时， 介质在 方面可能产
便是烟气侧阻 管内的 生问题，易
力所决定的上 流速不 损坏炉管支
限。
能过高。 撑件。
可编辑ppt
2
炉子操作的下限 受热均匀性
局部过热
降低负荷后，只 点一半甚至1/3以下的 燃烧器，使各炉管受 热不均。若关小每个 燃烧器，沿火焰长度 方向炉管热强度分布 的不均匀性会比正常 负荷下大。
降量操作时，由于管内流 量减小，管内介质的传热系数 有可能大幅度下降，管内介质 的流动状态有可能改变，盘管 各路之间也更容易发生偏流。 选择管径时不仅应按正常情况 下的流量计算，还必须校核低 负荷下的管内流动状态。
可编辑ppt
3
热效率和操作负荷的关系
热效率表达式：
η
1
q1 qL Ql
降低负荷后的热效率
反映经济功能的
材料消耗少，基 建投资低；
各部件寿命长， 便于检修，维修费 用低；
燃料及辅助能耗 低，能量利用率高；
日常操作费用少。
可编辑ppt
节能目标函数优化 值的确定
炉膛温度优化值的 确定
燃烧技术的优化
辐射室的优化技术
18
节能目标函数优化值的确定
经济排烟温度：
排烟温度降低
节能收益（减少燃料消耗）增加
第九章 加热炉操作、控制与优化技术
加热炉正常操作状况
介质的总出口温度、各路流量、温差及炉膛温 度等均在工艺指标范围内；
辐射室出口处的负压保持在-19.6～-39.2Pa；
过剩空气系数要符合要求；
燃烧器的燃烧情况良好，火焰刚直有力，稳定 并呈天蓝色或桔黄色；
各炉管没有弯曲、脆皮、鼓包、发红、发暗现象， 等等。
影 炉膛负压 响
烟 燃烧器特性 气
在烟囱挡板上部增设微压控制蝶阀。 利用由外界进入蝶阀的冷风降低烟气 温度，达到减小烟囱抽力、对炉膛负 压进行微调的目的。
含 燃烧器点燃数量
氧
A
量 的
弯头箱
因 素
其他
原挡板
与调节机构联接 A
A－A
密封挡板 可调蝶阀
可编辑ppt
冷风
图9-1 微压控制机构示意图
7
烟气最佳含氧量的确定
可编辑ppt
11
可返编回辑ppt
12
可返编回辑ppt
13
返回
可编辑ppt
14
抽力-烟道挡板自控
可返编回辑ppt
15
返回
可编辑ppt
16
返回
可编辑ppt
17
9-6 加热炉的优化技术
优化设计的目标函数
优化内容
反映工艺功能的
性能稳定， 安全可靠，便于 控制，具有一定 的操作弹性；
布局合理， 符合环保要求
降升高，炉子操作性能恶化，甚至造成装置停产。
可编辑ppt
5
影响结焦的因素及防止措施 结焦过程：热裂解聚缩流速小，达不到紊流状态 聚缩物残留在管壁上 逐渐沉积形成焦层。
决定结焦多少的因素：焦炭生成速率及焦层脱落速率。
加热温度 在能满足工艺过程
影 响百度文库
基本要求的前提下，尽量降低流体
影 响
管内
焦 被加热的温度。 炭 生 管壁温度和热强度
可编辑ppt
1
9-1 加热炉操作范围
炉子操作的上限 通常允许的操作上限为设计热负荷的120% 提高操作负荷的限制因素：
炉膛体积、烟气侧阻力、管内流速、火墙温度等
操作负
荷过大， 火焰有可 能舔到辐 射室炉管 或遮蔽管 上，危及 炉子的安 全。
负荷，烟 负荷
负荷越
气量，阻力。 增加, 可 大，炉膛温
同时, 烟气温度 以提高 度越高，超
结焦的危害
管壁温度急剧上升，加剧了炉管的腐蚀和高
温氧化，引起炉管鼓包、破裂，同时使管内压力
可编辑ppt
8
9-4 炉管的损坏 炉管损坏的形态
可编辑ppt
9
炉管损坏的原因与预防措施
原因
传热恶化 腐蚀 介质含盐 立管的氧化减薄 偏流
可编辑ppt
10
9-5 加热炉的控制
被加热介质出炉温度控制
流量的控制 燃烧控制
介质出炉温度自动调节系统
介质出炉温度与燃料流量串 级调节
抽力-烟道挡板自控系统 含氧量自控系统 含氧量-CO含量自控系统
ttRmax 炉管最高管壁温度
ttmax 管材安全许用温度
为保证生产安全
≤ t tRmax
t t max
而管壁温度 tt ti q h 1i Ri1Ri2 tt
R i1－污垢层热阻 R i2－硬焦层热阻
显然 ttRmax 受介质温度与管表面热强度控制。
以底烧立管式加热炉为例给出 t ge max 的确定方法 返回可编辑ppt
介质在层流
焦 层 脱
质量流 量是支
成 速
底层内的温度或者管壁的温度比管
率 内主流体的温度高出多少，主要取
落 速 率
配焦层 脱落速
的 因
决于炉管表面热强度和管内对流传
素 热系数等因素。
可编辑ppt
的 因 素
率的根 本因素。
6
9-3 加热炉烟气最佳含氧量
加热炉烟气含氧量应控制在既有利于燃料完全燃烧，又 不能造成不良影响的状况下。
返可编回辑ppt
19
炉膛温度优化值的确定
炉膛温度优化值是要解决投资与安全生产的矛盾。
炉膛温度t g 增加
辐射和对流平均热强度 q R 、q c 增加， 投资费用降低；
管壁温度ttR、t tc 相应增加，安全性降低。
约束条件： 目标函数t g 只受管材安全许用温度限制。 炉膛温度优化值t ge max ：
举例
20
底烧立管式加热炉t ge max 的确定
设最高热强度与最高介质温度在同一位置
qmax
1 hi
ttmaxtimax
Ri
Ri2
t t
q m a 2 . x 6 0 1 4 8 0 S d 1 F R T g 4 T t 4 m f 1 a h x R T g c T t m f 2 ax
烟气与吸热介质间的温差减小，投资费用
增加。
由综合经济效益确定排放烟气与入炉介质间的最小经济 温差，即最低经济排烟温度。
炉壁经济温度： 炉壁温度的降低
散热强度近似线性地下降 保温厚度的增加呈一条二次曲线的规律
根据节能与投资两个方面，综合考虑经济效果，决定出炉 墙外表面与大气间的最小经济温差，从而求出炉壁的经济厚度。
理论上, 正确操作时, 热效率应该有所上升。
实际上，由于炉子漏风，不易调好燃烧空气量等 问题存在，在现场操作中负荷显著降低后，炉子 的过剩空气系数变大，热效率反而下降。
超负荷时的热效率
热效率当然会逐渐降低，其下降的程度 也随炉子的使用条件和设计条件而有所不同。
可编辑ppt
4
9-2 管内结焦
结焦的形态
，使抽力。 介质流 负荷运转时
当两者的增加 速。但 结构和材料
处于平衡时， 介质在 方面可能产
便是烟气侧阻 管内的 生问题，易
力所决定的上 流速不 损坏炉管支
限。
能过高。 撑件。
可编辑ppt
2
炉子操作的下限 受热均匀性
局部过热
降低负荷后，只 点一半甚至1/3以下的 燃烧器，使各炉管受 热不均。若关小每个 燃烧器，沿火焰长度 方向炉管热强度分布 的不均匀性会比正常 负荷下大。
降量操作时，由于管内流 量减小，管内介质的传热系数 有可能大幅度下降，管内介质 的流动状态有可能改变，盘管 各路之间也更容易发生偏流。 选择管径时不仅应按正常情况 下的流量计算，还必须校核低 负荷下的管内流动状态。
可编辑ppt
3
热效率和操作负荷的关系
热效率表达式：
η
1
q1 qL Ql
降低负荷后的热效率
反映经济功能的
材料消耗少，基 建投资低；
各部件寿命长， 便于检修，维修费 用低；
燃料及辅助能耗 低，能量利用率高；
日常操作费用少。
可编辑ppt
节能目标函数优化 值的确定
炉膛温度优化值的 确定
燃烧技术的优化
辐射室的优化技术
18
节能目标函数优化值的确定
经济排烟温度：
排烟温度降低
节能收益（减少燃料消耗）增加
第九章 加热炉操作、控制与优化技术
加热炉正常操作状况
介质的总出口温度、各路流量、温差及炉膛温 度等均在工艺指标范围内；
辐射室出口处的负压保持在-19.6～-39.2Pa；
过剩空气系数要符合要求；
燃烧器的燃烧情况良好，火焰刚直有力，稳定 并呈天蓝色或桔黄色；
各炉管没有弯曲、脆皮、鼓包、发红、发暗现象， 等等。
影 炉膛负压 响
烟 燃烧器特性 气
在烟囱挡板上部增设微压控制蝶阀。 利用由外界进入蝶阀的冷风降低烟气 温度，达到减小烟囱抽力、对炉膛负 压进行微调的目的。
含 燃烧器点燃数量
氧
A
量 的
弯头箱
因 素
其他
原挡板
与调节机构联接 A
A－A
密封挡板 可调蝶阀
可编辑ppt
冷风
图9-1 微压控制机构示意图
7
烟气最佳含氧量的确定
可编辑ppt
11
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12
可返编回辑ppt
13
返回
可编辑ppt
14
抽力-烟道挡板自控
可返编回辑ppt
15
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16
返回
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17
9-6 加热炉的优化技术
优化设计的目标函数
优化内容
反映工艺功能的
性能稳定， 安全可靠，便于 控制，具有一定 的操作弹性；
布局合理， 符合环保要求
降升高，炉子操作性能恶化，甚至造成装置停产。
可编辑ppt
5
影响结焦的因素及防止措施 结焦过程：热裂解聚缩流速小，达不到紊流状态 聚缩物残留在管壁上 逐渐沉积形成焦层。
决定结焦多少的因素：焦炭生成速率及焦层脱落速率。
加热温度 在能满足工艺过程
影 响百度文库
基本要求的前提下，尽量降低流体
影 响
管内
焦 被加热的温度。 炭 生 管壁温度和热强度
可编辑ppt
1
9-1 加热炉操作范围
炉子操作的上限 通常允许的操作上限为设计热负荷的120% 提高操作负荷的限制因素：
炉膛体积、烟气侧阻力、管内流速、火墙温度等
操作负
荷过大， 火焰有可 能舔到辐 射室炉管 或遮蔽管 上，危及 炉子的安 全。
负荷，烟 负荷
负荷越
气量，阻力。 增加, 可 大，炉膛温
同时, 烟气温度 以提高 度越高，超