管式加热炉
加热炉学习
一、管式加热炉的结构及工作原理1.1 管式加热炉在炼油和石油化工中的重要性管式加热炉是一种火力加热设备，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，加热在炉管中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，以供给介质在进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需的热量，保证生产正常进行。
与其他加热方式相比，管式加热炉的主要优点是加热温度高（可达1273K），传热能力高和便于操作管理。
近60多年所来，管式炉的发展很快，已成为近代石化工业中必不可少的工艺设备之一，在生产和建设中具有十分重要的地位。
例如：一个年处理量为2.5Mt原油的常减压蒸馏装置，虽所用的加热炉的座数不多，但其提供的总热量却达70MW，如果炉子加热能力不够，就会限制整个装置处理能力的提高，甚至无法完成预定的任务。
管式加热炉消耗的燃料量相当可观，一般加工深度较浅的炼厂，约占其原油能力的3%~6%，中等深度的占4%~8%，较深的为8%~15%，其费用约占操作费用的60%~70%，因此，炉子热效率的高低与节约燃料降低成本有密切的关系。
此外，管式炉炉管结焦、炉管烧穿、炉衬烧塌等事故也常常是迫使装置停工检修的重要原因。
在生产中，希望生产装置能达到高处理量、高质量和低消耗以及长周期、安全运转，大量实践表明，管式炉的操作往往是关键之一。
管式炉的基建投资费用，一般约占炼油装置总投资的10%~20%，总设备费用的30%左右，在重整制氢和裂解等石油化工装置中，则占建设费用的25%左右，因此，加热炉设计选型的好坏，还直接影响装置经济的合理性。
1.2 管式加热炉的分类和主要工艺指标1.2.1管式加热炉的分类管式炉的类型很多，如按用途分有纯加热和加热-反应炉，前者如：常压炉、减压炉，原料在炉内只起到加热（包括汽化的作用）；后者如：裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。
按炉内进行传热的主要方式分类，管式炉有：纯对流式、辐射-对流式和辐射式。
2024年管式加热炉安全管理规定
2024年管式加热炉安全管理规定____年管式加热炉安全管理规定第一章总则第一条为了保障管式加热炉的安全运行，预防事故发生，保护工作人员的生命财产安全，制定本规定。
第二条本规定适用于所有使用管式加热炉的单位和个人。
第三条管式加热炉在使用过程中，必须严格按照相关法律法规的规定进行管理，并遵守本规定的要求。
第二章管式加热炉的选择和购买第四条购买管式加热炉前，必须确保该设备符合国家标准的要求，并具有相应的产品质量检测报告。
第五条根据工作需要选择合适的管式加热炉，必须确保设备的规格、型号、容量等符合生产工艺要求。
第六条在选择供应商时，要重点考察其生产能力、质量控制体系、售后服务等方面的情况，并签订明确的采购合同。
第三章管式加热炉的安装和调试第七条管式加热炉的安装必须由具备相应资格的专业人员进行，确保设备安装牢固、接线正确、通风良好。
第八条在安装过程中，必须合理规划设备所在位置和所需的安全通道，确保设备周围没有易燃、易爆物品。
第九条完成安装后，必须进行设备的调试和试运行，并记录操作过程中的重要参数和问题。
第四章管式加热炉的日常维护和保养第十条管式加热炉的日常维护和保养工作必须由专人负责，并制定相应的维护保养计划。
第十一条定期检查设备的通风系统、电器设备、管道连接等，及时发现和处理隐患，确保设备的安全运行。
第十二条定期清洁设备的加热管和炉膛，保持设备的工作状态良好，防止灰尘和脏物对设备的影响。
第十三条每次开机前，必须进行设备的检查，确保设备工作正常，无泄漏和故障。
第五章管式加热炉的安全操作和使用第十四条使用管式加热炉的工作人员必须按照相关操作规程进行操作，并具备相关的操作技能和岗位培训证书。
第十五条工作人员在操作过程中，必须遵守设备操作规程，严禁擅自调整设备参数和关闭安全保护装置。
第十六条在使用过程中，必须配备相应的防护设备和防护用品，并定期检查其完好性和有效性。
第十七条维修、保养和清洁设备时，必须切断电源，并在相应位置标识禁止操作和高温区域。
管式加热炉
①螺旋管式炉
炉管是一段绕成螺旋状的小管，能完全排 空，虽然它属于立管式炉型，但其管内特 性更接近于水平管，能完全排空，管内压 降小。 这种炉子的主要缺点是为了便于盘绕，易 于制造，被加热介质通常宜走一路（即管 程数为1）。
螺旋管式
纯辐射式
有反射锥式
无反射锥-对流型
②有反射锥的辐射——对流型
横管大型箱式炉
立管大型箱式炉
④顶烧式
在这种炉子的辐射室内，燃烧器和炉管交 错排列，单排管双面辐射，管子沿整个圆 周上的热分布要比单面辐射均匀的多。 燃烧器顶烧，对流室和烟囱放在地面上。
它的缺点是炉子体积大，造价很高，用于 单纯加热不经济。 目前在合成氨厂用它作为大型烃蒸汽转化 炉型，运转良好。
卧管立式炉
②附墙火焰式
这种炉子用很多根弯成U字形的炉管把火焰 包围起来，用于炉管路数较多，要求管内 压力降小的场合。 随着炉子热负荷的增大，U形弯可以增加到 二个甚至三个。
大型催化重整的反应器迚料加热炉大多采 用此类炉型。
③立管立式炉
这是我国首创的炉型。 横管炉用到大量高铬镍钢的管架。
2、对流室
对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流 换热的部分，但实际上它也有一部分辐射 热交换，而且有时敷设换热还占有很大的 比例。
所谓对流室不过是挃对流传热起支配作用 的部位。 对流室内密布多排炉管，烟气以较大速度 冲刷这些管子，迚行有效的对流换热。
对流室一般担负全炉热负荷20%~30% 对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率 越高，但究竟占多大比例合适，应根据管 内流体同烟气的温度差和烟气通过对流管 排的压力损失等，选择最经济合理的比值。 对流室一般都布置在辐射室之上，与辐射 室分开，单独放在地面上也可以。为了尽 量提高传热效率，多数炉子在对流室采用 类钉头管和翅片管。
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。
管式加热炉操作方法
管式加热炉操作方法管式加热炉是采用超轻质的耐火纤维制造而成的，是一种节能电炉。
下面乔氏管式加热炉就为大家简单介绍下管式加热炉操作方法：1、在开炉之前一定要仔细检查水冷却系统、电气设备以及感应器铜管是不是完好，如果有问题，那么禁止开炉。
2、如果炉膛的绒损超过了规定，那么要及时的进行修补。
一定不能在熔损过深的坩埚内进行熔炼。
3、要有专人负责开炉以及送电，送电之后不能接触感应器和电缆。
值班的人不能擅自离开岗位，要随时注意坩埚以及感应器外部的情况。
4、在装料的时候，要检查炉料里面有没有混入易燃易爆等物品，如果有，要及时除去，严禁冷料和湿料直接加到钢液里面，当熔化液充满上部以后不能加入大块料，避免结盖。
5、在补炉和捣制的时候坩埚里面不能混入氧化铁以及铁屑等物品，捣制坩埚一定要密实。
6、浇注场地和炉前不能有障碍物，没有积水，防止钢水落地发生爆炸。
7、钢水里面不能盛的太满，手抬包浇注的时候，工作人员要配合一致，不能急走急停，浇注之后的余钢要倒入指定的地点，不能乱倒。
8、中频发电机房里面要保持清洁，不能将易燃易爆等物品以及其他的杂物带到室内，室内严禁吸烟。
管式真空炉维修1、管式真空炉气动挡板阀不能打开如果是管式真空炉前级阀打不开，原因可能是粗抽阀没有关好或者是真空计设定没到上限；如果是粗抽阀打不开，原因可能是前级阀没有关好或者是主阀没有关好；如果是主阀打不开，原因可能是粗抽阀没有没有关好或者是前级阀没开。
另外还要检查一下真空炉动力气源压力是否足够、气缸机械是否卡住、按钮是否坏掉以及机前阀气缸开关坏掉。
2、管式真空炉抽真空时，抽不上去低真空首先检查一下管式真空炉机械泵，查看泵油是否足够以及是否被污染，气镇阀是否关严，泵本身抽速是否足够；然后检查一下真空管路，查看电磁放气阀、波纹管、粗抽阀密封套、各法兰接口胶圈是否有问题；接着检查一下炉体，查看放气隔膜阀、真空规管裂、风机接线柱、各法兰接口胶圈是否有问题；再检查一下真空炉的真空计是否准确；最后检查一下罗茨泵旁通阀是否打开。
管式加热炉概述
管式加热炉的主要结构之一续
• 燃烧器分类：
按所使用的燃料不同，燃烧器可以分为燃料油燃烧器、燃料气燃 烧器和油-气联合式燃烧器三类。 1、气体燃烧器：是气体燃料燃烧的场所，其燃烧所必须的条件是： 气体燃料在一定比例下充分混合，该混合物要有一定着火温度， 并给予充分混合时间和燃烧化学反应的时间，为了满足这些条件 燃烧器必须有气嘴、火道和炉膛，才能保证燃料迅速且完全燃烧。 2、液体燃烧器：炼油厂用的液体燃料一般是重质油品，燃烧起来比 燃料气体困难，燃烧前要先行汽化，并且要蒸发、扩散与燃烧三 各过程同时进行，这就要求把液体燃料雾化成适于燃烧的细滴， 通常有三种雾花方法：机械雾化、低压空气雾化、高压水蒸气雾 化。 3、油气联合式燃烧器
管式加热炉概述
• 管式加热炉是炼油厂和石油化工厂的重要设备之一，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温 火焰与烟气作为热源，来加热管路中流动的油品，使其达到工艺规定的温度，以供给原油或 油品进行分馏.裂解和反应等加工过程中所需要 的热量，保证生产正常进行。
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，不简短操作。
管式加热炉的主要结构之二
• 炉体系统： 1、炉墙：其普遍采用的是耐火层-保温层-保 护层的结构，要求其绝热良好，热损失小， 牢固可靠，重量轻而价廉，易于建造和维修。 耐火层须能耐一定高温，常用材料是耐火砖、 耐热混凝土、耐火纤维毡等；保温层应具有 良好的保温性,常用材料有硅藻土、.膨胀珍 珠岩等；保护层可以用石棉沥青涂层或钢壳。 2、钢架：用以保持炉型和支持炉墙、管子、 顶盖、吊架、扶梯、平台等各个系统。钢架 是根据各种炉型，用不同的型钢焊接而成。
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。
管式加热炉技术问答
管式加热炉技术问答一、专用术语定义1.什么叫管式加热炉？在石油化工厂装置内所用的加热炉，都是通过管子将油品或其他介质进行加热的。
为简化起见，通常称热炉或炉子。
2．什么叫自然通风加热炉?利用烟囱的抽力吸人燃烧空气，并将烟气排出的加热炉称为自然通风加热炉。
3．什么叫强制通风加热炉？燃料燃烧所需要的空气是用通风机送入，而烟气则通过烟囱抽力排出的加热炉称为强制通风加热炉。
4．什么叫负压加热炉?利用引风机排除烟气、维持炉内负压、吸入燃烧空气的加热炉称为负压加热炉。
5．什么叫抽力平衡加热炉?用通风机送人空气，并用引风机排出烟气的加热炉称为抽力平衡加热炉。
6．什么叫抽力?抽力是在加热炉内任一点测得烟气的负压值。
7．什么叫导热?导热是指由于物体各部分直接接触而发生的热量传递。
8．什么叫对流传热?对流传热是指借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到其他部分。
9．什么叫辐射传热？辐射传热是一种由电磁波来传播能量的过程。
10．什么叫加热炉的炉体？炉体是指加热炉外壳、砌砖体、耐火材料和保温材料，并包括保温钉在内的统称。
11．什么叫加热炉的辐射室？加热炉的辐射室是指在加热炉内，主要靠辐射作用将燃烧器发生的热量传给辐射盘管内油品的那一部分空间。
12．什么叫加热炉的炉顶？炉顶是指在加热炉辐射室内，正对炉底的平顶或斜顶部分。
13．什么叫加热炉的对流室？加热炉的对流室是指在加热炉内，主要靠对流作用将燃烧器发出的热量传给对流盘管内油品的那一部分空间。
14．什么叫加热炉的烟囱？烟囱是指用来向大气排放烟气的立式设备。
15．什么叫破风圈？破风圈是指设在钢烟囱上用以减少风振的部件。
16．什么叫壁板？壁板是指用于封闭加热炉的金属钢板。
17．什么叫烟气？烟气是指包括过剩空气在内的燃烧产物。
18．什么叫尾部烟道？尾部烟道是指收集对流室尾部的烟气，将其送入烟囱或外部烟道的封闭部件。
19．什么叫烟风道？烟风道是指供空气和烟气流动的通道。
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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。
2.炉管表面热强度。
每平方米炉管单位表面积一小时内所吸收的热量叫炉管表面热强度(千卡/米2·小时)。
炉管表面热强度越高，在一定的热负荷下所用的炉管就越少，炉子的尺寸可减小，投资可降低，所以要尽可能地提高炉管的表面热强度。
但炉管表面热强度不能无限制地提高，因为：①炉管表面热强度增加，管壁温度也会增加，靠近管壁处的油品就会因过热裂解而结焦附在管壁上，增加了传热阻力，又使管壁温度进一步增加，结焦不断增厚，如此恶性循环，严重时可烧坏炉管。
所以要根据油品性质的不同控制合适的炉管表面热强度。
加大管内油品流速，就不容易结焦，炉管表面热强度可适当高些。
在检修时，须对炉管进行清焦处理。
清焦的方法主要有空气-蒸汽烧焦法和机械清焦法。
②加热炉炉膛内，各部分炉管的表面热强度是不同的，因为炉管距火焰的距离不同及炉管自身面向火焰面或背向火焰面等都会造成炉管受热不均。
这样，局部的炉管表面热强度会大于全炉平均热强度，为防止局部过热，不得不降低全炉平均热强度，尽管这是不经济的。
所以保证炉管受热均匀，提高全炉平均热强度，对延长炉管使用寿命是很重要的。
图 5 - 1 管式加热炉的主要结构3.过剩空气系数。
实际供给燃料燃烧的空气与理论空气量的比值叫做过剩空气系数。
比如1公斤燃料从理论上计算需要14.3公斤空气正好完全燃烧，而实际供给的空气量是17.2，则过剰空气系数就是17.2/14.3=1.2。
在保证燃烧完全的前提下，使炉子在低而稳定的过剩空气系数下操作是有利的。
过剩空气系数过小会造成燃烧不完全而浪费燃料；过剩空气系数过大，进入炉膛的空气量大，炉膛温度下降，影响传热效率，同时，也增加了烟气量。
此外，烟气中的氧气较多，会使炉管表面氧化加剧，缩短炉管寿命。
过剩空气系数通常取1.1~1.5左右。
4.全炉热效率。
炉子热负荷与燃料发出的总热量之比叫全炉热效率。
管式炉热效率一般为75%左右，目前先进的管式炉热效率为80%~85%，最高可达88%~92%，热效率高，表明相同的热负荷所耗的燃料量少。
燃料燃烧放出的热量，除被油品吸收外，其余的热量都被烟气带走和炉体散热损失掉。
所以提高热效率的途径有：一是改进燃烧状况，使燃料完全燃烧；二是充分回收烟气热量；三是提高炉壁的保温质量，减少炉壁散热损失。
三、管式加热炉类型炼油厂加热炉类型很多，按照管式加热炉的用途可分为纯加热炉和加热-反应炉，前者如常压炉、减压炉，原料在炉内只起到被加热的作用；后者如裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还有足够的时间进行裂解和焦化反应。
按照管式炉的结构又可分为立式炉、圆筒炉和无焰炉。
1.立式炉立式炉炉膛为长方形箱体，炉管可水平放置或垂直放置，图5-2为卧管立式炉，图5-3为立管立式炉。
卧管立式炉其辐射炉管沿炉壁横排，火焰垂直于炉管上烧，炉膛较窄．对流室置于辐射室之上，长度与辐射室相同，烟囱放在对流室顶部。
这种炉的特点是炉管沿长度方向受热均匀，另外由于其辐射室高度低，故各辐射管间的受热也比较均匀。
对流管较长对提高热效率比较有利，其缺点是为避免炉管发生过大的弯曲变形，要按一定间隔设置高合金炉管支架。
立管立式炉的结构同卧管立式炉很相似，只是炉管改为立式，其主要优点是减少了炉管支架，便于布置多管程，缺点是炉管沿管长受热不均匀，清扫困难。
立式炉在热负荷较低时，投资高于圆筒炉，一般在热负荷较大时使用。
2.圆筒炉圆简炉炉膛为直立圆筒形(图5-4)，辐射管在炉膛周围垂直地排列一周，方形对流室在圆筒体上部，对流管分水平与直立设置两种。
圆筒炉的特点是结构紧凑，造价较低。
炉管立式排列，可采用上部吊管固定，节省了管架合金材料用量。
但立式排列使得沿管长方向受热不均匀，距炉底1~5m处的管于表面热强度最高。
从热负荷上看，圆筒炉通常用作中、小型加热护，这是因为辐射管不能太长，加大炉膛直径又会提高造价。
圆筒炉的热效率偏低也使热负荷的提高受到限制。
当热负荷大于2500万千卡／小时，可选用立管立式炉。
3.无焰炉无焰炉结构见图5-5，其外形和立式炉相似，主要特点是将无焰喷嘴沿炉膛测墙均匀分布。
由于无焰燃烧，炉膛体积可缩小，传热较均匀，辐射管热强度高(可达50，000~60，000千卡/米2·时)，传热较均匀。
由于燃烧完全，过剩空气系数小，炉子热效率较高。
此外，还可按工艺要求来调节各处炉管的热强度。
但这种无焰燃烧喷嘴目前只能烧气体燃料，另外炉墙结构也比较复杂、造价较高，国内主要用作焦化炉、高温制氢的转化炉及裂解炉等。
四、管式加热炉的主要零配件1.炉管系统炉管系统包括炉管、管架和弯头。
炉管担负着加热炉的传热作用，管架和弯头是支撑和连接炉管的部件。
炉管在高温和有氧化的条件下工作，长期使用的炉管有明显的蠕变现象，在局部的过热处甚至会破裂，所以炉管的材料选择要恰当。
一般碳钢炉管只能用于低硫原油加热炉。
若要耐高硫原油的腐蚀，常用Cr5Mo炉管。
对温度高又含硫的高压加氢装置可采用18Cr-10Ni炉管。
在壁温高达850~1050℃制氢转化炉和裂解炉中．则采用Cr25Ni20或HK-40铸钢管。
在对流室内，为了提高管外烟气对管子的传热效率，常采用翅片管和钉头管，如图5-6所示。
翅片管是将L形齿形翅片缠绕在管外表面，焊接固定。
钉头管是把Φ9~Φ12mm 的钉头交错排列在管子外壁，焊接连接。
弯头是炉管的连接件，常用的有回弯头、铸造弯头和冲压弯头等，其材质有25号钢、30CrMoA、Cr5Mo、35Cr等。
图5-7为常用的箱式铸钢回弯头，它是同炉管胀接连接，适用于经常检查与除焦的炉管上；图5-8为铸钢弯头，比回弯头轻巧，与炉管焊接连接，适用于不易结焦且可烧焦的炉子上；图5-9为冲压弯头，系用炉管冲压而成，质量优于铸钢弯头。
图 5 - 6 翅片管和钉头管2.火嘴火嘴是液体燃料和气体燃料燃烧器的俗称，是燃烧系统中的重要部件。
火嘴的燃烧质量直接影响加热炉的生产能力和炉管寿命。
按照其燃烧的特点可分为火炬燃烧与无焰燃烧。
图 5 - 7 180°箱式铸钢弯头图 5 - 8 180°铸造弯头图 5 - 9 冲压弯头图 5 - 10 内混式燃油高压火嘴所谓火炬燃烧即燃烧过程有明显的可见火焰。
燃料为燃料油和炼厂气。
图5-10为一燃油火嘴，一定压力的过热蒸汽以很高的速度喷出使燃料油雾化成油汽，然后从喷头喷出燃烧。
燃料一般为渣油，因其蒸汽与燃料是在内部混合，故称内混式高压火嘴。
图5-11是用于圆筒炉和立式炉上的油气联合火嘴，可以同时烧油和瓦斯气，也可以单独烧油或烧瓦斯。
对燃油内混式高压火嘴，蒸汽与燃料油经喷头小孔喷出，调节一、二级调风器的开度，可调节和控制火焰形状及长度。
一次风大时火焰较短，二次风大时火焰较长。
所谓无焰燃烧严格地说是短焰燃烧。
它采用无焰燃烧器和气体燃料。
图5-12为一种无焰燃烧器，燃料气(瓦斯)高速(300~400 m/s)通过喷嘴，空气由风门带入，在混合管中混合，通过分布室分布到燃烧孔道中去，以极高的速度在孔道中完成全部燃烧过程，因此见不到火焰。
孔道温度很高，把硅墙烧至高温，形成一面温度较均匀的辐射墙，由炉墙把热量传结炉管。
火嘴的形式种类繁多，以上仅介绍了炼油厂常用的三种火嘴。
图 5 - 11 油气联合火嘴图 5 - 12 梅花形无焰火嘴3.炉墙系统加热炉炉壁是由外部的保护层、中间的保温层和内部的耐火层三部分所组成。
保护层用钢板制造。
保温层用保温砖和红砖砌成。
耐火层用轻质绝热材料做的耐火砖砌成。
按照炉墙砌筑方法可分承重式炉墙和挂砖式炉墙。
前者与普通建筑墙壁相似，自身承受全部重量，如有的圆筒炉就采用承重式炉墙。
后者是将耐火砖砌在挂砖架上，炉墙重量由挂砖的钢架承受，如立式炉常采用挂砖式炉墙。
无焰炉的辐射墙可全部由无焰燃烧器组成，或由间隔排列的无焰燃烧器与挂砖墙组成，无焰燃烧器与砖墙之间有绝热材料。
炉子各个系统的载荷主要是靠炉架支撑，所以炉架采用钢结构，以保证操作的安全可靠和经久耐用。
4.排烟系统由于箱式炉的烟气在对流室是自上而下流动的，所以需有烟道和另立烟囱。
立式炉、圆筒炉和无焰炉的烟气在对流室是自下而上的流动，烟气受阻力小，所以烟囱较小可设于对流室上部。
炉内烟气比外界空气的温度高、重度小，因此，可沿着烟囱上升排入大气中，同时，使空气自然流入炉膛内。
烟囱的抽力大小和烟气与外界空气温度之差，以及烟囱高度有关。
烟气与外界空气温差越高，则烟囱的抽力就越大。
为了保证烟囱有适当的抽力，烟囱的直径和高度需根据烟气量、烟气平均温度和烟气的流速等数值进行计算。
在烟囱内加设挡板，调节挡板开度就可控制一定的抽力，保证炉膛内最合适的负压。
一般要求炉膛内保持负压2~3毫米水柱，在打开看火门观察炉膛时，火焰不会外扑，确保操作安全。