管式电阻炉介绍

二、特殊性和重要性
特殊性 2.1 2.1特殊性 与石油化工装置中的其它设备相比，管式炉的特殊 性在于直接火焰加热，即是直接见火设备；与一 般工业炉相比，管式炉的盘管要承受高温、高压 和介质腐蚀；与锅炉相比，管式炉盘管内的介质 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。这些就是石油化工管 式炉的特殊性。
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2.2重要性
管式炉在石油化工装置中的地位之所以重要，在于它是 主要的热能供应设备，同时也是节能的关键设备；其 基建投资占有相当高的比例；它是主要的污染源，也 就是解决环保问题的主要对象。 管式炉的燃料消耗占装置能耗的比例，管式炉投资占装 置投资的比例如下： 常减压 焦 化 连续重整 柴油加氢 制 氢 ~80 ~30 能耗比例 % 82～92 ~90 工程费 % 10～17 10～12 12～16 6～8 20～25
7.4.2 烟气直接预热空气
(1)间壁式空气预热器有管式（钢管、铸铁管、玻璃管、搪瓷管等） 空气预热器、板式空气预热器、喷流式空气预热器、套管式空气 预热器等等 (2)蓄热式空气预热器有蓄热体固定不动周期性切换风 -烟道和蓄热 体自身旋转不切换风 -烟道两种，后者也称回转式空气预热器
7.4.3 蓄热式高温空气贫氧燃烧技术简介
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蓄热式高温空气贫氧燃烧技术原理图 -19-
7.3 提高热效率应注意的相关问题
降低排烟温度的限制 (1)随着排烟温度的降低，运行费用降低，一次投资增加，应根据经
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济评价确定经济合理的末端温差。 (2)降低排烟温度在技术方面受烟气露点的限制，见图。
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降低炉外壁温度的限制
(1)炉外壁温度降到多少才是合理的？这要通过技术经济分析才能决 定。 (2)现行规范规定“在环境温度27℃，无风条件下，炉外壁温度 80℃” 是比较合理的。
7Hale Waihona Puke Baidu1降低能耗的措施
优化换热流程，降低炉子热负荷 例：800万吨/年常压炉 入炉温度 ℃ 热负荷 MW 220 103.7 293 58.1 � 加热炉与其他设备联合回收余热 例：将空冷出装置的油料引入热油式空气预热器，将空 气预热到60~80℃，再进烟气-空气预热器，既降低能 耗，又解决露点腐蚀问题。 � 提高加热炉热效率 常减压炉热效率已从1970年代以前的60~75%，提高到 现在的85~93% -13�
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环保方面的限制
随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOX增加，如果没有适当的措施 来降低NOX，则对环保是不利的。 -16-
200 最低金属壁温℃
150
100
50 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
燃料中硫的质量分数％ -17-
7.4常用空气预热器简介
7.4.1 烟气间接预热空气
(1)工艺分支物流预热空气 (2)冷进料-热油预热空气 (3)开式循环或闭式循环热载体预热空气 (4)热管式空气预热器
五、炉衬及耐火隔热材料
●炉衬结构—砖结构、衬里（浇注料、可塑料）、 陶瓷纤维结构、复合结构 ●炉衬材料选择—热面温度、温度裕量、耐火隔热 材料的分类温度或等级温度、烟气的腐蚀性 ●炉衬厚度计算 ●炉墙外壁温度—SH/T3036规定：环境温度27℃， 无风条件下，外壁温度不高于 80℃。
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7.2提高热效率的措施
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简化的热效率反平衡表达式 ： η＝(1-q1-q2-q3)×100%
η-加热炉热效率 q1 –排烟损失占总供热的比值，是排烟温度和过剩空气系 数的函数 q2 –不完全燃烧损失占总供热的比值 q3 –散热损失占总供热的比值 -14-
7.2.1降低排烟温度以减少排烟损失
⑴ 减小末端温差 ⑵ 将需要加热的低温介质引入对流室末端。 ⑶采用各种空气预热器以预热空气 ⑷采用烟气余热锅炉以发生蒸汽 ⑸除灰除垢，保证管式炉长期高热效率运转 7.2.2降低过剩空气系数以减少排烟损失 7.2.3减少不完全燃烧损失 7.2.4减少散热损失 -15-
三、重要工艺设计参数
管式炉的重要工艺设计参数有：热负荷、热效率、 辐射管热强度、管内介质流速、火墙温度、对 流室烟气流速等。
热负荷—被加热介质吸收的热量，注意不是燃料的放
热量，也不是加热炉的供给热量。它表示管式炉规模 的大小，MW。
热效率—表示供给管式炉的热量被有效利用的程度，
%。它是管式炉先进性的重要指标。 -7-
辐射管平均热强度—表示单位时间通过炉管单位外
表面积的热量，w/m2。它也是管式炉先进性的重要 指标。标准称呼是“热流密度”。
管内介质流速—表示介质在管内流动的快慢，有质
量流速（kg/m2.s）和线速（m/s）两种表达方式， 还有经济流速和品质流速之分。
火墙温度—烟气出辐射室温度，也称桥墙温度。它表
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加热炉简介
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人孔门；2—炉顶；3—尾部 烟道；4—桥墙；5—燃烧 器；6—壳体；7—对流段； 8—折流砖；9—转油线； 10—炉管；11—扩面管； 12—回弯头；13—弯头箱； 14—辐射段；15—遮蔽段； 16—看火门；17—管架； 18—耐火衬里；19—管板； 20—柱墩；21—烟囱；22— 平台
六、钢结构
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材料—Q235-BF、Q235-B、Q345-D等 结构计算 结构设计
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七、降低能耗、提高效率 及余热回收系统
管式炉的燃料消耗是炼油厂的能耗大户，见第 5页，下面以常减压装置为例进行讨论。 � 常减压装置的能耗一般占全厂能耗9.5~11%。 例如一座包括18套装置，加工中东含硫原油 800万吨/年的炼油厂，全厂能耗88.10kg标油/ 吨原油，常减压装置能耗9.85kg标油/吨原油， 占全厂的11.18% � 常减压炉燃料消耗约占常减压装置能耗的 80~90%。新设计的1000万吨/年常减压装置 总能耗9.5万千卡/吨原油，常减压炉燃料消耗 8.2万千卡/吨原油，占全装置的86.35%。 -12�
示辐射室传热的激烈程度。它也是管式炉操作中的重 要控制指标。
对流室烟气流速—烟气通过对流室管束流动的
快慢。它影响到对流传热系数的大小和烟囱的 高低。 -8-
四、盘管系统
盘管系统包括炉管及其连接件、支承件。 � 炉管及其连接件材料选择—温度、压力、介质 腐蚀性 � 炉管支承件材料选择—烟气温度及其腐蚀性 � 炉管壁厚计算—SH/T3037 � 炉管支承件强度计算 � 炉管支承方式和支承间距 -9�
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1.2 分类 石油化工管式炉按其功能可分为加热型和加热反应型两大类。 1).加热型管式炉仅对其被加热介质进行加热。 被加热介质在管式炉内吸收足够的热量后到后 续设备中进行传热、传质、分馏和化学反应等。 2).加热-反应型管式炉的炉管内介质一边吸热， 一边进行着复杂的化学反应。在这类管式炉 内，炉管不仅是传热的媒体，同时也是直接火 焰加热的反应器。 -3 -
管式炉概述
一、发展简史及其分类 二、特殊性和重要性 三、重要工艺设计参数 四、盘管系统 五、炉衬及耐火隔热材料 六、钢结构 七、降低能耗、提高效率及余热回收系统
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一、发展简史及其分类
1.1发展简史
古老的炼油工艺是釜式蒸馏，下面是一个加热釜（一口大锅）， 上面是分馏塔（笼屉）。由于加热式釜仅底部受热，传热强度 大，而釜内介质又几乎不流动，因此釜底特别容易结焦。整个操 作是间隙式的。大约在1911年出现了连续蒸馏，管式加热炉才取 代了“加热釜”，独立的蒸馏塔代替了蒸锅上的 “笼屉”。 这在炼油 工业史上是一个划时代的事件。经过大约一个世纪的发展，管式 炉已经有了翻天覆地的变化 ：从最初的“管式釜”“堆形炉”到纯对 流炉、辐射-对流炉；从单面辐射到双面辐射；从纯加热型到加热 -反应型；从几兆瓦的小型炉到几十几百兆瓦的大型炉；这就是管 式炉的发展简史。