第六章 管式加热炉的使用与维护..

（三）油—气联合燃烧器
主要由风门，火道及燃料油喷嘴和燃料气喷嘴等组成。它可单独 烧燃料油或者燃料气，也可油，气混烧，在炼油厂管式炉上应用 最广。 四、管式加热炉的空气预热器
1.钢管式空气预热器 是使用较早的一种空气预热器，根据换热管是水平安装还是垂直 安置分为卧式和立式两种。 2.回转式空气预热器 主要由换热元件，转子，转轴，烟气和空气导管等构成。 特点是 积灰少，腐蚀轻，换热元件易于更换，单位体积的换热面积大， 缺点是有转动部件，能耗大，漏风较多，制造要求高，价格高， 不适于小型炉使用。
①螺旋管式 ②纯辐射式
（2）有反射锥的辐射-对流型
这种炉子为了强化传热，在炉膛顶部使用了反射锥， 当炉子烧劣质燃料时容易腐蚀损坏，燃烧器的火焰 尖部也容易舔到反射锥上造成烧损。
（3）无反射锥的辐射-对流型 这种圆筒炉取代上述型式，已成为现代立 式圆筒炉的主流。它取消了反射锥，能够 建造较大的炉子。它的对流室水平布置若 干排管子，并尽量使用钉头管和翅片管， 热效率较高。
三.管式加热炉的燃烧器
一个完整的燃烧器通常包括燃料喷嘴、配风器和燃烧道三部分。 燃料喷嘴是供给燃料并使燃料完成燃烧前准备的部件。燃料油喷嘴的主要任务 是使燃料油雾化并形成便于与空气混合的雾化炬。外混式燃料气喷嘴将燃料气 分散成细流，并以恰当的角度导入燃烧道，以便与空气良好混合。预混式燃料 气喷嘴则使将燃料气和空气均匀混合后供给燃烧的。 配风器的作用是使燃烧空气与燃料良好混合并形成稳定而符合要求的火焰形状。 特别是在烧燃料油的情况下，为了保证重质燃料油燃烧良好，除了使之良好雾 化外，还必须有良好的配风器，使空气和迅速、完善的混合。尤其是在火焰根 部必须保证有足够的空气供应，以避免燃料油受热时因缺氧而裂解，产生黑 烟。
三.管式பைடு நூலகம்热炉的类型
（一）按外形分类 1.箱式炉
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得 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 氨厂常用它作为大型烃蒸汽转化炉的炉 型，运转良好。
考虑，应优先选择辐射室用立 管的加热炉。
(2)对一般用途的中小负荷炉子，宜优先考 虑立式圆筒炉。
（3）单排管双面辐射加热炉一般只推荐 用
于烃类蒸汽转化和乙烯裂解等高温过程。
第二节 管式加热炉的结构
管式加热炉由辐射室、对流室、余热回收系统、 燃烧系统、通风系统五部分组成。 1、辐射室 是热交换的主要场所，火焰和高温烟气与炉管进 行辐射换热，炉管材质要求有一定的高温强度和 高温化学稳定性。
（3）立管立式炉 这是我国首创的炉型图立式炉都为横管，要用大批 高铬镍钢的管架。而这种炉型改用立管，节省了这批合金 钢，同时又保留了立式炉的优点，常用作大型加热炉的炉 型。
3、立式圆筒炉 （1）螺旋管式 当炉子热负荷非常小，而且对热效率无要求时，采用这两种炉 型。它们是最简单、最便宜的炉子。图1-14型炉内，炉管是一段盘绕 成螺旋状的小管，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 旋，易于制造，被加热介质通常只有一管程。
4.过剩空气系数α 加热炉燃料燃烧时，实际空气用量与理论空 气用量之比称为过剩空气系数，即：
实际空气量 L α ＝ 理论空气量 L0
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。
2.立式炉
（1）底烧横管式
传热机理同箱式炉差不多，只是造型上采用了立式炉的特点。 炉管布置在两侧壁，中央是一列底烧的燃烧器。烟气由辐射 室、对流室经烟囱一直上行。燃烧器能量较小，数目较多， 间距较小，从而在炉子中央形成一道火焰“膜”，提高了辐 射传热的效果。现在使用的立式炉多数采用这一型式。
（2）附墙火焰式 这种立式炉炉膛当中为一排横管，火焰附墙而 上，把两面侧墙的墙壁烧红，使火墙成为良好的 热辐射体，以提高辐射传热的效果，它比图l—7 型炉传热均匀得多，目前已成为高压加氢、焦化 等装置的主流炉型。
4、大型方炉
这种炉子用两排炉管把炉膛分成若干小间，每间 设置一或二个大容量高强燃烧器。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。
（二）按用途分类
(1)炉管内进行化学反应的炉子
这种炉子管内发生吸热化学反应。 按复杂程度来说，它代表了加热 炉技术的最高水平。它分为两种：
4、燃烧系统 是以燃烧器和配风器组成的，使 加热炉完成燃料燃烧过程。其性 能好坏直接决定燃烧质量。 5、通风系统 作用是将燃烧用的空气导入燃烧 器，将废烟气引出炉子，一般采 用机械通风方式，安装吸、送风 机。
二.管式加热炉的炉体及炉管
（一）炉体 1.钢架 钢架用以保护炉形及支承炉墙，炉管，顶盖，吊架，扶梯，平台等各部件 的重量，根据各种不同的炉形，用不同的型钢焊接而成。 2.炉墙 主要有砖结构，轻质耐热混凝土结构及耐火纤维毡结构三种类型。砖结构 的炉墙主要由耐火层，保温层及钢板保护层组成。耐火层常用的材料是耐 火砖，要求必须能耐一定的高温。保温层常用的材料主要是保温砖，要求 具有良好的保温性能。 （二)炉管及配件 1.炉管 是炉子的主要部件，其金属耗量占炉子金属总耗量的40%--50%，投资占炉 子总投资的60%以上。炉管是在具有一定腐蚀性的原料及高温高压下长期 工作的，应选择适宜的管材。要求管材持久强度要高，抗氧化性和耐腐蚀 性好。热稳定性和热加工性，特别是焊接性要好。
①炉管内装催化剂的，如烃类水 蒸气转化炉。 ②炉管内不装催化剂的，如乙烯裂解炉。
2、加热液体的炉子
可分为三种： （1）、管内无相变化、单纯的液体加热炉 （2）、管内进口为液相、出口 为气液混相的炉子 （3）、进口为液相、出口全部汽化的炉子
3、气体加热炉
如水蒸气的过热、工艺气 体的预热就使用这种炉子。它多 在较高温度下操作，但因为是纯 气相，结焦的可能性不大。应该 注意的是当气体量很大时，炉管 的路数很多，必须从结构上保证 各路均匀，防止偏流。
4、加热混相流体的炉子 这种炉子常用于加氢精制、加氢裂 化等装置的反应器进料加热。由于管内流
体从炉子入口起就是气、液混相，较上述 纯气体加热炉更难保证各路流量的均匀， 设计上要更重视管径、管内重量流速、盘 管路数的选取，以及管内流动状态的判断 和分叉管的配管设计等。
（三）、炉型选择 (1)从结构、制造、投资费用方面
1.炉出口温度
二.管式加热炉的主要工艺参数
指物料出炉时被加热的温度。不同的工艺过程，对炉出口温度 有不同的要求，操作时应该按照工艺要求严格控制炉出口温度。 2.加热炉有效热负荷Q 加热炉的有效热负荷是指单位时间内物料通过炉管所吸收的总 热量。无论吸收的热量用于升温，汽化或化学反应，均为有效 热负荷。 3.加热炉的热效率η 加热炉热效率表示管式炉体系中参与热交换过程的热能的利用 程度。它的供给能量中一般只包括燃料低热值和燃料、空气及 雾化蒸汽带入的显热。损失能量包括排烟带走的热量和散失的 热量。从这个意义上说，它也可以叫做“燃料效率”。
（一）气体燃烧器 按燃料与空气的混合形式可分为预混式、半预混式、外混式三种。 1、预混式气体燃烧器 燃烧气和空气在喷嘴内预先混合均匀，燃烧过程在燃烧道内完成， 炉膛内无火焰。 2、外混式气体燃烧器 燃料气与空气在喷嘴外一边混合一边燃烧，常用的双火道气体燃烧 器采用二次调风。第一火道是发火区燃料气与一次空气在此混合燃 烧。第二火道进入二次空气，与燃烧的气体再次混合使燃料燃烧完 全。 3、半预混式气体燃烧器 燃料气在喷嘴内与一部分空气预先混合，另一部分空气靠外部供给， 常用的类型有辐射墙式无焰燃烧器。 （二）液体燃烧器 液体燃料燃烧时需要先经过喷嘴雾化成细小微粒，进入燃烧器火道 和炉膛，在高温辐射下被加热汽化，然后才着火燃烧。燃料油雾化 方式有机械雾化和蒸汽雾化两种方式。
2.炉管配件
主要有炉管连接件和炉管支承件。把一根根炉管连接成串联的一组盘管 的连接件叫炉管弯头或弯管。常用的支承件有管板，管架，托架，拉钩 等。一般水平安装的辐射炉管的中间支承用管架，两端的支承用管板： 对流管的支承构件均用管板。对立管式加热炉，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。而仅是限制炉管水平位移， 使炉管保持稳定的支承件则称拉钩。
Qn：燃料低热值，kJ/kg燃料；
V：炉膛体积，m3。
7.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
二、管式加热炉的检修：包括中修与大修：炉管清焦，更换、炉 管与弯头连接，炉管清灰。
第三节 管式加热炉使用和维护 一、管式加热炉的操作 （一）开工操作：烘炉，除去炉墙中水分并使胶泥烧结：试压： 检查炉管及附属设备有无泄漏：开炉前的全面检查：点火 （二）正常操作：控制好进料量、进料温度、炉出口温度、炉膛 温度、过剩空气系数、火焰温度及状况，炉管压降等参数。 （三）停工操作：正常停工：紧急停工
5.辐射室烟气平均温度tg 辐射室烟气平均温度的高低对辐射室的传热效 果，炉管表面热强度等影响很大。 6.炉膛体积热强度qv 燃料燃烧放出的总热量与辐射室体积之比，称炉膛 体积热强度。 它表示单位体积的炉膛在单位时间里燃料燃 烧所发出的热量，一般用kW/m3为单位。
Qn qv＝ V
3； ：炉膛体积发热强度， kW/m qv
第六章 管式加热炉的使用与维护
目标：了解管式加热炉的工作过程及主要技术指标
了解管式加热炉的类型
掌握其主要构件的作用和特点
了解管式加热炉的检修内容
第三组：靳静云，张景芳，崔宴福，代鹏伟，吴军治
第一节 管式加热炉的工作过程及类型
一.管式加热炉的工作过程及作用
一个设备，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（固体或流体）加热，这样的 设备叫做“炉子”。工业上有各种各样的炉子，如冶 金炉、热处理炉、窑炉、焚烧炉和蒸汽锅炉等。 “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。
2、对流室 是以对流换热为主的区域。依靠高温烟气与 管束对流换热，通常采用用翅片管、钉头管 做对流管束，以强化换热。
3、余热回收系统 是用来回收对流室出来的烟气余 热，节约能源提高炉子热效率。 一类是预热炉子自身燃烧用的空 气的，称空气预热器；一类是加 热其它介质的，通常是蒸汽发生 器，称废热锅炉。
8.炉管内原料的质量流速 原料在炉管内的质量流速大一些对传热较有利，但也会使炉 管压降增大，动力消耗增加，质量流速过小对传热不利，原 料易沉积结焦，炉管易烧坏。 9.炉管压降 它是原料进出炉管的压差。正常操作下，炉管压降的变化 是判断炉管内物料是否结焦的重要标志。
10.烟气出炉温度ts 烟气出炉温度指烟气对流室的温度。为保证对流室传热效果， 烟气与被加热物料的温差不能过小，一般控制在100---150℃ 范围内。
化工生产过程中很多反应需要在特定条件下进行。
例如：乙烯生产装置中的裂解炉将石脑油或轻柴 油和一定比例的蒸汽在炉管内从600℃迅速加热到
800℃左右，在很短的时间内完成裂解反应。另外，
在化工生产过程中有使用热载体加热的设备，这
些热载体在专用的炉子里加热以循环使用。总之，
随着化学工业的发展，化工加热炉的种类、型式 日益繁多，某些炉子往往成为该领域的技术关键。