加热炉基础知识B教材

15
圆筒炉
• 缺点：
– 竖直立管不易清焦； – 存在气液分层问题； – 热效率不如立式炉高。
16
大型方炉：
17
大型方炉
• 两排炉管把炉膛分成若干小间，每间设置 一或两个大容量高强燃烧器。对流室放到 地面，可几台炉公用对流室。
• 节省占地，便于回收余热，实现炉群集中 排烟，减少大气污染。
18
1.4 加热炉的主要技术指标
8
1.3 加热炉的种类
• 加热炉按外形大致分为：箱式炉、立式炉、圆筒 炉、大型方炉。这种划分法是按辐射室的外观形 状，而与对流室无关。
• 加热炉按用途分为：炉管内进行化学反应的炉子、
加热液体的炉子、加热气体的炉子和加热 气、液混相流体的炉子。
9
1.3 加热炉的种类
箱式炉：
10Байду номын сангаас
• 立式炉：由较早的方箱炉发展改进而来。 • 底烧横管式（图1-11），附墙火焰式（图1-12）（加氢、
• 无反射锥的辐射对流型（图1-21）：最广 泛的炉型，制造简单，造价低，放大后炉 膛显得空。
14
圆筒炉
• 优点：
– 炉管自由悬挂或支撑，可自由伸缩，不受自重 的弯曲应力影响；
– 管架可安装在炉膛顶的低温处或炉膛外，无需 耐高温管架材料；
– 火焰与炉管距离相等，同一水平面受热均匀； – 占地面积少；容易建设，省投资； – 配件少；外表面积小，热损失小。
30
2.1 燃料的热工性质
• 2.1.1燃料油的低发热值
– 燃料油主要有碳和氢两种元素组成，还有硫、氧、 氮等。氧和氮含量很少，可以忽略。可以用燃料油 的相对密度估算其碳和氢的含量：
H＝26 15d420 C＝100 (H S)
– H、C、S分别为燃料油中氢、碳、硫的重量百分数， 如含碳86%，则C=86 。
的质量百分数。
32
2.1 燃料的热工性质
• 2.1.2燃料气的低发热值
– 燃料气包括H2、CO、H2S和C1~C5烃类气体， 还可能含有N2、O2、CO2、SO2等。燃料气可 近似看作理想气体。
– 燃料气低热值： Ql=∑YiQli 式中 Ql：燃料气低热值， kJ/kg燃料气；
Yi：单一气体的重量百分率； Qli：单一气体的低热值， kJ/kg；可由数据 表查得。
23
1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.4炉管表面热强度
– 炉管每单位表面积（一般按炉管外径计算表面积）、 每单位时间内所传递的热量称为炉管的表面热强度， 也称为热通量或热流率，单位为W/m2。
– 炉管表面热强度越高，在一定热负荷下，所需要的炉 管就越少，炉子体积可减小，投资可以降低，所以要 尽可能地提高炉管的表面热强度。但是，提高炉管的 表面热强度也受到一定的限制。为了使辐射炉管表面 热强度比较均匀，一般可以采用以一下方法：
炉别
<1
一般管式炉设计热负荷 MW
转化 炉或
1-2
>2-3
>3-6
>6~12
>12~2 4
裂解 >24 炉
热效
率% 55 65 75 80 84
88
90
91
29
2 加热炉有关参数介绍及计算
• 2.1 燃料的热工性质 • 包括燃料的发热量、空气量、烟气量、烟气组
成、烟气分子量和密度、烟气热焓和比热、理 论燃烧温度等。
3
4
1.2 加热炉的一般结构
• 工艺加热炉一般由辐射室、对流室、燃烧器、余 热回收系统以及通风系统五部分组成。
• 辐射室也称为炉膛，包括燃烧器和风道，炉管和 炉管支撑，耐火衬里等，传热方式主要是热辐射， 全炉热负荷的70%~80%是由辐射室担负的，是全 炉最重要的部分。由于火焰温度很高（可达15001800℃），故不能直接冲刷炉管。火焰离炉管远， 辐射传热量小，所以应尽量减小炉膛体积，节省 投资。
22
1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.3炉膛体积发热强度
– 炉膛大小对燃料燃烧的稳定性有影响，如果炉 膛体积过小，则燃烧空间不够，火焰容易舔到 炉管和管架上，炉膛温度也高，不利于长周期 安全运行，因此炉膛体积发热强度不允许过大， 一般控制在燃油时小于125 kW/m3，燃气时小 于165 kW/m3。
气不可能全部都参与燃烧，另外，也由于从炉子其他不密
封处漏入了空气，所以实际进入炉内的空气量总是比理论 空气量多，前者与后者之比叫做过剩空气系数，即：
α＝ 实际空气量 理论空气量
L L0
36
2.2 过剩空气系数
• 过剩空气系数大小的影响
– 过剩空气系数是影响炉效率的重要指标。 – 过剩空气系数大，入炉空气多：
• 1）影响传热，相对降低炉膛温度； • 2）排烟量大，热损失增加； • 3）烟气氧含量高，炉管表面氧化腐蚀。
37
2.2 过剩空气系数
• 过剩空气系数大小的影响
– 在保证燃料完全燃烧的前提下，尽量降低过剩 空气系数。
– 过剩空气系数过小：产生化学不完全燃烧，烟 气中有CO、H2、CH4。机械不完全燃烧，排烟 中有炭黑粒子，污染受热面，污染环境。
• α —— 空气系数 • O2 ——烟气氧含量，%； • CO2—— 二氧化碳生成量，kg/kg燃料； • H2O —— 液态水或汽生成量，kg/kg燃料 • W —— 雾化蒸汽量，kg/kg燃料； • SO2—— 二氧化硫生成量，kg/kg燃料； • N2——氮生成量，kg/kg燃料 • L0——理论空气量，kg/kg燃料。
5
1.2 加热炉的一般结构
• 辐射室炉墙由耐热层、隔热层和保护层组 成。耐热层除能耐高温，还有再辐射性能， 能将吸收的热量再辐射给炉膛。耐热层有 耐火砖砌筑和耐火衬里两类。尤其是陶瓷 涂料耐火衬里，不仅耐高温、耐振动、有 良好的绝热性，而且辐射系数高，增加了 辐射能力。
6
1.2 加热炉的一般结构
7
1.2 加热炉的一般结构
• 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。回收方法分为两类，一类采用空 气预热方式回收热量；另一类是采用余热锅炉回 收热量。
• 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。
• 其它的附件设备包括炉壳体、钢结构支撑、耐火 衬里、管板箱、火嘴风门、烟囱、挡板、空气预 热器、鼓风机或引风机、仪表、燃料和物料的管 线和阀门，吹扫蒸汽接口等。
38
α 29 O2 [CO2 / 44 (H 2O W ) /18 SO2 / 64 N 2 / 28] 1 (21 O2) L0
2.2 过剩空气系数
• 过剩空气系数的确定
α 29 O2 [CO2 / 44 (H 2O W ) /18 SO2 / 64 N 2 / 28] 1 (21 O2) L0
24
1.4 加热炉的主要技术指标
– ①尽量采用双面受辐射的炉管。②在圆筒炉内， 为减小沿炉管长度的受热不均匀性，要选择合 适的辐射室高径比，同时要选择合适的燃烧器， 使燃烧器的火焰长度与炉管长度不能相差太大， 例如辐射管长为15m ，选用火焰长度为12 13m 的燃烧器，这样炉管上下受热趋向均匀。 ③在立式炉内，有的在炉子侧面采用多喷嘴； 有的在两排喷嘴间加花墙；也有在炉子上部加 喷嘴，以上措施都是为了改善炉管受热均匀。
21
1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.3炉膛体积发热强度
– 燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉 膛体积发热强度，简称为体积热强度，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。 gv＝ BQl V
gv：炉膛体积发热强度，kW/m3； B：燃料用量，kg/s； Ql：燃料低热值，kJ/kg燃料； V：炉膛体积，m3。
L0i ：单一气体的理论空气量，kg空气/kg燃料
35
2.2 过剩空气系数
• 燃料在燃烧时需要氧气，在空气中氧气体积约占21 %， 氮气约占79 %，所以燃料在燃烧时需要供给空气。1kg 燃 料油在燃烧时所需理论空气量（α＝1）约为14.2kg （11Nm3）。在实际的加热炉中，由于从燃烧器进入的空
焦化装置使用 ），催化重整装置多使用环形管立式炉 （图1-13/14）。立管立式炉（图1-15），无焰燃烧炉 （图1-16）
11
立式炉
12
圆筒炉：
13
圆筒炉：
• 纯辐射式圆筒炉（图1-18、19）：热负荷 非常小，简单便宜。
• 有反射锥的辐射对流型（图1-20）：反射 锥增加炉膛内反射面积，改善受热均匀性， 但反射锥易损坏，造价高。
25
1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.5管内流速及压降
GF＝ W N •F0
GF：管内介质的质量流速，kg/（m2·s） W：管内介质流量，kg/s N：管程数，即炉管路数 F0：一根炉管的流通截面积，m2
26
1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.5管内流速及压降
– 油品在炉管内的流速不能太低，否则易使管内 油品结焦而烧坏炉管。因为流速太低时，管内 边界层厚度大，传热慢，管壁温度升高，而且 油品在管内停留时间长。但流速过高又增加了 管内压力降，增加了动力消耗，所以应在合理 的范围内力求提高流速。压力降是判断炉管是 否结焦的一个重要指标。
27
1.4 加热炉的主要技术指标
• 1.4.6热效率
– 热效率表示向炉子提供的能量被有效利用的程 度，其定义可用下式表示：
η＝ 被加热流体吸收的有效 热量 供给炉子的能量
– 有效吸热量即炉子的热负荷，热效率是衡量燃 料消耗、评价炉子设计和操作水平的重要指标。
28
1.4 加热炉的主要技术指标
• 设计规范规定：当燃料中含硫量等于或小于 0.1%，管式炉热效率不应低于下表指标。