管式加热炉

1管式加热炉的特征（前言）：（1）被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体和液体，而且，这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质，同锅炉加热水和蒸汽相比，危险性大，操作条件要苛刻得多。（2）加热方式为直接受火式，加热温度高，传热能力大。（3）只烧气体或液体燃料。（4）长周期连续运转，不间断操作，便于管理。

2管式加热炉的传热性能主要技术指标（P3）：热负荷、炉膛热强度、炉管表面热强度、加热炉的热效率、炉膛温度、管内流速及压力降。

3如何选择炉管表面热强度，该数值是否能任意提高，受哪些因素的限制(P3)：炉管表面热强度越大，完成相同热任务所需的传热面积越小，使用的炉管就越少，炉子体积可以减小，投资可以降低。但如果炉管表面热强度过高,将引起炉管局部过热，从而导致炉管结焦，破裂等不良后果。

4管式加热炉的主要部件(P3)：炉管、弯头、管架与管板、火嘴以及各种配件，如烟道挡板、看火门、防爆门、人孔门、吹灰器、灭火蒸气管等。

[管式加热炉一般结构(P1)：辐射室（炉膛）、对流室、通风系统、燃烧器（火嘴）。]

5燃料的低发热值(P27)：燃料完全燃烧，其燃烧产物中的水分仍以气态存在时所放出的热量。

6过剩空气系数大小的影响(P30)：过剩空气系数太大，入炉空气量多，相对降低了炉膛温度和烟气的黑度，影响传热效果。在加热炉排烟温度一定时，过剩空气系数大则排烟量大，烟气从烟囱带走的热量多，增加热损失，全炉热效率降低。过多的空气还会使烟气中含氧量高，加剧炉管表面的氧化腐蚀，缩短管子的寿命。减小过剩空气系数虽有许多好处，但一个重要前提是必须保证燃料完全燃烧，否则会加大化学不完全燃烧和机械不完全燃烧的损失，炉子热效率仍会降低。总之应在保证燃料完全燃烧的前提下，尽量降低加热炉的过剩空气系数。

7提高加热炉热效率的主要措施(P35)：（1）采用高效、大能量的燃烧器，提高燃烧质量。（2）监控烟气中的氧和一氧化碳含量，降低过剩空气系数。（3）增设空气预热器或余热锅炉，回收烟气余热。（4）对流室采用钉头管或翅片管，设置自动吹灰器，强化对流式的传热过程，使之多吸收热量。（5）采用低传热系数的耐火绝热材料，降低炉壁散热损失。（6）加强堵漏，减少漏入炉膛的空气量。（7）采用计算机或数字控制仪进行最佳燃烧控制。

8气体辐射的特点(P43):气体的辐射有选择性并在整个容积中进行。(气体的辐射和吸收对波长具有选择性，能量的发射和吸收在整个气体容积中进行。火焰辐射与发光状况有关)

9辐射室传热的复杂性(P55)：辐射室的炉膛散热有损失；烟气在流动方向上有温度梯度，整个炉膛内的烟气温度不均匀，甚至炉膛内各点烟气温度都不同；各处管壁的温度不相等的；暴露炉墙接受烟气放出的热量又将热量反射给排管，同时向大气散热损失热量。由此可见辐射室中的传热过程相当复杂。

10罗伯-依万斯法的辐射室传热模型(P56)：其实质是一个气体(烟气温度一致并与辐射室的烟气出口温度相等)、一个受热面(排管看做吸热面温度为平均温度)和一个反射面（暴露炉墙看做反射面温度相同）的传热模型，简称一个气体区的模型。

11罗伯-依万斯法的理论基础(P56)：联立辐射室的传热速率方程式和热平衡方程式即可得到辐射室热负荷和烟气出辐射室的温度。

12对流室传热计算的理论基础(P86)：联解传热速率方程和热平衡方程所组成的方程组。

13炉管内压力降计算的目的(P104)：确定流体入炉时的压力，从而可以根据此压力进行选泵。(炉管内压力降较大，输送介质的泵就需要较高扬程，太大时会因所需扬程过高选不到合适的泵。)

14炉管内流体的流动特点(P104)：流体在炉管内的流动与一般管道内的流动不同，流动过程中要吸收热量，物性参数随行程而变(如温度、压力、相态、焓)，有的还发生化学反应。

15管式加热炉炉管管内流速的选择(P105)：对于气、液混相的炉管内，流速的低限是必须保证流型符合要求，以避免局部过热，流速的上限是临界流速（即该状态的声速）。

(流速加大时，介质停留时间短，减少结焦分解的危险，还可以增加传热系数；但过大流速，压力降(与

流速平方成正比)会变得大造成不必要的能量损失，甚至不满足工艺要求。一般最大流速为临界流速80%-90%)

16管内气液两相流压力降确定的复杂性(P108)：(1)气液两相流没有直接的类似于摩擦系数与雷诺数之间的关系。(2)气液相流速不同，存在相对运动，产生内摩擦损失而使压力降低。(3)由于液相滞留量存在，管内实际流通截面积减小，会使压力降增加。(4)在垂直管内，液相连续不断的上升和下降，也会消耗能量而形成压力降。

17炉管内气液两相流的适宜流型(P113)：炉管内汽液两相流的流型最好是雾状流(不允许出现液节流)；泡点附近允许出现环状流或分散气泡流，除此之外，其它流型均应避免；当定位点表示的流型完全不符合要求时，可以缩小炉管直径或加大注入的水蒸汽量来获得适宜的流型。

18加热炉烟囱的作用(P122)：产生抽力使烟气在加热炉中不断流动，同时把烟气送到高空排出，以减少地面污染。

19烟囱高度和炉子本身高度各有什么作用（P122）：烟囱高度所形成的抽力用于：克服烟气流动过程中的总压力降，克服空气通过燃烧器的压力降，保证炉膛内具有一定负压。炉子本身高度所形成的抽力：辐射室高度所形成的抽力用于克服空气通过的燃烧器阻力，对流室高度所形成的抽力用来保证辐射室顶的负压和克服烟气通过对流室的压力降的一部分。

20决定烟囱高度的因素有哪些(P130)：（一）抽力（二）其它因素(1)烟囱顶的最低标高不低于附近蒸馏塔等设备的顶标高，以避免火灾，保障这些设备顶部的操作安全。(2)圆筒炉烟囱的最低高度一般应满足检修时能利用烟囱上的炉管吊环吊出辐射炉管的要求。(3)烟囱顶最高标要受航空方面的限制，特别是当加热炉所在位置位于机场附近或重要航线上时，烟囱顶标高应同有关方面协商决定。(4)烟囱顶的最低标高还受环境保护方面的限制。

21烟气余热回收的途径(P134)：利用低温介质吸收烟气的热量，如加热工艺介质，发生蒸汽或预热炉用燃烧空气。

22低温露点腐蚀机理(P136）：燃料中含有的硫全部燃烧生成二氧化硫，少量二氧化硫与氧化合成三氧化硫，烟气带有大量水蒸气，当烟气温度降低到400度以下时，三氧化硫将与水蒸气化合生成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽凝结到受热面上，发生低温硫酸腐蚀。关键是三氧化硫的生成。

23防止低温露点腐蚀的措施(P137)：提高空气预热器入口的空气温度；提高空气预热器换热面壁温；采用耐腐蚀材料；减少过剩空气系数；使用低硫燃料；低温部分采用可拆卸结构。

24回转式空气预热器的优缺点(P139)：优点：换热表面上冷凝的酸液量和硫酸浓度不断变化，露点腐蚀比管式空气预热器轻；快速流动的空气可以起到一些吹灰作用，减少了积灰；因换热元件连续转动，只一个单孔摆动吹灰器，就可以吹到冷端截面上各个部位的积灰；便于对腐蚀后的元件进行更换或调换放置位置。缺点是有转动部件，故漏风量较多，能耗大，制造要求较严格，造价较高。

25加热炉正常操作状况(P148)：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；辐射室出口的负压保持在-19.6~-39.2pa；过剩空气系数符合要求；燃烧器的燃烧状况良好，火焰刚直有力，稳定并呈天蓝色或橘黄色；各炉管没有弯曲、脆皮、鼓包、发红、发暗现象等。

26提高操作负荷的限制因素的影响有哪些？及其影响？：（1）炉膛体积：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。（2）烟气侧阻力：负荷增加，烟气量增加，阻力增加。同时烟气温度升高，抽力增加。当两者的增量处于平衡时，便是烟气侧阻力决定的上限。（3）管内流速：负荷增加，可以提高介质流速，但介质在管内流速不能过高。（4）炉膛温度：负荷越大，炉膛温度越高，超负荷运转时辐射室的结构和材料可能产生问题，易损坏支撑件。

27为什么管内结焦会使管壁温度上升，并使炉管损坏：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空隙中去，继续结焦，逐渐形成越来越厚的坚实的焦层，使管内温度急剧上升。当温度升高到允许值以上，加剧了炉管的腐蚀和高温氧化，使管壁厚度减薄，引起炉管鼓包、破裂。同时使管内压力降升高，炉子操作性能恶化甚至造成装置停产。