工藝加熱爐基礎(chǔ)知識(shí)

吉林石化公司煉油廠姜利強(qiáng)1主要內(nèi)容1加熱爐結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)指標(biāo)2加熱爐有關(guān)參數(shù)介紹21加熱爐結(jié)構(gòu)和主要指標(biāo)1.1概述一個(gè)設(shè)備，具有用耐火材料包圍的燃燒室，利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量將物質(zhì)（固體或流體）加熱，這樣的設(shè)備叫做“爐子”。工業(yè)上有各種各樣的爐子，如冶金爐、熱處理爐、窯爐、焚燒爐和蒸汽鍋爐等。“管式加熱爐”是石油煉制、石油化工和化學(xué)、化纖工業(yè)中使用的工藝加熱爐，管式加熱爐的特征是：1）被加熱物質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，故僅限于加熱氣體或液體。而且，這些氣體或液體通常都是易燃易爆的烴類物質(zhì)，同鍋爐加熱水或蒸汽相比，危險(xiǎn)性大，操作條件要苛刻得多。2）加熱方式為直接受火式。3）只燒液體或氣體燃料。4）長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不間斷操作。341.2加熱爐的一般結(jié)構(gòu)工藝加熱爐一般由輻射室、對(duì)流室、燃燒器、余熱回收系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)五部分組成。輻射室也稱為爐膛，包括燃燒器和風(fēng)道，爐管和爐管支撐，耐火襯里等，傳熱方式主要是熱輻射，全爐熱負(fù)荷的70%~80%是由輻射室擔(dān)負(fù)的，是全爐最重要的部分。由于火焰溫度很高（可達(dá)1500-1800℃），故不能直接沖刷爐管。火焰離爐管遠(yuǎn)，輻射傳熱量小，所以應(yīng)盡量減小爐膛體積，節(jié)省投資。51.2加熱爐的一般結(jié)構(gòu)輻射室爐墻由耐熱層、隔熱層和保護(hù)層組成。耐熱層除能耐高溫，還有再輻射性能，能將吸收的熱量再輻射給爐膛。耐熱層有耐火磚砌筑和耐火襯里兩類。尤其是陶瓷涂料耐火襯里，不僅耐高溫、耐振動(dòng)、有良好的絕熱性，而且輻射系數(shù)高，增加了輻射能力。61.2加熱爐的一般結(jié)構(gòu)對(duì)流室包括遮蔽管，對(duì)流管，耐火襯里，管線支撐和掛鉤，主要傳熱方式是對(duì)流。對(duì)流室一般擔(dān)負(fù)全爐熱負(fù)荷的20%~30%，對(duì)流室吸熱量的比例越大，全爐的熱效率越高，為了盡量提高傳熱效果，對(duì)流室多采用釘頭管和翹片管。燃燒器產(chǎn)生熱量，是爐子的重要組成部分。要使火焰不沖刷爐管并實(shí)現(xiàn)低氧完全燃燒。71.2加熱爐的一般結(jié)構(gòu)余熱回收系統(tǒng)是從離開對(duì)流室的煙氣中進(jìn)一步回收余熱的部分。回收方法分為兩類，一類采用空氣預(yù)熱方式回收熱量；另一類是采用余熱鍋爐回收熱量。通風(fēng)系統(tǒng)的任務(wù)是將燃燒用空氣導(dǎo)入燃燒器，并將廢煙氣引出爐子，它分為自然通風(fēng)方式和強(qiáng)制通風(fēng)方式兩種。其它的附件設(shè)備包括爐殼體、鋼結(jié)構(gòu)支撐、耐火襯里、管板箱、火嘴風(fēng)門、煙囪、擋板、空氣預(yù)熱器、鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)、儀表、燃料和物料的管線和閥門，吹掃蒸汽接口等。81.3加熱爐的種類

加熱爐按外形大致分為：箱式爐、立式爐、圓筒爐、大型方爐。這種劃分法是按輻射室的外觀形狀，而與對(duì)流室無關(guān)。加熱爐按用途分為：爐管內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的爐子、加熱液體的爐子、加熱氣體的爐子和加熱氣、液混相流體的爐子。91.3加熱爐的種類箱式爐：

10立式爐：由較早的方箱爐發(fā)展改進(jìn)而來。底燒橫管式（圖1-11），附墻火焰式（圖1-12）（加氫、焦化裝置使用），催化重整裝置多使用環(huán)形管立式爐（圖1-13/14）。立管立式爐（圖1-15），無焰燃燒爐（圖1-16）11立式爐12圓筒爐：13圓筒爐：純輻射式圓筒爐（圖1-18、19）：熱負(fù)荷非常小，簡(jiǎn)單便宜。有反射錐的輻射對(duì)流型（圖1-20）：反射錐增加爐膛內(nèi)反射面積，改善受熱均勻性，但反射錐易損壞，造價(jià)高。無反射錐的輻射對(duì)流型（圖1-21）：最廣泛的爐型，制造簡(jiǎn)單，造價(jià)低，放大后爐膛顯得空。14圓筒爐優(yōu)點(diǎn)：爐管自由懸掛或支撐，可自由伸縮，不受自重的彎曲應(yīng)力影響；管架可安裝在爐膛頂?shù)牡蜏靥幓驙t膛外，無需耐高溫管架材料；火焰與爐管距離相等，同一水平面受熱均勻；占地面積少；容易建設(shè)，省投資；配件少；外表面積小，熱損失小。15圓筒爐缺點(diǎn)：豎直立管不易清焦；存在氣液分層問題；熱效率不如立式爐高。16大型方爐：17大型方爐兩排爐管把爐膛分成若干小間，每間設(shè)置一或兩個(gè)大容量高強(qiáng)燃燒器。對(duì)流室放到地面，可幾臺(tái)爐公用對(duì)流室。節(jié)省占地，便于回收余熱，實(shí)現(xiàn)爐群集中排煙，減少大氣污染。181.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.1熱負(fù)荷加熱爐單位時(shí)間內(nèi)向管內(nèi)介質(zhì)傳遞熱量的能力稱為熱負(fù)荷，一般用MW為單位。它表示加熱爐生產(chǎn)能力的大小。加熱爐熱效率在設(shè)計(jì)負(fù)荷下一般達(dá)到最高值，無論降低還是增加負(fù)荷，爐子熱效率都會(huì)降低。191.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.1熱負(fù)荷Q=WF[eIv+(1-e)IL-Ii]+Q0Q—加熱爐計(jì)算總熱負(fù)荷，kJ/h；WF—管內(nèi)介質(zhì)流量，kg/he—管內(nèi)介質(zhì)在爐出口的汽化率，%Iv—爐出口溫度下介質(zhì)氣相熱焓，kJ/kgIL—爐出口溫度下介質(zhì)液相熱焓，kJ/kgIi—爐入口溫度下介質(zhì)液相熱焓，kJ/kgQ0—其他熱負(fù)荷，kJ/h201.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.2爐膛溫度爐膛溫度指煙氣離開輻射室進(jìn)入對(duì)流室時(shí)的溫度。加熱爐的爐膛溫度不能太高，一般控制在850℃以下，但不是絕對(duì)的。爐膛溫度高有利于輻射傳熱，但太高后會(huì)使?fàn)t管熱強(qiáng)度高，容易使?fàn)t管結(jié)焦和燒壞。此外，進(jìn)人對(duì)流室的煙氣溫度也會(huì)過高，對(duì)流管易燒壞。因此，爐膛溫度是確保加熱爐長(zhǎng)周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要指標(biāo)。211.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.3爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度燃料燃燒的總發(fā)熱量除以爐膛體積，稱之為爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱為體積熱強(qiáng)度，它表示單位體積的爐膛在單位時(shí)間里燃料燃燒所發(fā)出的熱量，一般用kW/m3為單位。gv：爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度，kW/m3；B：燃料用量，kg/s；Ql：燃料低熱值，kJ/kg燃料；V：爐膛體積，m3。221.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.3爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度爐膛大小對(duì)燃料燃燒的穩(wěn)定性有影響，如果爐膛體積過小，則燃燒空間不夠，火焰容易舔到爐管和管架上，爐膛溫度也高，不利于長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，因此爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度不允許過大，一般控制在燃油時(shí)小于125kW/m3，燃?xì)鈺r(shí)小于165kW/m3。231.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.4爐管表面熱強(qiáng)度爐管每單位表面積（一般按爐管外徑計(jì)算表面積）、每單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量稱為爐管的表面熱強(qiáng)度，也稱為熱通量或熱流率，單位為W/m2。爐管表面熱強(qiáng)度越高，在一定熱負(fù)荷下，所需要的爐管就越少，爐子體積可減小，投資可以降低，所以要盡可能地提高爐管的表面熱強(qiáng)度。但是，提高爐管的表面熱強(qiáng)度也受到一定的限制。為了使輻射爐管表面熱強(qiáng)度比較均勻，一般可以采用以一下方法：241.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)①盡量采用雙面受輻射的爐管。②在圓筒爐內(nèi)，為減小沿爐管長(zhǎng)度的受熱不均勻性，要選擇合適的輻射室高徑比，同時(shí)要選擇合適的燃燒器，使燃燒器的火焰長(zhǎng)度與爐管長(zhǎng)度不能相差太大，例如輻射管長(zhǎng)為15m，選用火焰長(zhǎng)度為12-13m的燃燒器，這樣爐管上下受熱趨向均勻。③在立式爐內(nèi)，有的在爐子側(cè)面采用多噴嘴；有的在兩排噴嘴間加花墻；也有在爐子上部加噴嘴，以上措施都是為了改善爐管受熱均勻。251.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.5管內(nèi)流速及壓降GF：管內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量流速，kg/（m2·s）W：管內(nèi)介質(zhì)流量，kg/sN：管程數(shù)，即爐管路數(shù)F0：一根爐管的流通截面積，m2261.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.5管內(nèi)流速及壓降油品在爐管內(nèi)的流速不能太低，否則易使管內(nèi)油品結(jié)焦而燒壞爐管。因?yàn)榱魉偬蜁r(shí)，管內(nèi)邊界層厚度大，傳熱慢，管壁溫度升高，而且油品在管內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)。但流速過高又增加了管內(nèi)壓力降，增加了動(dòng)力消耗，所以應(yīng)在合理的范圍內(nèi)力求提高流速。壓力降是判斷爐管是否結(jié)焦的一個(gè)重要指標(biāo)。271.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.6熱效率熱效率表示向爐子提供的能量被有效利用的程度，其定義可用下式表示：有效吸熱量即爐子的熱負(fù)荷，熱效率是衡量燃料消耗、評(píng)價(jià)爐子設(shè)計(jì)和操作水平的重要指標(biāo)。281.4加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：當(dāng)燃料中含硫量等于或小于0.1%，管式爐熱效率不應(yīng)低于下表指標(biāo)。爐別一般管式爐設(shè)計(jì)熱負(fù)荷MW轉(zhuǎn)化爐或裂解爐<11-2>2-3>3-6>6~12>12~24>24熱效率%5565758084889091292加熱爐有關(guān)參數(shù)介紹及計(jì)算2.1燃料