新员工培训课件_加热炉培训资料1

1第一章石油化工加热炉的种类、用途和主要指标一个设备，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。石油化工加热炉是其生产过程中的高温反应设备和高温加热设备。石油化工加热炉主要特征有四点。•1.1概述按外形大致上分为以下四类（16类）：箱式炉（6类）、立式炉（6类）、圆筒炉（3类）、大型方炉（1类）。这种划分法系按辐射室的外观形状，而与对流室无关。所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一“箱子状”的六面体。与它相比，立式炉的辐射室宽度要窄一些，其两侧墙的间距与炉膛高度之比约为1：2。圆筒炉、大型方炉的称呼也按同理而来。21.2加热炉分类（按外形和按用途分）1.2.1按外形分类3图1-4图1-5图1-6第一章石油化工加热炉的种类、用途和主要指标4图1-7图1-8图1-9图1-10图1-11图1-125(3)立式圆筒炉①螺旋管式(图1-14)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。6①螺旋管式(图1-14)②纯辐射式(图l-15)7图1-14图1-15(4)大型方炉8如图l-19所示，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。还有把几台炉子的烟气用烟道汇集拢来，送进一个公用的对流室或废热锅炉。这种炉子结构简单，节省占地，便于回收余热，容易实现炉群集中排烟，减轻大气污染。它是专为超大型加热炉而开发的。图1-1991.2.2按用途分类按用途管式热加炉大致分为以下几类：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。10(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：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。无论其中哪一种，不光要求从炉子吸热，而且要满足管路中各段在化学反应方面的各种条件，如温度和热输入量要求等。11(2)加热液体的炉子12这类炉子可分为三种：①管内无相变化、单纯的液体加热炉这是把工艺液体预热到其沸点以下(如温水加热、液相热载体加热等)使用的炉子。它加热的终温低，管内结焦和腐蚀也小，操作上的问题较少。②管内进口为液相、出口为气液混相的炉子在生产过程中，往往要求被加工的流体在气液混相状态下进入蒸馏塔等，此时使用这种加热炉。在全部工艺加热炉中它的数量最大。对于这种炉子，最重要的是把握住吸热量、气化率、压力降、温度之间的关系。13③进口为液相、出口全部汽化的炉子这种炉子是反应器的进料加热炉，它把液体完全汽化，加热到一定温度，然后送入工艺反应器。由于反应器的操作条件(如催化剂活性等)在运转期中是变化的，这种炉子的操作温度和压力等往往变化很大。较之上述①、②两种，有必要掌握它的变动范围，以防止裂解和结炭发生。14(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。15(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。161.4管式加热炉的基本构成与组成管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器和通风系统等五部分组成，如图1-27所示。其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。17图1-27管式加热炉的一般结构181.4.1基本结构、炉膛与部件1.4.1.1炉膛与炉墙（炉衬）炉膛是由炉墙、炉顶和炉底围成的空间，是对物质进行加热的地方。炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬，炉衬是加热炉的关键技术条件之一。在加热炉的运行过程中，不仅要求炉衬能够在高温和荷载条件下保持足够的强度和稳定性，要求炉衬能够耐受烟气的冲刷和侵蚀，而且要求有足够的绝热保温和气密性能。19管式炉的炉墙结构主要有耐火砖结构、耐火混凝土结构和耐火纤维结构。其中耐火砖结构又分为砌砖炉墙、挂砖炉墙和拉砖炉墙。201.4.1.2炉管管式炉炉管是物料摄取热量的媒介。按受热方式不同可分为辐射炉管和对流炉管，前者设置于辐射室内，后者设置于对流室内。为强化传热，对流管图1-28拉砖炉墙往往采用翅片管或钉头管，其安装方式多采用水平安装。211.4.1.3钢结构钢结构是管式炉的承载骨架。管式炉的其它构件依附于钢结构，其基本元件是各种型钢，通过焊接或螺栓连接构成管式炉的骨架。老式管式炉，如方箱炉、斜顶炉等，其钢结构占整个管式炉投资的比重较小，近代管式炉其钢结构的投资比例越来越大。221.4.1.4其它部件管式炉配件较多，主要有看火孔、点火孔、测试孔、炉用人孔、防爆门、吹灰器、烟囱挡板等。23辐射室内的炉管，通过火焰或高温烟气进行传热，以辐射热为主，故称之为辐射管。它直接受火焰辐射冲刷，温度高，其材料要具有足够的高温强度和高温化学稳定性。241.4.2辐射室辐射室是加热炉进行热交换的主要场所，其热负荷约占全炉的70％-80％。烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉的反应和裂解过程全部由辐射室来完成。1.4.3对流室对流室是靠辐射室排出的高温烟气进行对流传热来加热物料。烟气以较高的速度冲刷炉管管壁，进行有效的对流传热，其热负荷约占全炉的20％-30％。对流室一般布置在辐射室之上，有的单独放在地面。为了提高传热效果，炉管多采用钉头管或翅片管。251.4.4余热回收系统余热回收系统用以回收加热炉的排烟余热。回收方法有两类：一类是靠预热燃烧空气来回收，使回收的热量再次返回炉中；另一类是采用另外的回收系统回收热量。前者称为空气预热方式，后者通常用水回收称为废热锅炉方式。空气预热方式有直接安装在对流室上面的固定管式空气预热器，还有单独放在地面上的管式空气预热器等型式。26目前，炉子的余热回收系统多采用空气预热方式，只有高温管式炉(烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉)和纯辐射炉才使用余热锅炉，这类高温管式炉的排烟温度较高，安装余热回收系统后，炉子的总效率可达到88％-90％。27•水热媒空气预热器利用除氧水或除盐水作热媒(中间载热体)，建立一个闭路循环系统。热媒水通过放置在加热炉对流室出口的烟气换热器吸收烟气的热量，再通过布置在鼓风机出口的空气预热器放出热量，加热空气，将烟气热量传递给加热炉所需的空气。为了防止烟气换热器发生低温露点腐蚀，在水热媒空气预热器进口和循环水泵入口之间，设置旁路调节阀，控制空气预热器的换热量，保证进烟气换热器热媒水的温度高于露点温度，即烟气换热器的最低壁温高于露点(一般设计值为120℃-150℃)1.4.5燃烧器燃烧器的作用是完成燃料的燃烧，为热交换提供热量。燃烧器由燃料喷嘴、配风器、燃烧道三部分组成。燃烧器按所用燃料的不同可分为燃油燃烧器、燃气燃烧器和油-气联合燃烧器。燃烧器性能的好坏，直接影响燃烧质量及炉子的热效率。操作时，特别应注意火焰要保持刚直有力，调整火嘴尽可能使炉膛受热均匀，避免火焰舔炉管，并实现低氧燃烧。要保证燃烧质量和热效率，还必须有可靠的燃料供应系统和良好的空气预热系统。30通风系统的作用是把燃烧用空气导入燃烧器，将废烟气引出炉子。它分为自然通风和强制通风两种方式。前者依靠烟囱本身的抽力，后者使用风机。311.4.6通风系统过去，绝大多数炉子都采用自然通风方式，烟囱通常安装在炉顶。近年来，随着炉子结构的复杂化，炉内烟气侧阻力增大，加之提高炉子热效率的需要，采用强制通风方式日趋普遍。1.5管式加热炉的主要技术指标1.5.1热负荷每台管式加热炉单位时间内管内介质吸收的热量称为有效热负荷，简称热负荷。管内介质所吸收的热量用于升温、汽化或化学反应。热负荷的理论值，可根据介质在管内的工艺过程(加热、化学反应)进行计算。加热炉的设计热负荷(Q)通常取计算热负荷(Q’)的1.15-1.2倍。热负荷的大小表示炉子生产能力的大小。321.5.2炉膛体积热强度炉膛单位体积在单位时间内燃料燃烧的放热量，称为炉膛体积热强度。即33式中gv-炉膛体积热强度，KW／m3B-燃料用量，kg/hQ1-燃料低热值，kJ/kg燃料V-炉膛（辐射室）体积，m3gv值越大炉膛温度越高，不利于长周期安全运行，因此炉膛体积热强度不允许过大，一般控制在1.16×102kW／m3以下。1.5.3辐射表面热强度辐射炉管单位表面积(一般按炉管外径计算表面积)、单位时间内所传递的热量称为炉管的辐射表面热强度gR,也称为辐射热通量或热流率。34gR表示辐射室炉管传热强度的大小。应注意gR一般指辐射室所有炉管的平均值。由于辐射室内各部位受热不一致，不同的炉管以及同一根炉管的不同部位，实际局部热强度相差很大。gR值越大，完成一定加热任务所需的辐射炉管就越少，辐射室体积越紧凑，投资也可降低，所以要尽可能提高炉管表面热强度。各种炉子的辐射表面热强度推荐值见表1-2。351.5.4对流表面热强度对流炉管单位面积在单位时间内所传递的热量称为对流表面热强度。目前，加热炉对流室多以钉头管或翅片管代替过去的光管，以强化传热。钉头管或翅片管的热强度一般为光管的两倍以上。也就是说，一根钉头管或翅片管相当于两根以上光管的传热能力。36即热效率是衡量燃料利用情况，评价炉子设计和操作水平，标定炉子性能的主要指标。热效率越高，燃料的有效利用率越高，燃料耗量越少，运行越经济。371.5.5热效率加热炉有效利用的热量与燃料燃烧时所放出的总热量之比叫热效率，火墙温度又称炉膛温度，是指烟气离开辐射室进入对流室时的温度。它代表炉膛内烟气温度的高低，是炉子操作中的重要控制指标。381.5.6火墙温度火墙温度高，说明辐射室传热强度高。火墙温度过高时，炉管易结焦，甚至烧坏炉管和管板等。所以火墙温度一般控制在约850℃以下(烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉，炉温可达900℃以上)。