加热炉幻灯片1

扬子石化芳烃厂.加热炉管理加热炉的主要任务：加热炉的主要任务：就是把原料油加热到高温，以满足下一工序（分馏或反应）的需要。有些加热炉还担负着过热水蒸汽的任务。管式加热炉的重要性:1.它的基建投资费用高。2.它的操作费用高。3.它是生产装置的主要能源4.它的运转正常与否至关重要管式加热炉的分类:1.按用途分类：有纯加热炉，如常压炉、减压炉等；有加热炉反应炉，如裂解炉、焦化炉等。2.按传热方式分类：有纯对流式炉、辐射对流式炉和辐射式炉。3.按炉型结构分类：有箱式炉、立式炉等。4.按燃烧形式分类：底烧式炉、侧烧式炉。5.按供风形式分类：强制供风炉、自然供风管式加热炉的主要工艺指标:1.热负荷：也称有效热负荷，是指炉子每小时传给被加热物料的总热量，以Q表示，单位为KJ/h或W2.炉管表面热强度：指每平方米炉管表面积每小时的传热量，以q表示，单位为kJ/(m2*h)或W/m23.炉膛温度：是指辐射室烟气出口平均温度，以tg表示，单位为℃。4.炉膛热强度：是指每小时每立方米炉膛体积所传递的热量，以qv表示，单位为kJ/(m3*h)或W/m3。5.全炉热效率：是指被加热流体吸收的有效热量与供给炉子的能量之比值，以η（%）表示。炉型的改进都是为了满足以下几点基本要求：1.完成同一加热任务，需要的传热面积小，材料省，造价低2.炉子热效率高，燃料用量省，操作费用低3.供热能力大，满足加大处理量的需要4.完全可靠，运转周期长5.结构紧凑，占地面积小6.操作灵活方便方箱炉:斜顶炉:单室卧管立式炉：双式卧管立式炉：立管立式炉：双阶梯炉：无焰燃烧炉：空心圆筒炉：带反射锥圆筒炉：管式加热炉的主要结构:1.炉体系统:炉体有炉墙和钢架构成炉墙有耐热层、隔热层和保护层组成炉体内包括辐射室和对流室两大部分2.炉管系统:炉管、弯头、管架3.燃烧系统：（1）气体火嘴。按瓦斯与空气混合的先后，气体火嘴可分为预混式、外混式和半预混式；按燃烧用空气的供给方式，可分为引射式和混合式。（2）油火嘴（3）油气联合火嘴管架：水平水平管端管板中间U形管架立管上端导架导向杆燃料的种类和组成：管式加热炉所用的燃料是气体和液体两种燃料1.气体燃料：催化干气，焦化干气、裂化干气、不凝气和液态烃2.液体燃料：常压重油、减压渣油和裂化渣油燃料油的主要特征可以用它的元素组成和热值来表示元素组成的数据可用元素分析法直接测定。若无实测数据，可用下列经验式估算：H=26-15d20C=100-（H+S）式中H、C、S-燃料油中氢、碳、硫的重量百分数；d20—20℃时燃料油的比重。燃料热值的分类：1.重量热值：1Kg燃料完全燃烧时所放出的热量，叫做燃料的重量热值，单位为Kj/Kg。液体燃料都用重量热值表示。2.体积热值：1Nm3(特指0℃、101325Pa下的体积)燃料完全燃烧时所放出的热量，叫做燃料的体积热值，单位Kj/Nm3。气体燃料多用体积热值表示。3.高热值：燃料完全燃烧后所生成的水已冷凝为液态时计算出的热值，称为高热值，以Qh表示。4.低热值。燃料完全燃烧后所生成的水为气态时计算出的热值，称为低热值，以Q表示。以为在加热炉的正常操作中，都是水处于气态的情况，所以多用低热值计算。热值的计算：1.液体燃料热值的计算液体燃料的热值，一般用经验公式计算。由于已知的原始数据不同，所用的公式也不同。（1）已知燃料的元素组成，燃料的高、低热值分别为：Qh=[81C+300H+26(S-O)]*4.187kJ/kgQL=[81C+246H+26(S-O)-6W]*4.187kJ/kg式中，C、H、O、S、W——燃料中碳、氢、氧和水的重量百分数。热值的计算：（2）已知燃料的比重，对不含水、碳和灰分的燃料，可按下式计算其低热值：QL=[10090-2100（d15.6）2+755d15.6]*4.187kJ/kg式中，d15.6——燃料15.6℃时的比重。热值的计算：（3）已知燃料的比重指数和含氢量，可按下式计算不含水分和杂质的石油馏分的热值Q0h=[4725.2+470.4K+63.84*oAPI+0.0677(0API)2-5.5283K*0API+50.68H]*4.187kJ/kgQoL=Q0h-50.68H*4.187kJ/kg热值的计算：（4）不含水分和杂质的渣油的热值为Q0h==（26.37*0API+9272.2+50.68H）*4.187Kj/KgQ0l=Q0h-50.68H*4.187Kj/Kg式中Q0h、Q0l-不含水分和杂质的渣油的热值（Kj/Kg）0API-燃料的比重指数K-燃料的特性因数H—燃料含氢重量百分数当燃料含水和杂质时，热值须进行修正，既Qh=Q0h-0.01Q0h（W+I+S）+22.5S*4.187Kj/KgQL=Q0L-0.01Q0L（W+I+S）+（22.5S-5.58W）*4.187Kj/Kg式中，Q0h、Ql——修正后的高、低热值（kJ/kg）；W、I、S——燃料中水分、惰性物质及硫的重量百分数气体燃料热值的计算：气体燃料是多种气体的混合物，可按各种气体的含量和热值，计算混合燃料气的总热值。高热值：Qh=ΣqhiyikJ/Nm3低热值：QL=ΣqliyikJ/Nm3式中，yi——气体燃料中I组分的体积百分数；qhi、qli——气体燃料中I组分的高、低热值（kJ/Nm3）如果气体燃料的密度为ρ(kg/Nm3),重量低热值为Q’l(kJ/kg)，则Ql与Q’l的关系为QL=ρQ’L为液体燃料的理论用氧量:反应的需氧量，扣除燃料中的含氧量（也参加反应），即为空气的供氧量。所以由空气供给之理论用氧量为K0=2.67*C%+8*H%+1*S%-O%K0=0.0267C+0.08H+0.01(S–O)kg氧/kg燃料式中符号同前。液体燃料的理论空气用量:因为空气中氧的重量含量为23%，所以1kg燃料油完全燃烧时所需的理论空气量为L0=[0.0267C+0.08H+0.01(S-O)]/0.23Lo=0.116C+0.348H+0.0435(S-O)kg空气/kg燃料在没有元素分析的情况下，可按比重d20估算出燃料油完全燃烧时所需理论空气量为Lo=17.48-3.45d20-0.072S气体燃料的理论空气用量:空气中氧的体积含量为21%，在扣除燃料中的含氧量以外，所需的理论空气用量为V0=[0.5H2+0.5CO+Σ(m+n/4)CmHn+1.5H2S-O2]/0.21Nm3空气/Nm3燃料式中，H2、CO、CmHn、H2S、O2、——各组分在燃料气中的体积百分数。过剩空气系数:由于空气与燃料的混合总是不很完善的，所以要想燃料完全燃烧，实际空气用量必须多于理论空气用量。实际机空气用量于理论空气用量之比值，称为过剩空气系数，以a表示，即a=L/L0=V/V0式中，L、V——实际空气用量的重量（kg空气/kg燃料）和体积（Nm3空气/Nm3燃料）L0、V0——理论空气用量的重量（kg空气/kg燃料）和体积（Nm3空气/Nm3燃料）所以L=aL0kg空气/kg燃料V=aV0Nm3空气/Nm3燃料过剩空气系数对全炉热效率的影响:1.过剩空气系数过小时，空气量供应不足，燃料燃烧不完全，严重时冒黑烟，浪费了燃料，炉子热效率降低。2.过剩空气系数过大时，大量冷空气入炉，带来很多不良后果：A.降低火焰温度，减弱辐射传热；B.烟气量增大，烟气带出热量增多，全炉热效率下降，燃料消耗增加，操作费用增加；C.烟气中剩余氧增多，对炉管表面的氧化加剧；D.含S高的燃料油分解生成的SO3的增加，加剧了炉管的腐蚀和堵灰。所以，在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽量降低过剩空气系数a值。影响过剩空气系数a的因素:1.燃料性质2.火嘴性能3.炉体密封性4.测控水平5.操作水平加热炉的热平衡，供给热量Qi与支出热量Q0相等，即Qi=Q01.供给热量供给热量包括燃料燃烧放出的热量以及燃料、空气和雾化蒸汽带如炉内的显热。通常对燃料油1kg为基准，对燃料气以1kg为基准进行热平衡计算。则供给热量为Qi=QL+Qf+Qa+QskJ/kg燃料的低热值:QL燃料入炉显热:Qf=cftfkJ/kg空气入炉显热:Qa=aL0IakJ/kg雾化蒸汽入炉显热:Qs=IsWskJ/kg热效率计算:热效率计算:2.支出热量支出热量包括传给被加热介质的有效利用热量、烟气带出热量、燃料的化学和机械不完全燃烧损失热量以及炉壁散热量等，即Q0=Qe+Q1+Q2+Q3+Q4kJ/kg(或Kj/Nm3)烟气带走热量:Q1=Σ（GiLi）+600Ws*4.187kJ/kg燃料的化学不完全燃烧损失热量:Q2=(30.2CO+25.8H2+85.5CH4)V*4.187kJ/kg燃料的机械不完全燃烧热损失:Q3=7830Vn*10-6*4.187=0.0328VnkJ/kg炉墙散热损失热量:圆筒炉及四壁排管的加热炉，Q4=0.03Qi；其他炉型，Q4=0.04Qi。根据加热炉的热平衡，有效利用热量为Qe=Qi-Q1-Q2-Q3-Q4=QL+Qf+Qa+Qs-Q1-Q2-Q3-Q4如果空气不预热，且Qf、Qa、Qs、Q2、Q3不予考虑时，则有效利用热量可简化为Qe=QL-Q1-Q4由于加热炉的热效率为其有效利用热量Qe占供给热量Qi的百分数，故热效率为η=Qe/Qi*100%也可按下式计算：η=（1-Q1/Qi-Q2/Qi-Q3/Qi-Q4/Qi）*100%一般在加热炉设计中，取Q2/Qi=0;Q3/Qi=0;Q4/Qi=(3-4)%；则η=[（0.96-0.97）-Q1/Qi]*100%式中，Q1/Qi——烟气损失热量的百分数，可根据对流室出口处的烟气温度t2及对流室的过剩空气系数ae.热效率计算:燃料用量的计算:燃料用量按下式计算：B=Q/Qe=Q/ηQi热量的传导方式:1.辐射传热:辐射室内炉管吸收的辐射热来自两方面：一方面来自火焰与烟气的直接辐射；一方面来自暴露炉墙的反射热。前者约占80-90%，后者约占10-20%。2.对流传热:当烟气从炉膛流到烟道，炉管在热气体流动过程中吸收了热量，这部分热叫对流热。3.热传导:当热量从炉管外面传给管内物料时产生的是热传导，传导的介质是炉管。烟气余热回收的方式：1.冷进料、热油预热空气2.热载体预热空气3.余热锅炉4.回转式空气预热器冷进料、热油预热空气:冷进料热油空气空气预热器鼓风机热载体预热空气:热载体泵空气预热器鼓风机余热锅炉:烟气烟气蒸汽锅炉回转式空气预热器:烟气烟气空气预热器鼓风机转子烟气冷空气0246801234O2(%)SO2(%)0.10.20.3燃料含硫量与烟气中SO2量的关系：含硫量012345转化率(%)246含硫量（%）燃料含硫量与SO2、SO3的关系：1.11.21.31.43012SO3转化率(%）过剩空气系数a与SO3转化率的关系1过剩空气系数a与SO3转化率的关系1.5硫酸浓度对碳钢腐蚀速度的影响（钢材壁温不变）020406080H2SO4浓度（%）60204080腐蚀速度[mg/m2·S]硫酸浓度对碳钢腐蚀速度的影响:507090110130150换热面壁温℃00.10.20.30.40.5．5腐蚀速度[mg/m2·S]腐蚀速度与壁温的关系：燃料油含硫量150100500123546燃料含硫量与露点温度关系:露点温度℃减少低温腐蚀的措施：（1）提高受热面壁温（2）采用耐蚀材料（3)减小过剩空气系数,降低烟气氧含量（4）采用低硫燃料谢谢！请多批评指正