加熱爐第一章講義

1、1,熱烈歡迎中石化化工加熱爐管理技術(shù)培訓(xùn)班的學(xué)員們,2007年11月,中國(guó)石化加熱爐檢測(cè)評(píng)定中心長(zhǎng)嶺中心站岳陽(yáng)長(zhǎng)嶺設(shè)備研究所有限公司,3,目 錄,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)第二章 管式加熱爐的節(jié)能途徑與措施第三章 石油化工加熱爐的檢測(cè)技術(shù)第四章 2007年化工企業(yè)加熱爐的檢測(cè)第五章 加熱爐的操作、常見(jiàn)故障處理和管理維護(hù),4,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),一個(gè)設(shè)備，具有用耐

2、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。石油化工加熱爐是其生產(chǎn)過(guò)程中的高溫反應(yīng)設(shè)備和高溫加熱設(shè)備。 石油化工加熱爐主要特征有四點(diǎn)。,1.1 概述,5,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),化工生產(chǎn)過(guò)程中很多反應(yīng)需要在特定條件下進(jìn)行。例如：乙烯生產(chǎn)裝置中的裂解爐將石腦油或輕柴油和一定比例的

3、蒸汽在爐管內(nèi)從600℃迅速加熱到800℃左右，在很短的時(shí)間內(nèi)完成裂解反應(yīng)。另外，在化工生產(chǎn)過(guò)程中有使用熱載體加熱的設(shè)備，這些熱載體在專用的爐子里加熱以循環(huán)使用?？傊?，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，化工加熱爐的種類、型式日益繁多，某些爐子往往成為該領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵。,一般石油化工加熱爐的設(shè)計(jì)，主要有工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分工作。工藝計(jì)算部分的內(nèi)容和目的是根據(jù)工藝要求，確定合適的爐型方案，進(jìn)行燃料燃燒計(jì)算；爐子系統(tǒng)熱平衡計(jì)算以確定燃料消耗量，進(jìn)行輻射室

4、傳熱計(jì)算，以布置與確定輻射傳熱面積；爐子系統(tǒng)煙氣側(cè)的流動(dòng)阻力和煙囪計(jì)算以確定煙氣抽引裝置。必要時(shí)亦須對(duì)工藝物料的阻力進(jìn)行核算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)爐型方案進(jìn)行總體布置，并確定爐子燃燒裝置、爐用附件等結(jié)構(gòu)。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),6,按外形大致上分為以下四類（16類）：箱式爐（6類）、立式爐（6類） 、圓筒爐（3類） 、大型方爐（1類） 。這種劃分法系按輻射室的外觀形狀，而與對(duì)流室無(wú)關(guān)。所謂箱式爐，顧名思義其

5、輻射室為一“箱子狀”的六面體。與它相比，立式爐的輻射室寬度要窄一些，其兩側(cè)墻的間距與爐膛高度之比約為1：2。圓筒爐、大型方爐的稱呼也按同理而來(lái)。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),7,1.2加熱爐分類（按外形和按用途分）,1.2.1 按外形分類,在這種爐子的輻射室內(nèi)，燃燒器和爐管交錯(cuò)排列，單排管雙面輻射，管子沿整個(gè)圓周上的熱分布要比單面輻射均勻得多，燃燒器頂燒，對(duì)流室和煙囪放在地面上。它的缺點(diǎn)是爐子體積大，造價(jià)很高，用于

6、單純加熱不經(jīng)濟(jì)。目前在合成氨廠常用它作為大型烴蒸汽轉(zhuǎn)化爐的爐型，運(yùn)轉(zhuǎn)良好。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),8,(1) 箱式爐:⑤頂燒式(圖l一5),第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),9,,圖1-4 圖1-5 圖1-6,,圖1-4 圖1-5 圖1-6,,圖1-4

7、 圖1-5 圖1-6,圖1-4 圖1-5 圖1-6,(2)立式爐 ①底燒橫管式(圖l-7) 傳熱機(jī)理同箱式爐差不多，只是造型上采用了立式爐的特點(diǎn)。爐管布置在兩側(cè)壁，中央是一列底燒的燃燒器。煙氣由輻射室、對(duì)流室經(jīng)煙囪一直上行。燃燒器能量較小，數(shù)目較多，間距較小，從而

8、在爐子中央形成一道火焰“膜”，提高了輻射傳熱的效果。現(xiàn)在使用的立式爐多數(shù)采用這一型式。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),10,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),11,圖1-7 圖1-8 圖1-9,②附墻火焰式(圖l-8) 這種立式爐爐膛當(dāng)中為一排橫管，火焰附墻而上，把兩面?zhèn)葔Φ膲Ρ?/p>

9、燒紅，使火墻成為良好的熱輻射體，以提高輻射傳熱的效果，它比圖l—7型爐傳熱均勻得多，目前已成為高壓加氫、焦化等裝置的主流爐型。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),12,圖1-7 圖1-8 圖1-9,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),13,④立管立式爐(圖l-11) 這是我國(guó)首創(chuàng)的爐型。圖l-7、圖1-8型立式爐都為橫管，

10、要用大批高鉻鎳鋼的管架。而這種爐型改用立管，節(jié)省了這批合金鋼，同時(shí)又保留了立式爐的優(yōu)點(diǎn)，常用作大型加熱爐的爐型。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),14,圖1-10 圖1-11 圖1-12,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),15,這種爐子都是單排管雙面輻射爐型。圖l-12型爐在側(cè)壁上安有許多小型的氣體無(wú)焰燃燒器，使

11、整個(gè)側(cè)壁成為均勻的輻射墻面，有優(yōu)越的加熱均勻性，可分區(qū)調(diào)節(jié)各區(qū)溫度，是乙烯裂解和烴類蒸汽轉(zhuǎn)化最合適的爐型之一。但造價(jià)昂貴，用于純加熱非常不合算。還有一個(gè)缺點(diǎn)是只能燒氣體燃料。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),16,⑤無(wú)焰燃燒爐(圖l-12)⑥階梯爐(圖1-13),(3)立式圓筒爐 ①螺旋管式(圖1-14) 當(dāng)爐子熱負(fù)荷非常小，而且對(duì)熱效率無(wú)要求時(shí)，采用這兩種爐型。它們是最簡(jiǎn)單、最便

12、宜的爐子。圖1-14型爐內(nèi)，爐管是一段盤繞成螺旋狀的小管，雖然它屬于立管式爐型，但其管內(nèi)特性更接近于水平管，能完全排空，管內(nèi)壓降小。這種爐子的主要缺點(diǎn)是為了便于盤旋，易于制造，被加熱介質(zhì)通常只有一管程。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),17,①螺旋管式(圖1-14)②純輻射式(圖l-15),第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),18,圖1-14

13、 圖1-15,④無(wú)反射錐的輻射-對(duì)流型(圖1-17) 這種圓筒爐取代上述型式，已成為現(xiàn)代立式圓筒爐的主流。它取消了反射錐，能夠建造較大的爐子。它的對(duì)流室水平布置若干排管子，并盡量使用釘頭管和翅片管，熱效率較高。它的制造及施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低，是管式加熱爐中應(yīng)用最廣泛的爐型。但是，這種爐子放大以后，爐膛內(nèi)顯得太空，爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度將急劇下降，結(jié)構(gòu)上和經(jīng)濟(jì)性上都開(kāi)始不利。為了克服這一缺點(diǎn)，可以在大型圓筒爐的爐膛內(nèi)增添爐管，如圖l-18型爐所示。

14、,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),19,圖1-17 圖l-18,(4)大型方爐,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),20,如圖l-19所示，這種爐子用兩排爐管把爐膛分成若干小間，每間設(shè)置一或二個(gè)大容量高強(qiáng)燃燒器。分隔可以沿兩個(gè)方向進(jìn)行，稱之為“十字交叉”分隔法。它通常把對(duì)流室單獨(dú)放到地面上。還有把幾臺(tái)爐子的煙氣用煙道匯集攏來(lái)，送進(jìn)一個(gè)公用的對(duì)流室或廢熱鍋爐。這

15、種爐子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省占地，便于回收余熱，容易實(shí)現(xiàn)爐群集中排煙，減輕大氣污染。它是專為超大型加熱爐而開(kāi)發(fā)的。,圖1-19,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),21,1.2.2 按用途分類 按用途管式熱加爐大致分為以下幾類：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。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),22,(1)爐管內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的爐子,這種爐子管內(nèi)

16、發(fā)生吸熱化學(xué)反應(yīng)。按復(fù)雜程度來(lái)說(shuō)，它代表了加熱爐技術(shù)的最高水平。它分為兩種：,,,,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),①爐管內(nèi)裝催化劑的，如烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化爐。 ②爐管內(nèi)不裝催化劑的，如乙烯裂解爐。 無(wú)論其中哪一種，不光要求從爐子吸熱，而且要滿足管路中各段在化學(xué)反應(yīng)方面的各種條件，如溫度和熱輸入量要求等。,23,(2)加熱液體的爐子,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),

17、24,這類爐子可分為三種：,①管內(nèi)無(wú)相變化、單純的液體加熱爐,這是把工藝液體預(yù)熱到其沸點(diǎn)以下(如溫水加熱、液相熱載體加熱等)使用的爐子。它加熱的終溫低，管內(nèi)結(jié)焦和腐蝕也小，操作上的問(wèn)題較少。,②管內(nèi)進(jìn)口為液相、出口為氣液混相的爐子 在生產(chǎn)過(guò)程中，往往要求被加工的流體在氣液混相狀態(tài)下進(jìn)入蒸餾塔等，此時(shí)使用這種加熱爐。在全部工藝加熱爐中它的數(shù)量最大。對(duì)于這種爐子，最重要的是把握住吸熱量、氣化率、壓力降、溫度之間的關(guān)系。,

18、第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),25,③進(jìn)口為液相、出口全部汽化的爐子 這種爐子是反應(yīng)器的進(jìn)料加熱爐，它把液體完全汽化，加熱到一定溫度，然后送入工藝反應(yīng)器。由于反應(yīng)器的操作條件(如催化劑活性等)在運(yùn)轉(zhuǎn)期中是變化的，這種爐子的操作溫度和壓力等往往變化很大。較之上述①、②兩種，有必要掌握它的變動(dòng)范圍，以防止裂解和結(jié)炭發(fā)生。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),26,(3)氣體加熱爐

19、 如水蒸氣的過(guò)熱、工藝氣體的預(yù)熱就使用這種爐子。它多在較高溫度下操作，但因?yàn)槭羌儦庀?，結(jié)焦的可能性不大。應(yīng)該注意的是當(dāng)氣體量很大時(shí)，爐管的路數(shù)很多，必須從結(jié)構(gòu)上保證各路均勻，防止偏流。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),27,(4)加熱混相流體的爐子 這種爐子常用于加氫精制、加氫裂化等裝置的反應(yīng)器進(jìn)料加熱。由于管內(nèi)流體從爐子入口起就是氣、液混相，較上述純氣體加熱爐更難保證各路流量的均勻，設(shè)計(jì)上

20、要更重視管徑、管內(nèi)重量流速、盤管路數(shù)的選取，以及管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的判斷和分叉管的配管設(shè)計(jì)等。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),28,1.2.3 爐型選擇的基本原則 如何正確選擇上述各種爐型沒(méi)有絕對(duì)不變的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)具體情況要作具體分析。對(duì)于圓筒爐、橫管立式爐和立管箱式爐等三種基本爐型，其技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比如表l一1所示。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),29,表l一1 基本爐型對(duì)比表,第一章

21、石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),30,①:包括水平抽管場(chǎng)地面積。,以下原則可供選型時(shí)參考：,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),31,輻射室用立管有很多優(yōu)點(diǎn)：爐管的支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輻射管架合金鋼用量少；管子不承受由自重而引起的彎曲應(yīng)力；管系的熱膨脹易于處理；爐子旁邊不需要預(yù)留抽爐管所需的空地等.橫管僅在下列特殊情況下才有優(yōu)點(diǎn)：被加熱介質(zhì)容易結(jié)焦或堵塞，爐管要求用帶堵頭的回彎頭連接，以便除焦或清洗；要求管系能完全排空；管內(nèi)

22、為混相狀態(tài)，要求流動(dòng)平穩(wěn)、可靠等。,(1)從結(jié)構(gòu)、制造、投資費(fèi)用方面考慮，應(yīng)優(yōu)先選擇輻射室用立管的加熱爐。,(2)對(duì)一般用途的中小負(fù)荷爐子，宜優(yōu)先考慮立式圓筒爐。(3)中國(guó)石油化工集團(tuán)公司《石油化工管式爐設(shè)計(jì)規(guī)范》(SHJ 36-91)在第2.0.2條中提出了下列意見(jiàn)：a．設(shè)計(jì)熱負(fù)荷小于1MW時(shí)，宜采用純輻射圓筒爐；b．設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為l～30MW時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用輻射一對(duì)流型圓筒爐；c．設(shè)計(jì)熱負(fù)荷大于30MW時(shí)，應(yīng)通過(guò)對(duì)比選用爐膛中

23、間排管的圓筒爐、立式 爐、箱式或其他爐型；d．被加熱介質(zhì)易結(jié)焦時(shí)，宜采用橫管立式爐；,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),32,e．被加熱介質(zhì)流量小且要求壓降小時(shí)，宜采用螺旋管圓筒爐；f．被加熱介質(zhì)流量大，要求壓降小時(shí)(如重整爐)，宜采用U形管(或環(huán)形管)加熱爐；g．使用材料價(jià)格昂貴的爐管，應(yīng)優(yōu)先選用雙面輻射管排的爐型。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),33,1.3 化工幾種常用爐介紹,第

24、一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),34,1.3.1 裂解爐,管式爐裂解的工藝流程包括原料供給和預(yù)熱、對(duì)流段、輻射段、高溫裂解氣急冷和熱量回收等幾部分。不同裂解原料和不同熱量回收，形成各種不同的工藝流程。圖1—20是管式爐裂解的流程示意圖。,(1) 工藝流程,去預(yù)分餾系統(tǒng) 圖1-20 魯姆斯裂解工藝流程舉例BFW-鍋爐給水 DS-稀釋蒸

25、氣 SHPS-超高壓蒸氣 QO-急冷油 QW-急冷水 FG-燃料氣,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),35,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),(2) 典型管式裂解爐爐型簡(jiǎn)介 目前，世界乙烯裂解爐技術(shù)主要有：美國(guó)魯姆斯公司SRT(短停留時(shí)問(wèn))技術(shù)，美國(guó)斯通-韋伯斯特公司的USC(超選擇性裂解)技術(shù)，荷蘭動(dòng)力技術(shù)國(guó)際公司(簡(jiǎn)稱KTI)的GK技術(shù)，美國(guó)凱洛格公司的毫秒爐技術(shù)，德國(guó)林德公司

26、的LSCC技術(shù)，以及美國(guó)布朗路特公司的HSLR技術(shù)等。這些技術(shù)的共同之處是滿足乙烯生產(chǎn)所需的高溫、短停留時(shí)間及低烴分壓，不同之處在于爐管構(gòu)型、急冷鍋爐的配置、燃燒器的選擇、稀釋蒸汽的注入方式等方面。,36,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),37,SRT型裂解爐的對(duì)流段設(shè)置在輻射室上部的一側(cè)，對(duì)流段頂部設(shè)置煙道和引風(fēng)機(jī)。對(duì)流段內(nèi)設(shè)置進(jìn)料、稀釋蒸汽和鍋爐給水的預(yù)熱。從SRT-Ⅵ型爐開(kāi)始，對(duì)流段還設(shè)置高壓蒸汽過(guò)熱，由此取消了高壓

27、蒸汽過(guò)熱爐。在對(duì)流段預(yù)熱原料和稀釋蒸汽過(guò)程中，一般采用一次注入蒸汽的方式，當(dāng)裂解重質(zhì)原料時(shí)，也采用二次注汽。,①魯姆斯公司的SRT型裂解爐,魯姆斯公司的SRT型裂解爐(短停留時(shí)間裂解爐)為單排雙輻射立管式裂解爐，已從早期的SRT-I型發(fā)展為近期的SRT-Ⅵ型。,早期SRT型裂解爐多采用側(cè)壁無(wú)焰燒嘴燒燃料氣，為適應(yīng)裂解爐燒油的需要，目前多采用側(cè)壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合的布置方案。底部燒嘴最大供熱量可占總熱負(fù)荷的70％。SRT-Ⅲ型爐的熱效率達(dá)

28、93.5％。圖1—21為SRT型裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),38,圖1-21魯姆斯SRT-Ⅱ型裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),39,②斯通-偉伯斯特(S.W)公司的USC型裂解爐 S.W的USC裂解爐(超選擇性裂解爐)為單排雙輻射立管式裂解爐，輻射盤管為W型或U型盤管。由于采用的爐管管徑較小，因而單臺(tái)裂解爐盤管組數(shù)較多(16-48組)。每2

29、組或4組輻射盤管配一臺(tái)USX型(套管式)一級(jí)廢熱鍋爐，多臺(tái)USX廢熱鍋爐出口裂解氣再匯總送入一臺(tái)二級(jí)廢熱鍋爐。近期開(kāi)始采用雙程套管式廢熱鍋爐(SLE)，將兩級(jí)廢熱鍋爐合并為一級(jí)。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),40,USC型裂解爐對(duì)流段設(shè)置在輻射室上部一側(cè)，對(duì)流段頂部設(shè)置煙道和引風(fēng)機(jī)。對(duì)流段內(nèi)設(shè)有原料和稀釋蒸汽預(yù)熱、鍋爐給水預(yù)熱及高壓蒸汽過(guò)熱等熱量回收段。大多數(shù)USC型裂解爐為一個(gè)對(duì)流段對(duì)應(yīng)一個(gè)輻射室，也有兩個(gè)輻射室共

30、用一個(gè)對(duì)流段的情況。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),41,圖1-22 USC型裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),42,當(dāng)裝置燃料全部為氣體燃料時(shí)，USC型裂解爐多采用側(cè)壁無(wú)焰燒嘴；如裝置需要使用部分液體燃料時(shí)，則采用側(cè)壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合布置的方案。底部燒嘴可燒氣也可燒油，其供熱量可占總熱負(fù)荷的60％-70％。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),43,由于USC型裂解爐輻射

31、盤管為小管徑短管長(zhǎng)爐管，單管處理能力低，每臺(tái)裂解爐盤管數(shù)較多。為保證對(duì)流段進(jìn)料能均勻地分配到每根輻射盤管，在輻射盤管入口設(shè)置了文丘里噴管。圖1-22是USC型裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),44,③凱洛格(Kellogg)公司的毫秒爐 凱洛格公司的毫秒爐為立管式裂解爐，其輻射盤管為單程直管。對(duì)流段在輻射室上側(cè)，原料和稀釋蒸汽在對(duì)流段預(yù)熱至橫跨溫度后，通過(guò)橫跨管和豬尾管由裂解爐底部

32、送入輻射管，物料由下向上流動(dòng)，由輻射室頂部出輻射管而進(jìn)入第一廢熱鍋爐。裂解輕烴時(shí)，常設(shè)三級(jí)廢熱鍋爐；裂解餾分油時(shí)，只設(shè)兩級(jí)廢熱鍋爐。對(duì)流段還預(yù)熱鍋爐給水并過(guò)熱高壓蒸汽。熱效率為93％。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),45,毫秒爐采用底部大燒嘴，可燒氣也可燒油。 由于毫秒爐管徑小，單臺(tái)爐爐管數(shù)量大，為保證輻射管流量均勻，在輻射管入口設(shè)置豬尾管控制流量分配。圖1-23是毫秒爐結(jié)構(gòu)示意圖。,第一章 石

33、油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),46,圖1-23 毫秒裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),47,早期的GK—I型裂解爐為雙排立管式裂解爐，20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的GK一Ⅱ型裂解爐為混排(入口段為雙排，出口段為單排)分支變徑管。在此基礎(chǔ)上，相繼開(kāi)發(fā)了GK一Ⅲ型、GK一Ⅳ型和GK—V型裂解爐。GK—V型裂解爐為雙程分支變徑管，由于管程減少，管長(zhǎng)縮短，停留時(shí)間可控制在O.2秒以內(nèi)。GK型裂解爐一般采用一級(jí)廢熱

34、鍋爐。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),48,④KTI公司的GK型裂解爐,圖1-24 GK型裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),49,對(duì)流段設(shè)置在輻射室上側(cè)。對(duì)流段除預(yù)熱原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水外，還進(jìn)行高壓蒸汽的過(guò)熱。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),50,GK型裂解爐采用側(cè)壁燒嘴和底部燒嘴聯(lián)合布置的方案。底部燒嘴可燒油也可燒氣，其最大供熱量可占總熱負(fù)荷的70％。側(cè)壁燒嘴

35、為燒氣的無(wú)焰燒嘴。圖1-24為GK型裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖。,⑤CBL型裂解爐 由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的CBL型裂解爐，即北方爐已從I型發(fā)展到IV型，單爐生產(chǎn)能力從20kt／a發(fā)展到100kt／a。 CBL裂解爐的對(duì)流段設(shè)置在輻射室上部的一側(cè)，對(duì)流段頂部設(shè)置煙道和引風(fēng)機(jī)。對(duì)流段內(nèi)設(shè)置原料、稀釋蒸汽、鍋爐給水預(yù)熱、原料過(guò)熱、稀釋蒸汽過(guò)熱、高壓蒸汽過(guò)熱段。稀釋蒸汽的注入：二次注汽的為I、Ⅱ型，一次注汽的

36、為Ⅲ型。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),51,主要特點(diǎn)是將對(duì)流段中稀釋蒸汽與烴類傳統(tǒng)方式的一次混合改為二次混合新工藝。一次蒸汽與二次蒸汽比例應(yīng)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。采用二次混合新工藝后，物料進(jìn)入輻射段的溫度可提高50℃以上。這樣，當(dāng)裂解深度不變時(shí)，裂解溫度可降低5℃-6℃，輻射段煙氣溫度可相應(yīng)降低20℃-25℃，最高管壁溫度下降 14℃-20℃，全爐供熱量可降低約10％。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),

37、52,供熱采用側(cè)壁燒嘴與底部燒嘴聯(lián)合布置方案,側(cè)壁燒嘴為無(wú)焰燒嘴，底部燒嘴為油氣聯(lián)合燒嘴。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),53,1.3.2 熱媒爐 熱媒爐具有低壓高溫的工作特性，其工作壓力一般低于lMPa，供熱溫度可達(dá)液相350℃或汽相400℃。凡是需要均勻穩(wěn)定地加熱，且不允許火焰直接加熱，而工藝加熱溫度在150℃-380℃之間的各種生產(chǎn)場(chǎng)合，均可采用熱媒爐供熱。某些生活用熱也可由熱媒爐供給。

38、,其工作原理為：燃料通過(guò)燃燒器在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，熱量通過(guò)爐管以對(duì)流和輻射的形式傳熱給導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油在循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)加熱爐出口進(jìn)入換熱器管程內(nèi)將走殼程的原油加熱后回到循環(huán)泵，通過(guò)加熱爐再吸收熱量，如此周而復(fù)始，以導(dǎo)熱油為熱載體(或稱熱媒)實(shí)現(xiàn)熱量的連續(xù)傳遞。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),54,熱媒爐工藝流程如圖1-25所示。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),55,圖1-25,1.3.3 烴類蒸

39、氣轉(zhuǎn)化爐 以烴類為原料，用蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)合成氨原料氣和氫氣，在合成氨、煉油、石油化工、冶金等工業(yè)部門具有特定的地位。煉油廠的制氫爐、甲醇廠的制氫轉(zhuǎn)化爐和合成氨廠的一段轉(zhuǎn)化爐等都屬于烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),56,烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐的工作條件比較苛刻，使用的都是耐高溫的含高鎳鉻的合金材料，因此在爐子設(shè)計(jì)時(shí)要求合理使用爐管及盡量降低對(duì)爐管的要求，防止局部過(guò)熱，使周向和軸向溫度分布均勻

40、。注意設(shè)計(jì)時(shí)所選用的爐型、原料、催化劑和操作條件是一個(gè)整體。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),57,1-出口總管 2-保溫箱 3-出口豬尾管 4-懸吊爐頂 5-懸掛爐墻 6-絕熱耐火墻 7-煙道 8-燒嘴 9-天然氣預(yù)熱器 10-廢熱鍋爐 11-蒸汽過(guò)熱器 12-天然氣蒸汽加熱器 13-工藝空氣加熱器 14-廢熱鍋爐保護(hù)管,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),58,圖1-26 轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)示意圖,第一章

41、 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),59,烴類蒸汽轉(zhuǎn)化是伴有傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞和復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的綜合過(guò)程，要求傳熱與反應(yīng)必須相適應(yīng)，對(duì)于并行的復(fù)雜反應(yīng)，能夠控制其反應(yīng)的進(jìn)程。,1.4 管式加熱爐的基本構(gòu)成與組成 管式加熱爐一般由輻射室、對(duì)流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒器和通風(fēng)系統(tǒng)等五部分組成，如圖1-27所示。其結(jié)構(gòu)通常包括：鋼結(jié)構(gòu)、爐管、爐墻（內(nèi)襯）、燃燒器、孔類配件等。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主

42、要指標(biāo),60,圖1-27 管式加熱爐的一般結(jié)構(gòu),第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),61,1.4.1 基本結(jié)構(gòu)、爐膛與部件1.4.1.1 爐膛與爐墻（爐襯） 爐膛是由爐墻、爐頂和爐底圍成的空間，是對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加熱的地方。爐墻、爐頂和爐底通稱為爐襯，爐襯是加熱爐的關(guān)鍵技術(shù)條件之一。在加熱爐的運(yùn)行過(guò)程中，不僅要求爐襯能夠在高溫和荷載條件下保持足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，要求爐襯能夠耐受煙氣的沖刷和侵蝕，而

43、且要求有足夠的絕熱保溫和氣密性能。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),62,為此，爐襯通常由耐火層、保溫層、防護(hù)層和鋼結(jié)構(gòu)幾部分組成。其中耐火層直接承受爐膛內(nèi)的高溫氣流沖刷和侵蝕，通常采用各種耐火材料經(jīng)砌筑、搗打或澆注形成；保溫層通常采用各種多孔的保溫材料經(jīng)砌筑、敷設(shè)、充填或粘貼形成，其功能在于最大限度地減少爐襯的散熱損失，改善現(xiàn)場(chǎng)操作條件；防護(hù)層通常采用建筑磚或鋼板，其功能在于保持爐襯的氣密性，保護(hù)多孔保溫材料形成的保溫

44、層免于損壞；鋼結(jié)構(gòu)是位于爐襯最外層的由各種鋼材拼焊、裝配成的承載框架，其功能在于承擔(dān)爐襯、燃燒設(shè)施、檢測(cè)儀器、爐門、爐前管道以及檢修、操作人員所形成的載荷，提供有關(guān)設(shè)施的安裝框架。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),63,管式爐的爐墻結(jié)構(gòu)主要有耐火磚結(jié)構(gòu)、耐火混凝土結(jié)構(gòu)和耐火纖維結(jié)構(gòu)。其中耐火磚結(jié)構(gòu)又分為砌磚爐墻、掛磚爐墻和拉磚爐墻。拉磚爐墻是目前應(yīng)用比較廣泛的爐墻，尤其是溫度較高的管式加熱爐，如裂解爐和轉(zhuǎn)化爐。典型的拉磚

45、結(jié)構(gòu)如圖1-28所示。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),64,圖1-28 拉磚爐墻,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),65,1.4.1.2 爐管 管式爐爐管是物料攝取熱量的媒介。按受熱方式不同可分為輻射爐管和對(duì)流爐管，前者設(shè)置于輻射室內(nèi)，后者設(shè)置于對(duì)流室內(nèi)。為強(qiáng)化傳熱，對(duì)流管圖1-28 拉磚爐墻往往采用翅片管或釘頭管，其安裝方式多采用水平安裝。,第一章 石油化工加熱爐的種類

46、、用途和主要指標(biāo),66,1.4.1.3 鋼結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)是管式爐的承載骨架。管式爐的其它構(gòu)件依附于鋼結(jié)構(gòu)，其基本元件是各種型鋼，通過(guò)焊接或螺栓連接構(gòu)成管式爐的骨架。老式管式爐，如方箱爐、斜頂爐等，其鋼結(jié)構(gòu)占整個(gè)管式爐投資的比重較小，近代管式爐其鋼結(jié)構(gòu)的投資比例越來(lái)越大。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),67,1.4.1.4 其它部件 管式爐配件較多，主要有看火孔、點(diǎn)火孔、測(cè)

47、試孔、爐用人孔、防爆門、吹灰器、煙囪擋板等。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),68,輻射室內(nèi)的爐管，通過(guò)火焰或高溫?zé)煔膺M(jìn)行傳熱，以輻射熱為主，故稱之為輻射管。它直接受火焰輻射沖刷，溫度高，其材料要具有足夠的高溫強(qiáng)度和高溫化學(xué)穩(wěn)定性。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),69,1.4.2 輻射室,輻射室是加熱爐進(jìn)行熱交換的主要場(chǎng)所，其熱負(fù)荷約占全爐的70％-80％。烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐、乙烯裂解爐的反應(yīng)和裂解過(guò)程全

48、部由輻射室來(lái)完成。,1.4.3 對(duì)流室 對(duì)流室是靠輻射室排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)行對(duì)流傳熱來(lái)加熱物料。煙氣以較高的速度沖刷爐管管壁，進(jìn)行有效的對(duì)流傳熱，其熱負(fù)荷約占全爐的20％-30％。對(duì)流室一般布置在輻射室之上，有的單獨(dú)放在地面。為了提高傳熱效果，爐管多采用釘頭管或翅片管。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),70,1.4.4 余熱回收系統(tǒng) 余熱回收系統(tǒng)用以回收加熱爐的排煙余熱。回收方

49、法有兩類：一類是靠預(yù)熱燃燒空氣來(lái)回收，使回收的熱量再次返回爐中；另一類是采用另外的回收系統(tǒng)回收熱量。前者稱為空氣預(yù)熱方式，后者通常用水回收稱為廢熱鍋爐方式。空氣預(yù)熱方式有直接安裝在對(duì)流室上面的固定管式空氣預(yù)熱器，還有單獨(dú)放在地面上的管式空氣預(yù)熱器等型式。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),71,目前，爐子的余熱回收系統(tǒng)多采用空氣預(yù)熱方式，只有高溫管式爐(烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐、乙烯裂解爐)和純輻射爐才使用余熱鍋爐，這類高溫管式爐的

50、排煙溫度較高，安裝余熱回收系統(tǒng)后，爐子的總效率可達(dá)到88％-90％。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),72,1.4.5 燃燒器 燃燒器的作用是完成燃料的燃燒，為熱交換提供熱量。燃燒器由燃料噴嘴、配風(fēng)器、燃燒道三部分組成。燃燒器按所用燃料的不同可分為燃油燃燒器、燃?xì)馊紵骱陀?氣聯(lián)合燃燒器。燃燒器性能的好壞，直接影響燃燒質(zhì)量及爐子的熱效率。操作時(shí)，特別應(yīng)注意火焰要保持剛直有力，調(diào)整火嘴盡可能使?fàn)t膛受

51、熱均勻，避免火焰舔爐管，并實(shí)現(xiàn)低氧燃燒。要保證燃燒質(zhì)量和熱效率，還必須有可靠的燃料供應(yīng)系統(tǒng)和良好的空氣預(yù)熱系統(tǒng)。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),73,通風(fēng)系統(tǒng)的作用是把燃燒用空氣導(dǎo)入燃燒器，將廢煙氣引出爐子。它分為自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)兩種方式。前者依靠煙囪本身的抽力，后者使用風(fēng)機(jī)。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),74,1.4.6 通風(fēng)系統(tǒng),過(guò)去，絕大多數(shù)爐子都采用自然通風(fēng)方式，煙囪通常安裝在爐頂。近年

52、來(lái)，隨著爐子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，爐內(nèi)煙氣側(cè)阻力增大，加之提高爐子熱效率的需要，采用強(qiáng)制通風(fēng)方式日趨普遍。,1.5 管式加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo) 1.5.1 熱負(fù)荷 每臺(tái)管式加熱爐單位時(shí)間內(nèi)管內(nèi)介質(zhì)吸收的熱量稱為有效熱負(fù)荷，簡(jiǎn)稱熱負(fù)荷。管內(nèi)介質(zhì)所吸收的熱量用于升溫、汽化或化學(xué)反應(yīng)。熱負(fù)荷的理論值，可根據(jù)介質(zhì)在管內(nèi)的工藝過(guò)程(加熱、化學(xué)反應(yīng))進(jìn)行計(jì)算。加熱爐的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷(Q)通常取計(jì)算熱負(fù)荷(Q’)的1.15-1.2

53、倍。熱負(fù)荷的大小表示爐子生產(chǎn)能力的大小。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),75,1.5.2 爐膛體積熱強(qiáng)度 爐膛單位體積在單位時(shí)間內(nèi)燃料燃燒的放熱量，稱為爐膛體積熱強(qiáng)度。即,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),76,式中 gv-爐膛體積熱強(qiáng)度，KW／m3 B- 燃料用量，kg/h Q1-燃料低熱值，kJ/ kg燃料 V- 爐膛（輻射室）體積，m3

54、 gv值越大爐膛溫度越高，不利于長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，因此爐膛體積熱強(qiáng)度不允許過(guò)大，一般控制在1.16×102 kW／m3以下。,,1.5.3 輻射表面熱強(qiáng)度 輻射爐管單位表面積(一般按爐管外徑計(jì)算表面積)、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量稱為爐管的輻射表面熱強(qiáng)度gR,也稱為輻射熱通量或熱流率。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),77,gR表示輻射室爐管傳熱強(qiáng)度的大小。應(yīng)注意gR一般指輻射室所

55、有爐管的平均值。由于輻射室內(nèi)各部位受熱不一致，不同的爐管以及同一根爐管的不同部位，實(shí)際局部熱強(qiáng)度相差很大。gR值越大，完成一定加熱任務(wù)所需的輻射爐管就越少，輻射室體積越緊湊，投資也可降低，所以要盡可能提高爐管表面熱強(qiáng)度。各種爐子的輻射表面熱強(qiáng)度推薦值見(jiàn)表1-2。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),78,1.5.4 對(duì)流表面熱強(qiáng)度 對(duì)流爐管單位面積在單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量稱為對(duì)流表面熱強(qiáng)度。目前，加

56、熱爐對(duì)流室多以釘頭管或翅片管代替過(guò)去的光管，以強(qiáng)化傳熱。釘頭管或翅片管的熱強(qiáng)度一般為光管的兩倍以上。也就是說(shuō)，一根釘頭管或翅片管相當(dāng)于兩根以上光管的傳熱能力。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),79,表1-2 輻射爐管表面熱強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),80,即熱效率是衡量燃料利用情況，評(píng)價(jià)爐子設(shè)計(jì)和操作水平，標(biāo)定爐子性能的主要指標(biāo)。熱效率越高，燃料的有效利用率越高，燃料耗量越少，運(yùn)行越

57、經(jīng)濟(jì)。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),81,1.5.5 熱效率 加熱爐有效利用的熱量與燃料燃燒時(shí)所放出的總熱量之比叫熱效率，,火墻溫度又稱爐膛溫度，是指煙氣離開(kāi)輻射室進(jìn)入對(duì)流室時(shí)的溫度。它代表爐膛內(nèi)煙氣溫度的高低，是爐子操作中的重要控制指標(biāo)。,第一章 石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo),82,,,,1.5.6 火墻溫度,火墻溫度高，說(shuō)明輻射室傳熱強(qiáng)度高?；饓囟冗^(guò)高時(shí)，爐管易結(jié)焦，甚至燒壞爐管和管板等