加熱爐-認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)

1、管式加熱爐化學(xué)工程系王蘭娟W管式加熱爐概述燃燒過程12煙氣余熱回收3提 綱3第1節(jié) 管式加熱爐概述1.1 管式加熱爐在石油加工和石化中的重要性 1.2 加熱爐的一般結(jié)構(gòu)1.3 管式加熱爐的分類1.4 加熱爐的主要工藝指標(biāo)1.5 管式加熱爐的主要部件你見過的爐子？51.1.1 管式加熱爐的定義一種火力加熱設(shè)備利用燃料在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫火焰和熾熱的煙氣作為熱源，加熱爐管內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)，使之達(dá)到工藝規(guī)定的溫度特點(diǎn):（1）被加熱介質(zhì)是在管子里面流動(dòng)，被加熱的對象僅限于流體；（2）爐管要承受高溫、高壓和介質(zhì)腐蝕（3）只燒氣體或者液體燃料； (4) 長周期運(yùn)轉(zhuǎn)，不間斷操作。61.1.2 研究管式加熱爐

2、的必要性加熱溫度高、傳熱速率快火焰溫度1000以上，其它加熱設(shè)備難覓；傳熱速率快；常壓爐出口溫度:360 減壓爐出口溫度:370 ,減壓深拔400 催化裂化爐出口溫度: 370左右延遲焦化爐出口溫度:500 左右整個(gè)煉油和石化中能耗最大的設(shè)備之一原油處理量的315%要被作為燃料燒掉比值隨著原油的加工深度的加深而增加 常減壓爐每天就要燒掉30萬元/百萬噸的燃料 是控制運(yùn)轉(zhuǎn)周期及自動(dòng)化程度的關(guān)鍵設(shè)備“三高一低”（高處理量、高質(zhì)量、高效率和低能耗）及“長周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)” 1.1.2 研究管式加熱爐的必要性81.2 加熱爐的一般結(jié)構(gòu)1.2.1輻射室（爐膛）1.2.2.對流室1.2.3.燃燒器（火嘴） 1

3、.2.4.通風(fēng)系統(tǒng)1.2.5.余熱回收系統(tǒng)91.2 加熱爐的一般結(jié)構(gòu)1.2.1輻射室（爐膛）位于加熱爐的下部主要傳熱方式：輻射傳熱份額：7080%加熱爐的主要部位101.2 加熱爐的一般結(jié)構(gòu)1.2.2對流室位于輻射室的上部主要傳熱方式：對流傳熱份額：2030%是提高加熱爐熱效率的主要部位111.2 加熱爐的一般結(jié)構(gòu)1.2.3 燃燒器（火嘴）燃料在其中燃燒放出熱量決定爐子性能的部件多個(gè)火嘴應(yīng)注意分布合理性圓筒爐中應(yīng)杜絕兩個(gè)火嘴出現(xiàn)121.2 加熱爐的一般結(jié)構(gòu)1.2.4 通風(fēng)系統(tǒng)作用：將空氣引入加熱爐中 將煙氣排放出爐體 高空排放減少地面污染分類：強(qiáng)制通風(fēng)自然通風(fēng)利用外部氣體輸送機(jī)械鼓風(fēng)一般爐膛內(nèi)

4、微正壓利用煙囪產(chǎn)生抽力實(shí)現(xiàn)引入空氣和排除煙氣爐膛內(nèi)負(fù)壓131.2 加熱爐的一般結(jié)構(gòu)煙囪擋板：調(diào)節(jié)煙氣排出量和空氣入爐量1.2.4 通風(fēng)系統(tǒng)141.2 加熱爐的一般結(jié)構(gòu)1.2.5余熱回收系統(tǒng)作用：回收出對流室煙氣中高品位熱量， 提高爐子熱效率分類：空氣預(yù)熱器廢熱鍋爐15按用途分：純加熱爐、加熱反應(yīng)爐 純加熱爐如常壓爐、減壓爐、催化裂化爐 加熱反應(yīng)爐如裂解爐和焦化爐按傳熱方式分：純對流爐、輻射爐、對流輻射爐按燃燒方式分：火焰式、無焰燃燒爐按爐型分：箱式爐、立式爐、圓筒爐 1.3 管式加熱爐的分類161.3.1 箱式爐優(yōu)點(diǎn)：操作和維修簡單； 可使用低質(zhì)量的 燃料油；缺點(diǎn)：鋼材耗量多；占地面積大； 造

5、價(jià)較高；爐管受熱不均； 頂部爐管因局部過熱易燒毀； 需在爐外另設(shè)煙囪等。171.3.2 斜頂爐比方箱爐減少了死角，爐管表面熱強(qiáng)度略有提高，應(yīng)用范圍比方箱爐廣，至今在中小化工廠中還有采用。181.3.3 立式爐立管立式爐臥管立式爐無焰燃燒爐19特點(diǎn)：火焰垂直向上，與煙氣流動(dòng)方向相同，連成片狀燃燒，傳熱比較均勻；對流室阻力損失小，大大降低了煙囪高度，且無需在爐體外另行建設(shè)；取消爐頂?shù)鯍欤菇Y(jié)構(gòu)簡化，造價(jià)降低。1.3.3 立式爐201.3.4 圓筒爐21優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占地面積小， 金屬耗量少，便于建造維修；1.3.4 圓筒爐缺點(diǎn)：爐管沿長度受熱不均， 爐管表面熱強(qiáng)度不高， 對流室較小，熱效率低

6、。大型圓筒爐1.3.4 圓筒爐241.4 加熱爐的主要工藝指標(biāo)1.4.1 全爐熱負(fù)荷Q 1.4.2 爐膛體積熱強(qiáng)度qV 1.4.3 爐管表面熱強(qiáng)度qA 1.4.4 全爐熱效率 1.4.5 管內(nèi)冷介質(zhì)流速和全爐壓降251.4.1 全爐熱負(fù)荷Q爐子單位時(shí)間內(nèi)傳給被加熱物料的總熱量以Q表示單位為kJ/h或W、MWQ值越大，爐子的生產(chǎn)能力也越大 261.4.2 爐膛體積熱強(qiáng)度qV 指燃料燃燒的總發(fā)熱量除以爐膛體積單位為：kJ/(m3h)或W/m3 此值越大，完成相同任務(wù)所需的爐子越緊湊一般情況下控制在3kW/m3左右，不易過大271.4.3 爐管表面熱強(qiáng)度qA 單位面積（按爐管外徑計(jì)算）爐管，單位時(shí)間

7、內(nèi)所傳遞的熱量；單位為：kW/m2 可分為輻射爐管表面熱強(qiáng)度和對流爐管表面熱強(qiáng)度此值越大，完成相同的傳熱任務(wù)所需的傳熱面越小291.4.4 全爐熱效率 爐子傳遞給被加熱物料的 有效熱量與燃料完全燃燒 所放出的總熱量之比小型爐效率約在7080%，大型爐效率約在90%左右 此值越高，完成相同任務(wù) 所消耗的燃料越少305.管內(nèi)冷介質(zhì)流速和全爐壓降將20下，被加熱介質(zhì)在爐管內(nèi)的流速稱為冷介質(zhì)流速常壓爐的全爐壓降一般為0.6861.47MPa(715at)減壓爐的全爐壓降一般為0.2940.588MPa(36at) 341.5 管式加熱爐的主要部件1.5.1 爐體1.5.2 爐管系統(tǒng)1.5.3 燃燒器3

8、51.5.1 爐體爐墻36爐墻37鋼架鋼架的作用在于保持爐形和支撐爐子各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，足夠的強(qiáng)度節(jié)省鋼材，便于操作和檢修381.5.2 爐管系統(tǒng)輻射爐管對流爐管爐管連接件39輻射爐管a.爐管材質(zhì)的選擇傳熱性能好；在一般管壁厚度下，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度；耐腐蝕；能夠?qū)崿F(xiàn)長時(shí)間安全運(yùn)轉(zhuǎn)的要求；10#、20#優(yōu)質(zhì)鋼、Cr5Mo、 Cr9Mo、1Cr18Ni9Ti合金鋼等。40輻射爐管b.管徑的選擇若管徑過大，傳熱不良，管壁溫度升高，油品易結(jié)焦； 若管徑過小，油品在管內(nèi)流速過大，阻力損失大；外徑在60152mm之間；最常見的范圍是100150mm。c.爐管長度的選擇管式爐爐管一般在78m之間；有加長趨勢

9、，有采用1522m爐管長度的實(shí)例。 常用爐管規(guī)格43對流爐管一般水平（臥管）安裝等腰三角形排列釘頭管翅片管44爐管連接件451.5.3 燃燒器燃燒器的分類:按使用燃料分按通風(fēng)方式分 自然通風(fēng)強(qiáng)制通風(fēng)氣體火嘴油火嘴油-氣聯(lián)合火嘴 包括燃料噴嘴，配風(fēng)器和燃燒道三部分。噴嘴供給燃料；配風(fēng)器調(diào)節(jié)并引入空氣；燃燒道提供高溫?zé)嵩匆员ＷC燃燒穩(wěn)定。 46氣體火嘴預(yù)混式外混式半預(yù)混式48蒸汽霧化：采用蒸汽作為霧化劑油火嘴優(yōu)點(diǎn)：霧化效果好，火焰剛直有力，生產(chǎn)能力大，加熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣缺點(diǎn)：蒸汽消耗量大，蒸汽不能回收，加重了供水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，在霧化過程中，伴有強(qiáng)烈的噪聲霧化蒸汽的壓力一般在48kgf/cm2 49機(jī)械

10、霧化使高壓燃料油通過噴嘴的切向槽和旋流室，以很大的流速經(jīng)小孔噴出使燃料霧化的方式優(yōu)點(diǎn)：不需要霧化劑，成本低，噪聲小缺點(diǎn)：但部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，霧化效果差一般用于鍋爐燃料的霧化 50聯(lián)合霧化 先機(jī)械霧化，再采用適量蒸汽霧化的方法優(yōu)點(diǎn)：一般霧化效果良好缺點(diǎn)：但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度較大51油-氣聯(lián)合火嘴半預(yù)混式氣體火嘴和油火嘴的聯(lián)合使用可以同時(shí)或單獨(dú)使用氣體燃料和液體燃料液體燃料時(shí)多采用二次風(fēng)門調(diào)節(jié)氣體燃料時(shí)多采用一次風(fēng)門調(diào)節(jié)52第2節(jié) 燃料燃燒過程2.1 燃料的種類、組成和發(fā)熱值2.2 理論空氣用量與過?？諝庀禂?shù)2.3 全爐熱效率、燃料用量及火嘴個(gè)數(shù)的確定2.4 提高加熱爐熱效率的方法532.1.1 燃料

11、的種類氣體燃料：氣體燃料的來源多是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的利用價(jià)值不高的輕烴催化干氣、焦化干氣、不凝氣（烴類）等主要組成是甲烷、乙烷和少量的C3、C454液體燃料大都是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的重質(zhì)油品常壓重油、減壓渣油以及原油在使用液體燃料時(shí)，要注意的問題：霧化效果要好燃料粘度適中 2.1.1 燃料的種類液體燃料：552.1.2 燃料的組成元素組成： 碳(C)、氫(H)、硫(S)、氧(O)、氮(N)、水(W)、灰分(A)確定方法說明：d420 ：燃料油在20時(shí)的相對密度比重； C、H、S：質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，如C=86表示86%。元素分析法經(jīng)驗(yàn)公式法562.1.3 燃料的發(fā)熱值定義：指單位燃料完全燃燒所放出的熱量發(fā)

12、熱值基準(zhǔn)： 氣體燃料：kJ/nm3Fuel (0、1atm) 液體燃料：kJ/kgFuel分類：低發(fā)熱值Ql ：生成的水呈氣態(tài) 高發(fā)熱值Qh ：生成的水呈液態(tài) Qh- Ql = r水 572.2.1 理論空氣用量定義：單位燃料完全燃燒所需的最小空氣量液體燃料：2.2 理論空氣用量與過剩空氣系數(shù) 582.2.2 過?？諝庀禂?shù)定義：管式爐操作中實(shí)際入爐空氣量與理論空氣量之比對的影響：太小O2供應(yīng)不足燃料燃燒不充分熱效率太大煙氣量煙氣帶走的熱量熱損失煙氣中含氧量爐管表面氧化使用壽命(每增加0.1，降低1.5%左右)加熱爐操作應(yīng)在確保燃料完全燃燒的前提下，盡量降低59燃料性質(zhì)：氣體燃料：1.11.2

13、液體燃料：1.21.3，提高霧化燃燒器的性能：自然引風(fēng)式：1.21.4(國內(nèi))大能量燃燒器1.11.15(國外)新型平行氣流燃燒器1.05爐體密封性加熱爐的測控水平2.2.3 過?？諝庀禂?shù)影響過?？諝庀禂?shù)的主要因素60奧氏分析儀：將煙氣中的水蒸氣冷凝；用KOH、C6H3O3(焦性食子酸)測定CO2、O2含量計(jì)算公式：2.2.3 過剩空氣系數(shù)過?？諝庀禂?shù)的測定：氧化鋯計(jì)算公式：yO2 =3%，4%，5%=1.19，1.26，1.35612.3 全爐熱效率、燃料用量 及火嘴個(gè)數(shù)的確定 2.3.1 熱平衡確定全爐熱效率2.3.2 燃料用量B的確定 2.3.3 火嘴數(shù)量的確定2.3.4 燃燒產(chǎn)物煙道氣

14、的流量的確定 622.3.1 熱平衡確定全爐熱效率1kg燃料：正平衡反平衡652.3.2 燃料用量B的確定2.3.3 火嘴數(shù)量的確定說明：總額定噴油能力/實(shí)際噴油能力1.21.35； 圓筒爐：不采用2個(gè)火嘴，火嘴間距1m； 必須由燃料的性質(zhì)選用合適的火嘴B=Q/QlNF=B/B額66說明：0.5-霧化蒸汽量，kgSteam/kgFuel； 若為機(jī)械霧化或用氣體燃料，則不計(jì)。2.3.4 燃燒產(chǎn)物-煙道氣流量的確定mg=(L+1+0.5)B = B(1.5+L0)672.4 提高加熱爐熱效率的方法 2.4.1 加熱爐熱效率降低的原因 2.4.2 露點(diǎn)腐蝕 2.4.3 提高管式加熱爐熱效率的途徑68

15、2.4.1 加熱爐熱效率降低的原因爐墻散熱；煙氣帶熱；燃料燃燒不完全 每增加0.1，降低1.5%左右排煙溫度增加55， 降低2%左右692.4.2 露點(diǎn)腐蝕 有的燃料中含有微量的硫元素，在燃燒的過程中，硫被氧化生成二氧化硫或三氧化硫。如果管壁溫度低于水蒸汽的露點(diǎn)溫度，水蒸汽就會(huì)凝結(jié)在爐管上和三氧化硫就結(jié)合生成硫酸溶液，二氧化硫和水蒸汽生成亞硫酸溶液，二者對鐵具有很強(qiáng)的腐蝕能力，它們的存在加速了爐管的腐蝕過程，大大縮短了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，這種現(xiàn)象叫作露點(diǎn)腐蝕。 702.4.3 提高管式加熱爐的熱效率的途徑q1/Ql燃料、空氣、水蒸汽的顯熱， q1/Ql；q2/Ql煙氣帶走的熱量， q2/Ql；qL

16、/Ql爐墻散熱損失， qL/Ql。 加熱工藝介質(zhì) 余熱鍋爐發(fā)生蒸氣 預(yù)熱爐用燃燒空氣第3節(jié) 煙氣余熱回收3.1 煙氣余熱回收的途徑空氣預(yù)熱器 余熱回收鍋爐3.2 低溫露點(diǎn)腐蝕關(guān)鍵是SO3的生成煙氣帶有大量的水蒸氣燃料中硫燃燒后全部生成SO2少量的SO2再與氧化合形成SO3當(dāng)煙氣溫度降到400以下時(shí)SO3將與水蒸氣化合生成硫酸蒸氣硫酸蒸氣凝結(jié)到受熱面上發(fā)生低溫硫酸腐蝕防止低溫露點(diǎn)腐蝕的措施提高空氣預(yù)熱器換熱面的壁溫 提高空氣預(yù)熱器入口的空氣溫度可以提高預(yù)熱器冷端換熱面的壁溫，防止結(jié)露腐蝕。 將尾部換熱面的壁溫控制在稍高于煙氣的露點(diǎn)溫度，可以完全防止露點(diǎn)腐蝕的發(fā)生。一般取金屬表面溫度比露點(diǎn)溫度高5

17、10。 燃料脫硫處理采用耐腐蝕材料3.3 以煙氣為熱源的空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器型式按傳熱方式分間壁換熱式：管式和板式預(yù)熱器蓄熱換熱式：回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器按構(gòu)造型式分管式預(yù)熱器：鋼管、玻璃管、熱管、 鑄鐵翅片管等板式預(yù)熱器 管式空氣預(yù)熱器預(yù)熱器型式立式：煙氣走管程，空氣走殼程。臥式：煙氣走殼程，空氣走管程。立式和臥式空氣預(yù)熱器均可由幾個(gè)單體所組成。 鋼管式空氣預(yù)熱器 管式空氣預(yù)熱器玻璃管空氣預(yù)熱器 當(dāng)需要進(jìn)一步提高加熱爐熱效率，降低排煙溫度，而在采用金屬預(yù)熱器會(huì)遭受嚴(yán)重腐蝕的情況下，才考慮用玻璃管空氣預(yù)熱器。 由于玻璃管空氣預(yù)熱器不能承受高溫，適宜在煙氣露點(diǎn)溫度以下工作，它是作為一種防腐措施付諸應(yīng)用的，所以一般都是和其他型式的預(yù)熱器聯(lián)合使用。熱管式空氣預(yù)熱器目前高溫?zé)峁軕?yīng)用各堿金屬制品作為工質(zhì) ,如鈉、鉀、鋰,上述液態(tài)金屬的工作溫度范圍為 600 1800。熱管與鋼管預(yù)熱空氣串聯(lián)余熱回收系統(tǒng)1-加熱爐 2-擾流子翅片管空氣預(yù)熱器 3-熱管空氣預(yù)熱器 4-鼓風(fēng)機(jī) 5-引風(fēng)機(jī) 6-煙囪板式空氣預(yù)熱器 由大量的平行的平板或各種沖壓的波紋板組合而成，煙氣和空氣在板間錯(cuò)流而行進(jìn)行熱交換。板式空氣預(yù)熱器流向氣-氣換熱板式預(yù)熱器 傳熱性能好，同