管式加热炉.pdf
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1、管式加热炉管式加热炉 管式加热炉的特征管式加热炉的特征第一章第一章学习内容学习内容 炉管炉管 管式加热炉的特征:管式加热炉的特征: (1)被加热物质在管内流动,故仅限于加热气 体和液体。而且,这些气体或液体通常都是易燃 易爆的烃类物质,同锅炉加热水和蒸汽相比,危 险性大,操作条件要苛刻得多。 )被加热物质在管内流动,故仅限于加热气 体和液体。而且,这些气体或液体通常都是易燃 易爆的烃类物质,同锅炉加热水和蒸汽相比,危 险性大,操作条件要苛刻得多。 (2)加热方式为直接受火式,加热温度高,传 热能力大。 )加热方式为直接受火式,加热温度高,传 热能力大。 (3)只烧气体或液体燃料。)只烧气体或液
2、体燃料。 (4)长周期连续运转,不间断操作,便于管理。)长周期连续运转,不间断操作,便于管理。 返回 学习内容:学习内容: 1. 管式加热炉的种类和结构管式加热炉的种类和结构 2. 管式加热炉的设计方法管式加热炉的设计方法 3. 余热回收设施余热回收设施 4. 管式加热炉的操作、控制与优化技术管式加热炉的操作、控制与优化技术 返回 第一章第一章 管式加热炉种类、主要部件和技术指标管式加热炉种类、主要部件和技术指标 1-1 管式加热炉的一般结构 管式加热炉的四个主要组成部分 管式加热炉的一般结构 管式加热炉的四个主要组成部分: 0iLvF QII ) e1 (eIWQ+= 炉膛热强度炉膛热强度
3、燃料燃烧的总发热量除以炉膛体 积,称之为炉膛热强度(又称体积热强度), 它表示单位体积的炉膛在单位时间里燃料燃烧 所放出的热量,单位为 燃料燃烧的总发热量除以炉膛体 积,称之为炉膛热强度(又称体积热强度), 它表示单位体积的炉膛在单位时间里燃料燃烧 所放出的热量,单位为kJ/m3h或或W/m3。炉膛 热强度越大,完成相同的热任务所需的炉子越 紧凑。 炉膛 热强度越大,完成相同的热任务所需的炉子越 紧凑。 1-2 管式加热炉的主要技术指标管式加热炉的主要技术指标 热负荷热负荷 每台加热炉单位时间内向管内介质传递 的总热量,单位为 每台加热炉单位时间内向管内介质传递 的总热量,单位为W或或kJ/h
4、。炉子的热负荷越炉子的热负荷越 大,其生产能力越大。大,其生产能力越大。计算公式为:计算公式为: 炉管表面热强度炉管表面热强度 单位时间内单位炉管表面积所传 递的热量称为炉管表面热强度,单位为 单位时间内单位炉管表面积所传 递的热量称为炉管表面热强度,单位为kJ/m2h或或 W/m2。炉管表面热强度越大,完成相同热任务所需 的传热面积越小,使用的炉管就越少,炉子体积可 减小,投资可以降低。 炉管表面热强度越大,完成相同热任务所需 的传热面积越小,使用的炉管就越少,炉子体积可 减小,投资可以降低。应注意的是炉管表面热强度 一般指平均值。 炉膛温度(又称火墙温度) 应注意的是炉管表面热强度 一般指
5、平均值。 炉膛温度(又称火墙温度) 炉膛温度指烟气离开辐射室进入对流室时的温 度,它表征炉膛内烟气温度的高低,是炉子操作中 重要的控制指标。 炉膛温度指烟气离开辐射室进入对流室时的温 度,它表征炉膛内烟气温度的高低,是炉子操作中 重要的控制指标。 管内流速及压力降管内流速及压力降 液体在管内的流速越低,则边界层越厚, 传热系数越小,管壁温度越高,介质在炉内的 停留时间也越长。其结果,介质易结焦,炉管 易损坏。但流速过高又增加管内压力降,增加 了管路系统的动力消耗。 液体在管内的流速越低,则边界层越厚, 传热系数越小,管壁温度越高,介质在炉内的 停留时间也越长。其结果,介质易结焦,炉管 易损坏。
6、但流速过高又增加管内压力降,增加 了管路系统的动力消耗。 箱 式 炉 箱 式 炉 返回立式炉 管式加热炉的主要技术指标管式加热炉的主要技术指标 热负荷 炉管表面热强度 炉膛热强度 炉膛温度(又称火墙温度) 管内流速及压力降 热负荷 炉管表面热强度 炉膛热强度 炉膛温度(又称火墙温度) 管内流速及压力降 按炉型结构分类按炉型结构分类 : 立式炉、圆筒炉、大型方炉立式炉、圆筒炉、大型方炉 1-3 管式加热炉的种类管式加热炉的种类 立立立立 式式式式 炉 炉炉炉 箱式炉 圆圆圆圆 筒筒筒筒 炉炉炉炉 大型方炉大型方炉大型方炉大型方炉 1-3 管式加热炉的种类 按炉型结构分类 管式加热炉的种类 按炉型
7、结构分类 : 立式炉、圆筒炉、大型方炉 按用途分类 立式炉、圆筒炉、大型方炉 按用途分类: 化学反应炉、加热液体的炉子化学反应炉、加热液体的炉子 气体加热炉、加热混相流体的炉子气体加热炉、加热混相流体的炉子 炉管内进行化学反应的炉子炉管内进行化学反应的炉子 炉管内装催化剂的,如烃类蒸汽转化炉。炉管内装催化剂的,如烃类蒸汽转化炉。 炉管内不装催化剂的,如乙烯裂解炉。炉管内不装催化剂的,如乙烯裂解炉。 加热混相流体的炉子加热混相流体的炉子 更难保证各路流量的均匀,更要重视管径、 管内质量流速、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。 更难保证各路流量的均匀,更要重视管径、 管
8、内质量流速、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。 加热液体的炉子加热液体的炉子 管内无相变化、单纯的液体加热炉管内无相变化、单纯的液体加热炉 管内进口为液体、出口为汽、液混相管内进口为液体、出口为汽、液混相 进口为液相、出口全部汽化的炉子进口为液相、出口全部汽化的炉子 按按 用用 途途 分分 类类 气体加热炉气体加热炉 不易结焦不易结焦, 当气体量很大时,炉管的路数很 多,注意从结构上保证各路均匀,防止偏流。 当气体量很大时,炉管的路数很 多,注意从结构上保证各路均匀,防止偏流。 1-3 管式加热炉的种类 按炉型结构分类 管式加热炉的种类 按炉型结构分类 : 立式炉、
9、圆筒炉、大型方炉 按用途分类 立式炉、圆筒炉、大型方炉 按用途分类: 化学反应炉、加热液体的炉子化学反应炉、加热液体的炉子 气体加热炉、加热混相流体的炉子气体加热炉、加热混相流体的炉子 炉型选择的基本原则炉型选择的基本原则 炉型选择的基本原则炉型选择的基本原则 从结构、制造、投 资费用方面考虑, 应优先选择辐射室 用立管的加热炉。 从结构、制造、投 资费用方面考虑, 应优先选择辐射室 用立管的加热炉。 对一般用途的中小 负荷炉子,宜优先 考虑立式圆筒炉。 对一般用途的中小 负荷炉子,宜优先 考虑立式圆筒炉。 单排管双面辐射加热炉一般只用于烃 类蒸汽转化和乙烯裂解等高温过程。 单排管双面辐射加热
10、炉一般只用于烃 类蒸汽转化和乙烯裂解等高温过程。 压压 缩缩 式式 燃燃 烧烧 炉炉 压 缩 式 燃 烧 炉 是 在 正 压 下 操 作 压 缩 式 燃 烧 炉 是 在 正 压 下 操 作 a用风机或 压缩机将空 气送入炉 膛,废烟气 排入大气。 用风机或 压缩机将空 气送入炉 膛,废烟气 排入大气。 b烟气被导 入烟气轮 机,利用其 膨胀的能量 做功,可提 高系统的综 合热效率。 烟气被导 入烟气轮 机,利用其 膨胀的能量 做功,可提 高系统的综 合热效率。 a部分烟气 引入烟气 轮机或联 合系统做 功,输出 电力。 部分烟气 引入烟气 轮机或联 合系统做 功,输出 电力。 b将炉上部的 高
11、温高压排 烟引入烟气 轮机做功, 输出电力, 烟气轮机排 出的热烟气 再导入对流 段预热被加 热介质。 将炉上部的 高温高压排 烟引入烟气 轮机做功, 输出电力, 烟气轮机排 出的热烟气 再导入对流 段预热被加 热介质。 分级用能式压缩燃烧炉分级用能式压缩燃烧炉 压缩式燃烧炉的特点压缩式燃烧炉的特点 高速对流传热,排烟温度较低,可降低燃料消耗,易于 设置较完善的热回收系统。 炉体尺寸小,占地面积小,投资费用低。 废气有较高的压缩能,可回收利用,例如用来驱动 烟气轮机做功发电。 烟气排放量较少,可采用较小的烟囱。 炉内为高温高压,对炉管壁厚及材质的要求高。 可以采用类似燃气轮机用的小型高强燃烧器
12、代替大 火嘴,可进一步缩小炉子体积。 高速对流传热,排烟温度较低,可降低燃料消耗,易于 设置较完善的热回收系统。 炉体尺寸小,占地面积小,投资费用低。 废气有较高的压缩能,可回收利用,例如用来驱动 烟气轮机做功发电。 烟气排放量较少,可采用较小的烟囱。 炉内为高温高压,对炉管壁厚及材质的要求高。 可以采用类似燃气轮机用的小型高强燃烧器代替大 火嘴,可进一步缩小炉子体积。 第一章第一章 1-1 管式加热炉的一般结构管式加热炉的一般结构 1-2 管式加热炉的主要技术指标管式加热炉的主要技术指标 1-3 管式加热炉的种类管式加热炉的种类 1-4 管式加热炉的主要部件1-4 管式加热炉的主要部件 1-
13、4 管式加热炉的主要部件 炉管、弯头、管架与管板、火嘴以及各 种配件,如烟道挡板、看火门、防爆门、人孔门、 吹灰器、灭火蒸汽管等。 炉 管 炉 管 规 格 传热面 直接见火 有氧化腐蚀 有结 焦现象 蠕变 破裂 金属耗量大 表1-2 常用炉管规格 表1-3 常用管心距 炉 管 长 度 主 要 有 : 6000 , 9000 , 12000,15000mm。 表表 1-2 表表 1-3 强度高,特别是持久强度高; 抗氧化和耐腐蚀性能良好; 高温组织稳定性符合操作条件的要 求; 热加工工艺性能良好; 经济性合理; 管子供应方便。 优质碳钢、铬钼合金钢和铬镍不锈钢 以钴为主体的高温合金钢 内壁渗铝的
14、钢管 炉管陶瓷涂料 选 择 材 料 原 则 新型 炉管 材料 炉 管 材 料炉 管 材 料 材料 炉管连接件炉管连接件 箱箱 式式 铸铸 钢钢 回回 弯弯 头头 U 型 弯 头 急 弯 弯 管 拔 制 集 合 管 型 弯 头 急 弯 弯 管 拔 制 集 合 管 炉管拉钩 炉管拉钩 由燃料喷嘴、调风器和火道(也称燃烧道)组成 燃烧器的类型:气体火嘴、油火嘴和油气联合火嘴 1-4-3 燃烧器(火嘴)1-4-3 燃烧器(火嘴) 按燃烧所用空气的供给方式可分为 引射式(空气靠瓦斯本身吸入)和混合式 (空气靠鼓风机供给) 按燃烧所用空气的供给方式可分为 引射式(空气靠瓦斯本身吸入)和混合式 (空气靠鼓风
15、机供给) 预混式 结构复杂,对燃料要求高,易发生回火。 外混式 瓦斯-空气未经预先混合,而是由燃烧器 的不同通道分别进入炉内,然后借助扩 散作用使两者在炉中边混合、边燃烧(即 扩散燃烧)。 预混式 结构复杂,对燃料要求高,易发生回火。 外混式 瓦斯-空气未经预先混合,而是由燃烧器 的不同通道分别进入炉内,然后借助扩 散作用使两者在炉中边混合、边燃烧(即 扩散燃烧)。 半预混式半预混式 一部分空气靠引射器吸入预先混合 (一次空气),其余部分则靠外部大气供 给,与燃料边烧边混合(二次空气)。 一部分空气靠引射器吸入预先混合 (一次空气),其余部分则靠外部大气供 给,与燃料边烧边混合(二次空气)。
16、气体火嘴气体火嘴 混合的先后可分为 按燃料气和空气 混合的先后可分为 按燃料气和空气 高高 强强 燃燃 烧烧 器器 埃索燃烧器 肖伯燃烧器 坛形燃烧器 声波火嘴示意图声波火嘴示意图 1脉冲面脉冲面 2共振室共振室 3抛物线折射面抛物线折射面 1-4-4 吹灰器吹灰器 蒸汽吹灰器蒸汽吹灰器 声学吹灰器 水冲洗 声学吹灰器 水冲洗 化学清灰剂化学清灰剂 选用燃烧器注意事项选用燃烧器注意事项 燃烧器应与燃料特点相适应燃烧器应与燃料特点相适应 燃烧器应满足管式加热炉的工艺要求燃烧器应满足管式加热炉的工艺要求 燃烧器应与炉型配合燃烧器应与炉型配合 燃烧器应能满足节能和环保要求燃烧器应能满足节能和环保要求
17、 烟烟 囱囱 挡挡 板板 及及 调调 节节 系系 统统 调节烟囱内挡板开度可以控制一定的抽力,保证 炉膛内最合适的负压。一般要求炉膛内具有 调节烟囱内挡板开度可以控制一定的抽力,保证 炉膛内最合适的负压。一般要求炉膛内具有-19.6- 39.2Pa的负压,在打开看火门观察炉膛时,火焰不会 外扑,确保操作安全。 的负压,在打开看火门观察炉膛时,火焰不会 外扑,确保操作安全。 门门 类类 看火门看火门 观看炉膛内所有火嘴的整个火焰;观看辐观看炉膛内所有火嘴的整个火焰;观看辐 射管、射管、 底排遮蔽管的受热状况,管壁被氧化底排遮蔽管的受热状况,管壁被氧化 的情况,炉管的弯曲程度等。的情况,炉管的弯曲
18、程度等。 防爆门防爆门 负压自重式防爆门,平时靠自重关闭,负压自重式防爆门,平时靠自重关闭, 当炉内压力增高时,防爆门即被打开。当炉内压力增高时,防爆门即被打开。 人孔门人孔门 进行安装及检修等工作。进行安装及检修等工作。 第一章目录 炉管规格 ( 炉管规格 (mm) (外径壁厚) 管子重 () (外径壁厚) 管子重 (kg/m) 炉管规格 () 炉管规格 (mm) (外径壁厚) 管子重 () (外径壁厚) 管子重 (kg/m) 605 606 608 896 898 8910 1026 1028 10210 1146 1148 11410 1276 6.78 7.99 10.26 12.28
19、 15.98 19.48 14.21 18.58 22.69 15.98 20.91 25.65 17.90 1278 12710 1526 1528 15210 15216 15220 18018 18022 2198 21910 21912 21914 23.48 28.85 21.60 28.41 35.02 53.66 68.56 71.91 93.32 41.63 51.54 61.26 70.78 表表-2 常用炉管规格常用炉管规格 炉 管 外 径炉 管 外 径 mm 管 心 距管 心 距 mm 60 102 114 127 152 168 219 120, 150 172, 20
20、3 203, 230 215, 250 275, 304 275, 304 372, 438 表表1-3 常用管心距常用管心距 第一章第一章 1-1 管式加热炉的一般结构管式加热炉的一般结构 1-2 管式加热炉的主要技术指标管式加热炉的主要技术指标 1-3 管式加热炉的种类 1-4 管式加热炉的主要部件 管式加热炉的种类 1-4 管式加热炉的主要部件 燃烧过程计算内容:燃烧过程计算内容: 燃料发热值燃料发热值 燃烧用理论和实际空气量燃烧用理论和实际空气量 热效率热效率 燃料用量燃料用量 烟气流量及组成烟气流量及组成 第二章第二章 燃烧过程计算燃烧过程计算 燃燃 料料2-1 燃料种类燃料种类 燃
21、料的性质燃料的性质 燃料的组成燃料的组成 液体燃料液体燃料 密度、粘度、比热、密度、粘度、比热、 用元素组成表示用元素组成表示 (燃料油)(燃料油) 导热系数、闪点、导热系数、闪点、 燃点、自燃点和凝燃点、自燃点和凝 固点等。固点等。 气体燃料气体燃料 密度、比热、平均密度、比热、平均 (瓦斯)(瓦斯) 相对分子质量等相对分子质量等 高发热值高发热值 低发热值 低发热值 燃料完全燃烧,并燃料完全燃烧,并 发热值发热值 当燃烧产物中的水 当燃烧产物中的水 蒸汽凝结为水时所 蒸汽凝结为水时所 放出的热量。放出的热量。 即油中所含各元素 的质量百分数 即油中所含各元素 的质量百分数 用各组分体积 百
22、分数表示 用各组分体积 百分数表示 燃料完全燃烧, 其燃烧产物中的 水分仍以汽态存 在时所放出的热 量 燃料完全燃烧, 其燃烧产物中的 水分仍以汽态存 在时所放出的热 量。 气体燃料的发热值气体燃料的发热值 1标准立方米燃料完全燃烧时所放出的热量,单位标准立方米燃料完全燃烧时所放出的热量,单位kJ/nm3。 高发热值: 。 高发热值: 低发热值:低发热值: 发热值发热值 计算计算 燃料油发热值燃料油发热值 1公斤燃料完全燃烧时所放出的热量,单位公斤燃料完全燃烧时所放出的热量,单位kJ/kg。 (1)根据燃料油元素组成(质量百分数)计算根据燃料油元素组成(质量百分数)计算: 高发热值:高发热值:
23、 低发热值:低发热值: (2)根据燃料油的相对密度计算根据燃料油的相对密度计算: (3)由燃料油相对密度指数及含氢量计算由燃料油相对密度指数及含氢量计算(2-6)(2-11)式式 O)108.862(S1256.1H339.147CQO)108.862(S1256.1H339.147CQ h h += 25.122WO)108.862(S1030.002H339.147CQ25.122WO)108.862(S1030.002H339.147CQl l+= 2 l 2 l 8792.7d3161.185d42246.83Q8792.7d3161.185d42246.83Q+= hiihhiih
24、qyQqyQ= liilliil qyQqyQ= 2-2 理论空气量与过剩空气系数理论空气量与过剩空气系数 按化学反应的需氧量而供给的空气量。按化学反应的需氧量而供给的空气量。 液体燃料完全燃烧时所需的理论空气量液体燃料完全燃烧时所需的理论空气量 C+O2CO 燃烧燃烧1kg碳需用氧碳需用氧=2.67 kg H2+O2H2O 燃烧燃烧1kg氢需用氧氢需用氧=8 kg S+O2SO2 燃烧燃烧1kg硫需用氧硫需用氧=1 kg 燃烧燃烧1kg燃料由空气供给的理论用氧量为: 燃烧 燃料由空气供给的理论用氧量为: 燃烧1kg液体燃料需要的理论空气量为:液体燃料需要的理论空气量为: 气体燃料所需的理论空
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