管式爐

管式加熱爐說明

一、       管式加熱爐的工作原理

管式加熱爐一般由三個(gè)主要部分組成：輻射室、對(duì)流室及煙囪，圖1是一典型的圓筒爐示意圖。

爐底的油氣聯(lián)合燃燒器(火嘴)噴出高達(dá)幾米的火焰，溫度高達(dá)1000~1500℃、主要以輻射傳熱的方式，將大部分熱量傳給輻射室(又叫爐膛)爐管(也叫輻射管)內(nèi)流動(dòng)的油品。煙氣沿著輻射室上升到對(duì)流室，溫度降到700~900℃。以對(duì)流傳熱的方式繼續(xù)將部分熱量傳給對(duì)流室爐管內(nèi)流動(dòng)著的油品，之后溫度降至200~450℃的煙氣從煙囪排人大氣。油品則先進(jìn)入對(duì)流管再進(jìn)入輻射管，不斷吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，逐步升高到所需要的溫度。

輻射室是加熱爐的核心部分，從火嘴噴出的燃料(油或氣)在爐膛內(nèi)燃燒，需要一定的空間才能燃燒完全，同時(shí)還要保證火焰不直接撲到爐管上，以防將爐管燒壞，所以輻射室的體積較大。由于火焰溫度很高(較高處可達(dá)1500~1800℃左右)，又不允許沖刷爐管，所以熱量主要以輻射方式傳送。在對(duì)流室內(nèi)，煙氣沖刷爐管，將熱量傳給管內(nèi)油品，這種傳熱方式稱為對(duì)流傳熱。煙氣沖刷爐管的速度越快，傳熱的能力越大，所以對(duì)流室窄而高些，排滿爐管，且間距要盡量小。有時(shí)為增加對(duì)流管的受熱表面積，以提高傳熱效率，還常采用釘頭管和翅片管。在對(duì)流室還可以加幾排蒸汽管，以充分利用蒸汽余熱，產(chǎn)生過熱蒸汽供生產(chǎn)上使用。煙氣離開對(duì)流室時(shí)還含有不少熱量，有時(shí)可用空氣預(yù)熱器進(jìn)行部分熱量回收，使煙氣溫度降到200℃左右，再經(jīng)煙囪排出，但這需要用鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)。有時(shí)則利用煙囪的抽力直接將煙氣排入大氣。由于抽力受煙氣溫度、大氣溫度變化的影響，要在煙道內(nèi)加擋板進(jìn)行控制，以保證爐膛內(nèi)較合適的負(fù)壓，一般要求負(fù)壓為2~3mm水柱，這樣既控制了輻射室的進(jìn)風(fēng)量，又使火焰不向火門外撲，確保操作安全。

二、       管式加熱爐的主要工藝指標(biāo)

1.     加熱爐熱負(fù)荷。每小時(shí)傳給油品的總熱量稱為加熱爐熱負(fù)荷(千卡/小時(shí))，表明加熱爐能力的大小，國(guó)內(nèi)煉油廠所用的管式加熱爐較大熱負(fù)荷在4200萬(wàn)千卡／小時(shí)左右。

2.     爐管表面熱強(qiáng)度。每平方米爐管單位表面積一小時(shí)內(nèi)所吸收的熱量叫爐管表面熱強(qiáng)度(千卡/米²·小時(shí))。

爐管表面熱強(qiáng)度越高，在一定的熱負(fù)荷下所用的爐管就越少，爐子的尺寸可減小，投資可降低，所以要盡可能地提高爐管的表面熱強(qiáng)度。但爐管表面熱強(qiáng)度不能無(wú)限制地提高，因?yàn)椋孩贍t管表面熱強(qiáng)度增加，管壁溫度也會(huì)增加，靠近管壁處的油品就會(huì)因過熱裂解而結(jié)焦附在管壁上，增加了傳熱阻力，又使管壁溫度進(jìn)一步增加，結(jié)焦不斷增厚，如此惡性循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)可燒壞爐管。所以要根據(jù)油品性質(zhì)的不同控制合適的爐管表面熱強(qiáng)度。加大管內(nèi)油品流速，就不容易結(jié)焦，爐管表面熱強(qiáng)度可適當(dāng)高些。在檢修時(shí)，須對(duì)爐管進(jìn)行清焦處理。清焦的方法主要有空氣-蒸汽燒焦法和機(jī)械清焦法。②加熱爐爐膛內(nèi)，各部分爐管的表面熱強(qiáng)度是不同的，因?yàn)闋t管距火焰的距離不同及爐管自身面向火焰面或背向火焰面等都會(huì)造成爐管受熱不均。這樣，局部的爐管表面熱強(qiáng)度會(huì)大于全爐平均熱強(qiáng)度，為防止局部過熱，不得不降低全爐平均熱強(qiáng)度，盡管這是不經(jīng)濟(jì)的。所以保證爐管受熱均勻，提高全爐平均熱強(qiáng)度，對(duì)延長(zhǎng)爐管使用壽命是很重要的。

圖 1  管式加熱爐的主要結(jié)構(gòu)

3.     過剩空氣系數(shù)。實(shí)際供給燃料燃燒的空氣與理論空氣量的比值叫做過?？諝庀禂?shù)。比如1公斤燃料從理論上計(jì)算需要14.3公斤空氣正好完全燃燒，而實(shí)際供給的空氣量是17.2，則過剰空氣系數(shù)就是17.2/14.3=1.2。

在保證燃燒完全的前提下，使?fàn)t子在低而穩(wěn)定的過?？諝庀禂?shù)下操作是有利的。過?？諝庀禂?shù)過小會(huì)造成燃燒不完全而浪費(fèi)燃料；過?？諝庀禂?shù)過大，進(jìn)入爐膛的空氣量大，爐膛溫度下降，影響傳熱效率，同時(shí)，也增加了煙氣量。此外，煙氣中的氧氣較多，會(huì)使?fàn)t管表面氧化加劇，縮短爐管壽命。過?？諝庀禂?shù)通常取1.1~1.5左右。

4.     全爐熱效率。爐子熱負(fù)荷與燃料發(fā)出的總熱量之比叫全爐熱效率。管式爐熱效率一般為75%左右，目前先進(jìn)的管式爐熱效率為80%~85%，較高可達(dá)88%~92%，熱效率高，表明相同的熱負(fù)荷所耗的燃料量少。

燃料燃燒放出的熱量，除被油品吸收外，其余的熱量都被煙氣帶走和爐體散熱損失掉。所以提高熱效率的途徑有：一是改進(jìn)燃燒狀況，使燃料完全燃燒；二是充分回收煙氣熱量；三是提高爐壁的保溫質(zhì)量，減少爐壁散熱損失。

三、       管式加熱爐類型

煉油廠加熱爐類型很多，按照管式加熱爐的用途可分為純加熱爐和加熱-反應(yīng)爐，前者如常壓爐、減壓爐，原料在爐內(nèi)只起到被加熱的作用；后者如裂解爐、焦化爐，原料在爐內(nèi)不僅被加熱，同時(shí)還有足夠的時(shí)間進(jìn)行裂解和焦化反應(yīng)。按照管式爐的結(jié)構(gòu)又可分為立式爐、圓筒爐和無(wú)焰爐。

1.     立式爐

立式爐爐膛為長(zhǎng)方形箱體，爐管可水平放置或垂直放置，圖2為臥管立式爐，圖3為立管立式爐。臥管立式爐其輻射爐管沿爐壁橫排，火焰垂直于爐管上燒，爐膛較窄．對(duì)流室置于輻射室之上，長(zhǎng)度與輻射室相同，煙囪放在對(duì)流室頂部。這種爐的特點(diǎn)是爐管沿長(zhǎng)度方向受熱均勻，另外由于其輻射室高度低，故各輻射管間的受熱也比較均勻。對(duì)流管較長(zhǎng)對(duì)提高熱效率比較有利，其缺點(diǎn)是為避免爐管發(fā)生過大的彎曲變形，要按一定間隔設(shè)置高合金爐管支架。立管立式爐的結(jié)構(gòu)同臥管立式爐很相似，只是爐管改為立式，其主要優(yōu)點(diǎn)是減少了爐管支架，便于布置多管程，缺點(diǎn)是爐管沿管長(zhǎng)受熱不均勻，清掃困難。

立式爐在熱負(fù)荷較低時(shí)，投資高于圓筒爐，一般在熱負(fù)荷較大時(shí)使用。

2.     圓筒爐

圓簡(jiǎn)爐爐膛為直立圓筒形(圖4)，輻射管在爐膛周圍垂直地排列一周，方形對(duì)流室在圓筒體上部，對(duì)流管分水平與直立設(shè)置兩種。圓筒爐的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)較低。爐管立式排列，可采用上部吊管固定，節(jié)省了管架合金材料用量。但立式排列使得沿管長(zhǎng)方向受熱不均勻，距爐底1~5m處的管于表面熱強(qiáng)度較高。從熱負(fù)荷上看，圓筒爐通常用作中、小型加熱護(hù)，這是因?yàn)檩椛涔懿荒芴L(zhǎng)，加大爐膛直徑又會(huì)提高造價(jià)。圓筒爐的熱效率偏低也使熱負(fù)荷的提高受到限制。當(dāng)熱負(fù)荷大于2500萬(wàn)千卡／小時(shí)，可選用立管立式爐。

3.     無(wú)焰爐

無(wú)焰爐結(jié)構(gòu)見圖5，其外形和立式爐相似，主要特點(diǎn)是將無(wú)焰噴嘴沿爐膛測(cè)墻均勻分布。由于無(wú)焰燃燒，爐膛體積可縮小，傳熱較均勻，輻射管熱強(qiáng)度高(可達(dá)50，000~60，000千卡/米²·時(shí))，傳熱較均勻。由于燃燒完全，過?？諝庀禂?shù)小，爐子熱效率較高。此外，還可按工藝要求來調(diào)節(jié)各處爐管的熱強(qiáng)度。但這種無(wú)焰燃燒噴嘴目前只能燒氣體燃料，另外爐墻結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜、造價(jià)較高，國(guó)內(nèi)主要用作焦化爐、高溫制氫的轉(zhuǎn)化爐及裂解爐等。

 

圖 2 臥管立式爐

圖 3  立管立式爐

圖 4  圓筒爐

圖 5  無(wú)焰爐