管式加热炉.ppt

第一节 概述 在石油化工厂装置内所用的加热炉，都是通过管子将油品或其它介质进行加热的，故称为管式加热炉，通常简称为加热炉或炉子。 炼油工业采用管式加热炉始于1900年左右，最初出现的是“堆形炉”。它参考釜式蒸锅的原理，吸热面为管束，管子间的联接弯头也置于炉中，由于燃烧器直接装在管束下方，此种炉各排管子的受热强度极不均匀，底排管常常烧穿，管间联接弯头也易松漏引起火灾。当时认为这是因为辐射热太强了，于是便出现了纯对流炉。纯对流炉全部炉管都装在对流室内，用隔墙把对流室与燃烧室分开，避免炉管受到火焰的直接冲刷。然而，在操作中又发现对流室顶排管经常烧坏，而且炉管受热仍然很不均匀。这是因为高温烟气在进入对流室之前未能和一个吸热面换热，在对流室入口处温度仍能高达1000℃左右。后来人们发现，在燃烧室内安装一些炉管，一方面可取走部分热量降低烟气温度，解决对流室顶管的过热烧坏问题，同时可利用高温辐射传热强度大的特点，节省炉管，缩小炉子体积，这样，具有辐射室和对流室。方箱式加热炉开始出现了，这种箱式炉便是现代各种炉型的始祖。 由于管式炉较之釜式蒸锅性能优越，符合现代石油化学工业自动化、连续化、大型化的要求，所以其技术发展很快，它几乎参与了石油炼制化工生产的各类工艺过程，并对各类工艺技术的进步起到了很大的推动作用。 一 箱式炉 箱式炉因其辐射室为一‘“箱子状”的六面体而得名，它又可分为以下几种：烟气立行式、大型箱式、横管大型箱式、立管大型箱式、顶烧式和斜顶炉等。 烟气下行式炉是早期的管式炉型式，燃烧器横烧，烟气越过辐射室和对流室的隔墙自上而下流经对流室。这种炉型的主要缺点是敷管率（辐射室排有管子的炉壁占辐射室全部炉壁面积的比例）低，炉子体积大，需独立烟囱等。 大型箱式炉则在炉膛中间设一隔墙，把辐射室分成两间，从而大大提高了传热反射面。它在炉膛的三个侧面上都安装了炉管，因此炉壁利用率有所提高，对流室和烟囱都放在炉顶，烟气流动的阻力减少、横管和立管大型箱式炉与其基本结构差不多，只是它们在隔墙两侧也安装了炉管，以便更有效地利用炉膛空间和炉壁。它们的优点是只要增加中央的隔墙数目，可在保持炉膛体积发热强度不变的前提下，“积木组合式”地把炉子放大，所以特别适合于大型炉。 顶烧式炉子的辐射室内，燃烧器和炉管交错排列，单排管双面辐射，管子沿整个园周上的热分布要比单面辐射均匀得多。且燃烧器设在顶上向下燃烧，对流室和烟囱放在地面上。缺点是炉子体积大，造价很高，用于单纯加热不经济。 斜顶炉由箱式炉演变而来，是箱式砍去炉膛内烟气流动的死角区而成，虽然它对辐射室的传热均匀性有所改善，但并没有克服箱式炉的其它缺点，近年来几乎不再采用。 二 立式炉 立式炉的辐射室的形状也是一个六面体，与箱式炉相比，立式炉的辐射室宽度要窄一些，其两侧墙的间距与炉膛高度之比约为1：2。立式炉可分为：底烧横管式、附墙火焰式、环形管立式炉、立管立式炉、无焰燃烧炉等。 底烧横管式炉的炉管布置在两侧壁，中央是一列底烧的燃烧器，烟气由辐射室、对流室经烟囱一直上行。燃烧器能量较小，数目较多，间距较小，从而在炉子中央形成一道火焰“膜”，提高了辐射的效果。 附墙火焰式炉子炉膛中有一道火墙，火焰附墙而上，把墙壁烧红，使火墙成为良好的热辐射体，以提高辐射传热的效果。 环形管式炉是用多根弯成U字形的炉管把火焰“包围”起来，适用于炉管路数多，要求管内压力降小的场合。随炉子热负荷的增大，U形弯可以增加到二个甚至三个。 立管立式炉是我国首创的炉型，原来采用横管时要用大批的合金钢的管架，改用立管后，节省了这批合金钢，同时又保留了立式炉的优点，常用作大型加热炉的炉型。 无焰燃烧炉是单排管双面辐射炉型，它通过左侧壁上安装许多小型的气体无焰燃烧器，使整个侧壁成为均匀的辐射墙面，有优越的加热均匀性，可分区调节各区温度，是乙烯裂解和烃类蒸汽转化最合适的炉型之一。但造价昂贵，用于纯加热非常不合算。还有一个缺点是只能燃烧气体燃料。 三 立式园筒炉 这种炉因辐射室为园筒形而得其名，它又可分为：纯辐射式、有反射锥的辐射—对流型，无反射锥的辐射—对流型等。 纯辐射炉是最简单、最便宜的炉子。当炉子热负荷非常小，而且对流效率无要求时，采用这两种炉型。 有反射锥的辐射——对流型炉是过去园筒炉的典型代表，最适于流体进出炉温升不大时使用。但由于这种炉子为了强化传热在炉膛顶部使用了反射锥，当炉子烧劣质燃料时容易腐蚀损坏，燃烧器的火焰尖部也容易烧到反射锥上造成烧损。 现代立式园筒炉的主流是无反射锥的辐射——对流型炉。它取消了反射锥，能够建造较大的炉子。它的对流段水平布置若干排管子，并尽量使用钉头管和翅片管，热效率较高。它的制造及施工简单，造价低，是管式加热炉中应用最广泛的炉型。但是这种炉子放大以后，炉膛内显得太空，炉膛体积发热强度将急剧下降，结构上和经济上