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第一讲 管式加热炉

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管式加热炉概述

管式加热炉概述

各种炉型示图一
管式加热炉的主要结构之一
燃烧器结构及作用：
燃烧器是管式加热炉的重要部件之一，加热炉所需热量是通 过燃料在燃烧器中燃烧得到的，一个完整的燃烧器包括燃料喷嘴、 配风器和燃烧道三个部分。 1、喷嘴的主要任务是燃料油雾化并形成便于与空气混合的良好条件。 2、配风器是分配和输送燃烧空气的机构，其作用是供给燃料适量的 空气，并使空气和燃料迅速完善的混合。用于烧油的配风器将供 给的空气分成一次风和二次风.一次风解决着火、稳燃和减少碳黑 生成等问题，二次风供给大量空气以保证完全燃烧。 3、燃烧道的耐火材料蓄积的热量为火焰根部提供热源，加速燃料油 的蒸发和着火，有助于形成稳定的燃烧；其次它能约束空气，迫 使其与燃料混合而不止散溢；第三是与配风气一起使气流形成理 想的流型。
1、 管式加热炉的特征：
１）被加热物料在管内流动，仅限于加热流体；而且这些流体都是易燃易爆的烃类物质， 危险性大，操作条件很苛刻； ２）加热方式为直接受火式； ３）只使用液体或气体燃料； ４）长周期连续运转，温度。 ２）没有局部过热或死角的现象，防止原料油在炉管内结焦，以延长管式炉的运转周期。 ３）在完成任务的前提下，尽量节省传热面积，降低金属消耗量。 ４）提高炉子传热效率，减少燃料消耗量。 ５）造价低和寿命长。
管式加热炉工作原理
1、管式炉的三个主要部分如图分别为：辐射室、对流室、烟囱。 2、工作原理：燃料油以雾状喷出并与空气混合后燃烧，产生高温烟 气由下至上经辐射室进入对流室与油品换热使烟气温度降低，最 后由烟囱排出。加热油品流向如下图：
原料油
烟囱
对流室
辐射室
燃料
管式加热炉的类型简介
主要类型简介：
按炉体形状划分，可以分为:箱式炉、立式炉、园筒炉和无焰炉等。 1、箱式炉有斜顶炉和方箱炉，这种炉型历史悠久，是应用较早的炉型。其 长、宽、高大致接近，辐射室和对流室用火墙隔开，火嘴装于侧壁，烟 囱设于炉外，炉管水平排列。 2、立式炉炉膛为长方形，辐射管排于炉两侧，对流管排在辐射室上部的对 流室中，炉底部设有两排火嘴，炉中间砌一堵花墙，喷火嘴在花墙两边 燃烧。 3、圆筒炉与立式炉相似，方型的对流室位于辐射室上部，烟 囱安装在对流 室的上部，并装有烟道挡板，可调节风量，火嘴在炉底中央，火焰向上 喷射。其与立式炉不同的是辐射室为圆筒式，辐射管沿圆周垂直排列成 一圈，对流管分立式和水平两种。 4、无焰炉其外型与立式炉相似，炉中间排辐射管，顶部排对流管，两侧炉 墙布满火嘴，燃烧的速度快，在燃烧道里完成燃烧的全部过程，因此没 有火焰。

管式加热炉

管式加热炉

第五章管式加热炉一、管式加热炉的工作原理管式加热炉一般由三个主要部分组成：辐射室、对流室及烟囱，图5-1是一典型的圆筒炉示意图。

炉底的油气联合燃烧器(火嘴)喷出高达几米的火焰，温度高达1000~1500℃、主要以辐射传热的方式，将大部分热量传给辐射室(又叫炉膛)炉管(也叫辐射管)内流动的油品。

烟气沿着辐射室上升到对流室，温度降到700~900℃。

以对流传热的方式继续将部分热量传给对流室炉管内流动着的油品，最后温度降至200~450℃的烟气从烟囱排人大气。

油品则先进入对流管再进入辐射管，不断吸收高温烟气传给的热量，逐步升高到所需要的温度。

辐射室是加热炉的核心部分，从火嘴喷出的燃料(油或气)在炉膛内燃烧，需要一定的空间才能燃烧完全，同时还要保证火焰不直接扑到炉管上，以防将炉管烧坏，所以辐射室的体积较大。

由于火焰温度很高(最高处可达1500~1800℃左右)，又不允许冲刷炉管，所以热量主要以辐射方式传送。

在对流室内，烟气冲刷炉管，将热量传给管内油品，这种传热方式称为对流传热。

烟气冲刷炉管的速度越快，传热的能力越大，所以对流室窄而高些，排满炉管，且间距要尽量小。

有时为增加对流管的受热表面积，以提高传热效率，还常采用钉头管和翅片管。

在对流室还可以加几排蒸汽管，以充分利用蒸汽余热，产生过热蒸汽供生产上使用。

烟气离开对流室时还含有不少热量，有时可用空气预热器进行部分热量回收，使烟气温度降到200℃左右，再经烟囱排出，但这需要用鼓风机或引风机强制通风。

有时则利用烟囱的抽力直接将烟气排入大气。

由于抽力受烟气温度、大气温度变化的影响，要在烟道内加挡板进行控制，以保证炉膛内最合适的负压，一般要求负压为2~3mm水柱，这样既控制了辐射室的进风量，又使火焰不向火门外扑，确保操作安全。

二、管式加热炉的主要工艺指标1.加热炉热负荷。

每小时传给油品的总热量称为加热炉热负荷(千卡/小时)，表明加热炉能力的大小，国内炼油厂所用的管式加热炉最大热负荷在4200万千卡／小时左右。

管式炉课件1基础知识

管式炉课件1基础知识

1.5 加热炉的吹灰控制
• 若炉管积灰严重，将会增加传热热 阻，降低加热炉热效率，增加烟气 流动阻力，排烟温度升高，影响加 热炉的出力与安全运行。 • WQD-Ⅱ型气动旋转式吹灰器 • 吹灰时间、吹灰次数、启动方式均 可调整，吹灰半径1.2m，气源压力 0.5～1.Mpa。

3.辐射表面热强度：辐射炉管每单 位表面积在单位时间内所传递的热 量。表面热强度不超过28KW/m2 4.对流表面热强度：含义同辐射热 强度一样，但它是对对流室而言。 5.热效率：它表示向炉子提供的能 量被有效利用的程度，可用公式表 示为η=被加热介质吸收的有效能 量/ 供给炉子的能量。它是衡量燃 料消耗、评价加热炉设计和操作水 平的重要指标。
1.2 油田用加热炉分类与型号
按基本结构分为： 管式直接加热炉、火筒式加热炉 按被加热介质的种类分为： 原油加热炉、井产物加热炉、 生产用水加热炉、天然气加热炉 按燃料种类分类： 燃气加热炉、燃油加热炉、 燃油燃气加热炉
型号编制方法及命名
加热炉型式代号：
加热炉型式 火筒式直接加热炉 火筒式间接加热炉 代号 HZ HJ
加热炉额定热负荷系列
40 50 63 80 100 125 160 200
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
2.炉膛体积发热强度： 燃料燃烧的总发热量除以炉 膛体积，称之为炉膛体积发热 强度，简称为体积热强度，它 表示单位体积的炉膛在单位时 间内燃料燃烧所发出的热量。
•B=F/Ql xη •B---燃料用量（kg/h, Nm3/h） •F----热负荷 KW •Ql---燃料低发热值 （燃料油：10000 Kcal/kg, 天然气: 8500 Kcal/Nm3） •η---热效率

《管式加热炉》1

《管式加热炉》1

二 热辐射的吸收、反射和透过（续）
镜反射（specular）： 光滑表面，表面的不平整尺寸小于 波长，入射角=反射角。当ρ= 1时，称 为镜体。 漫反射（diffuse）： 表面的不平整尺寸大于波长，表面 对热射线的反射，在所有方向上杂乱无 章。ρ = 1时，称为白体。
二 热辐射的吸收、反射和透过（续）
ϕ=
π
2
时，I ϕ = π = 0
2
将遵守兰贝特定律的表面称为兰贝特表面，黑表面即是。
三 兰贝特（Lambert）定律——余弦定律
E0 = ∫ I 0 dω
0 2π
dω =
da R2
da = Rdϕ ⋅ R sin ϕdθ
dω =
2π
Rdϕ ⋅ R sin ϕdθ = sin ϕdϕdθ 2 R
2π
二 热辐射的吸收、反射和透过（续）
大部分固体和液体在小于1mm（甚至1μm）的非常薄的表面层 内，就能吸收掉全部热辐射，即τ= 0，ρ + α = 1，为不透明物 质。 可见光：黑色表面易吸收热量，α大——>反射率ρ小； 白色表面不易吸收热量，α小——>反射率ρ大。 不可见光：黑色表面与白色表面一样吸收。吸收率的大小主要取决于 表面的状况。表面越光滑——>反射率越高。 金属镜面：ρ = 0.95～0.97。 石膏粗糙表面：ρ = 0.10
一 热辐射的特征（续）
电磁辐射波谱 辐射线名称 宇宙射线 伽玛射线 伦琴射线 紫外线 可见光 红外线 < 1×10-7 1×10-7～1×10-5 1×10-5～2×10-2 2×10-2～0.38 0.38～0.76 0.76～1×103 （< 4μm 为近红外线） （> 4μm 为远红外线） 无线电波 1×103～2×1010 波长 / μm

第一讲管式加热炉

第一讲管式加热炉

炉管辐射表面热强度qR
15.7 10 2 qR 31345 W /m 0.21914.0 52
6
对流钉头管表面热强度qC
4.65106 2 qC 22833 W /m 0.219 3.7 80
管内质量流速GF
GF
3600 4

45000 (0.219 0.20)
横管大型箱式烧器和炉管交 错排列，单排管双面辐射，管子沿整个圆 周上的热分布要比单面辐射均匀的多。 • 燃烧器顶烧，对流室和烟囱放在地面上。
• 它的缺点是炉子体积大，造价很高，用于 单纯加热不经济。 • 目前在合成氨厂用它作为大型烃蒸汽转化 炉型，运转良好。
• 空气预热方式又有直接安装在对流室上面 的固定式空气预热器和单独放在地上的回 转式空气预热器等种类。
• 固定管式空气预热器由于低温腐蚀和积灰， 不能长期保持太高的效率，它的优点是同 炉体结合成一体，设计制造比较简单，适 合于回收热量不大时选用。
• 废热锅炉一般多采用强制式循环方式，尽 量放到对流室顶部。
BQl gv V
式中 gv—炉膛体积发热强度，kW/m3；
B—燃料用量，kg/s；
Ql—燃料的低位热值，kJ/kg或kJ/m3；
V—炉膛或辐射室体积，m3。
• 炉膛大小对燃料的稳定性有影响，如果炉 膛体积过小，燃烧空间不够，火焰舔到炉 管和管架上，炉膛温度也高，不利于长期 安全运行，因此炉膛体积热强度不允许过 大，一般控制在：
钉头式对流炉管
翅片式对流炉管
3、余热回收系统
• 余热回收系统是从离开对流室的烟气进一 步回收余热的部分。回收方法分两类。
• 一类是靠余热燃烧用空气来回收热量，这 些热量再次返回炉中。 • 另一类是采用同炉子完全无关的其他流体 回收热量。 • 前者称为“空气预热式”，后者因为常常 使用水回收，被称为“废热锅炉”。

管式加热炉

管式加热炉

第五章管式加热炉一、管式加热炉的工作原理管式加热炉一般由三个主要部分组成：辐射室、对流室及烟囱;图5-1是一典型的圆筒炉示意图..炉底的油气联合燃烧器火嘴喷出高达几米的火焰;温度高达1000~1500℃、主要以辐射传热的方式;将大部分热量传给辐射室又叫炉膛炉管也叫辐射管内流动的油品..烟气沿着辐射室上升到对流室;温度降到700~900℃..以对流传热的方式继续将部分热量传给对流室炉管内流动着的油品;最后温度降至200~450℃的烟气从烟囱排人大气..油品则先进入对流管再进入辐射管;不断吸收高温烟气传给的热量;逐步升高到所需要的温度..辐射室是加热炉的核心部分;从火嘴喷出的燃料油或气在炉膛内燃烧;需要一定的空间才能燃烧完全;同时还要保证火焰不直接扑到炉管上;以防将炉管烧坏;所以辐射室的体积较大..由于火焰温度很高最高处可达1500~1800℃左右;又不允许冲刷炉管;所以热量主要以辐射方式传送..在对流室内;烟气冲刷炉管;将热量传给管内油品;这种传热方式称为对流传热..烟气冲刷炉管的速度越快;传热的能力越大;所以对流室窄而高些;排满炉管;且间距要尽量小..有时为增加对流管的受热表面积;以提高传热效率;还常采用钉头管和翅片管..在对流室还可以加几排蒸汽管;以充分利用蒸汽余热;产生过热蒸汽供生产上使用..烟气离开对流室时还含有不少热量;有时可用空气预热器进行部分热量回收;使烟气温度降到200℃左右;再经烟囱排出;但这需要用鼓风机或引风机强制通风..有时则利用烟囱的抽力直接将烟气排入大气..由于抽力受烟气温度、大气温度变化的影响;要在烟道内加挡板进行控制;以保证炉膛内最合适的负压;一般要求负压为2~3mm水柱;这样既控制了辐射室的进风量;又使火焰不向火门外扑;确保操作安全..二、管式加热炉的主要工艺指标1.加热炉热负荷..每小时传给油品的总热量称为加热炉热负荷千卡/小时;表明加热炉能力的大小;国内炼油厂所用的管式加热炉最大热负荷在4200万千卡／小时左右..2.炉管表面热强度..每平方米炉管单位表面积一小时内所吸收的热量叫炉管表面热强度千卡/米2·小时..炉管表面热强度越高;在一定的热负荷下所用的炉管就越少;炉子的尺寸可减小;投资可降低;所以要尽可能地提高炉管的表面热强度..但炉管表面热强度不能无限制地提高;因为：①炉管表面热强度增加;管壁温度也会增加;靠近管壁处的油品就会因过热裂解而结焦附在管壁上;增加了传热阻力;又使管壁温度进一步增加;结焦不断增厚;如此恶性循环;严重时可烧坏炉管..所以要根据油品性质的不同控制合适的炉管表面热强度..加大管内油品流速;就不容易结焦;炉管表面热强度可适当高些..在检修时;须对炉管进行清焦处理..清焦的方法主要有空气-蒸汽烧焦法和机械清焦法..②加热炉炉膛内;各部分炉管的表面热强度是不同的;因为炉管距火焰的距离不同及炉管自身面向火焰面或背向火焰面等都会造成炉管受热不均..这样;局部的炉管表面热强度会大于全炉平均热强度;为防止局部过热;不得不降低全炉平均热强度;尽管这是不经济的..所以保证炉管受热均匀;提高全炉平均热强度;对延长炉管使用寿命是很重要的..图 5 - 错误!未定义书签。

管式加热炉ppt课件


第一章 1-1 管式加热炉的一般结构 1-2 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
门类 看火门 观看炉膛内所有火嘴的整个火焰；观看辐
射管、 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。 防爆门 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。 人孔门 进行安装及检修等工作。
第一章目录
表-2 常用炉管规格
炉管规格 （mm） （外径×壁厚） 60×5 60×6 60×8 89×6 89×8 89×10 102×6 102×8 102×10 114×6 114×8 114×10 127×6
• 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。
a用风机或 压缩机将空 气送入压炉膛， 废烟气缩排入 大气。式
燃 烧 炉 是 在 正 压 下 操 作
压缩式燃烧炉
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。
a部分烟气 引入烟气 轮机或联 合系统做 功，输出 电力。
的总热量，单位为W或kJ/h。炉子的热负荷越大， 其生产能力越大。计算公式为：
Q W F [ e v I ( 1 e ) I L I i] Q 0
炉膛热强度 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/m3·h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。
管子重 （kg/m）
6.78 7.99 10.26 12.28 15.98 19.48 14.21 18.58 22.69 15.98 20.91 25.65 17.90

管式加热炉

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。
五热效率
热效率表示向炉子提供的 能量被有效利用的程度， 其定义可用下式来表达：
式中有效吸热量即为炉子 的热负荷，总发热量一般 为燃料的发热量。可见， 当炉子热负荷不变时，热 效率越高，则燃料用量越 少。
六 炉膛温度
又叫火墙温度，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 操作中主要的控制指标。 炉膛温度不能太高，一般控制在850℃以下，但 不是绝对的。炉膛温度高有利于辐射传热，但太 高后会使炉管热强度过高，容易使炉管结焦和烧 坏。此外进入对流室的烟气温度也会过高，使对 流管易烧坏。因此，炉膛温度是确保加热炉长周 期安全运行的一个重要指标。

管式加热炉节能途径与措施讲座PPT

• 总结词：高效隔热材料的应用能够为企业带来显著的经济效益和环境效益，对 于推动工业节能减排和绿色发展具有重要意义。
• 详细描述：随着高效隔热材料的不断发展和推广，越来越多的企业开始采用这 些材料来改造加热炉，降低能耗和污染物排放。同时，政府和社会也应该加强 宣传和推广，鼓励更多的企业采用高效隔热材料，共同推动工业绿色发展。
THANKS
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均匀加热
确保物料在炉内均匀受热，避免局部过热或欠热，提高加热效率。
加强设备维护与管理
定期检查与维修
01
对加热炉及其附属设备进行定期检查，及时发现并处理设备故
障和潜在问题。
清洁与保养
02
保持加热炉内部的清洁，定期对设备进行保养，提高设备运行
效率和寿命。
操作人员培训
03
对操作人员进行专业培训，提高其操作技能和节能意识，确保
06
结论与展望
当前节能工作的成果与不足
成果
随着节能技术的不断发展和普及，管式加热 炉的能效得到了显著提升，能源消耗得到了 有效控制，同时也减少了环境污染。
不足
尽管节能工作取得了一定的成果，但仍存在 一些问题和不足，如部分企业节能意识不强、 节能技术应用不到位、能效标准执行不严格 等。
未来节能技术的发展趋势
高效隔热材料
• 总结词：高效隔热材料是实现管式加热炉节能的重要手段之一，通过减少热量 损失和传递，能够提高能源利用效率和减少能源浪费。
• 详细描述：高效隔热材料包括陶瓷纤维、气凝胶、纳米材料等，具有优良的隔 热性能和耐高温性能，能够有效地减少加热炉的热量损失和传递。同时，高效 隔热材料还能够改善加热炉的传热效果和运行稳定性，提高生产效率和产品质 量。
• 总结词：智能控制技术能够显著降低管式加热炉的能耗和污染物排放，提高生 产效率和产品质量，为企业带来经济效益和环境效益。

加热炉学习资料-

一、管式加热炉的结构及工作原理1.1 管式加热炉在炼油和石油化工中的重要性管式加热炉是一种火力加热设备, 它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源, 加热在炉管中高速流动的介质, 使其达到工艺规定的温度, 以供给介质在进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需的热量, 确保生产正常进行。

与其他加热方式相比, 管式加热炉的主要优点是加热温度高〔可达1273K〕, 传热能力高和便于操作管理。

近60多年所来, 管式炉的发展很快, 已成为近代石化工业中必不可少的工艺设备之一, 在生产和建设中具有十分重要的地位。

例如: 一个年处理量为2.5Mt原油的常减压蒸馏装置, 虽所用的加热炉的座数不多, 但其提供的总热量却达70MW, 如果炉子加热能力不够, 就会限制整个装置处理能力的提升, 甚至无法完成预定的任务。

管式加热炉消耗的燃料量相当可观, 一般加工深度较浅的炼厂, 约占其原油能力的3%~6%, 中等深度的占4%~8%, 较深的为8%~15%, 其费用约占操作费用的60%~70%, 因此, 炉子热效率的凹凸与节约燃料降低成本有密切的关系。

此外, 管式炉炉管结焦、炉管烧穿、炉衬烧塌等事故也常常是迫使装置停工检修的重要原因。

在生产中, 希望生产装置能达到高处理量、高质量和低消耗以及长周期、安全运转, 大量施行说明, 管式炉的操作往往是关键之一。

管式炉的基建投资费用, 一般约占炼油装置总投资的10%~20%, 总设备费用的30%左右, 在重整制氢和裂解等石油化工装置中, 则占建设费用的25%左右, 因此, 加热炉制定选型的好坏, 还直接影响装置经济的合理性。

1.2 管式加热炉的分类和主要工艺指标管式炉的类型很多, 如按用途分有纯加热和加热-反应炉, 前者如: 常压炉、减压炉, 原料在炉内只起到加热〔包括汽化的作用〕；后者如: 裂解炉、焦化炉, 原料在炉内不仅被加热, 同时还应确保有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。

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四、管式加热炉的主要技术挃标
• 1、热负荷 • 每台管式加热炉单位时间内向管内介质传 递热量的能力称为热负荷，一般用MW为单 位。 • 管内介质所吸收的热量、汽化或化学反应， 全部有效利用热。 • 对简单管式加热炉（管内介质入炉状态为 纯液相出炉为汽液混相）其热负荷计算公 式为
Q Wf [eIv (1 e)Il Ii ]10 Q
横管大型箱式炉
立管大型箱式炉
④顶烧式
• 在这种炉子的辐射室内，燃烧器和炉管交 错排列，单排管双面辐射，管子沿整个圆 周上的热分布要比单面辐射均匀的多。 • 燃烧器顶烧，对流室和烟囱放在地面上。
• 它的缺点是炉子体积大，造价很高，用于 单纯加热不经济。 • 目前在合成氨厂用它作为大型烃蒸汽转化 炉型，运转良好。
2、对流室
• 对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流 换热的部分，但实际上它也有一部分辐射 热交换，而且有时敷设换热还占有很大的 比例。
• 所谓对流室不过是挃对流传热起支配作用 的部位。 • 对流室内密布多排炉管，烟气以较大速度 冲刷这些管子，迚行有效的对流换热。
• 对流室一般担负全炉热负荷20%~30% • 对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率 越高，但究竟占多大比例合适，应根据管 内流体同烟气的温度差和烟气通过对流管 排的压力损失等，选择最经济合理的比值。 • 对流室一般都布置在辐射室之上，与辐射 室分开，单独放在地面上也可以。为了尽 量提高传热效率，多数炉子在对流室采用 类钉头管和翅片管。
• 目前，炉子的余热回收系统以采用空气预 热方式为多，通常只有高温管式炉（如烃 蒸汽转化炉、乙烯裂解炉）和纯辐射炉才 使用废热锅炉，因为这些炉子的排烟温度 太高。 • 安设余热回收系统以后，整个炉子的总热 效率能达88%~90%。
4、燃烧器
• 燃烧器组织热量燃烧产生热量，是炉子的 重要组成部分。
• 管式加热炉只燃烧燃料气和燃料油，所以 不需要烧煤那样复杂的辅助系统，火嘴结 构也比较简单。
一、管式加热炉
• 一个设备，具有耐火材料包围的燃烧室， 利用燃料燃烧产生的热量将物质（固体或 流体）加热，这样的设备叫做“炉子”。 • 工业上有各种各样的炉子，如冶金炉、热 处理炉、窑炉、焚烧炉和蒸汽锅炉。
二、管式加热炉的特征
• 被加热物质在管内流动，故仅限于加热气 体或液体。而且，这些气体或液体通常都 是易燃易爆的烃类物质，同锅炉加热水或 蒸汽相比，危险性大，操作条件要苛刻得 多； • 只烧液体或气体燃料； • 长周期连续运行，不间断操作。
• 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，应在经济合理的范围 内力求提高流速。
管内流速一般用管内质量流速表示，它的单 位是kg/m2· s
W GF NF 0
式中 W—管内介质质量流量，kg/s； Gv—管内介质的质量流速，kg/m2s； N—管程数，即炉管路数； F0—炉管的流通截面积，m2。
钉头式对流炉管
翅片式对流炉管
3、余热回收系统
• 余热回收系统是从离开对流室的烟气进一 步回收余热的部分。回收方法分两类。
• 一类是靠余热燃烧用空气来回收热量，这 些热量再次返回炉中。 • 另一类是采用同炉子完全无关的其他流体 回收热量。 • 前者称为“空气预热式”，后者因为常常 使用水回收，被称为“废热锅炉”。
• 火墙温度是挃烟气离开辐射室迚入对流室 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挃标。 • 早期的箱式炉在辐射室和对流室间设有一 堵隔墙，人们称之为桥墙，桥墙上方的温 度就叫做“火墙温度”
• 这个称呼一直沿用下来，但多数炉子已经 没有“桥墙”了。
• 火墙温度高，说明辐射室传热强大。
卧管立式炉
②附墙火焰式
• 这种炉子用很多根弯成U字形的炉管把火焰 包围起来，用于炉管路数较多，要求管内 压力降小的场合。 • 随着炉子热负荷的增大，U形弯可以增加到 二个甚至三个。
2
1008 / m2 s kg
4
五、管式加热炉的种类
• 管式加热炉通常可按外形或用途来分类。
• 按外形大致分为以下四类：箱式炉、立式 炉、圆筒炉、大方箱炉。
1、按外形分
• 这种划分方法系按辐射室的外观形状，而 与对流室无关。
• 所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一“箱 子状”的六面体，与它相比立式炉的辐射 室宽度要窄一些，其两侧墙间距与炉膛高 度之比约为1:2。圆筒炉、大型方箱炉的称 呼也按同理而来。
• 但火墙温度过高，则意味着火焰太猛烈， 容易烧坏炉管、管板等。 • 仍保证长周期安全运转考虑，一般炉子把 这个温度控制在850℃以下（烃蒸汽转化炉、 乙烯裂解炉等例外）。
7、管内流速
• 炉膛在炉管内的流速越低，则边界层越后， 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，介质越容 易结焦，炉管越容易损坏。
⑴箱式炉
• ①烟气下行式 • 这是早期的管式炉型式，燃烧器横烧，烟 气越过辐射室好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； • 炉管需用合金吊挂，造价贵，需要独立烟 囱。今年几乎已不采用。
②大方箱式炉
BQl gv V
式中 gv—炉膛体积収热强度，kW/m3；
B—燃料用量，kg/s；
Ql—燃料的低位热值，kJ/kg或kJ/m3；
V—炉膛或辐射室体积，m3。
• 炉膛大小对燃料的稳定性有影响，如果炉 膛体积过小，燃烧空间不够，火焰舔到炉 管和管架上，炉膛温度也高，不利于长期 安全运行，因此炉膛体积热强度不允许过 大，一般控制在：
三、管式加热炉的一般结构
• 管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热 回收系统、燃烧器以及通风系统五部分所 组成。
1、辐射室
• 辐射室是通过火焰或高温烟气迚行辐射传热的部 分。 • 这个部分直接收到火焰冲刷，温度最高，必须充 分考虑所用材料的温度、耐热性等。 • 这个部分是热交换的主要场所，全炉热负荷的 70%~80%是由辐射室所承担的，它是全炉最重 要的部位。 • 烃蒸汽转化炉、乙烯裂解炉等，其反应和裂解过 程全部用辐射室来完成。可以说一个炉子的优劣 主要看它辐射室性能如何。
• 与箱式炉不同的是炉膛宽敞，炉膛中间有 隔墙，把辐射室分成两间，仍而大大增加 了传热反射面。它在炉膛的三个侧面都安 了炉管，比箱式炉炉壁利用率高。
• 对流室和烟囱放在炉顶，烟气流动的阻力 减少，不过由于又有新的炉型比它更好， 最近也不使用了。
大型箱式炉
③横管大型箱式炉与立管大型箱式 炉
• 这两种型式更有效的利用了炉膛空间和炉 壁。两种炉型基本一致，只是一为横管一 为立管。 • 它们的优点是只要增加中央的隔墙数目， 可在保持炉膛体积収热强度不变的前提下， “积木组合式”的把炉子放大，所以特别 适合于大型炉。当热负荷很大时，虽然它 们还存在箱式炉的某些固有缺点，但上述 优点可以抵偿。
炉管辐射表面热强度qR
15.7 10 2 qR 31345 / m W 0.21914.0 52
6
对流钉头管表面热强度qC
4.65106 2 qC 22833 / m W 0.219 3.7 80
管内质量流速GF
GF
3600 4

45000 (0.219 0.20)
• 由于火焰猛烈，必须特别重视火焰雨炉管 间距以及燃烧器的间隔，尽可能使炉膛受 热均匀，使火焰不冲刷炉管幵实现低氧完 全燃烧。
• 为此，要合理选择燃烧器的型号，仔细布 置燃烧器。
5、通风系统
• 通风系统是将燃烧用空气导入燃烧器，幵 将烟气引出炉子，它分为自然通风方式和 强制通风方式两种。 • 前者依靠烟囱本身的抽力，不消耗机械功。 后者要使用风机，消耗机械功。
例题
• 设有一台圆筒炉加热柴油，柴油流量为 450000kg/h，分4路迚入炉子，在辐射室吸 热15.7MW，对流室吸热4.65MW。 • 对流室有Φ219×10×3700mm钉头管80根， 辐射室有Φ219×10×14000mm炉管52根。 • 炉子烧油2350kg/h，燃料油低位热值为 41600kJ/kg。辐射室体积为690m3. • 试求此炉的热负荷、热效率、炉膛体积热 强度、炉管辐射表面热强度、对流表面热 强度和管内质量流速。
• 过去，绝大多数炉子因为炉内烟气侧阻力 不大，都采用自然通风方式，烟囱通常安 在炉顶，烟囱的高度只要足以兊服炉内烟 气侧阻力就可以了。 • 但是近年来由于公害问题，石油化工厂已 经开始安装独立于炉群的超高型集合烟囱， 这一烟囱通过烟道把若干台炉子的烟气收 集起来，仍100m左右的高处排放，以降低 地面上污染气体的浓度。 • 强制通风方式只在炉子结构复杂，炉内烟 气侧阻力很大，或者没有余热回收系统时 采用，它必须使用风机。
• 由于辐射室内各部位受热不一样，不同炉 管以及同一炉管的不同位置实际上局部热 强度很不相同。 • 一台炉子的平均辐射热强度究竟取多少为 宜与许多因素有关，例如管内介质的特性、 管内介质的流速、炉型、炉管材质、炉管 尺寸、炉管的排列方式等。
4、对流表面热强度qC
• 含义同辐射热强度一样，单位也是W/m2， 但它是对于对流室而言。 • 为提高对流热传热，对流炉管外侧大量使 用了钉头或翅片。 • 钉头管或翅片管的对流表面热强度习惯上 仌按炉管外直径计算表面积，而不计算钉 头或翅片本身的面积。 • 钉头管或翅片管按此计算出的热强度一般 在光管的二倍以上，也就是说，一根钉头 或翅片管相当于两根以上光管的传热能力。
5、热效率
• 热效率表示向炉子提供的能量被有效利用 的程度，其定义可用下式表达
被加热加热流体吸收的 热量 供给给炉子的能
• 热效率是燃料消耗，评价炉子设计和操作 水平的重要挃标。 • 早期加热炉的热效率只有60%~70%，最近 已达到85%~88%，最新的技术水平已接近 92%左右。