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1、可以说一个炉子的优劣主要看它的辐射室性能如何。1.1.2对流室 对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流换热部分，但实际上它也有一部分辐射热交换，而且有时辐射换热还占有颇大的比例。所谓对流室不过是指“对流传热气支配作用的部位”。对流室内分不多排炉管，烟气以较大速度冲刷这些管子，进行有效的对流换热。对流室一般担负全炉热负荷的2030%。对流室吸收热量的比例越大，全炉热效率越高，但就仅占多少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果，多数炉子在对流室采用了钉头管和翘片管

2、。1.1.3 余热回收系统 余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分。回收方法分两类。一类是靠预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“空气预热方式”，后者因为常常使用水回收，被称为“废热锅炉方式”。空气预热方式又有直接安在对流室上面的固定管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，不能指望长期保持太高的热效率，它的优点是同炉体结合成一体，设计和制造比较简单，适合于热回收热量不大时选用。1.1.4燃烧器 燃烧器产生热量，是炉子的重要组成部分。如前所述，管式加热炉只烧燃料气

3、和燃料油，所以不需要少煤那样复杂的辅助系统，火嘴结构也比较简单。 由于燃烧火焰猛烈，必须特别重视火焰与炉管的艰巨以及燃烧器间的间隔，尽可能使炉膛受热均匀，使火焰不冲刷炉管并实现低氧完全燃烧。为此，要合理选择燃烧器的型号，仔细布置燃烧器。1.1.5通风系统通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器，并将废烟气引出炉子，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。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，烟囱高度只要足以克服炉内烟气侧阻力就可以了。但是，近年来由于公害问题，石油化工厂已开始安设独立于炉群的

4、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，从100米左右的高出排放，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，或者设有前述余热回收系统时才采用，它必须使用风机。1.2管式加热炉的主要类型管式炉的类型很多。根据炉型结构不同，可分为箱式炉、立式炉和圆筒炉等。按炉内进行传热主要方式分类，管式炉有纯对流式、辐射-对流式和辐射式。按燃烧方式分类则有火炬式和无烟燃烧式。按用途分纯加热炉和加热-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，还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。下面简

5、单介绍一下炼油装置的管式炉。1.2.1蒸馏炉蒸馏炉包括原油蒸馏装置的常压炉、减压炉以及后续加工装置的长牙和减压分流馏塔加热炉。一般蒸馏炉，当热符合不大于30MW时，有优先用辐射-对流型圆筒炉；当负荷大于30MW时，通常选用立管立式炉或双管双室箱式炉。 1.2.2 残渣油加热炉 这类加热炉包括延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉等，均属于加热重质油的管式炉。其特点为炉管内油料相对密度大、黏度高、易裂解、管内避容易结焦。为保证加热炉能长周期运行，一般均在辐射管内入水或蒸汽以及提高管内流速。由于延迟焦化炉和沥青炉操作条件较为苛刻，应选择水平管立式炉或单排管双面辐射炉时，不仅能改善传热的均匀性，还能缩短

6、油料在炉内的停留时间，因此新设计的焦化炉大都采用这种炉型。惠州炼油焦化加热炉采用FW公司专有的双面斜面阶梯炉，每台加热炉由6个辐射室、1个对流室组成，每个辐射管程设置单独的一个炉膛。1个对流室安装在辐射室上，用于原料预热和蒸汽过热。这种结构形式能够根据操作灵活性，独立控制每一个单元，能够实现在线清焦和停车机械清焦、蒸汽空气烧焦。燃烧器采用进口焦化专用燃烧器，可以有效的实现环保排放。1.2.3加氢炉 加氢装置反应器进料加热炉，一般简称为加氢反应炉或加氢炉。按操作压力分类，加氢炉可分为高压加氢炉和中、低压加氢炉两大类。操作压力在10MPa以上的一般叫做高压加氢炉，如减压榨油加氢炉、常压重油加氢炉、

7、加氢裂化炉、润滑油加氢精制炉、润滑油加氢降凝炉等。对于高压加氢反应炉由于其操作条件十分苛刻，因此早期的加氢反应炉都设计成纯对流炉，避免盘管受火焰直接加热。随着技术的不断发展，自70年代以来，高压加氢反应炉逐渐改用辐射-对流型或纯辐射型炉型。理想的炉型是单排卧管双面辐射炉型（图1-5）。它可以在最高强度不超限的情况下，得到较高的平均热强度，缩短炉管总长度和减少弯头数量，从而得到最小的压降。这样一来，缩短炉管总长度和减少弯头数量，将成为大幅减少压降的重要手段，这与一般流速较低的炉子是不一样的。同时由于炉管表面被充分利用来传热，因而也是最经济的。1.2.4重整炉“重整”是使烃类分子重新排列成新分子结

8、构的工艺过程：在催化剂的作用下，环烷烃和烷烃转化成芳烃和异构烷烃，同时副产部分氢气。早年的处理量15-30万吨/年半再生重整装置中常常采用纯辐射型圆筒炉。随着催化剂重整工艺的进步，重整加热炉的规模也发生了重大变化。重整炉的突出特点就是要求管内流体的压降要小。大型化的重整炉管内介质体积流量大，出炉温度高。加热炉的炉管多设计为几十炉管并联。圆筒炉在结构上已不能满足大型化的要求，新型炉应运而生如图1-6。1.2.5气体加热炉 气体加热炉主要特点是炉管内的被加热介质不是油品，而是气体，如氮气、空气和过热蒸汽管。气体加热炉的炉型主要按其热负荷来选择，20MW以下的一般选用圆筒炉。热负荷更大时，一般选用箱

9、式炉。1.3管式加热炉的特点 管式加热炉,包括加热炉本体和余热回收系统,余热回收系统包括空气预热器,其中空气预热器由非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器两段组成,余热回收系统中另设有冷凝液收集池,引风机和鼓风机,冷凝液收集池直接设在冷凝式空气预热器下方,冷凝液收集池与引风机相连接,鼓风机与冷凝式空气预热器相连；其加热炉的排烟温度可降低到100左右,实现烟气中含酸水蒸气的部分冷凝,且在回收烟气低温显热的同时,能回收部分含酸水蒸气的汽化潜热,进一步提高加热炉热效率,节约能源.1.4管式加热炉的作用管式加热炉的结构和作用管式炉主要由辐射室、对流室、炉管、燃烧器及烟道等组成。 1.辐射室与对流室 管式

10、炉四周有炉墙（由耐火层、保温层等组成）,里面排有炉管.原料油或油品 从对流室的炉管（称对流管）进入,经辐射室的炉管（辐射管）加热到要求的 温度后离开炉子。燃料油和（或）燃料气在炉膛里燃烧,以辐射方式直接加热 原料油。燃烧产生的高温烟气进入对流室,以对流方式把热量传给原料,最后从 烟囱中排出。在加热炉里7080的加热任务是在辐射室里完成的。对流室 除用以加热油品以外,有时还有部分炉管用来生产过热蒸汽供装置内用。 2.炉管 排列在辐射室里的炉管,一般材料为优质碳钢（10 号钢）；处理高温或有腐蚀 性的原料油则采用铬钼合金钢（如Cr5Mo 等）。为了增加传热面积,强化传热 过程,对流室炉管外表面可以

11、带有钉头。 3.燃烧器 是喷散燃料与空气混合的设备,以使燃料完全燃烧。加热炉所用的燃料有两种： 一种是重质油品,即燃料油,另一种是燃料气。烧燃料油时,一般采用蒸汽与燃 料混合,经油嘴高速喷出,使油雾化,空气从风门中选入,选行燃烧。第二章 传热2.1 传热过程传热学就是研究热量传递过程中的基本规律及其应用的一门科学实际。传热过程一般都不是单一的传热方式，如火焰对炉壁的传热，就是辐射、对流和传导的综合，而不同的传热方式则遵循不同的传热规律。为了分析方便，人们在传热研究中把三种传热方式分解开来，然后再加以综合。传热过程即热量传递过程。在化工生产过程中，几乎所有的化学反应过程都需要控制在一定的温度下进

12、行。为了达到和保持所要求的温度，反应物在进入反应器前常需加热或冷却到一定温度。在过程进行中，由于反应物需要吸收或放出一定的热量，故又要不断地导入或移出热量；有些单元操作，如蒸馏、蒸发、干燥和结晶等，都有一定的温度要求，所以也需要有热能的输入或输出，过程才能进行；此外，许多设备或管道在高温或低温下操作，若要保证管路中输送的流体能维持一定的温度以及减少热量损失，则需要保温（或隔热）；近十多年来，随着能源价格的不断上涨，回收废热及节省能源已成为降低生产成本的重要措施之一。以上所讲到的情况，都与热量传递有关。可见，在化工生产中，传热过程具有相当重要的地位。2.2 传热的基本方式2.2.1 热传导定义：

13、物体各部分无相对位移，仅依靠物质分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而使热量从高温部分向低温部分传递的现象。热传导是介质内无宏观运动时的传热现象，其在固体、液体和气体中均可发生，但严格而言，只有在固体中才是纯粹的热传导，而流体即使处于静止状态，其中也会由于温度梯度所造成的密度差而产生自然对流，因此，在流体中对流与热传导同时发生。物体或系统内的各点间的温度差，是热传导的必要条件。由热传导方式引起的热传递速率（简称导热速率）决定于物体内温度的分布情况。温度场就是任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象叫热传导。热传导是热传递三种基本方式

14、之一。它是固体中热传递的主要方式，在不流动的液体或气体层中层层传递，在流动情况下往往与对流同时发生。热传导实质是由大量物质的分子热运动互相撞击，而使能量从物体的高温部分传至低温部分，或由高温物体传给低温物体的过程。在固体中，热传导的微观过程是：在温度高的部分，晶体中结点上的微粒振动动能较大。在低温部分，微粒振动动能较小。因微粒的振动互相联系，所以在晶体内部就发生微粒的振动，动能由动能大的部分向动能小的部分传递。在固体中热的传导，就是能量的迁移。在金属物质中，因存在大量的自由电子，在不停地作无规则的热运动。一般晶格震动的能量较小，自由电子在金属晶体中对热的传导起主要作用。所以一般的电导体也是热的

15、良导体，但是也有例外，比如说钻石，事实上，jewller 可以通过测宝石的导热性来判断钻石的真假。在液体中热传导表现为：液体分子在温度高的区域热运动比较强，由于液体分子之间存在着相互作用，热运动的能量将逐渐向周围层层传递，引起了热传导现象。由于热传导系数小，传导的较慢，它与固体相似，因而不同于气体；气体依靠分子的无规则热运动以及分子间的碰撞。2.2.2 热辐射物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。热量传递的3种方式之一。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和

16、红外线传播。由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为300时热辐射中最强的波长在红外区。当物体的温度在500以上至800时，热辐射中最强的波长成分在可见光区。关于热辐射,其重要规律有4个:基尔霍夫辐射定律,普朗克辐射分布定律,斯蒂藩-玻耳兹曼定律.维恩位移定律.这4 个定律,有时统称为热辐射定律. 物体在向外辐射的同时，还吸收从其他物体辐射来的能量。物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关。但是，在热平衡状态下，辐射体的光谱辐射出射度（见辐射度学和光度学）r（，T）与其光谱吸收比a（，T）的比值则只是辐射

17、波长和温度的函数，而与辐射体本身性质无关，即 上述规律称为基尔霍夫辐射定律，由德国物理学家G.R.基尔霍夫于1859年建立。式中吸收比a 的定义是：被物体吸收的单位波长间隔内的辐射通量与入射到该物体的辐射通量之比。该定律表明，热辐射辐出度大的物体其吸收比也大，反之亦然。黑体是一种特殊的辐射体，它对所有波长电磁辐射的吸收比恒为1。黑体在自然条件下并不存在，它只是一种理想化模型，但可用人工制作接近于黑体的模拟物。即在一封闭空腔壁上开一小孔，任何波长的光穿过小孔进入空腔后，在空腔内壁反复反射，重新从小孔穿出的机会极小，即使有机会从小孔穿出，由于经历了多次反射而损失了大部分能量 。对空腔外的观察者而言

18、，小孔对任何波长电磁辐射的吸收比都接近于1，故可看作是黑体。将基尔霍夫辐射定律应用于黑体，可见，基尔霍夫辐射定律中的函数f（，T）即黑体的光谱辐射出射度。热辐射的特点：1、任何物体，只要温度高于 0 K ，就会不停地向周围空间发出热辐射；2、可以在真空中传播； 3、伴随能量形式的转变；4、具有强烈的方向性；5、辐射能与温度和波长均有关；6、发射辐射取决于温度的 4 次方。2.2.3 热对流热对流是指热量通过流动介质，由空间的一处传播到另一处的现象。火场中通风孔洞面积愈大，热对流的速度愈快；通风孔洞所处位置愈高，热对流速度愈快。热对流是热传播的重要方式，是影响初期火灾发展的最主要因素。影响热传导

19、的主要因素是：温差、导热系数和导热物体的厚度和截面积。导热系数愈大、厚度愈小、传导的热量愈多。（1）热对流类型按流体在传热过程中有无相态变化，对流传热分两类：无相变对流传热。流体在换热过程中不发生蒸发、凝结等相的变化，如水的加热或冷却。根据引起流体质点相对运动的原因，对流传热又分自然对流和强制对流。自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动（如散热器旁热空气的向上流动）；强制对流是流体在外力（如压力）作用下产生的流动。强制对流时流体流速高，能加快热量传递，因而工程上广泛应用。有相变对流传热。流体在与壁面换热过程中，本身发生了相态的变化。这一类对流传热包括冷凝传热和沸腾传热。（2）对流传热机

20、理流体的运动对传热过程有强烈影响。当边界层中的流动完全处于层流状态时，垂直于流动方向上的热量传递虽然只能通过流体内部的导热，但流体的流动造成了沿流动方向的温度变化，使壁面处的温度梯度增加，因而促进了传热。当边界层中的流动是湍流时，壁面附近的流动结构包括湍流区、过渡区和层流底层。湍流区垂直于流动方向上的热量传递除了热传导外，主要依靠不同温度的微团之间剧烈混合，即依靠对流传热。此传递机理与湍流区中的动量传递机理十分类似。在层流底层中热量传递只能靠热传导。由于流体的热导率一般很小,所以即使该层很薄，仍是传热过程的主要热阻，相应的温度下降很大。过渡区的情况介于两者之间，对流传热和热传导的作用都不能忽略

21、。（3）牛顿冷却定律关于流体与壁面之间的传热虽然可从求解能量方程得到温度分布，然后计算热量通量和热流量；但在工程上常用简化处理办法,即将热流量与有关物理量的关系经验地表示为牛顿冷却定律：AT式中A为传热面积；T为流体主体温度（横截面上的流体平均温度）与壁面温度之差；为传热分系数，表示对流传热强度的一个参数，其倒数可表征对流传热的热阻。通过实验来测定和T，而A为已知，即可由上式算出，通常将实验结果整理成关联式，以供设计使用。（4）对流传热的强化由牛顿冷却定律可知，任何可提高传热分系数以及增大传热面积和温度差的措施，都能提高热流量。在工业生产中，物料温度由工艺决定，加热和冷却介质的温度又受技术和经

22、济上的限制，因之传热温度差的增加通常是受限制的。在增大传热面积方面，可采用波纹板、翅片管、螺纹管、小直径管等，借以提高单位体积内的传热面积。而提高对流传热分系数，是强化对流传热最基本的方法。无相变对流传热时，热阻集中在层流底层，增强流体湍动或直接在层流底层中产生干扰，以减薄层流底层的厚度，是提高传热分系数的有效方法。提高对流传热分系数的措施包括增加壁面粗糙度，管内设置添加物（如插入螺旋圈片），气流中加入固体细粒，利用喷嘴产生射流等。有相变对流传热的机理与无相变的不同，需采取不同措施进行强化（见沸腾传热、冷凝传热）。2.3 传热系数在传热基本方程式Q=KAtm中，传热量Q是生产任务所规定的，温度

23、差tm之值由冷、热流体进、出换热器的始、终温度决定，也是由工艺要求给出的条件，则传热面积A之值与总传热系数K值密切相关，因此，如何合理地确定K值，是设计换热器中的一个重要问题。目前，总传热系数K值有三个来源：一是选取经验值，即目前生产设备中所用的经过实践证实并总结出来的生产实践数据；二是实验测定K值；三是计算。前述确定K值的方法虽然简单，但往往会因具体条件不完全符合所设计的情况，而影响到设计的可靠性。所以，还必须对传热过程进行理论上的分析，以了解各种因素对传热过程的影响，从而建立起计算总传热系数K的定量式。这样可将理论计算值与生产过程的经验值或现场测定值互相核对、互相补充，最后得出一个比较符合

24、客观实际的K值，以用来进行生产设备的设计。两流体通过金属壁的传热包括以下过程：热流体以对流传热的方式将热量传给管壁一侧；通过管壁的热传导；由管壁另一侧以对流传热的方式将热量传给冷流体。上述过程可表示如下。根据传热速率方程式，当传热量Q、传热面积A及平均温度差为已知时，则可测出某换热设备在该工艺条件下的K值。注意事项：总传热系数和传热面积的对应关系。所选基准面积不同，总传热系数的数值也不同。手册中所列的K值，无特殊说明，均视为以管外表面为基准的K值。管壁薄或管径较大时，可近似取，即圆筒壁视为平壁计算。总传热系数K值比两侧流体中值小者还小。当时，壁阻可忽略不计时，则且当由此可知，总热阻是由热阻大的

25、那一侧的对流传热所控制的，即两个对流传热系数相差较大时，要提高K值，关键在于提高较小的；若两侧相差不大时，则必须同时提高两侧的值，才能提高K值。第三章 管式加热炉的节能改造 根据影响管式加热炉热效率的主要因素及存在的问题，指出提高管式加热炉热效率的具体措施。根据系统、装置的操作情况、特点，制定出合理的、最佳的方案，使管式加热炉的热效率得到提高，达到节约能源的目的，对降低炼油厂总能耗具有重要的意义。3.1 节能改造途径加热炉热效率是指炉子热负荷与燃料发出的热量之比。管式加热炉热效率一般为75%左右，目前先进的管式炉热效率为80%85%，最高达88%92%。热效率高表明相同的热负荷所耗的燃料量少。

26、在加热炉燃料燃烧放出的热量，除被油品吸收外，其余的热量均被烟气带走或炉体散热损失掉，若烟气温度越高，带走的热量就越多，故加热炉的热量最大是由烟气带走的；另外，过剩空气系数对加热炉的热效率也有较大影响，过剩空气系数指实际供给燃料燃烧的空气与理论空气量的比值，在保证燃烧完全的前提下，使炉子在低而稳定的过剩空气系数下操作是有利的。过剩空气系数过小会造成燃烧不完全而浪费燃料，过剩空气系数过大，进入炉膛的空气量大，炉膛温度下降，影响传热效率，同时也增加了烟气的量。此外烟气中的氧气较多，会使炉管表面氧化加剧，缩短了炉管的寿命。过剩空气系数一般在1.21.5左右。所以提高管式加热炉热效率的途径主要有：（1）

27、改进燃烧状况，使燃料完全燃烧；（2）充分回收烟气热量；（3）提高炉壁的保温质量，减少炉壁散热损失。3.2加热炉在操作中的节能加热炉在操作中的节能也是节能的重点，在操作中最主要的是控制排烟温度（在设有可控手段的加热炉上可实现）和氧含量。控制氧含量主要从两个方面来控制。3.2.1控制燃烧供风燃烧供风是是必需满足的，但是不合适的供风也将造成燃料损失，对于加热炉来说，不但要控制烟气中的氧含量低，还要控制烟气中的CO含量低，要经常检测烟气中的CO含量，正常的CO含量为50150ppm。无论烟气中的氧含量有多低，只要是没有检测到CO，就可以继续降低供风量，但是如果CO超过了预定值，即使是氧含量超标，也要继

28、续增加供风，否则就相当于燃料在放空。不但能耗增加，而且造成新的污染。有一些燃烧器在低供风时不能完全燃烧，这可以通过改造和更换来解决，对于大部分烧气的燃烧器，通常可以通过增加旋流来解决，但是如果炉膛的温度不高，并且炉膛也不太高的情况，自然通风的燃烧器这样改造受到限制，同时自然通风的燃烧器不能适应早晚的空气温度变化和湿度变化带来的实际通风量的差别，再加上由于动力不足，燃烧的强度较低，所以其过剩空气要高一些。3.2.2控制加热炉的漏风加热炉在传热区漏风是有害的，如果在辐射室漏入，不但能量损失增加，还较大幅度的降低传热能力。目前新设计的加热炉对流室的漏风量很少。因此我们控制加热炉的漏风主要是要控制辐射

29、室的漏风。加热炉的最大负压在炉底，中大型加热炉其炉底负压在10mm水柱以上，而炉顶仅控制在13mm水柱。显然在同样的泄漏面积下，控制底部的漏风是最有效的。在炉底，最大的漏风是燃烧器的漏风，如果一台强制通风的加热炉，其底部燃烧器有停开的，那么这台炉子的氧含量就很难控制，特别是强度高的燃烧器更是如此。因此燃烧器的调风板必需是密封的。其次就是底部的门孔类，对于炉膛温度和高度较高的加热炉，一个下层看火孔如果全开的话，每小时漏入的风量将达1000m3N/h。这是一个很大的量，相当于一台1MW燃烧器的用风量。但是如果这个开孔面积在炉顶的话，仅有五分之一的漏风量，所以对于下层门孔要尽量的密闭。通过漏风来改变烟囱的抽力，这样的控制在国外许多加热炉上采用。由于控制精度的提高，加热炉的漏风量大为减少，资料介绍，平均能提高加热炉的效率一个百分点。采用这种方法还可以取消炉体的防爆门，防爆门在国外的规范和国内的规范均没有要求加装，可是在线运行的加热炉经常出现闪爆，所以我国目前运行的加热炉均装有防