第七章加热炉文档格式.docx
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图8-1圆筒炉结构
图8-1 圆筒加热炉的结构
在辐射室内，沿炉墙一周是排成一圈的炉管，炉底有燃烧器呈圆形分布，加热炉供风系统的风道设置在炉底，由中心呈放射状通向每一个燃烧器。
7.2.2对流室
在辐射室上面的长方形是对流室，其外壁结构与辐射室相同，对流室炉管一般为水平横排，为了提高供热效率，有些对流热炉管外壁镶有钉头或翅片，这些钉头或翅片一般只在炉管的下侧有，这主要是因为上侧采用钉头或翅头容易积灰且不易清除，反而降低了传热效率。
7.2.3烟囱
对流室上面是烟囱，为碳钢卷成的圆筒状。
烟囱产生抽力，使炉内烟气从烟囱排出，并保持炉膛处于负压状态。
烟囱抽力的大小取决于烟气与大气之间的温差，还与烟囱的高度有关。
温差越大，烟囱越高，抽力就越大。
由于炉内烟气温度高于外界大气温度，炉内烟气密度小于大气密度，这就形成了空气进入炉内，并使炉内烟气向上流动，直至从烟囱排入大气的动力。
随着烟气的排出炉内产生负压，促使炉外空气进入炉内。
在满足抽力前提下，烟囱还要求有足够的高度，使烟气中的有害成分在高空处扩散，降低地面有害物质浓度，达到环保要求。
烟囱的根部有一蝶阀称为烟道档板，当烟道挡板的调节手柄与烟道方向一致时烟道全开，与烟道方向垂直时，烟道全关。
其他位置烟道开度介于两者之间。
为了防止在实际操作中自控失灵或误操作导致烟道档板全关，威胁加热炉的安全，一般加热炉烟道档板都有一个安全限位装置，其作用就是使烟道档板达不到全关的状态。
7.2.4燃烧器
燃烧器是加热炉的重要部件，按其所用的燃料可分为气体燃烧器、液体燃烧器和油气联合燃烧器三种。
按雾化方式不同分为蒸汽雾化燃烧器和机械雾化燃烧器。
常减压装置由于重油燃烧和多种瓦斯燃烧来源便利，一般采用油气联合燃烧器。
燃烧器的关键部件为喷嘴，一般加热炉采用蒸汽与油内混式喷嘴，在这种喷嘴中，燃烧油经中间油管通过，蒸汽在夹管外层通过到喷管端的混合室后喷出呈圆锥形的油雾。
目前国内加热炉使用的燃烧器大多为VI型油气联合燃烧器，其结构如图8－2所示。
图8－2立式油气联合燃烧器
这种燃烧器主要特点有：
（1）用于预热空气强制通风的燃烧系统，易于控制空气量。
（2）可以油气混烧，也可以单独烧油或单独烧气，其雾化器用内混式蒸汽雾化。
（3）操作弹性大，适应性强，在鼓风系统出现故障时可改用自然通风操作。
联合燃烧器油枪的性能好坏直接影响到燃烧器的正常使用，生产中应进行重点维护。
由于油枪喷嘴易于结焦和堵塞，需经常拆卸清洗。
油枪应与燃烧道平行，以免燃烧时燃烧油喷到燃烧通道壁上甚至喷到炉管、炉墙上燃烧。
目前国内使用较多的燃烧器还有800kg/h的y型雾化平流调风燃烧器，GX－2型高强燃烧器。
随着加热炉的大型化以及节约能源和环境保护的要求，未来燃烧器的发展方向是：
（1）采用强制通风式燃烧器；
（2）发展大能量燃烧器，减少单台加热炉燃烧器个数，以方便操作和实现自控；
（3）发展高强燃烧器，使燃烧有很高的燃烧速度和很高的烟气喷射速度；
（4）发展低污染的燃烧器；
（5）实现燃烧控制的自动化。
7.2.5炉管
由于炉管置于高温中，管内又有油品或其它介质的温度、压力和腐蚀的联合作用，因此炉管材料应具有耐热耐压和耐腐蚀的特殊要求。
目前国内常减压装置中加热炉辐射室一般为Cr9Mo合金钢管，对流室为10＃优质碳钢管。
在正常生产条件下，炉膛温度一般在600℃以上，因此炉管内应时刻保持有一定流量的冷物料来吸收热量，确保炉管壁温不超过耐热指标。
严防炉管内物料中断和超高温、超负荷运行，以至损坏炉管，酿成事故。
整个加热炉的炉管系统还包括连接直管之间的回弯头和支持炉管的管架。
回弯头把相邻两直管连通，使油品流向转弯180°
。
在进出口处回弯头将炉管与物料进出管线相连。
虽然回弯头处于高温区外部，但由于管内物料流向急剧改变，冲蚀严重,容易发生漏油着火。
管架的作用是支撑炉管防止其受热弯曲变形。
7.2.6空气预热系统
随着加热炉的大型化发展和对加热炉效率要求的提高，目前常减压装置已普遍采用强制通风空气预热器，一般不采用自然通风。
与自然通风相比，强制通风空气预热主要有以下好处：
（1）有助于实行风量自动控制，降低过剩空气量；
（2）有利于提高空气与油雾的混合速度，使燃烧速度和燃烧温度上升，增强火焰的辐射能力；
（3）易于控制火焰形式，使之与炉型相配合；
（4）为采用新型高效燃烧器提供了条件。
空气预热系统的热源形式一种是采用常减压侧线，该系统包括鼓风机，风道和空气预热器等部件，空气预热器一般为翅片管换热器。
另一种是采用加热炉烟道气为热源，它是将烟气经集烟管通过引风机引入空气预热器中热交换后烟气经排烟管排入大气中。
此类型的空气预热器目前主要有管束式、回转蓄热式和热管式三种形式。
虽然利用烟道气为热源的空气预热器系统较以常减压侧线为热源的空气预热系统投资大、流程复杂，维护检修费用高，但因其能有效地降低排烟温度，更大限度地提高加热炉效率，所以在应用上已日益被人们所重视。
7.2.7吹灰器
吹灰器一般用在加热炉的对流室。
目前国内炼油厂装置加热炉中使用的吹灰器有蒸汽吹灰器、声波吹灰器、激波吹灰器等。
（1）蒸汽吹灰器：
以往采用吹灰器将蒸汽调整喷射在炉管上壁，可除去炉管表面的灰垢。
常用蒸汽吹灰器有固定回转式和可伸缩喷枪式两种，前者又分为手动、气动和电动三种。
固定回转式吹灰器的吹灰器固定在炉内，吹灰时可利用手动装置使链轮回转，也可开动电机机械或风动马达使之回转。
在炉外装有阀门和传动机构，在吹灰器的吹灰管穿过炉墙处设有防止空气漏入的密封装置。
这种吹灰器结构简单，但由于吹灰管长期在炉内，管子容易损坏，蒸气喷孔容易堵塞。
可伸缩式吹灰器的结构比固定回转式复杂，它的喷枪只在吹灰时才伸入炉内，吹扫完毕又自行退出，故不易损坏。
这种吹灰器一般在高温烟气区使用。
蒸汽吹灰器随着蒸馏装置加工高含硫原油的增加，加热炉燃料的含硫量增大时，吹灰器使用的蒸汽会造成对流室炉管的露点腐蚀，现较多的加热炉对流室采用了声波吹灰器、激波吹灰器，效果好，维护简易。
（2）声波吹灰器
工作原理：
声波吹灰器前设有电磁阀，由时控器给出的电信号来控制电磁阀的开关。
通电时电磁阀打开，压缩空气进入声波吹灰器座内，使膜片振动产生声波，通过前置的喇叭扩散到炉内。
在140～150分贝的声波作用下，炉管表面上的积灰被振松，有高速流动的烟气带出炉外，达到清灰的目的。
断电时电磁阀关闭，压缩空气被切断，声波吹灰器停止鸣音，处于停歇状态。
（3）激波吹灰器
是通过燃气爆燃生成激波的。
燃料（通常是乙炔、天然气或丙烷等气体燃料）在一个特殊的装置中被高能点火器点燃，产生爆燃；
剧烈的爆燃使火焰锋面后的燃烧气体在瞬时升至高压，并在火焰的锋面前形成压缩波；
在经过火焰导管时，压缩波被不断地加强，最后形成一道稳定的激波；
这道激波进入激波发生器后，一方面作为点火激波点燃罐体内的可燃混合气，另一方面受到罐内特殊结构的调制而进一步加强；
最终，调制好的激波从激波发射喷口发射出来进入炉膛，作用于炉内受热面上的积灰，使之在激波的冲击下破碎剥落，脱离炉的受热面。
通过控制激波的强度，可以适应炉受热面上不同类型的积灰，使炉的积灰在合适和足够强度的激波冲击下碎裂。
激波吹灰装置的组成：
图8-3是ESW激波吹灰装置的系统图。
整个系统的组成如下：
图8-3ESW激波吹灰装置的系统图
空气进气管路：
装有流量传感器、压力传感器、压力表、止回阀和旁通阀；
燃气进气管路：
装有截止阀、减压阀、针形阀、流量传感器、压力传感器、压力表、电磁阀和止回阀；
激波主发生器：
包括混合器、点火装置和层分配箱；
激波发生器和激波发射喷管：
设有多层，每层可以有一至数个激波发生器和激波发射喷管，它们通过火焰联管与层分配箱相联；
层数和各层激波发生单元的个数视每台锅炉的实际情况来选取。
7.2.8阻火器
为防止火焰倒窜入瓦斯罐或其它容器内产生爆炸，在炉内瓦斯线上都设有瓦斯阻火器。
阻火器应设在瓦斯入炉前的管线上。
阻火器大多数由多层金属细网组成，当火焰进入阻火器后，由于金属细网传热效率很高，火焰通过金属细网被分割散热而熄灭，从而达到阻火的作用。
7.2.9防爆安全设施
为确保加热炉安全运转，加热炉系统主要防爆安全措施有：
（1）炉膛设有蒸汽吹扫线，供点火前吹扫炉膛内可燃气体。
（2）对流室及其管箱内设有消防灭火蒸汽线，一旦对流炉管或辐射炉管弯头漏油或起火时提供掩护和灭火之用。
（3）在炉用瓦斯线上设有阻火器以防回火起爆。
（4）在炉体上设有防爆门，炉膛突然升压时泄压用，以免损坏炉体。
（5）在烧气的炉膛内设长明灯，以防因仪表故障断气后再进气时引起爆炸。
（6）烟道档板设有安全限位装置，以防因操作失误或仪表、机械设备等故障导致烟道全关，造成炉内正压。
7.3燃料燃烧与热量传递
7.3.1燃料的燃烧
燃烧是燃料与空气中的氧在高温下发生强烈的氧化反应并放出光和热的过程。
在加热炉中燃料经燃烧器的火嘴喷出后其燃烧过程为：
（1）燃料油雾化，将油喷散成极细的雾滴；
（2）雾滴的蒸发和分解；
（3）油与空气混合物的形成与扩散；
（4）可燃气体的着火和燃烧。
燃料的发热值是指单位质量或体积的燃料完全燃烧所放出的热量，单位是kJ/kg。
燃料的发热值又分为高发热值和低发热值两种。
高发热值是指燃烧产物中的水变为液态时燃料放出的热量，低发热值是指燃烧产物中的水为气态时燃烧所放出的热量。
高低发热值之差为水的气化潜热。
因为烟气排入大气时，其中的水呈气态，所以工程上都采用燃料的低发热值计算。
液体燃料通常采用质量发热值，气体燃料通常采用体积发热值。
燃料油发热值还与其组成有关，一般的说氢碳比高的燃料发热值较高，所以燃料油密度越大其发热值越小，如渣油的热值小于蜡油。
燃料气则分为高压瓦斯和低压瓦斯。
高压瓦斯C1、C2多，氢气含量大，平均分子量较小，释放为常压状态后相同体积的质量小，体积发热值低，火力较弱。
低压瓦斯C3、C1多，C5含量大，平均分子量较大，体积发热值高，火力较强。
由于相平衡的原因，夏天的瓦斯平均分子量稍大，体积发热值稍高，火力稍强；
冬天瓦斯平均分子量较小，体积发热值略小，火力较弱。
不同的燃烧器对燃料油的要求项目类同，主要是对粘度、水分、固定杂质和硫含量的控制，其中粘度的控制在实际操作中主要通过控制温度来实现。
粘度大小对燃料油的燃烧状况影响较大，因为粘度大小直接影响燃料油的喷雾状况。
不同构造的喷嘴对燃料油粘度的要求也不同。
燃料气应控制水分、液相烃类和硫的含量，水份和液相烃类应在瓦斯罐内充分沉降分离后再送入加热炉燃烧。
7.3.2热量传递
图8-4辐射室内传热方式示意图
加热炉热量的传递有三种方式，即传导、对流和辐射传热。
辐射室内以辐射传热为主，对流室主要以对流传热为主。
在辐射室内，炉管外壁又占全炉热负荷的75％左右。
辐射室内的传热过程，如图8-4所示。
在辐射室内，燃料燃烧产生的火焰和高温烟气向外发射辐射热能。
辐射线的一部分投射到炉管外表面，另一部分通过炉管与炉管之间的间隙投射到炉墙上，高温炉墙再将接受的辐射热反到炉管背侧外表面。
辐射室高温烟气传热给炉管外表面，接着传递到炉内表面，炉管内表面再传热到管内冷油品或其它物料。
7.4加热炉的热负荷
加热炉的热负荷是指炉子每小时内传给被加热物料的总热量，单位为MJ/h，此值越大，炉子的生产能力也越大。
而加热炉炉管内各种物料升温、汽化、反应等所需要的总热量就叫加热炉的有效热负荷，全炉热效率则指炉子供给被加热物料的有效热量与燃料燃烧放出的总热量之比，此值越高，完成相同热负荷所消耗的燃料越少。
各种近代管式加热炉总是在力求满足工艺要求和安全运转的条件下尽力提高炉管表面热强度、减少传热面、提高炉膛热强度、缩小炉子体积以节省基建投资，同时尽力提高全炉热效率、降低燃料用量以节省操作费用。
7.5加热炉的热平衡
在加热炉的日常生产操作中，重要的工艺状态参数有炉出口温度、炉膛温度、炉膛负压、烟气温度和烟气氧含量等，这些参数是进行加热炉生产控制的依据。
加热炉的操作就是使这些参数保持在规定的范围内并处于相对稳定的状态。
7.5.1加热炉的主要工艺参数
（1）炉出口温度
炉出口温度是指物料流出加热炉时的温度。
炉出口温度的高低决定了蒸馏塔进料汽化率的高低，它是加热炉控制的总目标，也是整个常减压装置生产工艺中最关键的参数之一。
炉出口温度的波动将导致整个装置操作的波动。
（2）炉膛温度又称火墙温度，是指辐射室内烟气在靠近炉壁处的温度。
它代表膛内烟气的温度，也是加热炉操作中的重要指标之一。
炉膛温度能够比较灵敏地反映加热炉的负荷。
炉膛温度高，辐射室的传热量就高。
当处理量变化以及物料物质变化时，炉膛温度也将随之变化。
炉膛温度的提高虽能提高传热量，但过高时辐射炉管热强度过大，炉内油料易结焦，炉管和炉壁耐火材料也将受到损伤。
这时，进入对流室的烟气温度也过高，对流炉管及其设备也将受到损伤。
全炉热效率还会下降，所以炉膛温度是保证加热炉长周期安全运转的重要指标。
每台加热炉都有相应的炉膛温度设计值，可作为操作的控制依据。
炉膛温度的测温点一般在辐射室竖向的中部，东、南、西、北四个方向上各有一个点。
测温点的位置不同温度高低也有所不同。
（3）烟气温度
烟气温度是指烟气排入大气的温度，是衡量加热炉热能利用率的参数之一。
排烟温度太高带入大气的热量高，使炉效率降低。
（4）过剩空气系数和烟气氧含量
在实际燃烧过程中，过剩空气系数过小时燃烧不完全，浪费燃料。
过剩空气系数过大时入炉空气过多，炉膛温度下降，其结果是把过剩的空气加热为热烟气排出，降低了炉管吸热量，从而降低了炉效率。
其次，炉管也容易氧化剥皮。
在实际操作中可以通过测定烟气中的CO2、CO和O2的组成来计算过剩系数。
烟气氧含量能反映过剩空气系数的大小和完全燃烧程度。
一般来说，氧含量高则过剩空气系数高，氧含量低则过剩空气系数低。
氧含量目前已实现在线测量，因而在实际操作中可根据氧含量的大小控制入炉空气量和烟道档板开度，以提高炉效率。
测定烟气中的氧含量通常有两种方法。
一种是将烟气采样抽出，用奥氏气体分析进行分析；
另一种是用氧化锆直接插入烟道中进行在线分析。
（5）炉内负压
是指炉内压力与同标高处炉外大气压力之差。
负压的大小反映了炉膛抽力的大力，影响负压大小的主要因素有烟道档板开度、烟囱高度、燃烧产生的烟气量、入炉空气量等。
炉内负压不足，则空气入炉就困难。
同时，烟囱抽力不足，烟气不能及时排出，燃烧就不能正常进行，烟气及火焰将从炉底、看火孔等空隙喷出，严重时将造成炉膛回火爆炸。
炉膛负压过大，将导致空气大量进入炉内，降低热效率，同时也会引起炉管氧化剥皮。
因此，加热炉必需保持在适宜的负压下操作。
7.5.2工艺流程
根据处理量、装置换热方案、燃料来源和设备技术等个体情况的不同，加热炉的工艺流程也有所不同。
下面介绍的常减压蒸馏装置燃料为重油和瓦斯，采用油－气联合火嘴、蒸汽雾化的装置的典型工艺流程，其它类型装置与此类似。
（1）物料流程
常减压蒸馏装置一般有两台加热炉：
常压炉和减压炉。
常压炉辐射室被加热物料为初馏塔底油（简称初底油），初底油经初步换热后达到一定温度分成几路并联分别流入常压炉和减压炉对流室，加热后去常压炉辐射室。
辐射室加热达到规定温度，并为一路进入常压塔。
有些加热炉的空气预热器以常压侧线油为热源，常压炉和减压炉对流室被加热物料一般为180℃左右的冷进料，即经过初步换热后的原油，分成几路分别进常压炉和减压炉对流室加热后，220℃左右合并为一路进入初馏塔。
装置自产的1.0MPa和0.35MPa蒸汽也在减压炉对流室被加热。
1.0MPa蒸汽出炉一般为250℃左右，0.3MPa蒸汽炉出为380℃左右。
（2）燃料油流程
燃料油通常采用本装置减压塔底渣油和减压侧线腊油，直接从抽出线引出，无需燃料油罐。
燃料油经过滤器、计量表和温控调节阀后送至火辊燃烧。
图8-5为某装置燃料油流程图。
图8-5某装置加热炉燃料油流程图
（3）燃料气流程
燃料气管网系统的瓦斯。
管网系统瓦斯引入后需经气液分离罐，分离出水分和液相烃类，经过阻火器和调节阀送至火嘴燃烧。
图8-6为某装置燃料气流程图。
8-6某装置加热炉燃料气流程图
（4）雾化蒸汽流程
雾化蒸汽从1.0MPa蒸汽系统引出，经压控调节阀至燃烧器。
装置1.0MPa蒸汽系统一般都设有压力自控系统，压力能够稳定在0.7～0.85MPa，许多装置雾化蒸汽不经压控调节直接引至燃烧器。
（5）空气流程
目前加热炉已很少采用自然通风的空气供给形式（自然通风只是在开、停工阶段或故障状态下使用）。
强制供风的加热炉空气经鼓风机进入空气预热器，预热到一定温度后分别进入常压炉和减压炉，在鼓风机及每台加热炉的入口均有自控蝶阀控制入炉总风量和各炉风量，每台燃烧器有手动风门控制风量的大小如果风机使用变频调速电机则风机入口蝶阀全开或取消。
7.6加热炉的正常操作
加热炉操作得好坏是整个常减压装置平稳、高效运转的必要保证，并且直接对整个装置的产品质量、收率、能耗、处理量以及开工周期等产生重大影响。
不仅要使加热炉在满足各项工艺指标前提下安全平稳地运转，同时要保证加热炉的高效和长周期运转。
加热炉操作就是要使加热炉的各项工艺参数控制在工艺指标规定的范围内，炉内燃烧处于正常状态下。
正常判断加热炉操作的好坏，是必须掌握的技能。
在正常操作条件下必须控制好的主要工艺参数有炉出口温度、分支出口温度、炉膛温度、炉内负压和烟气温度等，各参数的控制必须严格按照工艺卡片执行。
下表8-1是某蒸馏装置的加热炉的主要工艺参数。
表8-1某蒸馏装置加热炉的主要工艺参数
常压炉总出口温度
℃
355～360
减压炉总出口温度
380～390
冷进料出炉温度
160～250
常、减压炉分支出炉温差
≯5
炉膛温度
≯800
减压炉炉管注汽
t/h
0.2～0.6
烟气含氧量
％
2～5
炉膛负压
Pa
10～60
7.6.1影响加热炉平稳操作的主要因素
加热炉操作平稳是指炉内温度等工艺参数始终处于规定范围内，炉内燃烧稳定。
平稳操作应该从供热和吸热两方面分析操作状况，找出影响供热和吸热的因素，正确判断及时调节达到平稳操作。
（1）供热系统的主要影响因素
供热系统的变化具体反映在燃烧量及燃烧好坏上。
燃烧情况的变化导致炉出口温度的波动，主要有以下因素：
①燃料油的压力、温度、流量和性质
燃料油压力波动，燃料流量则相应产生波动，雾化情况也产生变化。
燃料温度的改变使燃料油粘度发生变化，雾化效果不同。
燃料性质变化则热值不同。
平稳操作时燃料流量应保持稳定。
我们应根据进料的温度、流量、性质及燃料油的性质及时调节燃料油调节阀的开度及火焰燃烧的大小，点燃火嘴个数等。
②瓦斯压力和性质
同时烧油和瓦斯的加热炉常常会由于瓦斯压力和性质的变化使炉温波动。
炼厂瓦斯管网系统不稳定因素多，瓦斯压力时常波动。
瓦斯性质变化则发热量不同，从而导致炉温波动。
③入炉空气量
入炉空气量过多，烟气带走热量多，炉膛温度降低，加热炉热效率则降低。
入炉空气量过少则燃烧不完全。
入炉空气量是通过风门和烟道档板的开度来调节的。
看入炉空气量是否适宜，一方面以通过炉内燃烧情况来判断，另一方面可以根据室内仪表指示的烟气温度和氧含量来判断。
入炉空气量高则烟气和氧含量都高，入炉空气量小则烟气温度低、氧含量低。
在实际操作中，根据炉内燃烧情况把烟气氧含量调节到一个适当的位置，就可以控制入炉空气量。
此外，气象条件（大气温度、湿度、密度等）的影响也很大。
在风门和烟道档板开度不变的情况下，由于大气温度和密度的变化，烟囱的抽力会改变，入炉空气量会随之变化，尤其是自然通风的炉子，在刮风下雨时更为突出。
必须注意一点，在调节烟道档板和风门时，应注意炉内负压指示，严防负压不足或产生正压。
④雾化蒸汽压力及用量
雾化蒸汽压力过高、过低、压力波动、雾化蒸汽与燃料配比不当、雾化蒸汽带水等等都将影响燃烧的正常进行。
（2）吸热系统的主要影响因素
吸热系统的变化直接表现在炉出口温度上。
在正常燃烧时，炉出口温度的波动主要受下列因素的影响。
①进料量
进料量变化破坏了炉内原有的热平衡，从而使炉温波动。
还必须注意保证加热炉各分支进料的平衡，分支不平衡会使流量小的炉管遭受高温的损害，产生结焦甚至烧坏，同时也使炉温控制困难。
②进料性质
进料性质变化，达到相同炉温所需热量不同，导致炉温发生波动。
③进料温度
进料温度变化，达到相同炉温所需热量不同，导致炉温发生波动。
炉温控制与加热炉负荷很有关系。
负荷适中则控制灵活、稳定；
负荷过高或过低都会引起炉温控制困难，容易产生波动。
7.6.2加热炉正常操作不当的现象和调节
燃料在炉膛内正常燃烧的现象是：
燃烧完全，炉膛明亮；
烧燃料油时，火焰呈黄白色；
烧燃料气时，火焰呈蓝白色；
烟囱排烟呈无色或淡蓝色。
为了保证正常燃烧，燃料油不得带水、带焦粉及油泥等杂质，温度一般最好保持在130℃以上。
且压力要稳定。
雾化蒸汽用量必须适当，且不得带水．供风要适中，勤调风门、汽门、油门和挡板（即“三门一板
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