任務(wù)一加熱爐的分類

加熱爐的分類寧晉職教中心史利娟2

加熱爐的分類

一個(gè)設(shè)備，具有用耐火材料包圍的燃燒室，利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量將物質(zhì)(固體或流體)加熱，這樣的設(shè)備叫做“爐子”。工業(yè)上有各種各樣的爐子，如冶金爐、熱處理爐、窯爐、焚燒爐和蒸汽鍋爐等。石油化工加熱爐是其生產(chǎn)過程中的高溫反應(yīng)設(shè)備和高溫加熱設(shè)備。石油化工加熱爐主要特征有四點(diǎn)。

概述3

化工生產(chǎn)過程中很多反應(yīng)需要在特定條件下進(jìn)行。例如：乙烯生產(chǎn)裝置中的裂解爐將石腦油或輕柴油和一定比例的蒸汽在爐管內(nèi)從600℃迅速加熱到800℃左右，在很短的時(shí)間內(nèi)完成裂解反應(yīng)。另外，在化工生產(chǎn)過程中有使用熱載體加熱的設(shè)備，這些熱載體在專用的爐子里加熱以循環(huán)使用?？傊?，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，化工加熱爐的種類、型式日益繁多，某些爐子往往成為該領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵。

一般石油化工加熱爐的設(shè)計(jì)，主要有工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分工作。工藝計(jì)算部分的內(nèi)容和目的是根據(jù)工藝要求，確定合適的爐型方案，進(jìn)行燃料燃燒計(jì)算；爐子系統(tǒng)熱平衡計(jì)算以確定燃料消耗量，進(jìn)行輻射室傳熱計(jì)算，以布置與確定輻射傳熱面積；爐子系統(tǒng)煙氣側(cè)的流動(dòng)阻力和煙囪計(jì)算以確定煙氣抽引裝置。必要時(shí)亦須對(duì)工藝物料的阻力進(jìn)行核算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)爐型方案進(jìn)行總體布置，并確定爐子燃燒裝置、爐用附件等結(jié)構(gòu)。4

按外形大致上分為以下四類（16類）：箱式爐（6類）、立式爐（6類）、圓筒爐（3類）、大型方爐（1類）。這種劃分法系按輻射室的外觀形狀，而與對(duì)流室無關(guān)。所謂箱式爐，顧名思義其輻射室為一“箱子狀”的六面體。與它相比，立式爐的輻射室寬度要窄一些，其兩側(cè)墻的間距與爐膛高度之比約為1：2。圓筒爐、大型方爐的稱呼也按同理而來。5

一、加熱爐分類（按外形和按用途分）1.按外形分類

在這種爐子的輻射室內(nèi)，燃燒器和爐管交錯(cuò)排列，單排管雙面輻射，管子沿整個(gè)圓周上的熱分布要比單面輻射均勻得多，燃燒器頂燒，對(duì)流室和煙囪放在地面上。它的缺點(diǎn)是爐子體積大，造價(jià)很高，用于單純加熱不經(jīng)濟(jì)。目前在合成氨廠常用它作為大型烴蒸汽轉(zhuǎn)化爐的爐型，運(yùn)轉(zhuǎn)良好。6(1)箱式爐:⑤頂燒式(圖l一5)一、加熱爐的分類7圖1-4圖1-5圖1-6圖1-4圖1-5圖1-6圖1-4圖1-5圖1-6圖1-4圖1-5圖1-6

(2)立式爐①底燒橫管式(圖l-7)傳熱機(jī)理同箱式爐差不多，只是造型上采用了立式爐的特點(diǎn)。爐管布置在兩側(cè)壁，中央是一列底燒的燃燒器。煙氣由輻射室、對(duì)流室經(jīng)煙囪一直上行。燃燒器能量較小，數(shù)目較多，間距較小，從而在爐子中央形成一道火焰“膜”，提高了輻射傳熱的效果?，F(xiàn)在使用的立式爐多數(shù)采用這一型式。一、加熱爐的分類89圖1-7圖1-8圖1-9

②附墻火焰式(圖l-8)這種立式爐爐膛當(dāng)中為一排橫管，火焰附墻而上，把兩面?zhèn)葔Φ膲Ρ跓t，使火墻成為良好的熱輻射體，以提高輻射傳熱的效果，它比圖l—7型爐傳熱均勻得多，目前已成為高壓加氫、焦化等裝置的主流爐型。10

圖1-7圖1-8圖1-911

④立管立式爐(圖l-11)這是我國首創(chuàng)的爐型。圖l-7、圖1-8型立式爐都為橫管，要用大批高鉻鎳鋼的管架。而這種爐型改用立管，節(jié)省了這批合金鋼，同時(shí)又保留了立式爐的優(yōu)點(diǎn)，常用作大型加熱爐的爐型。12圖1-10圖1-11圖1-1213這種爐子都是單排管雙面輻射爐型。圖l-12型爐在側(cè)壁上安有許多小型的氣體無焰燃燒器，使整個(gè)側(cè)壁成為均勻的輻射墻面，有優(yōu)越的加熱均勻性，可分區(qū)調(diào)節(jié)各區(qū)溫度，是乙烯裂解和烴類蒸汽轉(zhuǎn)化最合適的爐型之一。但造價(jià)昂貴，用于純加熱非常不合算。還有一個(gè)缺點(diǎn)是只能燒氣體燃料。14⑤無焰燃燒爐(圖l-12)⑥階梯爐(圖1-13)(3)立式圓筒爐①螺旋管式(圖1-14)

當(dāng)爐子熱負(fù)荷非常小，而且對(duì)熱效率無要求時(shí)，采用這兩種爐型。它們是最簡單、最便宜的爐子。圖1-14型爐內(nèi)，爐管是一段盤繞成螺旋狀的小管，雖然它屬于立管式爐型，但其管內(nèi)特性更接近于水平管，能完全排空，管內(nèi)壓降小。這種爐子的主要缺點(diǎn)是為了便于盤旋，易于制造，被加熱介質(zhì)通常只有一管程。15①螺旋管式(圖1-14)②純輻射式(圖l-15)16圖1-14圖1-15

④無反射錐的輻射-對(duì)流型(圖1-17這種圓筒爐取代上述型式，已成為現(xiàn)代立式圓筒爐的主流。它取消了反射錐，能夠建造較大的爐子。它的對(duì)流室水平布置若干排管子，并盡量使用釘頭管和翅片管，熱效率較高。它的制造及施工簡單，造價(jià)低，是管式加熱爐中應(yīng)用最廣泛的爐型。但是，這種爐子放大以后，爐膛內(nèi)顯得太空，爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度將急劇下降，結(jié)構(gòu)上和經(jīng)濟(jì)性上都開始不利。為了克服這一缺點(diǎn)，可以在大型圓筒爐的爐膛內(nèi)增添爐管，如圖l-18型爐所示。17圖1-17圖l-18(4)大型方爐18如圖l-19所示，這種爐子用兩排爐管把爐膛分成若干小間，每間設(shè)置一或二個(gè)大容量高強(qiáng)燃燒器。分隔可以沿兩個(gè)方向進(jìn)行，稱之為“十字交叉”分隔法。它通常把對(duì)流室單獨(dú)放到地面上。還有把幾臺(tái)爐子的煙氣用煙道匯集攏來，送進(jìn)一個(gè)公用的對(duì)流室或廢熱鍋爐。這種爐子結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省占地，便于回收余熱，容易實(shí)現(xiàn)爐群集中排煙，減輕大氣污染。它是專為超大型加熱爐而開發(fā)的。圖1-19大型方爐19

2.按用途分類

按用途管式熱加爐大致分為以下幾類：爐管內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的加熱爐、加熱液體的加熱爐、加熱氣體的加熱爐和加熱氣、液混相流體的加熱爐。一、加熱爐的分類20(1)爐管內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的加熱爐

這種爐子管內(nèi)發(fā)生吸熱化學(xué)反應(yīng)。按復(fù)雜程度來說，它代表了加熱爐技術(shù)的最高水平。它分為兩種：

①爐管內(nèi)裝催化劑的，如烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化爐。②爐管內(nèi)不裝催化劑的，如乙烯裂解爐。無論其中哪一種，不光要求從爐子吸熱，而且要滿足管路中各段在化學(xué)反應(yīng)方面的各種條件，如溫度和熱輸入量要求等。21(2)加熱液體的加熱爐

2.按用途分類22這類爐子可分為三種：①管內(nèi)無相變化、單純的液體加熱爐這是把工藝液體預(yù)熱到其沸點(diǎn)以下(如溫水加熱、液相熱載體加熱等)使用的爐子。它加熱的終溫低，管內(nèi)結(jié)焦和腐蝕也小，操作上的問題較少。

(2)加熱液體的爐子②爐管入口為液相，出口為氣、液混相的爐子在生產(chǎn)過程中，往往要求被加工的流體在氣液混相狀態(tài)下進(jìn)入蒸餾塔等，此時(shí)使用這種加熱爐。在全部工藝加熱爐中它的數(shù)量最大。對(duì)于這種爐子，最重要的是把握住吸熱量、氣化率、壓力降、溫度之間的關(guān)系。2.按用途分類23

(2)加熱液體的爐子

③管子進(jìn)口為液相、出口全部汽化的加熱爐

這種爐子是反應(yīng)器的進(jìn)料加熱爐，它把液體完全汽化，加熱到一定溫度，然后送入工藝反應(yīng)器。由于反應(yīng)器的操作條件(如催化劑活性等)在運(yùn)轉(zhuǎn)期中是變化的，這種爐子的操作溫度和壓力等往往變化很大。較之上述①、②兩種，有必要掌握它的變動(dòng)范圍，以防止裂解和結(jié)炭發(fā)生。2.按用途分類24(3)氣體加熱爐如水蒸氣的過熱、工藝氣體的預(yù)熱就使用這種爐子。它多在較高溫度下操作，但因?yàn)槭羌儦庀?，結(jié)焦的可能性不大。應(yīng)該注意的是當(dāng)氣體量很大時(shí)，爐管的路數(shù)很多，必須從結(jié)構(gòu)上保證各路均勻，防止偏流。2.按用途分類25(4)加熱混相流體的加熱爐這種爐子常用于加氫精制、加氫裂化等裝置的反應(yīng)器進(jìn)料加熱。由于管內(nèi)流體從爐子入口起就是氣、液混相，較上述純氣體加熱爐更難保證各路流量的均勻，設(shè)計(jì)上要更重視管徑、管內(nèi)重量流速、盤管路數(shù)的選取，以及管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的判斷和分叉管的配管設(shè)計(jì)等。2.按用途分類2627

1、熱媒爐熱媒爐具有低壓高溫的工作特性，其工作壓力一般低于lMPa，供熱溫度可達(dá)液相350℃或汽相400℃。凡是需要均勻穩(wěn)定地加熱，且不允許火焰直接加熱，而工藝加熱溫度在150℃-380℃之間的各種生產(chǎn)場合，均可采用熱媒爐供熱。某些生活用熱也可由熱媒爐供給。補(bǔ)充：其工作原理為：燃料通過燃燒器在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，熱量通過爐管以對(duì)流和輻射的形式傳熱給導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油在循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)下通過加熱爐出口進(jìn)入換熱器管程內(nèi)將走殼程的原油加熱后回到循環(huán)泵，通過加熱爐再吸收熱量，如此周而復(fù)始，以導(dǎo)熱油為熱載體(或稱熱媒)實(shí)現(xiàn)熱量的連續(xù)傳遞。28熱媒爐工藝流程如圖1-25所示。29圖1-252、

烴類蒸氣轉(zhuǎn)化爐以烴類為原料，用蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)合成氨原料氣和氫氣，在合成氨、煉油、石油化工、冶金等工業(yè)部門具有特定的地位。煉油廠的制氫爐、甲醇廠的制氫轉(zhuǎn)化爐和合成氨廠的一段轉(zhuǎn)化爐等都屬于烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐。30

烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐的工作條件比較苛刻，使用的都是耐高溫的含高鎳鉻的合金材料，因此在爐子設(shè)計(jì)時(shí)要求合理使用爐管及盡量降低對(duì)爐管的要求，防止局部過熱，使周向和軸向溫度分布均勻。注意設(shè)計(jì)時(shí)所選用的爐型、原料、催化劑和操作條件是一個(gè)整體。311-出口總管2-保溫箱3-出口豬尾管4-懸吊爐頂5