管式加热炉技术问答【9】

1. 加热炉的主要工艺指标是什么 ?

（1）热负荷：它表示加热炉生产能力的大小。

（2）炉膛温度：加热炉的炉膛温度不能太高，一般控制在800℃左右，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，对流管易烧坏。因些，炉膛温度是确保加热炉长周期安全运转的一个重要指标。增加辐射管面积可以降低炉膛温度，但要求受热均匀适量。过多增加辐射管，处理量并不能与炉管成比例增加，反而会浪费钢材。

（3）炉膛热强度（或叫体积热强度）：当炉膛尺寸确定后，多烧燃料就必然会提高炉膛热强度，相应地，炉膛温度也会提高，炉管的受热量也就增多。一般管式加热炉的炉膛热强度为：在烧油时应小于124kW／m3；在烧气时应小于165kW／m3。

（4）炉管表面热强度：炉管表面热强度越高，在一定热负荷下，所需要的炉管就越少，炉子体积可减小，投资可以降低，所以要尽可能地提高炉管的表面热强度。但是，提高炉管的表面热强度也受到一定的限制，这是因为：

①炉管热强度增加，管壁温度也会增加，靠近管壁处的油品就会因过热而裂解结焦，在结焦严重时，可能会引 起炉管破裂。

②在炉膛内，炉管各处受热是不均匀的，因为炉管面对火焰处直接受火焰辐射，而背对火焰处则只受炉墙的反射热，所以面对火焰处受热强度就比背对火焰处高；在管长方向，靠火焰近处比远处受辐射热要大；从全炉看，各根炉管离火焰距离也不一样，炉管受的辐射热也不一样。为了 保证高热强度处的炉管不结焦、不烧坏，只有合理地选用炉管热强度，使炉管各处的受热尽量达到均匀。

为了使辐射炉管表面热强度比较均匀，一般可以采用以下方法：

①尽量采用双面受辐射的炉管。单排炉管双侧见火，要比单侧见火受热均匀得多；双排炉管双侧见火，也要比单排炉管单侧见火受热均匀些。

②在圆筒炉内，为减小沿炉管长度的受热不均匀性，要选择合适的辐射室高径比，同时要选择合适的燃烧器，使燃烧器的火焰长度与炉管长度不能相差太大，例如辐射管长为15m，选用火焰长度为12～13m的燃烧器，这样炉管上下受热趋向均匀。

③在立式炉内，有的在炉子侧面采用多喷嘴；有的在两排喷嘴间加花墙；也有在炉子上部加喷嘴，以上措施都是为了 改善炉管受热均匀。

（5）加热炉的热效率：热效率是衡量燃料消耗的指标，也是加热炉操作水平高低的指标之一。热效率越高，说明燃料油的有效利用率越高，燃料耗量就越低。

（6）油品在管内的流速及压力降：油品在管内 的流速不能太低，否则易使管内油品结焦而烧坏炉管。

因为流速太低时，管内边界层厚度大，传热慢，管壁温度升高，而且油晶在管内停留时间长。油品在管内的流速也不能太大，因为太大时，压力降也大，而压力降受泵扬程的 限制，故流速是根据允许的压力降而确定的。

油品在炉管中的流速及压力降的大致范围见表3-1。

表3-1 油品在炉管中的流速与压力降

序号	炉子用途	油品质量流速/(kg／m2•s)	压力降／Pa
1 2 3 4 5 6	常压炉 减压炉 沥青炉 减粘炉 富油加热炉 轻馏分重沸炉	1000～1500 1000～1500（气化前） 1200～1500 1400～2000 1200～1700 1200～1700	（6.9～14.7）×105 （2.9～5.9）×105 （17.6～24.5）×105 （2～3.9）×105 （2.9～3.9）×105

加热炉的压力降也是判断炉管是否结焦的一个主要指标。如果冷油流速未变、压力降增加，就是炉管结焦的象征。因为结焦后，炉管内径变小，油品的实际流速增加，压力降也就增加了。

2. 加热炉的特性指标是如何表示的?

在加热炉总图的图名上，一般均标明炉子特性指标。其意义用下例加以说明。

圆筒形立管式加热炉

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        file:///C:\Users\Blackfox\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsD2BF.tmp.jpg

3. 加热炉设计热负荷是如何确定的？

加热炉设计热负荷应采用正常 设计工况下的计算热负荷。

4. 辐射室和对流室的热负荷是如何分配的?

辐射－对流型的加热炉热负荷分配如下。

（1）圆筒形立管式加热炉：

对流段采用光管时，辐射占75％～80％，对流占20％～25％。

对流段采用钉头管或翅片管时，辐射占70％～75％，对流占25％～30％。

（2）卧管立式炉：

辐射占70％～75％，对流占25％～30％。

5. 燃料燃烧的热量是怎样传给管内油品的?

加热炉在运行时，燃料燃烧所产生的热量通过管壁传给管内油品，以供给油品升温气化所吸收的热量。

在辐射室的燃烧器所喷出 的火焰（包括发光火焰和不发光火焰），对炉管起着辐射传热作用；而高温烟气在通向 辐射室出 口 进入对流室时冲刷炉管，对炉管起着对流传热作用。炉管的管壁起着导热作用，

把热量由炉管外壁传到内壁，再传到油品。

从上面分析可以看出 ：在辐射室内炉管的传热有三种方式：辐射、对流和导热。在不同的部位，各由一种或几种传热方式起着作用。在几种传热方式起作用的场合，必有一种传热方式起着主导作用。在炉管外壁，以火焰、烟气、炉墙的辐射传热为主，烟气的对流传热为辅。在辐射室的炉管以辐射传热为主，对流传热为辅。在对流室内，则以对流传热为主。

6. 火墙温度的高低有什么意义?

在进行加热炉的传热计算时，过去一般都将火墙温度看作是辐射室的烟气平均温度。火墙温度越高，辐射管热强度越大，辐射室吸热越多。从另外一点来看，火墙温度越高，炉管壁温越高，管内 油品越容易结焦。所以，现场都将火墙温度作为一个重要的指标来控制。但需要指出的是，对不同炉型及不同管内介质，所要求的火墙温度也是不同的。如果不分装置、不分炉型，笼统地将火墙温度控制在一个固定的温度（例如800℃），这是不科学的。例如，同样是减压炉，但卧管立式炉比圆筒炉允许的火墙温度约高100℃。当然，现场根据自 己的操作经验，对各种用途的各种炉型分别规定一个控指指标是应该的，并且也是可能的。

7. 在工艺计算中采用燃料的高热值还是低热值?为什么?

在工艺计算中，一般采用燃料的低热值，因为高热值比低热值多了 氢燃烧生成的水从蒸汽状态冷凝为水时所放出的热量。在工业应用中，由于燃烧生成的水均在蒸汽状态由烟囱排出，故水蒸气冷凝的热量未能加以利用，因而一般采用低热值而不采用高热值。

8. 辐射管热强度与哪些因素有关?

辐射管热强度是每平方米辐射炉管外表面在每小时内传入的热量，单位是W／m2。

影响辐射管热强度的有以下因素。

（1）沿炉管圆周受热不均匀：一排沿炉壁布置的炉管，每根管子向火面主要受火焰及高温烟气的辐射热量，而背火面主要受炉壁的反射热，向火面最前面一点的热强度最高，其他各点的热强度则逐渐降低。

假如最高点的热强度为1，则整个圆周的平均热强度仅为0.562。如果热强度为1的一点是充分发挥了炉管的最大作用，则对整个圆周来说，管子表面利用率只有56.2％左右。

（２） 沿炉管长度受热不均匀：立管加热炉仅在下部烧火时，一般在炉管的下部和中部热强度最高。炉管上下不均匀程度与管子及火焰长短和燃烧器距炉管的距离等因素有关，一般不均匀系数（最大/平均）为1.2～1.5。

（3） 加热介质温度的影响：在炉膛温度一定时，管内介质温度不同则炉管的热强度也不同。管内介质温度越高，由于管外烟气与管内介质之间的温差小，所以传进去的热量就少，即热强度低；反之，管内介质温度越低，则热强度越高。在设计时，热强度通常都是根据介质进出辐射管的平均温度来决定的。

（4） 局部死角：每根炉管与火焰的相对位置，直接影响着每根炉管的传热量。圆筒炉炉管沿炉壁成圆周排列，火嘴位于中间，可以认为每根炉管的传热量是均匀的。对于方箱炉，角上炉管传热量比中间炉管的传热量少，出现了局部死角，所以炉管之间的传热量是不同的。

9. 解决炉管受热不均匀性有哪些方法？

（1）沿炉管圆周受热不均匀性的解决方法：各种排列的炉管，表面平均利用率如表3-2所示。

表3-2

管子排数	辐射条件	表面平均利用串管心距； 2×管外径
单排管	一面辐射 一面反射	56.2%
	双面辐射	83.8%
双排臂	一面辐射 一面反射	31.15%
	双面辐射	54.4%

  

由上表可以看出，单排管双面辐射利用率最高，可见这种布置是解决炉管圆周受热不均匀性的最好办法。当然，其他如加大管心距、采用扁圆管也是有效的，不过在石油化工厂中 很少用，只有在炉管很贵的化工装置上才采用 这些措施减少管材用量。根据具体条件，可以通过采用单排管双面辐射（全部或局部）来提高加热炉辐射管的平均热强度。

（2）沿炉管长度受热不均匀性的解决办法：在圆筒炉上加辐射锥、采用无焰燃烧、附墙火焰、阶梯形炉、底烧炉的辐射室上部加火嘴等等，都是为了解决这个问题而采用的不同措施。

底烧圆筒炉或立管立式炉要求火焰长度约为辐射管长的60％，这也是为了减少炉管上下的不均匀性。

（3）由加热介质温度引 起炉管受热不均匀的解决办法：在设计加热炉时，当然不可能保持所有炉管管壁温度相同，也就是说不可能根据每根炉管的介质温度供给不同的热量。但是，如果能将辐射管分为几部分，通过燃烧器进行分区调节的话，则可以提高平均热强度。这就是近来有分区计算、分区调节的原因。

（4）局部死角 的解决办法：减少局部死角的办法应该从炉管与燃烧器之间的相对位置及烟气流动场的分布两方面来考虑。老式的箱式炉由于角上的炉管传热比中间少，所以炉子设计者削去这个死角，使箱式炉变为斜顶炉。卧管立式炉辐射室上部作成斜肩式，也是为了增加上部炉管的辐射热及对流热。

除减少死角外，为防止局部过热，火焰距炉管不要太近，防止火焰舔管等也是提高平均热强度的必要措施。

10. 各种不同用途加热炉辐射管表面平均设计热强度如何选用？

辐射管表面平均设计热强度应根据已有的设计经验确定，单面辐射、单排管可按表3-3选用；双面辐射、单管排可取表3-3数值的1.5倍。

表3-3 单面辐射、单管排辐射管表面平均设计热强度

管式炉名称	平均设计热强度／(W/m2)
	所有立管炉	立式炉或水平箱式炉
常压炉 减压炉 催化裂化炉 催化重整炉	30000～37000 2400～31000 240D～31000 2500～32000	36000～44000 29000～37000 29000～37000 29000～37000

表3-3 单面辐射、单管排辐射管表面平均设计热强度（续）

管式炉名称	平均设计热强度／(W/m2)
	所有立管炉	立式炉或水平箱式炉
焦化炉 预加氢炉 减粘加热炉 加氢精制炉 脱蜡油炉 丙烷脱沥青炉 氧化沥青炉 酚精制炉 糠醛精制炉 蒸汽过热炉	── 24000～35000 23000～27000 23000～31000 23000～31000 18000～23000 16000～20000 17000～23000 17000～23000 28000～35000,	29000～32000 ── 28000～31000

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