管式炉概述

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,管式炉概述,一、发展简史及其分类,二、特殊性和重要性,三、重要工艺设计参数,四、盘管系统,五、炉衬及耐火隔热材料,六、钢结构,七、降低能耗、提高效率及余热回收系统,-1-,一、,发展简史及其分类,1.1,发展简史,古老的炼油工艺是釜式蒸馏，下面是一个加热釜（一口大锅），上面是分馏塔（笼屉）。,由于加热式釜仅底部受热，传热强度大，而釜内介质又几乎不流动，因此釜底特别容易结焦。整个操作是间隙式的。大约在,1911,年出现了连续蒸馏，管式加热炉才取代了,“,加热釜,”,，,独立的蒸馏塔代替了蒸锅上的,“,笼屉,”,。,这在炼油工业史上是一个划时代的事件。经过大约一个世纪的发展，管式炉已经有了翻天覆地的变化,：从最初的,“,管式釜,”“,堆形炉,”,到纯对流炉、辐射,-,对流炉；从单面辐射到双面辐射；从纯加热型到加热,-,反应型；从几兆瓦的小型炉到几十几百兆瓦的大型炉；这就是管式炉的发展简史。,-,2,-,1.2,分类,石油化工管式炉按其功能可分为加热型和加热,-,反应型两大类。,1).,加热型管式炉仅对其被加热介质进行加热。被加热介质在管式炉内吸收足够的热量后到后续设备中进行传热、传质、分馏和化学反应等。,2).,加热,-,反应型管式炉的炉管内介质一边吸热，一边进行着复杂的化学反应。在这类管式炉内，炉管不仅是传热的媒体，同时也是直接火焰加热的反应器。,-,3,-,二、特殊性和重要性,2.1,特殊性,与石油化工装置中的其它设备相比，管式炉的特殊性在于直接火焰加热，即是直接见火设备；与一般工业炉相比，管式炉的盘管要承受高温、高压和介质腐蚀；与锅炉相比，管式炉盘管内的介质不是水和蒸汽，而是易燃、易爆、易裂解、易结焦和腐蚀性较强的油和气。这些就是石油化工管式炉的特殊性。,-,4,-,2.2,重要性,管式炉在石油化工装置中的地位之所以重要，在于它是主要的热能供应设备，同时也是节能的关键设备；其基建投资占有相当高的比例；它是主要的污染源，也就是解决环保问题的主要对象。,管式炉的燃料消耗占装置能耗的比例，管式炉投资占装置投资的比例如下：,常减压 焦 化 连续重整 柴油加氢,制 氢,能耗比例,%82,92,90 80 30,工程费,%10,17 10,12 12,16 6,8 20,25,-,5,-,加热炉简介,人孔门；,2,炉顶；,3,尾部烟道；,4,桥墙；,5,燃烧器；,6,壳体；,7,对流段；,8,折流砖,；,9,转油线；,10,炉管；,11,扩面管；,12,回弯头；,13,弯头箱；,14,辐射段；,15,遮蔽段；,16,看火门；,17,管架；,18,耐火衬里；,19,管板；,20,柱墩；,21,烟囱；,22,平台,三、重要工艺设计参数,管式炉的重要工艺设计参数有：热负荷、热效率、辐射管热强度、管内介质流速、火墙温度、对流室烟气流速等。,热负荷,被加热介质吸收的热量，注意不是燃料的放热量，也不是加热炉的供给热量。它表示管式炉规模的大小，,MW,。,热效率,表示供给管式炉的热量被有效利用的程度，,%,。它是管式炉先进性的重要指标。,-,7,-,辐射管平均热强度,表示单位时间通过炉管单位外表面积的热量，,w/m,2,。它也是管式炉先进性的重要指标。标准称呼是,“,热流密度,”,。,管内介质流速,表示介质在管内流动的快慢，有质量流速（,kg/m,2,.s,）和线速（,m/s,）两种表达方式，还有经济流速和品质流速之分。,火墙温度,烟气出辐射室温度，也称桥墙温度。它表示辐射室传热的激烈程度。它也是管式炉操作中的重要控制指标。,对流室烟气流速,烟气通过对流室管束流动的快慢。它影响到对流传热系数的大小和烟囱的高低。,-,8,-,四、盘管系统,盘管系统包括炉管及其连接件、支承件。,炉管及其连接件材料选择,温度、压力、介质腐蚀性,炉管支承件材料选择,烟气温度及其腐蚀性,炉管壁厚计算,SH/T3037,炉管支承件强度计算,炉管支承方式和支承间距,-,9,-,五、炉衬及耐火隔热材料,炉衬结构,砖结构、衬里（浇注料、可塑料）、陶瓷纤维结构、复合结构,炉衬材料选择,热面温度、温度裕量、耐火隔热材料的分类温度或等级温度、烟气的腐蚀性,炉衬厚度计算,炉墙外壁温度,SH/T3036,规定：环境温度,27,，无风条件下，外壁温度不高于,80,。,-,10,-,六、钢结构,材料,Q235-BF,、,Q235-B,、,Q345-D,等,结构计算,结构设计,-,11,-,七、降低能耗、提高效率及余热回收系统,管式炉的燃料消耗是炼油厂的能耗大户，见第,5,页，下面以常减压装置为例进行讨论。,常减压装置的能耗一般占全厂能耗,9.511%,。,例如一座包括,18,套装置，加工中东含硫原油,800,万吨,/,年的炼油厂，全厂能耗,88.10kg,标油,/,吨原油，常减压装置能耗,9.85kg,标油,/,吨原油，占全厂的,11.18%,常减压炉燃料消耗约占常减压装置能耗的,8090%,。新设计的,1000,万吨,/,年常减压装置总能耗,9.5,万千卡,/,吨原油，常减压炉燃料消耗,8.2,万千卡,/,吨原油，占全装置的,86.35%,。,-,12,-,7.1,降低能耗的措施,优化换热流程，降低炉子热负荷,例：,800,万吨,/,年常压炉 入炉温度 热负荷,MW,220 103.7,293 58.1,加热炉与其他设备联合回收余热,例：将空冷出装置的油料引入热油式空气预热器，将空气预热到,6080,，再进烟气,-,空气预热器，既降低能耗，又解决露点腐蚀问题。,提高加热炉热效率,常减压炉热效率已从,1970,年代以前的,6075%,，提高到现在的,8593%,-,13,-,7.2,提高热效率的措施,简化的热效率反平衡表达式,：,(1-q,1,-q,2,-q,3,)100%,-,加热炉热效率,q,1,排烟损失占总供热的比值，是排烟温度和过剩空气系数的函数,q,2,不完全燃烧损失占总供热的比值,q,3,散热损失占总供热的比值,-,14,-,7.2.1,降低排烟温度以减少排烟损失,减小末端温差,将需要加热的低温介质引入对流室末端。,采用各种空气预热器以预热空气,采用烟气余热锅炉以发生蒸汽,除灰除垢，保证管式炉长期高热效率运转,7.2.2,降低过剩空气系数以减少排烟损失,7.2.3,减少不完全燃烧损失,7.2.4,减少散热损失,-,15,-,7.3,提高热效率应注意的相关问题,降低排烟温度的限制,(1),随着排烟温度的降低，运行费用降低，一次投资增加，应根据经济评价确定经济合理的末端温差。,(2),降低排烟温度在技术方面受烟气露点的限制，见图。,降低炉外壁温度的限制,(1),炉外壁温度降到多少才是合理的？这要通过技术经济分析才能决定。,(2),现行规范规定,“,在环境温度,27,，无风条件下，炉外壁温度,80,”,是比较合理的。,环保方面的限制,随着空气温度的提高，燃烧产物中的,NO,X,增加，如果没有适当的措施来降低,NO,X,，则对环保是不利的。,-,16,-,燃料中硫的质量分数,-,17,-,7.4,常用空气预热器简介,7.4.1,烟气间接预热空气,(1),工艺分支物流预热空气,(2),冷进料,-,热油预热空气,(3),开式循环或闭式循环热载体预热空气,(4),热管式空气预热器,7.4.2,烟气直接预热空气,(1),间壁式空气预热器,有管式（钢管、铸铁管、玻璃管、搪瓷管等）空气预热器、板式空气预热器、喷流式空气预热器、套管式空气预热器等等,(2),蓄热式空气预热器,有蓄热体固定不动周期性切换风,-,烟道和蓄热体自身旋转不切换风,-,烟道,两种，后者也称回转式空气预热器,7.4.3,蓄热式高温空气贫氧燃烧技术简介,-,18,-,蓄热式高温空气贫氧燃烧技术原理图,-,19,-,