1、加熱爐基礎知識1第1頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1 加熱爐結構和主要指標1.1概述一個設備，具有用耐火材料包圍的燃燒室，利用燃料燃燒產生的熱量將物質（固體或流體）加熱，這樣的設備叫做“爐子”。工業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。“管式加熱爐”是石油煉制、石油化工和化學、化纖工業中使用的工藝加熱爐，管式加熱爐的特征是：1）被加熱物質在管內流動，故僅限于加熱氣體或液體。而且，這些氣體或液體通常都是易燃易爆的烴類物質，同鍋爐加熱水或蒸汽相比，危險性大，操作條件要苛刻得多。2）加熱方式為直接受火式。3）只燒液體或氣體燃料。4）長周期連續運

2、轉，不間斷操作。2第2頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一3第3頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.2 加熱爐的一般結構工藝加熱爐一般由輻射室、對流室、燃燒器、余熱回收系統以及通風系統五部分組成。輻射室也稱為爐膛，包括風道，爐管和爐管支撐，耐火襯里等，傳熱方式主要是熱輻射，全爐熱負荷的70%80%是由輻射室擔負的，是全爐最重要的部分。由于火焰溫度很高（可達1500-1800），故不能直接沖刷爐管。火焰離爐管遠，輻射傳熱量小，所以應盡量減小爐膛體積，節省投資。4第4頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一5第5頁，共33頁，202

3、2年，5月20日，14點55分，星期一1.2 加熱爐的一般結構輻射室爐墻由耐熱層、隔熱層和保護層組成。耐熱層除能耐高溫，還有再輻射性能，能將吸收的熱量再輻射給爐膛。耐熱層有耐火磚砌筑和耐火襯里兩類。尤其是陶瓷涂料耐火襯里，不僅耐高溫、耐振動、有良好的絕熱性，而且輻射系數高，增加了輻射能力。6第6頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.2 加熱爐的一般結構對流室包括遮蔽管，對流管，耐火襯里，管線支撐和掛鉤，主要傳熱方式是對流。對流室一般擔負全爐熱負荷的20%30%，對流室吸熱量的比例越大，全爐的熱效率越高，為了盡量提高傳熱效果，對流室多采用釘頭管和翹片管。燃燒器產生熱量，是

4、爐子的重要組成部分。要使火焰不沖刷爐管并實現低氧完全燃燒。7第7頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.2 加熱爐的一般結構余熱回收系統是從離開對流室的煙氣中進一步回收余熱的部分。回收方法分為兩類，一類采用空氣預熱方式回收熱量；另一類是采用余熱鍋爐回收熱量。通風系統的任務是將燃燒用空氣導入燃燒器，并將廢煙氣引出爐子，它分為自然通風方式和強制通風方式兩種。其它的附件設備包括爐殼體、鋼結構支撐、耐火襯里、管板箱、火嘴風門、煙囪、擋板、空氣預熱器、鼓風機或引風機、儀表測量、燃料和物料的管線和閥門，吹掃蒸汽接口等。8第8頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1

5、.3 加熱爐的種類 加熱爐按外形大致分為：箱式爐、立式爐、圓筒爐、大型方爐。這種劃分法是按輻射室的外觀形狀，而與對流室無關。加熱爐按用途分為：爐管內進行化學反應的爐子、加熱液體的爐子、加熱氣體的爐子和加熱氣、液混相流體的爐子。9第9頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.4 加熱爐的主要技術指標1.4.1熱負荷加熱爐單位時間內向管內介質傳遞熱量的能力稱為熱負荷，一般用MW為單位。它表示加熱爐生產能力的大小。加熱爐熱效率在設計負荷下一般達到最高值，無論降低還是增加負荷，爐子熱效率都會降低。10第10頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.4 加熱爐的主

6、要技術指標1.4.2爐膛溫度爐膛溫度指煙氣離開輻射室進入對流室時的溫度。加熱爐的爐膛溫度不能太高，一般控制在850以下，但不是絕對的。爐膛溫度高有利于輻射傳熱，但太高后會使爐管熱強度高，容易使爐管結焦和燒壞。此外，進人對流室的煙氣溫度也會過高，對流管易燒壞。因此，爐膛溫度是確保加熱爐長周期安全運轉的一個重要指標。11第11頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.4 加熱爐的主要技術指標1.4.3爐膛體積發熱強度燃料燃燒的總發熱量除以爐膛體積，稱之為爐膛體積發熱強度，簡稱為體積熱強度，它表示單位體積的爐膛在單位時間里燃料燃燒所發出的熱量，一般用kW/m3為單位。gv：爐膛體

7、積發熱強度，kW/m3； B：燃料用量，kg/s；Ql：燃料低熱值，kJ/kg燃料； V：爐膛體積，m3。12第12頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.4 加熱爐的主要技術指標1.4.3爐膛體積發熱強度爐膛大小對燃料燃燒的穩定性有影響，如果爐膛體積過小，則燃燒空間不夠，火焰容易舔到爐管和管架上，爐膛溫度也高，不利于長周期安全運行，因此爐膛體積發熱強度不允許過大，一般控制在燃油時小于125 kW/m3，燃氣時小于165 kW/m3。13第13頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.4 加熱爐的主要技術指標1.4.4爐管表面熱強度爐管每單位表面積（一

8、般按爐管外徑計算表面積）、每單位時間內所傳遞的熱量稱為爐管的表面熱強度，也稱為熱通量或熱流率，單位為W/m2。爐管表面熱強度越高，在一定熱負荷下，所需要的爐管就越少，爐子體積可減小，投資可以降低，所以要盡可能地提高爐管的表面熱強度。但是，提高爐管的表面熱強度也受到一定的限制。為了使輻射爐管表面熱強度比較均勻，一般可以采用以一下方法：14第14頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.4 加熱爐的主要技術指標盡量采用雙面受輻射的爐管。在圓筒爐內，為減小沿爐管長度的受熱不均勻性，要選擇合適的輻射室高徑比，同時要選擇合適的燃燒器，使燃燒器的火焰長度與爐管長度不能相差太大，例如輻射

9、管長為15m ，選用火焰長度為12 -13m 的燃燒器，這樣爐管上下受熱趨向均勻。在立式爐內，有的在爐子側面采用多噴嘴；有的在兩排噴嘴間加花墻；也有在爐子上部加噴嘴，以上措施都是為了改善爐管受熱均勻。15第15頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.4 加熱爐的主要技術指標1.4.5管內流速及壓降GF：管內介質的質量流速，kg/（m2s）W：管內介質流量，kg/sN：管程數，即爐管路數F0：一根爐管的流通截面積，m216第16頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.4 加熱爐的主要技術指標1.4.5管內流速及壓降油品在爐管內的流速不能太低，否則易使管

10、內油品結焦而燒壞爐管。因為流速太低時，管內邊界層厚度大，傳熱慢，管壁溫度升高，而且油品在管內停留時間長。但流速過高又增加了管內壓力降，增加了動力消耗，所以應在合理的范圍內力求提高流速。壓力降是判斷爐管是否結焦的一個重要指標。17第17頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一1.4 加熱爐的主要技術指標1.4.6熱效率熱效率表示向爐子提供的能量被有效利用的程度，其定義可用下式表示：有效吸熱量即爐子的熱負荷，熱效率是衡量燃料消耗、評價爐子設計和操作水平的重要指標。18第18頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2 加熱爐有關參數介紹及計算2.1 燃料的熱工性質

11、包括燃料的發熱量、空氣量、煙氣量、煙氣組成、煙氣分子量和密度、煙氣熱焓和比熱、理論燃燒溫度等。19第19頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.1 燃料的熱工性質2.1.1燃料氣的低發熱值燃料氣包括H2、CO、H2S和C1C5烴類氣體，還可能含有N2、O2、CO2、SO2等。燃料氣可近似看作理想氣體。燃料氣低熱值： Ql=YiQli式中 Ql：燃料氣低熱值， kJ/kg燃料氣； Yi：單一氣體的重量百分率； Qli：單一氣體的低熱值， kJ/kg；可由數據表查得。20第20頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.1 燃料的熱工性質2.1.2理論空氣量

12、的計算燃料氣的理論空氣量： L0 = YiL0i L0i ：單一氣體的理論空氣量，kg空氣/kg燃料21第21頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.2 過剩空氣系數燃料在燃燒時需要氧氣，在空氣中氧氣體積約占21 %，氮氣約占79 %，所以燃料在燃燒時需要供給空氣。1kg 燃料油在燃燒時所需理論空氣量（1）約為14.2kg （11Nm3）。在實際的加熱爐中，由于從燃燒器進入的空氣不可能全部都參與燃燒，另外，也由于從爐子其他不密封處漏入了空氣，所以實際進入爐內的空氣量總是比理論空氣量多，前者與后者之比叫做過剩空氣系數，即：22第22頁，共33頁，2022年，5月20日，14

13、點55分，星期一2.2 過剩空氣系數過剩空氣系數大小的影響過剩空氣系數是影響爐效率的重要指標。過剩空氣系數大，入爐空氣多：1）影響傳熱，相對降低爐膛溫度；2）排煙量大，熱損失增加；3）煙氣氧含量高，爐管表面氧化腐蝕。23第23頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.2 過剩空氣系數過剩空氣系數大小的影響在保證燃料完全燃燒的前提下，盡量降低過剩空氣系數。過剩空氣系數過小：產生化學不完全燃燒，煙氣中有CO、H2、CH4。機械不完全燃燒，排煙中有炭黑粒子，污染受熱面，污染環境。24第24頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.2 過剩空氣系數過剩空氣系數的

14、確定 空氣系數O2 煙氣氧含量，%；CO2 二氧化碳生成量，kg/kg燃料；H2O 液態水或汽生成量，kg/kg燃料W 霧化蒸汽量，kg/kg燃料；SO2 二氧化硫生成量，kg/kg燃料；N2氮生成量，kg/kg燃料L0理論空氣量，kg/kg燃料。25第25頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.3 熱效率根據供給能量和損失能量所包括的內容不同，有熱效率和綜合熱效率之分。熱效率表示管式爐體系中參與熱交換過程的熱能的利用程度。它的供給能量中一般只包括燃料低熱值和燃料、空氣及霧化蒸汽帶入的顯熱。損失能量包括排煙帶走的熱量和散失的熱量。從這個意義上說，它也可以叫做“燃料效率”。

15、26第26頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.3 熱效率國家標準GB2588-81 設備熱效率計算通則中定義的熱效率，內容要比上述管式爐慣用的熱效率全面，它規定供給能量中還應包括外界供給體系的電和功（例如鼓風機、引風機和吹灰器電耗、吹灰器蒸汽消耗等）。對于管式爐體系來說，這些電和功一般不轉換成有效能，幾乎全部變成由于摩擦等原因而引起的能量損失。為了和管式爐慣用的“熱效率”區別，命名為“綜合熱效率”。27第27頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.3 熱效率熱效率的計算計算熱效率的簡單公式： 1q1q2q3q4式中q1、q2、q3、q4分別為排煙

16、損失、化學不完全燃燒熱損失、機械不完全燃燒熱損失和散熱損失。28第28頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一霧化蒸汽、燃料、空氣的物理顯熱 介質吸收的有用熱量（熱負荷）散熱損失q4化學不完全燃燒損失q2機械不完全燃燒損失q3燃料燃燒熱 排煙熱損失q1爐 體29第29頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.3 熱效率損失熱量包括：煙氣帶走的熱量，包括煙氣在排煙溫度和基準溫度下的熱焓差、化學不完全燃燒造成的損失和機械不完全燃燒造成的損失；煙氣中霧化蒸汽帶走的熱量；爐墻、煙風道及空氣預熱器等的散熱損失。30第30頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.3 熱效率q1可根據過剩空氣系數和煙氣出對流室的溫度由圖表查得；q2化學不完全燃燒損失的熱量是由于煙氣離開體系時含有CO、H2、CH4等造成的，其值等于這些可燃氣體的發熱量之和。Vg：干煙氣量，Nm3/kg燃料，可由燃料的熱工計算得到，或參考數據表。CO、H2、CH4分別是CO、H2、CH4在干煙氣中的體積百分數。31第31頁，共33頁，2022年，5月20日，14點55分，星期一2.3 熱效率q3機械不完全燃燒熱損失