加熱爐的分類寧晉職教中心史利娟2

加熱爐的分類

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。石油化工加熱爐是其生產過程中的高溫反應設備和高溫加熱設備。石油化工加熱爐主要特征有四點。

概述3

化工生產過程中很多反應需要在特定條件下進行。例如：乙烯生產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從600℃迅速加熱到800℃左右，在很短的時間內完成裂解反應。另外，在化工生產過程中有使用熱載體加熱的設備，這些熱載體在專用的爐子里加熱以循環使用。總之，隨著化學工業的發展，化工加熱爐的種類、型式日益繁多，某些爐子往往成為該領域的技術關鍵。

一般石油化工加熱爐的設計，主要有工藝計算和結構設計兩部分工作。工藝計算部分的內容和目的是根據工藝要求，確定合適的爐型方案，進行燃料燃燒計算；爐子系統熱平衡計算以確定燃料消耗量，進行輻射室傳熱計算，以布置與確定輻射傳熱面積；爐子系統煙氣側的流動阻力和煙囪計算以確定煙氣抽引裝置。必要時亦須對工藝物料的阻力進行核算。結構設計的主要內容是根據爐型方案進行總體布置，并確定爐子燃燒裝置、爐用附件等結構。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，而與對流室無關。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，燃燒器和爐管交錯排列，單排管雙面輻射，管子沿整個圓周上的熱分布要比單面輻射均勻得多，燃燒器頂燒，對流室和煙囪放在地面上。它的缺點是爐子體積大，造價很高，用于單純加熱不經濟。目前在合成氨廠常用它作為大型烴蒸汽轉化爐的爐型，運轉良好。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)傳熱機理同箱式爐差不多，只是造型上采用了立式爐的特點。爐管布置在兩側壁，中央是一列底燒的燃燒器。煙氣由輻射室、對流室經煙囪一直上行。燃燒器能量較小，數目較多，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。現在使用的立式爐多數采用這一型式。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)這種立式爐爐膛當中為一排橫管，火焰附墻而上，把兩面側墻的墻壁燒紅，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，節省了這批合金鋼，同時又保留了立式爐的優點，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型爐在側壁上安有許多小型的氣體無焰燃燒器，使整個側壁成為均勻的輻射墻面，有優越的加熱均勻性，可分區調節各區溫度，是乙烯裂解和烴類蒸汽轉化最合適的爐型之一。但造價昂貴，用于純加熱非常不合算。還有一個缺點是只能燒氣體燃料。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)

當爐子熱負荷非常小，而且對熱效率無要求時，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，爐管是一段盤繞成螺旋狀的小管，雖然它屬于立管式爐型，但其管內特性更接近于水平管，能完全排空，管內壓降小。這種爐子的主要缺點是為了便于盤旋，易于制造，被加熱介質通常只有一管程。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-對流型(圖1-17這種圓筒爐取代上述型式，已成為現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，造價低，是管式加熱爐中應用最廣泛的爐型。但是，這種爐子放大以后，爐膛內顯得太空，爐膛體積發熱強度將急劇下降，結構上和經濟性上都開始不利。為了克服這一缺點，可以在大型圓筒爐的爐膛內增添爐管，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，每間設置一或二個大容量高強燃燒器。分隔可以沿兩個方向進行，稱之為“十字交叉”分隔法。它通常把對流室單獨放到地面上。還有把幾臺爐子的煙氣用煙道匯集攏來，送進一個公用的對流室或廢熱鍋爐。這種爐子結構簡單，節省占地，便于回收余熱，容易實現爐群集中排煙，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：爐管內進行化學反應的加熱爐、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)爐管內進行化學反應的加熱爐

這種爐子管內發生吸熱化學反應。按復雜程度來說，它代表了加熱爐技術的最高水平。它分為兩種：

①爐管內裝催化劑的，如烴類水蒸氣轉化爐。②爐管內不裝催化劑的，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反應方面的各種條件，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管內無相變化、單純的液體加熱爐這是把工藝液體預熱到其沸點以下(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，管內結焦和腐蝕也小，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過程中，往往要求被加工的流體在氣液混相狀態下進入蒸餾塔等，此時使用這種加熱爐。在全部工藝加熱爐中它的數量最大。對于這種爐子，最重要的是把握住吸熱量、氣化率、壓力降、溫度之間的關系。2.按用途分類23

(2)加熱液體的爐子

③管子進口為液相、出口全部汽化的加熱爐

這種爐子是反應器的進料加熱爐，它把液體完全汽化，加熱到一定溫度，然后送入工藝反應器。由于反應器的操作條件(如催化劑活性等)在運轉期中是變化的，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范圍，以防止裂解和結炭發生。2.按用途分類24(3)氣體加熱爐如水蒸氣的過熱、工藝氣體的預熱就使用這種爐子。它多在較高溫度下操作，但因為是純氣相，結焦的可能性不大。應該注意的是當氣體量很大時，爐管的路數很多，必須從結構上保證各路均勻，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器進料加熱。由于管內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，設計上要更重視管徑、管內重量流速、盤管路數的選取，以及管內流動狀態的判斷和分叉管的配管設計等。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，供熱溫度可達液相350℃或汽相400℃。凡是需要均勻穩定地加熱，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。補充：其工作原理為：燃料通過燃燒器在爐膛內燃燒產生熱量，熱量通過爐管以對流和輻射的形式傳熱給導熱油，導熱油在循環泵的驅動下通過加熱爐出口進入換熱器管程內將走殼程的原油加熱后回到循環泵，通過加熱爐再吸收熱量，如此周而復始，以導熱油為熱載體(或稱熱媒)實現熱量的連續傳遞。28熱媒爐工藝流程如圖1-25所示。29圖1-252、

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

烴類蒸汽轉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，因此在爐子設計時要求合理使用爐管及盡量降低對爐管的要求，防止局部過熱，使周向和軸向溫度分布均勻。注意設計時所選用的爐型、原料、催化劑和操作條件是一個整體。311-出口總管2-保溫箱3-出口豬尾管4-懸吊爐頂5