管式加热炉分类

    管式加热路通常可以按照外形分类可分为以下几种：

    箱式炉

    1横管和立管大型箱式炉

    如图7-2、图7-3所示，这两种炉型结构基本一致，只是一为横管、一为立管。它们的优点是只要增加中央的隔墙数目，可在炉膛体积热强度不变的前提下，积木组合式“把炉子放大。该炉型适用于大型炉，其主要缺点是敷管率低，炉管需要合金吊挂，造价高，需设独立烟囱等。

    2顶烧式炉

    图7-4为顶烧式炉。这种炉子的燃烧器和辐射炉管交错排列，单排列双面辐射，管子沿整个圆周的热均匀分布，燃烧器顶烧，对流室和烟囱在地面。它的缺点是炉子体积大，造价较高，用于单纯加热不经济，目前在合成氨厂常用它作为大型轻烃蒸汽转化炉的炉型。

    3斜顶炉

    斜顶炉是由箱式炉演变而来，常用的是双斜顶炉，如图7-5所示。由于改成斜顶，使箱式炉受热不均性有所改善，处理量也可加大。其对流室在中间，烟气下行经地下或地面烟道排入烟囱内，也可在烟道处加装空气预热器，提高炉子效率。这种炉子没有克服箱式炉的其它缺点，除原有老装置使用外，新建装置很少采用。

    立式炉

    1底烧横管立式炉

    图7-6为底烧横管立式炉，传热方式与箱式炉相似，辐射室保持了立式炉的特点。炉管布置在两侧，中间是一列底烧的燃烧器，烟气由辐射室经对流室、烟囱一直上行。其燃烧器能量小、数量多，在炉子中央形成一道火焰膜，以提高辐射传热效果。目前使用的立式炉多采用这一形式。

    2附墙火焰立式炉

    图7-7为附墙火焰立式炉，这种立式炉炉膛中有火墙，它可增加炉膛内辐射面积，提高炉管受热强度，同时将辐射室分成两室，每室可各走一路油品，分别调节温度。

    3环形管立式炉

    图7-8为环形管立式炉，这种炉子用多根U型炉管把火焰包围起来，适用于炉管路数多、管内压力降小的场合。隋炉子热负荷的增大，U形管可增加到两个甚至三个，如图7-9所示。

    4立管立式炉

    图7-10为立管立式炉，是我国首创的炉型。其炉管沿墙直立排列，与横管立式炉相比可节省大量的高铬镍钢管架，并保留了立式炉的优点，高热负荷加热炉常选用这种炉型。

    5无焰燃烧炉、阶梯炉

    这两种炉子都是单排管双面辐射炉型。图7-11为无焰燃烧炉，其侧壁装有许多小能量气体无焰燃烧器，使整个侧壁成为均匀辐射面，这种炉型有优良的加热均匀性，并可分区调节温度，它是乙烯裂解和烃类蒸汽转化最合适的炉型之一，但是造价昂贵，用于纯加热非常不经济。

    图7-12炉型称为阶梯炉，它在每级”阶梯“的底部安装一排扁平附墙火焰燃烧器。燃烧器的数量较无焰燃烧炉少，造价也低，但加热均匀程度和分区调节特性不及无焰燃烧炉。

   立式圆筒炉

    1螺旋管式、纯辐射式炉

    当炉子热负荷很小，热效率要求不高时，可采用这两种炉型。它结构简单，造价低。

    图7-13为螺旋管式炉，其炉管盘绕成螺旋状，属于立式炉型，但其管内特性更接近水平管，能完全排空，管内压降小。主要缺点是被加热介质通常走一路（管程数为1）。

    图7-14为纯辐射炉，没有对流室，火嘴在炉底，炉管直立沿炉墙排成一圈。它结构简单，重量较轻，但热效率低。

    图7-15表示在纯辐射式圆筒炉顶部加个辐射锥，以提高上部炉管的受热强度，使炉管全长受热均匀，辐射锥要用昂贵的高铬镍钢制成，且容易烧毁或腐蚀损坏，故近年来很少使用辐射锥了。

    2辐射—对流式炉

    图7-16为辐射-对流式炉，它已成为现代普遍采用的炉型

    它在辐射室顶部增加了水平管式对流室，并采用钉头管和翅片管，热效率较高。但结构复杂，金属用量大，通常对流管面积不宜太大，一般要小于辐射炉管面积。国内这种炉型的高径比约为1.7-2.5.

    大型方炉

    图7-17为大型方炉，它用两排炉管把炉膛分为若干小间，每间设置一或两个大能量高强燃烧器，分隔可沿两个方向进行，称之为”十字交叉“分隔法。它通常把对流室单独放在地面上，还有把几台炉子的烟气用烟道汇集起来，送进一个公用的对流室或者废热锅炉。

    这种结构简单，节省占地，便于回收余热，容易实现多炉集中排烟，减轻大气污染。

    管式加热炉一般结构

    管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧及通风系统五部分组成，如图7-1所示。其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。

    1辐射室：

    加热炉进行热交换的主要场所，其热负荷约占全炉的70%-80%。烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉的反应和裂解过程全部由辐射室来完成。

    辐射室内有炉管，通过火焰或者高温烟气进行传热，以辐射热为主，故称之为辐射管。它直接受火焰辐射冲刷，温度高，其材料要具有足够的高温强度和高温化学稳定性。

    2对流室

    对流室是靠辐射室排出的高温烟气进行对流传热来加热物料。烟气以较高的速度冲刷炉管管壁，进行有效的对流传热，其热负荷约占全炉的20%-30%。对流室一般布置字辐射室之上，有的单独放在地面。为了提高传热效果，多采用钉头管和翅片管。

    3余热回收系统

    余热回收系统用以回收加热炉的排烟余热。

    回收方法有两类：一类是靠预热燃烧空气来回收，使回收的热量再次返回炉中；另一类是采用另外的回收系统回收热量。前者称为空气预热方式，后者通常用水回收称为废热锅炉方式。空气预热方式有直接安装在对流室上面的固定管式空气预热器，还有单独放在地面上的回转空气预热器等型式。

    目前炉子余热回收系统多采用空气预热方式，只有高温管式炉（烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉）和纯辐射炉才使用废热锅炉。这些炉子的排烟温度较高，安装余热回收系统后，炉子的总效率可达到88%-90%。

    4燃烧器

    燃烧器的作用是完成燃料的燃烧过程，为热交换提供热量。燃烧器由燃料喷嘴、配风器、燃烧道三部分组成。

    燃烧器按所有燃料的不同可分为燃油燃烧器、燃气燃烧器和油-气联合燃烧器。

    燃烧器性能的好坏，直接影响燃烧质量及炉子的热效率。操作时，特别注意火焰要保持刚直有力，调整火嘴尽可能使炉膛受热均匀，避免火焰舔炉管，并实现低氧燃烧。要保证燃烧质量和热效率，还必须有可靠的燃料供应系统和良好的空气预热系统。

    5通风系统

    通风系统的作用是把燃烧用空气导入燃烧器，将废烟气引出炉子。它分为自然通风和强制通风两种方式。前者依靠烟囱本身的抽力，后者使用风机。随着炉子结构复杂化，采用强制通风方式日趋普遍。

    6主要结构：

    钢结构

    钢结构是管式炉的承载骨架。管式炉的其它构件依附于钢结构，其基本元件是各种型钢，通过焊接或螺栓连接构成管式炉的骨架。老式管式炉，如方箱炉、斜顶炉等，其钢结构占整个管式炉投资的比重较小，近代管式炉其钢结构的投资比例越来越大。

    炉墙

    管式炉的炉墙结构主要有耐火砖结构、耐火混凝土结构和耐火纤维结构。其中耐火砖结构又分为砌砖炉墙、挂砖炉墙和拉砖炉墙。拉砖炉墙是目前应用比较广泛的炉墙，尤其是温度较高的管式加热炉，如裂解炉和转化炉。

    炉管

    管式炉炉管是物料摄取热量的媒介。按受热方式不同可分为辐射炉管和对流炉管，前者设置于辐射室内，后者设置于对流室内。为强化传热，对流管往往采用翅片管和钉头管，其安装方式多采用水平安装。

    其他配件

    管式炉配件较多，主要有看火孔，点火孔，炉用人孔、防爆门，吹灰器、烟囱挡板等。

    管式加热炉主要技术指标

    热负荷

    每台加热炉单位时间内向管内介质传递的总热量，单位为W或kJ/h。炉子的热负荷越大，其生产能力越大。

    炉膛热强度

    燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉膛热强度（又称体积热强度），它表示单位体积的炉膛在单位时间里燃料燃烧所放出的热量，单位为kJ/m3·h或W/m3。炉膛热强度越大，完成相同的热任务所需的炉子越紧凑。

    炉管表面热强度

    单位时间内单位炉管表面积所传递的热量称为炉管表面热强度，单位为kJ/m2·h或W/m2。炉管表面热强度越大，完成相同热任务所需的传热面积越小，使用的炉管就越少，炉子体积可减小，投资可以降低。应注意的是炉管表面热强度一般指平均值。

    炉膛温度（又称火墙温度）

    炉膛温度指烟气离开辐射室进入对流室时的温度，它表征炉膛内烟气温度的高低，是炉子操作中重要的控制指标。

    管内流速及压力降

    液体在管内的流速越低，则边界层越厚，传热系数越小，管壁温度越高，介质在炉内的停留时间也越长。其结果，介质易结焦，炉管易损坏。但流速过高又增加管内压力降，增加了管路系统的动力消耗。

    管式加热炉安全检修的一般要求

    对检修任务进行统筹安排，保证检修的质量和安全是十分重要的。因此，检修前应做充分的准备，制定切实可行的实施方案。对检修过程实行认真的检查和监督，对检修后的设备进行认真的验收和试车。检修的准备工作如下：

    （1）管式加热炉年度大检修工作应落实检修项目、物资准备、施工准备、劳动力准备和开停车、置换方案。

    （2）技术准备

    检修的技术准备包括：施工项目、内容的审定；施工方案和停、开车方案的制定；计划进度的制定；施工图纸、施工部门和施工任务以及施工安全措施的落实等。

    管式加热炉的大修必须有大修施工方案，复杂工程需要绘制网络图。施工方案包括：检修内容、质量要求、工程进度和劳动力、备品配件、材料、特殊工器具需要量、试车验收规程、安全措施及防护等。此外还要制定停车方案，置换、清洗、中和、吹扫、抽堵盲板方案，重大起吊方案，爆破方案和拆除方案等，并经有关部门进行技术安全会审、批准后，方可实施。

    （3）制定安全检修措施

    除了企业已制定的动火、动土、罐内作业、高处、电气、起重等安全规定外应针对管式加热炉检修作业内容、范围提出补充安全要求，制定相应的安全检修规定，明确检修作业程序及进入施工现场的安全纪律，并指派人员负责现场安全规定的宣传、检查和监督工作。

    （4）设备、附件、材料和安全用具的准备

    根据检修的项目、内容和要求，准备好检修所需的材料、附件和设备；做好起重设备、焊接设备、电动工具、索具、吊具的事前安全检查；需高空作业之处，按安全规定搭好脚手架；应指定专人分别负责仔细检查或检验安全带、安全帽防毒面具以及测氧、测爆、测毒、测厚、无损探伤等分析化验仪器和消防器材，消防设施确保完好。

    （5）进行安全教育

    在停车检修之前，首先应明确检修的安全负责人，成立安全领导小组，制定施工的安全措施，明确各级安全负责人和安全员的职责及相互间配合、联络的程序；施工前还必须对全体参加检修人员进行一次全面的安全教育，对特殊工种人员还应进行专门的以专业工种安全技术和灾害事故案例及检修安全规定为重点的安全教育，使其适应并胜任检修工作。

    低温露点腐蚀的机理及防治

    由于节能工作的不断向前发展，要求加热炉的排烟温度越来越低，但是往往在空气预热器、余热锅炉等余热回收设备的换热面上产生强烈的低温露点腐蚀，严重的腐蚀穿孔使加热炉不能正常运行，可以说，低温露点腐蚀已成为降低加热炉排烟温度、提高热效率的主要障碍。

    1. 低温露点腐蚀的机理

    燃料油、气中的有少量的S存在，燃料后生成SO2。由于燃烧室中有过量的O2存在，所以又有少量的SO2进一步氧化成SO3。在通常的过剩空气系数条件下，全部SO2中约有1~3%转化成SO3，在高温烟气中的SO3气体不腐蚀金属，但当烟气温度降到40℃以下，SO3将与水蒸汽化合生成硫酸蒸汽。其反应式如下：

    SO3 ↑+ H2O ↑ → H2SO4↑

    当硫酸蒸汽凝结到炉子尾部受热面上时就会发生低温硫酸腐蚀。与此同时，这些凝结在低温受热面上的硫酸液体，还会粘附烟气中的灰尘形成不易消除的积垢，使烟气通道不畅甚至堵塞。

    2. 防治措施

    1 提高空气预热器入口的空气温度

    提高空气预热器入口的空气温度可以提高预热器冷端换热面的壁温，防止结露腐蚀。最常用的是采用空气再循环的方法，把已预热的空气从再循环管道引入风机入口和冷空气混合来提高温度。在开工或低负荷运行时，可增大热风的再循环量。这种方法的缺点是风机消耗电能较多；并且由于缩小了空气和烟气之间的温差。对提高加热炉热效率造成不利影响。较理想的方法是：利用装置的废气或低温热源通过暖风器，将冷空气预热到60~80℃后。再进入空气预热器。

    2 提高空气预热器换热面的壁温

    提高空气预热器入口的空气温度可以提高预热器的换热面取温，防止腐蚀产生。另外一种方法是在管式空气预热器内将管子水平放置，使烟气在管外横流冲刷换热面，空气在管内纵向流动。这样设计的预热器，其壁温比立管式（烟气走管内）稍高，对减少低温腐蚀有利。

    3 采用耐腐蚀材料

    耐腐蚀材料分非金属和金属材料两类。管式空气预热器的低温区可采用硼硅玻璃管，或在管式空气预热器钢管外表面（烟气侧）涂上非金属防腐层。回转式空气预热器的冷端可以采用涂有搪瓷材料的换热元件。

    4采用低氧燃烧

    控制燃烧过剰空气量，能有效地减少SO3的生成量，降低露点温度对减少低温腐蚀有利，在石油化工厂的管式加热炉中，实现低氧燃烧必须保证炉墙的严密性，并且严格控制每个燃烧器的进风量，否则极易引起机械和化学不完全燃烧，增加排烟热损失。

    5使用低硫燃料

    烟气露点温度随液体燃料或气体燃料中的含硫量或硫化物含量的增多而升高。目前炼油厂加热炉烧气体燃料的较多，瓦斯都含有相当数量的H2S气体，如对炼厂气体燃料进行脱硫处理，则可显着降低烟气露点温度，减少低温腐蚀。

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责任编辑：王元

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