加热炉综合知识培训.ppt

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1、加 热 炉,2019/5/18,2,加 热 炉,加热炉及热风系统简介 加热炉的主要结构部件 加热炉的主要指标及热效率计算 提高加热炉热效率 加热炉低温露点腐蚀 加热炉常见的问题,2019/5/18,3,加热炉简介,加热炉：是一种火力加热设备，主要承担提供热量，是石化工装置的重要设备，同时也是炼油、化工生产装置消耗燃料能源的主要设备，所以加热炉的操作对节能有重大意义。 加热炉的主要任务：提供热量把物料加热到一定的温度，满足下一工序（如分馏或反应）的需要。有的加热炉还担负着过热水蒸汽的任务 。,估算一下一台热负荷30MW左右的加热炉，优化操作好差，燃烧的好坏，燃料气波动100NM3/H是正常的，如

2、果每小时节省100NM3，目前使用燃料气约1.1KG/NM3，算一下每小时节100KG燃料气，一天节约24100=2400KG（2.4吨），一年节约3652.4=876吨，一吨按3500元算，一台加热炉每年燃料节约：8763500=3066000元=306.6万元,2019/5/18,4,加热炉简介,加热炉的主要特点：,2019/5/18,5,加热炉简介,加热炉应满足的工艺要求：,2019/5/18,6,按用途分类 1、单纯加热炉 2、反应加热炉（管内有催化剂） 按传热方式分类 1、纯对流式炉 2、辐射对流式炉 3、辐射式炉 按炉型结构分类 1、方箱式炉 2、圆筒式炉 按燃烧形式分类 1、底烧

3、式炉 2、侧烧式炉 3、顶烧式炉 按供风形式分类 1、强制供风炉 2、自然供风炉,加热炉常见分类,2019/5/18,7,常见加热炉,底烧卧管方箱加热炉,带火墙的双室底烧卧管方箱炉,辐射对流炉,2019/5/18,8,常见加热炉,底烧立管方箱加热炉,侧烧卧管方箱加热炉,辐射对流炉,2019/5/18,9,常见加热炉,立管双室阶梯加热炉,立管圆筒炉,辐射对流炉,2019/5/18,10,常见加热炉,无对流段螺旋管加热炉,无对流段立管纯辐射炉,带反射锥炉,带对流段立管加热炉,辐射式炉,2019/5/18,11,加热炉的传热及传热方式,传热：不同温度的两个物体放在一起，高温物体的温度降低，低温物体的

4、温度升高，热量从高温物体传到了低温物体,这种现象称为传热。 传热方式：分对流传热、传导传热、辐射传热三种方式 对流传热:依靠流体（液体或气体）本身流动而实现的热传递叫做对流传热。分自然对流和强制对流。 传导传热:物体通过接触，并没有发生物质的相互转移而传递热量的方式叫传导传热。传导传热需要介质，受介质的导热系数影响。 辐射传热:物体间依靠电磁波互相辐射传导热量的方式叫辐射传热。辐射传热无需中间介质。,2019/5/18,12,加热炉的传热方式,加热炉内的传热：,热量从炉膛到炉管外壁：辐射传热+对流传热 热量从炉管外壁到炉管内物料：传导传热,2019/5/18,13,1、辐射室：辐射室有辐射炉管

5、、人孔、看 火 门。 2、对流室：对流室有对流炉管、吹灰器，观察孔。 3、燃烧系统：燃烧器、配风系统。 4、烟囱：烟囱内装有烟道挡板，有的加热炉是联 合囱。 5、炉体：含钢结构和耐火衬里。 6、控制调节系统包括：空气、燃料的控制调节； 物料的流量、压力、温度控制调节。 7、烟气余热回收系统：含风机、换热器、烟道、 风道组成。,加热炉的主要构成,2019/5/18,14,加热炉的结构简图,辐射室,炉管,炉墙板,烟囱,人孔,挡板,看火孔,燃烧器,衬里,炉管,2019/5/18,15,加热炉的结构简图,烟囱,烟道挡板,负压接口,对流炉管,对流段,取样口,物料进口,转油线,炉膛,辐射炉管,辐射段,灭火

6、蒸汽,燃烧器,物料出口,2019/5/18,16,加热炉物料流程简图,空气、烟气,被加热介质,燃料,2019/5/18,17,加热炉控制流程简图,燃料的控制调节,物料流量控制调节,物料温度控制调节,2019/5/18,18,常见余热回收系统,水热媒余热回收：泵强制循环（锅炉水液相）,水泵,水作为热载体预热助燃空气,锅炉水,鼓风机,水-空气换热器,水-烟气换热器,补充水,气相排放,2019/5/18,19,常见余热回收系统,2019/5/18,20,常见余热回收系统,单热管余热回收,热管安装位置不同,单一热管适用烟气温度较低,2019/5/18,21,常见余热回收系统,热管换热器与扰流子换热器组

7、合串联余热回收系统 1-加热炉 2-扰流子翅片管空气预热器 3-热管空气预热器 4-鼓风机 5-引风机 6-烟囱,组合适用烟气温度较高,2019/5/18,22,余热回收热管换热器及扰流子换热器,热管工作原理 翅片扰流子管,管内真空,产生湍流破坏边界层 改变换热效果,2019/5/18,23,常见余热回收系统,热管换热器,2019/5/18,24,常见余热回收系统,两相流水热媒：锅炉水气液两相,2019/5/18,25,常见余热回收系统,2019/5/18,26,炉管及附属部件 1、炉管：辐射室炉管、对流室炉管 辐射室炉管通常采用光管； 对流室炉管通常采用钉头管和翅片管，遮蔽管应采 用光管；

8、2、回弯头：把炉管与炉管连接成连续蛇管 3、炉管吊架（吊钩） 4、导向杆 5、管板 6、管架,加热炉主要部件,2019/5/18,27,加热炉主要部件简图,管板,管架,吊架,导向杆,炉管及弯头,2019/5/18,28,对流段炉管,钉头管及翅片管,2019/5/18,29,加热炉主要部件,燃烧器 1、燃烧器：将燃料和空气按照所需混合比和流速送入火盆内，确保和维持点火及燃烧条件的部件 2、燃烧器通常包括：燃料喷咀、配风口和燃烧道三个部分。,2019/5/18,30,燃料喷咀、配风口和燃烧道,燃料喷咀: 是供给燃料并使燃料完成燃烧前准备的部件。 燃料喷咀的主要任务： 是使燃料形成便于与空气混合的雾

9、化炬，外混式燃料气喷咀将燃料气分散成细流，并以适当的角度导人燃烧道，以便与空气良好混合。预混式燃料气喷咀则是将燃料气和空气均匀混合后供给燃烧。,2019/5/18,31,燃料喷咀、配风口和燃烧道,配风口: 使空气与燃料良好混合并形成稳定而符合要求的火焰形状。尤其是在火焰根部必须保证有足够的空气供应，以避免燃料受热时因缺氧而裂解，产生黑烟。,2019/5/18,32,燃料喷咀、配风口和燃烧道,燃烧道： 在火焰根部设置一段燃烧道，不但能使火焰根部基本上不散热，而且耐火材料蓄积的热量还能提供辐射热源，使火焰根部温度升高，加速燃料的蒸发和着火，有助于形成稳定的燃烧。 能约束空气，迫使空气与燃料混合而不

10、致散溢于炉膛中。自然通风或低压鼓风式燃烧器，空气功能小，穿透能力弱，燃烧道对空气的约束作用更显得重要。 与配风器一起使气流形成理想的流型。配风器提供的气流流型，往往要与燃烧道配合才能实现。实际上燃烧道是配风口不可分割的部分。,2019/5/18,33,加热炉主要部件,燃烧器结构图,四配风油气枪同轴燃烧器,进风口,配风口,燃烧道,喷嘴,底烧式,2019/5/18,34,加热炉主要部件,二次配风油气枪不同轴燃烧器,底烧式,2019/5/18,35,加热炉主要部件,顶烧式燃烧器,2019/5/18,36,加热炉主要部件,侧烧式燃烧器,2019/5/18,37,加热炉主要部件,油枪喷头,2019/5/

11、18,38,加热炉主要部件,衬里部件 1、耐火砖：标准砖、异形砖 2、浇注料：轻质浇注料、重质浇注料、刚玉浇注料 3、陶瓷纤维：纤维棉、纤维毯、纤维模块 4、纤维可塑料：高铝纤维可塑料、普铝纤维可塑料 5、保温钉：L型、V型、Y型 6、快速夹 7、保温钉垫片及螺帽 8、陶瓷帽盖 9、耐热钢丝 10、耐火胶泥,2019/5/18,39,加热炉主要部件,衬里部件：快速夹-和L型保温钉配合使用,2019/5/18,40,加热炉主要部件,衬里部件：保温钉 保温钉的型式：L型、V型、Y型 保温钉型式的选择：根据耐火材料要求选择 L型保温钉：多用于纤维平铺毯、纤维喷涂、纤维模块 V型保温钉：多用于纤维可塑

12、料、浇注料、纤维喷涂 Y型保温钉: 多用于纤维可塑料、浇注料、复合衬里 L型保温钉和V型保温钉混合：纤维喷涂,2019/5/18,41,加热炉主要部件,保温钉材质的选择：根据使用温度要求选择,2019/5/18,42,加热炉主要部件,保温钉的布置：拼花布置,A指保温钉间距,2019/5/18,43,加热炉主要部件,保温钉的布置间距：,2019/5/18,44,加热炉主要部件,加热炉衬里：纤维衬里材料的选择,根据温度选择,2019/5/18,45,加热炉主要部件,加热炉衬里：纤维衬里材料的用途,2019/5/18,46,加热炉主要部件,常见衬里型式：平铺毯结构（施工方法、优缺点）,2019/5/

13、18,47,加热炉主要部件,常见衬里型式：平铺毯结构,平铺毯直衬里搭接,阴角衬里结构,2019/5/18,48,加热炉主要部件,常见衬里型式：平铺毯结构,阳角衬里结构,耐火纤维和耐火砖搭接,2019/5/18,49,加热炉主要部件,常见衬里型式：模块结构（施工方法、优缺点）,中心孔吊装模块结构,2019/5/18,50,加热炉主要部件,常见衬里型式：模块结构,滑槽式模块结构,2019/5/18,51,加热炉主要部件,模块衬里拼图：（拼完后的处理）,模块的地板式拼花结构,2019/5/18,52,加热炉主要部件,常见衬里型式：复合衬里结构（施工方法优缺点）,2019/5/18,53,加热炉主要部

14、件,常见衬里型式：复合衬里结构,1-普铝可塑料；2-高铝可塑料,1-浇注料；2-高铝纤维喷涂,2019/5/18,54,加热炉主要部件,衬里结构形式:不同形式衬里的结合使用,2019/5/18,55,加热炉主要部件,衬里结构形式：不同形式衬里的结合使用,2019/5/18,56,加热炉主要部件,衬里结构形式：,2019/5/18,57,附属部件 1、看火门：看火门主要是用来观察炉内火焰状况和辐射管运行情况的，看火门的数量和位置应能看到所有燃烧器燃烧状况，并能观察到所有的炉管。 2、人孔门及检修孔门：为了能进入炉内进行检修，需要设置人孔门和检修门。对于炉底无法安装人孔门的小园筒炉，检修时可拆下燃

15、烧器，其开孔兼作人孔。 3、防爆门：当炉内积存可燃气体和空气的混合物时，就有发生爆炸的危险，辐射室均应设置防爆门，以便在发生爆炸事故时，能及时卸压。 4、烟道挡板：单轴烟道挡板、多轴烟道挡板。 5、灭火蒸汽线：当炉膛失火时，需要通入蒸汽灭火。 6、吹灰器：为了清除对流管外表面上的积灰，保证对流传热效果，对流室应放置吹灰器。,加热炉主要部件,2019/5/18,58,加热炉主要部件,烟道挡板及调节系统 在烟囱内加设挡板，调节挡板开度就可控制一定的抽力，保证炉膛内最合适的负压。一般要求炉膛内保持负压23毫米水柱，在打开看火门观察炉膛时，火焰不会外扑，确保操作安全。如采用强制送风，炉内负压不超过5毫

16、米水柱时，可以不装挡板。老式的烟囱挡板多为单轴式，近年来多采用多轴式，多轴式挡板较单轴挡板灵活好用，不易损坏变形，便于操作。 烟囱挡板有非密封型、密封型和高温密封型。目前密封型基本代替了非密封型，高温密封型用于有废热回收系统和联合烟道系统。挡板材质为碳钢和18-8钢两种。 烟囱挡板调节系统由调节机构、滑轮，转轮及烟囱挡板等部件组成，由钢丝绳和链条传动。调节机构由手摇卷扬机、开关指示部件及链轮组成，装在地面上。滑轮安装在炉体和烟囱上，以固定钢丝绳及滑动用。转轮安装在烟囱挡板轴上，带动烟囱挡板开闭。烟囱挡板多装在烟囱底部。,2019/5/18,59,加热炉主要部件,2019/5/18,60,加热炉

17、主要部件,看火门,防爆门,人孔,2019/5/18,61,加热炉的主要工艺指标,为了评定管式炉的技术经济合理性，采用一些反映加热炉内传热性能的主要工艺指标。一般有以下几项： (1)热负荷：也称有效热负荷，是指炉子每小时传给被加热物料的总热量，以Q表示，单位为KJ/h或W。它体现了炉子供热能力的大小，此值越大，炉子的生产能力也越大。目前，加热炉最大炉热负荷已达325MW。,2019/5/18,62,管式加热炉的主要工艺指标,(2)炉管表面热强度：指每平方米炉管表面积每小时的传热量，以q表示，单位为kJ/(m2*h)或W/m2。此值越大，完成相同的传热任务所需要的传热面积越小；传热面积相同时，此值

18、越大，传递的热量越多。一般希望炉管具有较高的平均表面热强度，但过大时，受热最强的部分炉管易被烧穿。所以，q值不是越大越好，要依具体情况而定。由于辐射管和对流管的表面热强度相差较大，故应分别计算。目前国内常用的管式加热炉，辐射管的表面热强度一般在23260-46520W/m2；对流管的表面热强度在9300-23260W/m2。,2019/5/18,63,管式加热炉的主要工艺指标,(3)炉膛温度：（也称火墙温度）是指辐射室烟气出口平均温度，以tg表示，单位为。它是一个安全指标，控制不好，炉管就有烧穿的危险。对于碳钢管，炉膛温度不高于850；对于合金钢管，温度可高一些。 (4)炉膛热强度：是指每小时

19、每立方米炉膛体积所传递的热量，以qv表示，单位为kJ/(m3*h)或W/m3。此值越大，完成相同的传热任务所需的炉子越紧凑；在炉体一定的情况下，此值越大，炉膛传递的热量越多。,2019/5/18,64,管式加热炉的主要工艺指标,(5)全炉热效率：是指被加热流体吸收的有效热量与供给炉子的能量之比值，以（%）表示。热效率的高低表明向炉子提供的能量被有效利用的程度。在加热任务一定时，热效率越高，燃料用量越省。可见，它是一个经济指标。为了节约燃料、减少操作费用，应尽量提高炉子热效率。有些加热炉在采用了回收废热的措施之后，可使热效率有70%-80%提高到90%左右。,2019/5/18,65,管式加热炉

20、的主要工艺指标,(6)冷油流速和全炉压力降： 按20的油品比重计算的油品线速度，称为冷油流速，以w表示，单位为m/s。 油品经过对流管与辐射管总的压力降，成为全炉压力降，以p表示，单位为Pa或Mpa。 管内流速越低，边界层越厚，传热系数越小，管壁温度越高，其结果越容易结焦，炉管越容易损坏。 为了改善传热，强化传热，防止炉管结焦，希望油品流速大一些；但流速过大，会使压力降升高，动力消耗增加。所以，一般冷油流速取1-2m/s为宜。,2019/5/18,66,管式加热炉的主要工艺指标,2019/5/18,67,炉子的操作上限 管式加热炉是既有上限又有下限的设备，它不允许远离其设计能力进行操作。一台炉

21、子的设计热负荷究竟取多少，必须考虑到它在要求的上、下限负荷下都能顺利操作。同时，还要考虑炉子所在工艺系统处理量变化的范围以及炉子的经济性等。 通常允许的操作上限为设计热负荷的120，理由是热负荷增加到这个值时炉子在设计上无需作什么特殊考虑，基建投资因而不变，而且炉子负荷有20余量以后基本上也能满足工艺上的变化要求。但是，在此基础上把炉子的操作负荷再进一步提高，则需要对若干个可能的限制因素进行校核。这些因素主要是：炉膛体积、烟气侧阻力，管内流速和火墙温度等。,炉子的操作范围,2019/5/18,68,炉子的操作范围,影响加热炉操作上限的因素及危害： 1.炉膛体积限制:炉子操作负荷过大以后，火陷有

22、可能烧出炉膛之外，并舐到辐射室炉管或热遮蔽管上，危及炉子的安全。因此炉膛的尺寸在操作上限时应能容纳住火焰，并有一定余量。 2.烟气侧阻力限制:对强制通风的加热炉，烟气侧阻力会不会成为提高负荷的限制，主要由风机能力决定。自然通风加热炉是利用烟囱抽力克服烟气侧阻力，这方面的问题较为突出。因为炉子负荷增加后，烟囱烟气量也要增加。同时，热负荷增加后热效率会降低，即排烟温度将升高，从而增加烟囱的抽力，但抽力的增量不大。当炉子达到某一负荷时，抽力增加和烟气侧阻力的增加将处于平衡，这一平衡点就是由烟气侧阻力所决定的操作上限。超过这一点操作，空气量不足，使燃烧不完全。,2019/5/18,69,炉子的操作范围

23、,3.管内流速限制:从泵和压缩机的输送能力来考虑，管内压力损失有上限而无下限，故油品在管内的流速不能过高。 4.火墙温度限制:负荷越大火墙温度越高，超负荷运转时辐射室在结构和材料方面可能产生问题，最容易发生损坏的是辐射炉管的支承件（如管板、管吊等）。一台炉子的火墙温度允许达到多高，主要由各材料的设计温度、安全使用温度或者高温许用应力决定。,2019/5/18,70,炉子的操作范围,炉子操作的下限 可能有人认为炉子操作只有上限没有下限，操作负荷越小越显得富裕，因而越安全可靠。这种观点是不对的。实际证明，一台大炉子在过小的负荷下操作可能损坏得更快。,2019/5/18,71,炉子的操作范围,炉子下

24、限操作的危害： 1.受热均匀性问题: 燃烧器的大小和数量是根据设计负荷考虑的，当炉子在设计负荷下运转时，燃烧器将全部投用，火焰基本上均布整个炉膛，炉管受热将比较均匀。炉子降低负荷后一种是点燃一半甚至13以下的燃烧器，这样就会使各部分辐射炉管受热不均。另一种调节方法，把每个燃烧器关小，但维持每个燃烧器都投用，这样沿火焰长度方向炉管热强度的分布的不均匀性会比正常负荷下大。,2019/5/18,72,2.局部过热问题: 由于降量操作时炉子热负荷也按比例减少了，仅上一点就足以引起炉管的局部过热与损坏、管内流量减小以后，管内介质的传热系数有可能大幅度下降，管内介质的流动状态有可能突变，炉管各路之间也更容

25、易发生偏流而造成低负荷下的炉管局部过热损坏。当管内介质为高粘度流体或低压气体时，因在设计负荷下其管内介质传热系数本来就偏低或管内流态本来就不理想，降量操作时尤应加以注意。,炉子的操作范围,2019/5/18,73,加热炉的燃料热值及效率计算,加热炉是火力加热设备，其热源就是燃料燃烧时产生的炽热火焰及高温烟气，而吸热的一方则是管内被加热的液体。加热炉内的传热过程与燃料的燃烧过程密切相关。,2019/5/18,74,燃料的种类,燃烧是可燃物质剧烈的氧化过程。燃料的种类的不同，燃烧的难易程度也不同。 燃料有固、液、气之分，但管式加热炉所用的燃料是气体和液体两种燃料。 燃烧产物都是各可燃成分的氧化物。

26、大部分是：二氧化碳、水、硫化物、氮化物。,2019/5/18,75,燃料的种类,液体燃料 燃料油来源很广泛，如常压重油、减压渣油和裂化渣油等。比重越小，雾化越好，越容易燃烧完全。 燃料油的主要特征可以用它的元素组成和热值来表示。燃料油的元素组成通常用油中所含的碳、氢、硫、氧、氮、水分和灰分的重量百分数来表示。其中主要是碳和氢，而氧、氮和灰分的含量很少。,2019/5/18,76,燃料的种类和组成,元素组成的数据可用元素分析法测定。若无实测数据，可用下列经验式估算： H=26-15d20 C=100-（H+S） 式中H、C、S-燃料油中氢、碳、硫的质量百分数； d2020时燃料油的比重。,201

27、9/5/18,77,燃料的种类,气体燃料 气体燃料的来源较复杂，有催化干气，焦化干气、裂化干气、不凝气、液化石油气、天然气和液态轻烃。气体燃料的组成一般都用各个组分的体积百分比数来表示。 气体燃烧的特点 气体燃料的燃烧最容易控制，容易实现自动控制； 气体燃料容易与空气混合，可以到完全燃烧的要求； 气体燃料相对煤和重油属清洁能源，有利于生产环境的改善。,2019/5/18,78,1.重量热值：1Kg燃料完全燃烧时所放出的热量，叫做燃料的重量热值，单位为Kj/Kg。液体燃料都用重量热值表示。 体积热值：1Nm3(特指0、101325Pa下的体积)燃料完全燃烧时所放出的热量，叫做燃料的体积热值，单位

28、Kj/ Nm3。气体燃料多用体积热值表示 。,燃料热值的分类,2019/5/18,79,燃料热值的分类,高热值：燃料完全燃烧后所生成的水已冷凝为液态时计算出的热值，称为高热值，以Qh表示。 低热值。燃料完全燃烧后所生成的水为气态时计算出的热值，称为低热值，以Ql表示。在加热炉的正常操作中，水都是处于气态的情况，所以多用低热值计算。,2019/5/18,80,液体燃料的理论空气用量 已知元素分析 ：燃料完全燃烧时所需要的空气量为理论空气用量，可根据燃烧反应程式求得： 由C + O2CO2 12 32 可知燃烧1kg的碳，需2.67kg的氧； 由2H2 + O22H2O 4 32 可知燃烧1kg的

29、氢，需8kg的氧； 由S + O2SO2 32 32 可知燃烧1kg的硫，需1kg的氧。 上述反应的需氧量，扣除燃料中的含氧量（也参加反应），即为空气的供氧量。所以由空气供给 的理论用氧量为 K0 = 2.67 * C% + 8 * H% + 1 * S% - O% K0 = 0.0267 C + 0.08H + 0.01 ( S O ) kg氧/kg燃料式中符号同前。 因为空气中氧的重量含量为23%，所以1kg燃料油完全燃烧时所需的理论空气量为 L0=0.0267C+0.08H+0.01(S-O)/0.23 Lo=0.116C+0.348H+0.0435(S-O) kg空气/kg燃料 在没有

30、元素分析的情况下，可按比重d20估算出燃料油完全燃烧时所需理论空气量为 Lo=17.48-3.45 d20-0.072S,理论空气用量的计算,2019/5/18,81,理论空气用量的计算,气体燃料的理论空气用量 气体燃料完全燃烧时所需要的理论空气用量，也可根据反应方程式求得： 由2H2 + O22H2O 2 1 可知燃烧1单位体积的H2，需要0.5单位体积的O2。 由 2CO+O22CO2 2 1 可知燃烧1单位体积的CO，需要0.5单位体积的O2。 由 CH4+2O2CO2+2H2O C2H4+3O22CO2+2H2O 从上面烷烃和烯烃的氧化反应产物中可知：一部分氧气的体积数跟与其相化合的C

31、原子数相同；一部分氧气的体积数为与其相化合的H原子数的1/4。若以m表示C原子数，以n表示H原子数，则每个烃组分CmHn需氧的体积数为（m+n/4）CmHn，多个烃组分所需氧的体积数为（m+n/4）CmHn。 由 2H2S+3O22SO2+2H2O 2 3 可知燃烧1单位体积的H2S，需1.5单位体积的O2。 因为空气中氧的体积含量为21%，在扣除燃料气中的含氧量以外，所需的理论空气用量为 V0=0.5H2+0.5CO+(m+n/4)CmHn+1.5H2S-O2/0.21 Nm3空气/N m3燃料 式中，H2、CO、CmHn、H2S、O2、各组分在燃料气中的体积百分数。,2019/5/18,8

32、2,由于空气与燃料的混合总是不很完善的，所以要想燃料完全燃烧，实际空气用量必须多于理论空气用量。实际空气用量于理论空气用量之比值，称为过剩空气系数，以a表示，即 a=L/L0=V/V0 式中，L、V实际空气用量的重量（kg空气/ kg燃料）和体积（Nm3空气/Nm3燃料） L0、V0理论空气用量的重量（kg空气/ kg燃料）和体积（Nm3空气/Nm3燃料） 所以 L=aL0 kg空气/kg燃料 V=aV0 Nm3空气/ Nm3燃料 过剩空气系数是加热炉的一个重要操作指标，对全炉热效率的影响很大，直接关系到加热炉的燃料消耗和经济效益。在保证完全燃烧的情况下，尽量使空气剩过系数的值尽量趋近于1.,

33、过剩空气系数,2019/5/18,83,火焰各部位的过剩空气系数,火焰核心纯燃气,燃气、产物,火馅焰面：燃气和空气的混合 比等于化学计量比的那层表面,火焰核心，纯燃气 a=0 火馅焰面内 a1 火馅焰面外 a1 火馅焰面上 a1,2019/5/18,84,空气过剩系数计算,2019/5/18,85,空气过剩系数计算,2019/5/18,86,空气过剩系数计算,2019/5/18,87,过剩空气系数过小时： 空气量供应不足，燃料燃烧不完全，严重时冒黑烟，浪费了燃料，炉子热效率降低。 过剩空气系数过大时，大量冷空气入炉，带来很多不良后果： A.降低火焰温度，减弱辐射传热； B.烟气量增大，烟气带出

34、热量增多，排烟温度高，全炉热效率下降，燃料消耗增加，操作费用增加； C.烟气中剩余氧增多，对炉管表面的氧化加剧； D.含S高的燃料油分解生成的SO3的增加，加剧了炉管的腐蚀和堵灰。 所以，在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽量降低过剩空气系数a值。,过剩空气系数对全炉热效率的影响,2019/5/18,88,1.燃料性质： 气体燃料易与空气混合均匀，故a宜小（1.1-1.2）；液体燃料不易与空气混合均匀，故a宜大（1.2-1.3），以使雾化良好。 2.火嘴性能： 自然引风式的油火嘴，a较大（1.2-1.4）；而空气预热后强制通风的火嘴，a则较小。大能量的火嘴，a较小（1.1-1.15）；有的新型火嘴

35、，a可降到1.05以下。 3.炉体密封性： 过去加热炉多在负压下操作，如果炉体密封不好，空气被大量吸入，a就大大增高。现在加热炉很多采用微正压操作，空气漏入量大大减少，a就降低。,影响过剩空气系数a的因素,2019/5/18,89,影响过剩空气系数a的因素,4.测控水平： 若能用计算机自动调节燃料与空气的比例，对a进行自动测控，不但能使燃烧过程达到最佳化而节约燃料，还可减少热量损失，并使大气污染减到最低限度。 5.操作水平： 操作好坏对a的影响也很大。为了使a适中，必须控制好“四门”、“一板”。“四门”是指油门、气门、汽门、风门等四种阀门；“一板”是指烟道挡板。如果这四种阀门和烟道挡板调节好，

36、即可使a适中，又可保证完全燃烧、热效率高。 6. 需要注意的是： 辐射室与对流室的过剩空气系数并不相同，随着烟气的流动和炉体部位的升高，a也随之加大。对于微正压操作的炉子，二者的a值基本上是相同的。,2019/5/18,90,过剩空气系数a的估算,对于正在生产中的炉子，在实际操作中，为了进行加热炉标定、核算或控制加热炉燃烧过程，可由烟气组成分析结果，按下简易算式求出过剩空气系数： 燃料完全燃烧时: a=21/(21-79O2/N2) a=21/21-79O2/（100-CO2-O2) a=(100-CO2-O2)/(100-CO2-4.76O2) 燃料不完全燃烧时: a=21/21-79*O2

37、-0.5(CO+H2)-2CH4/100-(RO2+O2+CO+H2+CH4) 式中，O2、N2、CO、H2、CH4干烟气中各组分的体积百分数； RO2干烟气中CO2和SO2的体积百分数之和。,2019/5/18,91,根据加热炉的热平衡，供给热量Qi与支出热量Q0相等，即 Qi= Q0 供给热量 供给热量包括燃料燃烧放出的热量以及燃料、空气、雾化蒸汽带入炉内的显热。通常对燃料油1kg为基准，对燃料气以1kg为基准进行热平衡计算。则供给热量为 Qi=QL+Qf+Qa+Qs kJ/kg A.燃料的低热值QL ：前面已经说到。 B.燃料入炉显热Qf：如果燃料常温入炉，则其显热可忽略不计；否则，可按

38、下式计算： Qf=cftf kJ/kg 式中，tf燃料入炉温度 cf 燃料比热 燃料油的比热按下式估算： cf =（0.415+0.0006 tf）*4.187 燃料气的比热按下式估算： cf=0.010.31(CO+H2+O2+N2)+0.38(CH4+CO2+H2S+H2O)+0.5CmHn*4.187 式中各符号分别为各组分的体积百分数。,热效率计算,2019/5/18,92,C.空气入炉显热Qa：如果空气不预热，则其显热可忽略不计：预热，按下式计算： Qa=aL0Ia kJ/kg 式中，L0理论空气用量,Ia入炉温度下空气的热焓 空气的热焓值除查表外，还可用分析法进行计算。当基准温度为

39、tb时，ta时的空气各组分的热焓可用下式计算： Ii=10-2A(ta-tb)+1.8B*10-4ta+2732-(tb+273)2+3.24C*10-6(ta+273)3-(tb+273)3+30.87D1/(ta+273)-1/(tb-273)*4.187 kJ/kg 式中，系数A、B、C、D之值可查表。 求出了空气各组分的热焓后，可用下式计算空气的热焓： Ia=(0.232IO2+0.768IN2)*4.187 kJ/kg D.雾化蒸汽入炉显热Qs:没有雾化蒸汽时，此项显热可忽略不计 Qs=IsWs kJ/kg 式中 Ws雾化蒸汽量，由所选用的燃烧器形式而定，一般取Ws=0.5kg/kg

40、油 Is雾化蒸汽的热焓，由有关图表可查得。,热效率计算,2019/5/18,93,支出热量 包括：传给被加热介质的有效利用热量、烟气带出热量、燃料的化学和机械不完全燃烧损失热量、炉壁散热量等，即 Q0=Qe+Q1+Q2+Q3+Q4 kJ/kg (或Kj/Nm3) A.烟气带走热量Q1：Q1=（GiLi）+600 Ws*4.187 kJ/kg (或Kj/Nm3) 式中Gi1Kg燃料生成的烟气各组分的重量（Kg/ Kg Li在排烟温度tg下烟气中各组分的热焓 查表 （kJ/kg） 烟气中各组分的重量Gi按下列各式计算 GCO2=0.0367C Kg/ Kg燃料 GSO2=0.02S Kg/ Kg燃

41、料 GH2O=0.09H+0.01W+ Ws Kg/ Kg燃料 GO2=0.232L0（a-1） Kg/ Kg燃料 GN2=0.768a L0+0.01N Kg/ Kg燃料 烟气总重量为 Gg=Gi= GCO2+ GSO2+ GH2O+ GO2+ GN2 Kg烟气/ Kg燃料 烟气中各组分的热焓Ii可按公式计算出来，但式中的ta应代换为tg。也可以查表得到,热效率计算,2019/5/18,94,热效率计算,B.燃料的化学不完全燃烧损失热量Q2：在设计加热炉时，此项可忽略；在标定时，应根据烟气分析，按下式计算： Q2=(30.2CO+25.8H2+85.5CH4)V*4.187 kJ/kg燃料

42、式中，CO、H2、CH4 干烟气中一氧化碳、氢气、甲烷的体积百分数； V 干烟气体积。 C.燃料的机械不完全燃烧热损失Q3：在设计加热炉时，此项可忽略。在标定时，根据烟气中游离碳含量，按下式计算： Q3=7830Vn*10-6*4.187=0.0328Vn kJ/kg燃料 式中，n干烟气中游离碳浓度 V干烟气体积 D.炉墙散热损失热量Q4:圆筒炉及四壁排管的加热炉， Q4=0.03Qi；其他炉型，Q4=0.04Qi 散热损失在计算时取3-4%,2019/5/18,95,根据加热炉的热平衡，有效利用热量Qe为 Qe=Qi-Q1-Q2-Q3-Q4=QL+Qf+Qa+Qs-Q1-Q2-Q3-Q4 如

43、果空气不预热和不考虑不完全燃烧，则Qf、Qa、Qs、Q2、Q3不予考虑时，则有效利用热量可简化为 Qe=QL-Q1-Q4 由于加热炉的热效率为其有效利用热量Qe占供给热量Qi的百分数，故热效率为 =Qe/ Qi*100% =（ QL-Q1-Q4 ）/ QL *100% Qf、Qa、Qs不予考虑时,供给热量Qi就是燃料的低热值QL 热效率也可按下式计算 =（1-Q1/Qi-Q2/Qi-Q3/Qi-Q4/Qi）*100% 一般在加热炉设计中，取 Q2/Qi=0; Q3/Qi=0; Q4/Qi=(3或4)%；则 =（0.96或0.97）-Q1/Qi*100% 式中，Q1/Qi烟气损失热量的百分数，可

44、根据对流室出口处的烟气温度t2及对流室的过剩空气系数ae.,热效率计算,2019/5/18,96,热效率计算,在保证燃料完全燃烧和炉墙保温正常的情况下，加热炉热效率的高低，关键取决于排出烟气的状况： 排出烟气量越少，排烟温度越低，则烟气带走的热量损失越小，加热炉热效率越高。为了提高热效率，关键在于要回收烟气带走的热量或减少烟气带走的热量。 但排烟温度t2不能过低，它受到物料进炉温度1的限制。由于要保证对流室的传热平均温差不致太小，排烟温度t2与物料入炉温度1之间必须保持适当的温差。如果对流传热温差太小，传热面积就要增加，投资也要加大。因此，设计新炉时，t2应根据1而定。一般推荐t2=1+(30

45、-50)。在实际操作中，有的t2比1高出30-50。 由此可见，油品入炉温度的高低，对全炉热效率有很大影响。例如在不回收烟气余热的情况下： 1=160-200时，=70%-80% 1=280-300时，=65%-72% 1=340-380时，=55%-60% 为了提高热效率，要进行烟气废热回收，可以装设空气预热器、热管或废热炉生产蒸汽等。当热效率提高10%-15%时，燃料用量可节约10%-15%。空气经过预热后，燃烧时能降低噪音和减少油嘴结焦现象。,2019/5/18,97,提高加热炉热效率,提高加热炉热效率可以节约燃料 加热炉是炼油厂消耗燃料的主要设备，其能耗约占炼油厂能耗的一半以上。因此，

46、提高加热炉的热效率，对降低炼油厂总能耗具有重要的意义。提高加热炉热效率的手段较多，涉及的因素也较广泛。 燃料不含硫的加热炉自身热效率设计达到要求( 不含余热回收）,2019/5/18,98,提高热效率措施,提高热效率与节约燃料的关系意义:提高加热炉热效率可以减少燃料用量，但加热炉热效率提高的百分比与节约燃料的百分比并不成等值关系。加热炉原来的热效率越低， 燃料的用量就愈多， 提高热效率后节约燃料的收效就越大。,2019/5/18,99,提高热效率措施,A. 选用合理的热负荷，加热炉热负荷与热效率关系:减少加热炉的热负荷是通过装置换热系统优化，提高入炉油温和改进工艺流程等措施来实现的。热负荷减少

47、后的加热炉，即使热效率较低，仍可能比热负荷大热效率高的加热炉所消耗的燃料还要少。而且如加热炉热负荷越高，相应地减少热负荷后原来炉子的热效率提高值将越大。所以，当加热炉热负荷比较高时，节能措施应以降低热负荷为主；反之，应以提高加热炉热负荷为主。在减少炉子热负荷的基础上，进一步提高炉子的热效率是最理想，最有收效的方法。,热负荷小且高效运行较理想,2019/5/18,100,提高热效率措施,在实际操作中，热效率将随操作负荷的变化而变化。降负荷后，如能正确调整烟道挡板、风门，维持低的过剩空气量，炉子又完全不漏风，随着炉子负荷的降低热效率应该有所上升。但实际的炉子总存在着漏风，不易调好燃烧空气量等问题，

48、因此在通常降负荷操作中，过剩空气系数变大，热效率总是反而下降。即使过剩空气系数通过调节能保持不变，低负荷下热效率仍有所降低，可能是因为火焰变短小以后，炉膛内火焰的“充满度”很低，导致辐射效果变差的缘故。另外。降低负荷后，炉壁的散热面积相对增大，也是使热效率下降的原因之一。如果把负荷提高到设计值之上，热效率就会逐渐降低，其下降的程度随炉子的使用条件和设计条件有所不同。因此，加热炉的热效率在设计负荷下一般将达到最高值，在此基础上，无论降低还是增加负荷，炉子热效率都会降低。,2019/5/18,101,提高热效率措施,B. 提高燃烧空气温度:燃料与空气的混合物只有被加热到着火温度时，才能在没有外热提供的条件下继续燃烧，即未经预热的燃烧空气与燃料混合后要先吸收足够的热量，后再着火放热。因此，利用烟气余热来预热燃烧空气，可以进一步提高加热炉的热效率。但是，燃烧空气的温度也不能提得太高，一般以预热至300左右为宜。因为这个温度还要考虑到燃烧器的结构和材质问题。另外，空气温度太高，会引起油枪端部结焦或引起预混式瓦斯火咀回火、也可能使因雾化不良，流淌至风道内的燃料油着火。,2019/5/18,102,提高热效率措施:,C. 合理选用过剩空气系数控制氧含量:过剩空气系数如果过小，会使燃料燃烧不完全，热效率下降.但如果过大，大量过剩空气又会将热量带走排入大气，使炉子热损失增多，热效率下降