1、松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 松原职业技术学院 毕业论文 题 目： 管式加热炉工艺相关设计 姓 名： 王丽萍 学 院： 松原职业技术学院 专 业： 应用 化工生产技术 班 级： 14级石油一班 学 号： 201409120128 指导教师： 王玉辉 王军凯 2017 年 05 月 松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 目 录 摘 要 . 1 ABSTRACT . 5 目 录 . 1 前 言 . 6 第一章 管式加热炉概述 . 7 1.1 管式加热炉的一般机构 . 7 1.1.1 辐射室 . 7 1.1.2 对流室 . 7 1.1.3 余热回收系统 . 8 1.1.4 燃烧器 .
2、 8 1.1.5 通风系统 . 8 1.2 管式加热炉的主要类型 . 9 1.2.1 蒸馏炉 . 9 1.2.2 残渣油加热炉 . 9 1.2.3 加氢炉 . 10 1.2.4 重整炉 . 11 1.2.5 气体加热炉 . 12 1.3 管式加热炉的特点 . 12 1.4 管式加热炉的作用 . 12 第二章 传热 . 13 2.1 传热过程 . 13 2.2 传热的基本方式 . 14 2.2.1 热传导 . 14 2.2.2 热辐射 . 15 2.2.3 热对流 . 16 2.3 传热系数 . 18 松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 第三章 管式加热炉的节能改造 . 19 3.1 节能
3、改造途径 . 20 3.2 加热炉在操作中的节能 . 20 3.2.1 控制燃烧供风 . 20 3.3 炼厂加热炉节能改造 . 23 第四章 结 论 . 23 参考文献 . 24 致 谢 . 25 松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 摘 要 论文完成了管式加热炉工艺相关设计，包括燃烧、辐射室、对流室、余热回收及通风系统等模块，得到辐射室炉膛温度、炉管表面热强度、对流室介质出口温度、排烟温度等参数，适用于常减压、重整、焦化等不同用途，圆筒炉、双室立式炉、双面辐射立式炉等不同结构加热炉的相关问题。 通过测定、经验以及计算可获 得传热系数的具体数值，可根据公式计算出该加热炉的真实传热能力以及传
4、热效率，对加热炉的是否选用提供决定因素；从理论上分析了对加热炉效率的影响因素。分析得出：排烟损失是加热炉能量损失中最大的一部分。因此在考虑加热炉安全运行的前提下，降低排烟温度以及控制过剩空气系数是比较有效的节能措施。强调了传热的最近本方式，即：热传导、热对流以及热辐射；理论分析为节能效果提供了定性的分析，热力计算为节能效果提供了一个定量的分析。通过本论文也可在管式加热炉的节能改造以及燃料的节约方面寻求到可行性途径。 关键词：管式加热炉；类型； 结构；传热系数；炉温、炉压；节能。 松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 ABSTRACT The paper finished tube type
5、 heating furnace process design, including combustion chamber, radiation, convection chamber, waste heat recovery and ventilation system, module, the radiation chamber temperature, furnace tube, the heat intensity of the surface of convection chamber medium outlet temperature, exhaust gas temperatur
6、e and other parameters, applicable to constant decompression, reforming, coking and other different uses, cylinder furnace, double room, double side radiant furnace of vertical type vertical furnace for heating furnace of different structure related problems. Through the determination, experience an
7、d calculation of heat transfer coefficient of the concrete numerical value can be obtained, according to the formula to calculate the heating furnace heat transfer capacity and real heat transfer efficiency of heating furnace, is selected to provide determinants; from the theoretical analysis of the
8、 factors affecting the efficiency of heating furnace. Conclusion: exhaust gas loss of heating furnace energy loss is the largest part of the. Therefore, in consideration of the safe operation of the heating furnace condition, reduce the exhaust gas temperature and excess air coefficient is a more ef
9、fective energy saving measures. Emphasizes the heat transfer of the way recently, namely: heat conduction, heat convection and heat radiation; theoretical analysis for the energy saving effect with the qualitative analysis, thermodynamic calculation for energy saving effect provides a quantitative a
10、nalysis. Through this paper can also be in the tube type heating furnace for energy saving and fuel saving to seek feasible way. Key words: tubular furnace; type; structure; heat transfer coefficient; temperature, pressure of furnace; energy saving. 松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 前 言 管式加热炉是炼油厂和石油化工厂的重要设备之一，它利
11、用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，来加热管中流动的油品，使其达到工艺规定的温度，以供给原油或油品分馏、裂解和反应等加工过程中所需要的热量，保证生产正常进行。 为了确保石油化工厂设备经常处于良好的状况，就必须强化设备管理，广泛应用先进技术，不断提高检修质量，搞好设备的操作和维护，即使消除设备隐患，排除故障，提高设备的可靠度，从而确保生产装置的安全、稳定、长周期运行。 松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 第一章 管式加热炉概述 1.1 管式加热炉的一般机构 管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统五部分组成，如图 1-1 所示。 1.1.1辐射室 辐射
12、室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这个部分直接受到火焰冲刷，温度最高，是热交换的主要场所，是全炉最重要的部位。可以说一个炉子的优劣主要看它的辐射室性能如何。 1.1.2对流室 对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流换热部分，但实际上它也有一部分松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 辐射热交换，而且有时辐射换热还占有颇大的比例。所 谓对流室不过是指“对流传热气支配作用的部位”。 对流室内分不多排炉管，烟气以较大速度冲刷这些管子，进行有效的对流换热。对流室一般担负全炉热负荷的 2030%。对流室吸收热量的比例越大，全炉热效率越高，但就仅占多少比例合适应根据管内流体同烟气的温度差和烟气通过
13、对流管排的压力损失等，选择最经济合理的比值。对流室一般都布置在辐射室之上，与辐射室分开，单独放在地面上也可以。为了尽量提高传热效果，多数炉子在对流室采用了钉头管和翘片管。 1.1.3 余热回收系统 余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分 。回收方法分两类。一类是靠预热燃烧用空气来回收热量，这些热量再次返回炉中。另一类是采用同炉子完全无关的其他流体回收热量。前者称为“空气预热方式”，后者因为常常使用水回收，被称为“废热锅炉方式”。空气预热方式又有直接安在对流室上面的固定管式空气预热器和单独放在地上的回转式空气预热器等种类。固定管式空气预热器由于低温腐蚀和积灰，不能指望长期保持太高
14、的热效率，它的优点是同炉体结合成一体，设计和制造比较简单，适合于热回收热量不大时选用。 1.1.4燃烧器 燃烧器产生热量，是炉子的重要组成部分。如前所述，管 式加热炉只烧燃料气和燃料油，所以不需要少煤那样复杂的辅助系统，火嘴结构也比较简单。 由于燃烧火焰猛烈，必须特别重视火焰与炉管的艰巨以及燃烧器间的间隔，尽可能使炉膛受热均匀，使火焰不冲刷炉管并实现低氧完全燃烧。为此，要合理选择燃烧器的型号，仔细布置燃烧器。 1.1.5通风系统 通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器，并将废烟气引出炉子，它分为自然通风方式和强制通风方式两种。前者依靠烟囱本身的抽力，不消耗机械功。后者要使用风机，消耗机械功。
15、过去，绝大多数炉子因为炉内烟气侧阻力不大，都采用自然通风方式 ，烟囱通常安在炉顶，烟囱高度只要足以克服炉内烟气侧阻力就可以了。但是，近年来由于公害问题，石油化工厂已开始安设独立于炉群的超高型集合烟囱这一烟囱通过烟道把若干台炉子的烟气收集起来，从 100 米左右的高出排放，以降松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 低地面上污染气体的浓度。 强制通风方式只在炉子结构复杂，炉内烟气侧阻力很大，或者设有前述余热回收系统时才采用，它必须使用风机。 1.2 管式加热炉的主要类型 管式炉的类型很多。根据炉型结构不同，可分为箱式炉、立式炉和圆筒炉等。按炉内进行传热主要方式分类，管式炉有纯对流式、辐射 -对
16、流式和辐射式。按燃烧方式 分类则有火炬式和无烟燃烧式。按用途分纯加热炉和加热 -反应炉。前者如常压炉、减压炉，原料在炉内只起到加热（包括汽化）的作用；后者如裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。下面简单介绍一下炼油装置的管式炉。 1.2.1蒸馏炉 蒸馏炉包括原油蒸馏装置的常压炉、减压炉以及后续加工装置的长牙和减压分流馏塔加热炉。一般蒸馏炉，当热符合不大于 30MW 时，有优先用辐射 -对流型圆筒炉；当负荷大于 30MW 时，通常选用立管立式炉或双管双室箱式炉。 1.2.2 残渣油加热炉 这类加热炉包括延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉等，均属于加热重
17、质油的管式炉。其特点为炉管内油料相对密度大、黏度高、易裂解、管内避容易结焦。为保证加热炉能长周期运行，一般均在辐射管内入水或蒸汽以及提高管松原职业技术学院 管式加热炉工艺相关设计 内流速。 由于延迟焦化炉和沥青炉操作条件较为苛刻，应选择水平管立式炉或单排管双面辐射炉时，不仅能改善传热的均匀性，还能缩短油料在炉内的停留时间，因此新设计的焦化炉大都采用这种炉型。 惠州炼油焦化加热炉采用 FW 公司专有的双面斜面阶梯炉，每台加热炉由 6 个辐射室、 1 个对流室组成，每个辐射管程设置单独的一个 炉膛。 1 个对流室安装在辐射室上，用于原料预热和蒸汽过热。这种结构形式能够根据操作灵活性，独立控制每一个
18、单元，能够实现在线清焦和停车机械清焦、蒸汽空气烧焦。燃烧器采用进口焦化专用燃烧器，可以有效的实现环保排放。 1.2.3加氢炉 加氢装置反应器进料加热炉，一般简称为加氢反应炉或加氢炉。按操作压力分类，加氢炉可分为高压加氢炉和中、低压加氢炉两大类。操作压力在 10MPa 以上的一般叫做高压加氢炉，如减压榨油加氢炉、常压重油加氢炉、加氢裂化炉、润滑油加氢精制炉、润滑油加氢降凝炉等。对于高压加氢反应炉由于其操作条件十 分苛刻，因此早期的加氢反应炉都设计成纯对流炉，避免盘管受火焰直接加热。随着技术的不断发展，自 70 年代以来，高压加氢反应炉逐渐改用辐射 -对流型或纯辐射型炉型。 理想的炉型是单排卧管双面辐射炉型（图 1-5）。它可以在最高强度不超限的情况下，得到较高的平均热强度，缩短炉管总长度和减少弯头数量，从而得到最
