管式炉的一般结构和零部件.doc

《管式炉的一般结构和零部件.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管式炉的一般结构和零部件.doc（19页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、管式炉的一般结构和零部件管式炉的一般结构和零部件管式加热炉如图 2.5.17 所示，一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器及通风系统五部分组成。图 2.5.17 管式加热炉l. 辐射室辐射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，必须充分考虑所用材料的强度、耐热性等。这个部分是热交换的主要场所，全炉热负荷的7080是由辐射室承担的，它是全炉最重要的部位。可以说，一个炉的优劣主要是看它的辐射室性能如何。1.1. 辐射室尺寸辐射室的尺寸主要是从以下三个方面来考虑的：辐射室热负荷及辐射管外表面平均热强度；管心距和管墙距；燃烧器的能量（发热量）型式和布置以及炉管

2、至火焰的距离。1.2. 辐射室零配件的设置为了便于操作和保证安全运行，管式炉辐射室应设置下列配件：看火门、人孔门、防爆门、热电偶套管、测压管、灭火蒸汽管等。 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，因此看火门的数量和位置应能看到所有燃烧器燃烧状况，并能观察到所有的辐射管。 人孔门及检修孔门为了能进入辐射室进行检修，需要设置人孔门和检修门。当辐射室内有隔墙分开并且不能通行时，每间内必须设置一个人孔门。对于炉底无法安装人孔门的小圆筒炉，检修时可拆下燃烧器，其开孔兼作人孔。 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，因此辐射室应设置防爆门，以便在发生爆炸事故时，能

3、及时卸压。防爆门的位置应能保证卸压时喷出的热气流不致危及人员和临近设备的安全为了能及时卸压，防爆门的数量应与辐射室的空间成比例，多室炉膛每室至少应有一个防爆门。 热电偶套管和测压表烟气出辐射室的温度是必须测量的特性温度。对于圆筒炉和立式炉，烟气出辐射室的温度测点设在辐射室至对流定的过渡处。斜顶炉和方箱炉，该测温点设在火墙上方，因此该点温度通常又称为火墙温度。管式炉都是在负压下操作的，为了保证炉内各点均处于负压下，以避免烟气外溢而损坏钢结构，通常要求炉顶（辐射室顶）负压保持在 2mmH2O 柱左右，因此，在辐射室顶部设置测压管。 灭火蒸汽管当炉膛失火时，需要通入蒸汽灭火。在开工点火之前，也需要通

4、入蒸汽以置换炉内可能存在的可燃气体同空气的混合物，避免点火时发生爆炸事故。因此需在辐射室的低部专门设置灭火蒸汽管。在某些情况下，还需在弯头箱内安设灭火蒸汽管，以确保炉子安全。这些情况是：管子被加热介质腐蚀和冲蚀很厉害，弯头有可能在运转中被腐蚀穿；采用带堵头的回弯头，因而有可能在运转中发生泄漏。2. 对流室对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流换热的部分，但实际上它也有一部分辐射热交换，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“对流传热起支配作用”的部位。它一般担负全炉热负荷的 2030，对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高。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

5、上也可以。2.1. 对流室尺寸管式炉的对流室一般采用箱形，截面为长方形。确定对流室截面积的主要参数是烟气流速。烟气流速与对流传热系数成指数关系，与烟气压降几乎成平方关系。对流室截面尺寸的确定，往往还受结构设计的限制，如立式炉的对流室长度一般与辐射室一样，即使缩短，也不能太短，以避免在辐射室造成较大的死角，而对流室宽度如果太窄，对给排管施工带来困难，因此，立式炉的对流室截面常带偏大，烟气流速较低。对流室截面积确定之后，对流室高度也随之而定，因为此时对流室高度与对流室热负荷成正比例关系，而对流室热负荷在炉子热效率和辐射室热负荷确定之后，是一个定值。当然，对流室的高度还受对流管型式的直接影响，采用钉

6、头管或翅片管等扩大表面积的对流管时，对流室高度显然要比采用光管时的低 。2.2. 对流室零配件的设置 吹灰器或清扫孔为了清除对流管外表面上的积灰，保证对流传热效果，对流室应设置吹灰器或清扫孔。吹灰器有两种类型：转式吹灰器、可伸缩吹灰器、超声波吹灰器。电动固定旋转式吹灰器的蒸汽喷孔沿吹灰管长度方向布置，它的体积小，重量轻，制造比较简单，造价低，但由于其吹灰管一直位于炉内，易烧坏或变形而影响正常运转。一般最好使用在烟气温度低于 600的部位。可伸缩式吹灰器的特点是吹灰管可以伸缩，在吹灰时才伸入炉内。其蒸汽喷孔设置在吹灰管的头部，边前进边旋转，边吹灰，吹灰完毕后又退出炉外，因此吹灰管不易破坏、变形其

7、缺点是结构复杂，造价高，炉外需设置长的导轨和平台。它一般适合在烟气温度高于 600的部位使用。在对流管为光管，烧燃料气或较干净的燃料油而积灰不严重的情况下，只需在炉子停工检修时才清扫炉管表面的积灰，因此对流室只需设置清扫孔而不必采用吹灰器。清扫孔应加密封盖，以避免空气漏入炉内。清扫孔的数量应能保证用最简便的，手工操作的吹灰管能将所有对流管上的积灰清除干净。当对流管为翅片管或钉头管，烧油成油气混烧时，对流室必须设置吹灰器。烟气温度超过 550时，应采用伸缩式吹灰器。烟气温度低于 550时，可采用固定旋转式吹灰器。为了避免吹灰器喷出的蒸汽冲刷衬里，在设置伸缩式吹灰器的对面炉墙内侧应用 18-8 钢

8、板作防护板。为防止吹灰蒸汽对炉管管壁表面的损坏，吹灰管与炉管之间的净空距离一般应不小于 120mm。 热偶套管、测压管和灭火蒸汽管在对流室烟气出口处应设置热电偶套管和测压管。通常这两种接管设置在烟道或烟囱上。当对流室以后没有空气预热器时，该点温度即为排烟温度，这是决定炉子热效率的关键温度，是必须测量的。对流室一般采用焊接的急弯弯管连接，因此对流室弯头箱内一般不设置灭火蒸汽管。如被加热介质确有使弯管腐蚀穿孔的危险，而需要在对流室弯头箱内安装灭火蒸汽管对，仍可采用炉膛灭火蒸汽管的结构型式。3. 炉管系统炉管是管式加热炉形成传热表面的最重要组成部分。炉管之间连接用的回弯头和支持炉管的管架等也属于炉管

9、系统。3.1. 炉管在加热炉的辐射室和对流室里都有炉管，通俗称为辐射管和对流管。由于炉管长期处于高温、高压和腐蚀条件下，所以操作条件苛刻。一旦炉管发生事故，就会影响正常生产，严重时还会造成经济上的巨大损失和危及人身的安全。因此，对炉管材料要求很高，一般应考虑到以下几点。强度高，特别是持久强度高；抗氧化和耐腐蚀性能良好；高温组织稳室性符合操作条件的要求；热加工工艺性能良好，特别是可焊性；经济性合理。为了强化对流传热，降低对流室的排烟温度，对流管道常采用钉头管和翅片管。但遮蔽管应采用光管，而不得采用钉头管或翅片管。所谓遮蔽管，是指对流室进口的前两排炉管。它们既接受辐射室的辐射传热，又吸收高温烟气的

10、对流传热，有时炉管表面的热强度会超过辐射管的表面热强度。3.2. 回弯头，回弯头是把炉管与炉管连接成连续蛇管的重要零件。它处于高温区外部，不与高温烟气直接接触，但是，由于急弯的影响，受管内流动的油品或其它介质的冲蚀作用比较严重。因此要求回弯头在操作的温度和压力下有足够的强度和紧密性，并且能够抗腐蚀。用于易结焦的加热炉上的回弯头，应能便于清焦和检查炉管内结焦情况。3.3. 管板和管架管板和管架是为支持炉管（包括管内介质）重量和防止炉管过多变形而设置的炉内构件。一般水平辐射炉管的中间支承构件称为管架，两端则称为管板，水平对流炉管的中间和两端的支承构件均称为管板。对于立式加热炉，位于两根炉管顶部弯头

11、上的承重构件称为托架，不承受垂直重量、而仅限制炉管水平位移的则叫为导向架。 辐射管的支承辐射管通常采用垂直管。因为垂直管有很多优点：结构紧凑；燃烧器数量可以比水平管少；炉管吊挂简单。热膨胀易处理等。水平管仅在下列特殊情况下才有优点：要求管子能完全排空；要求使用带堵头的回弯头以使机械清焦；在两相流动情况下介质的质量流量小，此时在垂直上升管中会出现不稳定流动，因此以采用水平管为好。垂直管的支承形式有上吊和下支两种。上吊式支承一般采用吊钩，也有采用吊环或焊接吊架的。下支式一般是将炉管支承在倒放的槽钢上，并在炉管长度的 23 处设置拉钩，以保证炉管的稳定。水平管是由中间合金管架和两端管板支承的，其允许

12、跨度是要根据炉管材质，管壁温度和允许挠度来确定。 对流室的支承管式炉的对流管绝大多数都是水平放置的其重量由两端管板支承。当炉管较长时，还需设置中间管板。对流室的弯头一般在弯头箱内。弯头顶端至弯头箱门内壁之间应留出足够的空间，以保证炉管能在热状态下自由膨胀。3.4. 炉管的结焦现象结焦是炉管内的油品温度超过一定界限后发生热裂解，变成游离碳，堆积到管内壁上的现象。结焦使管壁温度急剧上升，加剧了炉管的腐蚀和高温氧化，引起炉管鼓包、破裂，同时增加了管内压力降，使炉子操作性能恶化，有时甚至迫使装置不得不提前停运。结焦问题实际上是一个焦碳生成速度与焦层脱落速度的平衡问题。如焦碳的生成速度过大或者脱落速度不

13、够，便会造成严重结焦。影响焦碳生成速度的因素主要有两个：a加热温度。每种油品都有自己开始发生结焦的“临界温度” 。一般来说，油品越重，直链烷烃越多，结焦的“临界温度”越低。只要工艺和操作上允许，整个炉子炉管系统都应控制在此温度范围以下；b.管壁温度和热强度。焦层是在管内壁表面上生成的。当然管壁温度是影响焦碳生成速度的最基本的因素之一。由于介质和管壁接触面存在着边界层，所以，介质在边界层内的温度或者管壁的温度比管内主流体的温度要高，而这高出值主要取决于炉管的表面热强度，当然也与内膜传热系数等因素有关。影响焦碳脱落速度的因素主要是：a.管内流速。足够的管内流速可提供将尚未固着的初期疏松焦层排出炉外

14、所需要的紊流状态和动能，因此流速是使焦层脱落最基本的因素。为防止结焦，只要压降允许而又不造成冲蚀，最好尽可能采用高的流速而且这时内膜传热系数也可增大，从而使炉壁温度降低，也有缓和结焦的作用。b.管内流态。汽液混相流有数种流动状态，其中比较好的流态是雾状流成环状流。结焦可能性较大的流态是层流，这种流态由于汽相侧排是结焦物的动能不足，以及汽相的内膜传热系数比液相小，造成管壁温度局部升高，因此焦层主要在汽相侧形成。3.5. 炉管的积灰问题一般来说，炉子烧气时基本无灰，烧燃料油时则会产生灰垢，并沉积到炉管外壁。由于燃料油中钒、钠等含量低，辐射管外壁结垢的现象不太严重，管外积灰主要发生在对流管上。烧油时

15、产生的烟气中的灰垢称为油灰，由两种固体颗粒组成：一是垢，是燃料燃烧后残留下来的不可燃的组分；二是灰，是可燃组分碳元素在燃烧不完全的情况下残留下来的微粒。管子积灰会带来下列问题：a. 增加了热阻，使炉子的排烟温度升高，热效率下降；b. 减少了烟气的流通面积使烟气流速升高，烟气流动的阻力增大；c. 在尾部低温受热面，积灰后管壁更易吸附烟气中所含硫酸蒸汽，加剧露点腐蚀。管外积灰清扫方法中，安装蒸汽吹灰器是目前应用最为广泛的方法，其吹灰效率已不错不过吹灰器的功能主要在于保持消洁的管子始终干净，已经积灰的脏管子要想通过它吹扫干净是十分困难的4. 燃烧器燃烧器是一种将燃料和空气按照所需混合比和流速在湍流条

16、件下集中送入炉内，确保和维持点火及燃烧条件的部件。它对加热炉的技术经济指标、热效率、炉管的热强度受热的均匀性和加热炉长周期安全速转，有着直接的十分重要的关系。按所用燃料的不同，可分为自然通风燃烧器和强制通风燃烧器、低风压强制通风燃烧器，一般也称为鼓风式燃烧器。按燃烧器能量还分为小能量和大能量两种，按燃烧的强化程度（可用容积热强度来衡量）可分为普通燃烧器和强燃烧器。一个完整的燃烧器（见图 2.5.18）通常包括燃烧喷嘴、配风口和燃烧道三个部分。图 2.5.18 燃烧器结构图4.1. 燃烧喷嘴燃烧喷嘴是供给燃料并使燃料完成燃烧前准备的部件。燃料油喷嘴的主要任务是使燃料油雾化并形成便于与空气混合的雾

17、化炬。外混式燃料气喷嘴将燃料气分散成细流，并以适当的角度导入燃烧道，以便与空气良好混合。预混式燃料气喷嘴则是将燃料气和空气均可混合后供给燃烧的。4.2. 配风口配风口的作用是使燃料空气与燃料良好混合并形成稳定而符合要求的火焰形状。特别是在烧燃料油的情况下，为了保证燃料油燃烧良好，除了使之雾化良好外，还必须有良好的配风器，使空气和它迅速完善地混合。尤其是在火焰根部必须保证有足够的空气供应，以避免燃料油受热时因缺氧而裂解，产生黑烟。配风器是分配和输送燃烧空气的机构。用于油燃烧器的配风口，将供给的空气分成一次风和二次风。一次风解决着火，稳燃和减少黑炭生成等问题。着火以后，燃料油需要进一步供给较大量的

18、空气，以保证充分燃烧，这便是二次风的作用。配风器基本上可分为平流式和旋流式两大类。炼油及石油化工管式炉所用的自然通风和鼓风式燃烧器，采用的是简单平流式配风口，它由滑动风门和燃烧道耐火砖组成的风口（喉口）构成。4.3. 燃烧道燃烧道也称火道、它有三个作用： 在火焰根部设置一段燃烧道以后，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。加速燃料油的蒸发和着火，有助于形成稳定的燃烧，这一点对于炉膛温度较低的管式炉尤为重要。 能约束空气，迫使其与燃料混合而不致散溢于炉膛中。自然通风或低压鼓风式燃烧器，空气动能小，穿透能力弱，燃烧道对空气的约束作用更显得重要。

19、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。实际上燃烧道往往是配风口不可分割的部分只是在燃烧道内燃烧过程已经开始，火焰已经形成罢了。由于燃烧器是管式加热炉的关键设备之一，其好坏直接关系列加热炉的热效率及工艺过程，由此，对它有以下几点要求： 适应不同炉型的需要，保证炉膛必须的热强度。 要保持连续稳定的燃烧，就应具有一定形状、一定长度、平稳而不熄灭的火焰。回火和脱火的可能性小。 过剩空气系数小，燃烧完全，燃料气与空气能完全、均匀地混合。 对于液体燃烧器，在要求的调节范围内能使各种燃料油均匀雾化。 满足工艺要求，操作弹性大，调节性能好。操作简单可靠，工作时无噪

20、音。 不堵塞、不漏油、不结焦。 结构简单，紧凑，体积小，重量轻 操作费用小，维修、更换方便。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类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。5.1. 自然通风在自然通风的情况下，烟囱本身高度所形成的抽力除要克服烟气流动过程中的总压降外，还要克服空气通过燃烧器的压力降。对于负压操作炉子，烟囱的抽力还要保证炉膛内具有一定的负压。烟囱是利用高温烟气与烟囱顶的大气之间的比重差来产生抽力的。因此，烟囱越高，烟气温度越高，大气温度越低，抽力便越大。过去，绝大多数炉子因为烟气侧阻力

21、不大，基本上都采用自然通风方式，烟囱通常安在炉顶，烟囱高度只要是以克服烟气侧阻力就可以了。但是，近年来由于公害问题，要求提高烟囱高度，以降低地面上污染气体的浓度。不过，在某些地区，烟囱高度同时要受到航空方面的限制，如在日本川畸地区就限村了烟囱顶标高不得超过 45m。5.2. 强制通风如果炉子结构复杂，炉内烟气侧阻力很大，或者没有余热回收系统时，便需采用强制通风系统。管式炉的强度通风有三种方式：（a）燃烧空气由通风机供给，炉内烟气流动的阻力由烟囱抽力克服。这种情况下，烟囱高度的计算除不考虑空气通过燃烧器的压降外，其余与自然通风完全相同。 （b）燃烧空气由通风机供给，炉内烟气流动的阻力主要由引风机

22、的压头克服。这对烟囱的抽力不再是确定烟囱高度的主要因素，一般由其它因素确定烟囱高度之后，引风机的压头等于烟气总压降减去烟囱抽力。 （c）燃烧空气由炉内负压吸入，烟气压降主要由引风机克服。引风机的压头中应考虑空气通过燃烧器的压降。6. 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。一般有两种回收方法一种是靠预热燃烧用空气来回收热量，这些热量再次返回炉中。另一种是采用同炉子完全无关的其它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” 。目前，炉子的余热回收系统以采用空气预热方式为多，通常只有高温管式炉和纯辐射炉才使用废热锅炉，因为这些炉子

23、的排烟温度太高。安设余热回收系统以后，整个炉子的总热效率可达到 88-90以上。6.1. 预热炉用燃烧空气这些方式是通过空气预热器来完成的。空气预热器有多种型式。接传热方式分，有间壁换热式和蓄热换热式两种类型。管壳式和板式换热器属于间壁换热式，它们都是通过固定的隔离壁进行热量传递的。回转式空气预热器属于蓄热换热式，它是通过由转子带动旋转的蓄热而不断经过烟气和空气侧，利用蓄热面的吸热和放热将烟气热量传递给空气。按构造型式公，有管壳式和板式两种结构。管壳式又分钢管、玻璃管、热管、铸铁翅片管等几种类型。这里简单地介绍一下几种常用的预热器的特点： 钢管式空气预热器：具有结构简单，制造容易，价格便宜，无

24、转动部件等优点。其缺点是换热面密度小，当量直径大，所占地面或空间较多，特别是低温区受热面的露点腐蚀和积灰堵塞较严重，因而影响了加热炉热效率的进一步提高 玻璃管空气预热器：其结构型式与钢管式基本相同，只是玻璃管预热器不能承受高温，适宜在烟气露点温度以下工作，因此可进一步降低排烟温度，以提高加热炉热效率。由于它是作为一种防腐措施付诸应用的，所以一般都是和其它型式的预热器联合使用。 热管式空气预热器：它具有传热量大，温度均匀，结构简单，工作可靠，没有运动部件等系列特点。热管的工作示意图见图 2.5.19。热管由一段密封管段组成，将内部空气抽出，充入一定数量的液体，通常称为工质。工作时，当管外放热介质

25、流过时，将热量传到管段充入工质的一端此时管内液体一部分被蒸发，并流向管外有冷介质流过的另一端，管内被冷凝的液体又返回到蒸发。这种现象不断循环，以达到冷热两种流体换热的目的。图 2.5.19 热管的工作示意图 扰流子空气预热器：它的传热系数比热管式空气预热器要低但它具有操作安全运行可靠的优点。扰流子空气预热器由管束管板和壳体及其它连接部件组成，其管束采取了强化表面换热的结构：一是管子外表面装有翅片，用以增加管子外表面的传热面积：二是在管子内部安装有扰流片来增加管内流体的湍流度以提高传热系数，因此，其换热效果较好。6.2. 采用余热锅炉发生蒸汽余热锅炉发生蒸汽适用于炉子排烟温度高和热负荷大的加热炉

26、。一般在主炉排烟温度大于 500时，装设余热锅炉发生蒸汽的效果较显著，当炉子热负荷较小时，可以采取多炉联合的措施，用余热锅炉集中回收烟气余热。蒸汽发生器(即锅炉)基本上可分为两类，即火管蒸汽发生器和水管蒸汽发生器。火管蒸汽发生器常用于蒸汽火车头和轮船上，它是让热的燃料气通过管子，与管外的水进行传热而产生蒸汽的；而水管锅炉管子里是不断循环的水和蒸汽混合物，这种锅炉在炼厂中应用较普遍。自然循环水管回路见图 2.5.20。炉墙把管子隔开分成两段：上升管和下降管。上升管中的水因受热汽化，由于存在重度差，汽泡上升到汽包中，水通过下降图 2.5.20 自然循环水管回路管补充到上升管里.如此循环运转，这也是

27、水管锅炉的运转原理。高压型的锅炉，一般采用强制循环。即在回路中设置泵，强制使水通过各个回路。汽包实际上是一个分离罐，它是通过机械分离器或旋风分离器来分离水和蒸汽的。所有的上升管和下降管都与汽包相连接，汽包上有蒸汽出口，去工艺系统或蒸汽过热器。为了保证系统安全、汽包上还设置有安全阀。 大多数锅炉都装有吹灰器，它是使炉管外表面保持清洁和除去对传热有害的物质的工具。吹灰的流体一般为蒸汽，使用频率则取决于所用的燃料。炉管是否需要吹灰，可以从烟道气温度来看。因为在一定的蒸汽负荷，一定的燃烧条件下，如果烟道气温度高于正常值的话，表示对流段的炉管已经污染，传热已不正常。不过，设置有吹灰器的锅炉，在吹灰期间，由于吹灰蒸汽会使炉管冷却，引起温度下降，所以在一段时间里，吹灰能引起蒸汽产量显著下降。