管式加热炉设计和应用第八章课件.ppt

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1、管式加热炉设计和应管式加热炉设计和应用第八章用第八章第1页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流8 8.1.1 烟气减排烟气减排 8 8.1.1 .1.1 新标准发布新标准发布 新新建建企企业业自自20152015年年7 7月月1 1日日起起，现现有有企企业业自自20172017年年7 7月月1 1日日起起，其其水水污污染染物物和和大大气气污污染染物物排排放放标标准准按按新新标标准准GB GB 31571-201531571-2015石石油油化化学学工工业业污污染染物物排排放放标标准准的的规规定定执执行行，不不再再执执行行GB GB 16297-1

2、99616297-1996大大气气污污染染物物综综合合排排放放标标准准和和GB GB 9078-19969078-1996工工业炉窑大气污染物排放标准中的相关规定。业炉窑大气污染物排放标准中的相关规定。目目前前石石化化企企业业废废气气主主要要污污染染物物除除特特殊殊工工况况外外可可以以做做到到达达标标排排放放，如如果果按按照照新新标标准准中中规规定定的的特特别别限限值值要要求求，将将有有近近半半数数的的硫硫磺磺尾尾气气和和加加热热炉炉烟烟气气存存在在不不能能稳稳定定达达标标的的情情况况。为了满足新标准，企业需要开展新一轮的技术进步或者为达标升级做好技术储备。为了满足新标准，企业需要开展新一轮的

3、技术进步或者为达标升级做好技术储备。第2页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 自自20152015年年7 7月月1 1日起，新建企业执行表日起，新建企业执行表8-18-1规定的大气污染物排放限值。规定的大气污染物排放限值。表表8-1 8-1 大气污染物排放限值大气污染物排放限值 第3页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 在在国国土土开开发发密密度度已已经经很很高高、环环境境承承载载能能力力开开始始减减弱弱，或或大大气气环环境境容容量量较较小小、生生态态环环境境脆脆弱弱，容容易易发发生生严严重重大

4、大气气环环境境污污染染问问题题而而需需要要采采取取特特别别保保护护措措施施的的地地区，企业执行表区，企业执行表8-28-2规定的大气污染物特别排放限值。规定的大气污染物特别排放限值。表表8-2 8-2 大气污染物特别排放限值大气污染物特别排放限值 第4页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 新新标标准准常常规规大大气气污污染染物物排排放放标标准准根根据据国国内内石石油油化化工工生生产产的的实实际际情情况况，按按工工艺艺加加热热炉炉、乙乙烯烯裂裂解解炉炉和和有有机机废废气气收收集集处处理理系系统统分分类类，常常规规污污染染物物二二氧氧化化硫硫按按燃

5、燃烧烧经经脱脱硫硫后后燃燃料料气气可可达达到到的的二二氧氧化化硫硫浓浓度度取取值值；氮氮氧氧化化物物按按采采用用国国内内可可达达到到的的低低氮氮燃燃烧烧技技术术取取值值，特特别别排排放放限限值值按按国国外外先先进进的的低低氮氮燃燃烧烧技技术术取取值值。常常规规大大气气污污染染物物排排放放标标准准与与现现行行标标准准比比较较见见表表8-38-3。第5页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 表表8-3 8-3 新标准常规大气污染物与现行标准的比较新标准常规大气污染物与现行标准的比较 序号废气排放口新标准（排放限值）GB 9078-1996（工业炉窑）

6、GB 13271-2014（锅炉）（燃气锅炉排放限值）二氧化硫氮氧化物二氧化硫烟尘二氧化硫烟尘氮氧化物新源新源二级三级二级三级新源新源新源1工艺加热炉10015085012002003005020200 单位：单位：(mg/m(mg/m3 3)第6页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 8 8.1.1.2 2 烟气主要污染物烟气主要污染物 管管式式炉炉排排烟烟对对大大气气的的污污染染，主主要要是是硫硫氧氧化化物物、氮氮氧氧化化物物和和颗颗粒粒物物。燃燃油油和和燃燃气气中中的的机机械械杂杂质质比比较较少少，燃燃烧烧也也比比较较完完全全，因因此此颗颗

7、粒粒物物的的排排放放并并不不严严重重。故故炼炼油油加加热炉通过烟气排放的主要污染物是热炉通过烟气排放的主要污染物是SOSOX X和和NONOX X。炼炼油油加加热热炉炉使使用用的的主主要要燃燃料料是是炼炼油油装装置置自自产产的的残残渣渣油油和和副副产产气气，这这些些燃燃料料的的主主要要成成分分是是碳碳氢氢化化合合物物，也也不不同同程程度度地地含含有有硫硫化化物物和和氮氮化化物物。硫硫化化物物，无无论论是是有有机机的的还还是是无无机机的的，在在燃燃烧烧过过程程中中，硫硫都都会会被被氧氧化化成成SOX，其其中中主主要要是是SO2。当当炉炉膛膛内内有有过过剩剩氧氧的的存存在在时时，一一部部分分(约约

8、1%3%)SO2将将进进一一步步氧氧化化成成SO3。SO3将将与与水水蒸蒸气气在在400以以下下生生成成硫硫酸酸蒸蒸汽汽。硫硫酸酸蒸蒸汽汽会会在在加加热热炉炉低低温温换换热热面面和和炉炉壁壁板板上上冷冷凝凝生生成成稀稀硫硫酸酸造造成成露露点腐蚀。点腐蚀。第7页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 燃燃烧烧过过程程中中生生成成的的NOX中中，90%以以上上是是NO。在在较较低低温温度度下下，NO氧氧化化成成NO2。NO生生成成的的机机理理有有3种种：快快速速转转化化型型P-NOX(Prompt NOX)是是富富烃烃类类燃燃料料燃燃烧烧时时空空气气中

9、中的的N2和和O2在在火火焰焰面面内内高高温温下下快快速速生生成成的的；热热转转化化型型T-NOx(Thermal NOX)是是火火焰焰面面下下游游空空气气中中的的N2和和O2在在高高温温下下反反应应生生成成的的；燃燃料料转转化化型型F-NOX(Fuel NOX)是燃料中的氮化物燃烧时转化生成的。是燃料中的氮化物燃烧时转化生成的。NOx中中的的NO是是无无毒毒的的，但但它它很很容容易易进进一一步步氧氧化化成成毒毒性性的的NO2。NO2会会损损伤伤深深部部呼呼吸吸道道，重重者者可可致致肺肺坏坏疽疽，NO2还还对对黏黏膜膜、神神经经系系统统和和造造血血系系统统造造成成损损害害，吸吸入入高浓度高浓度

10、NO2会造成窒息。会造成窒息。第8页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 8 8.1.1.3 3 烟气减排措施烟气减排措施 减减少少污污染染物物排排放放的的措措施施可可以以在在三三个个阶阶段段采采取取：燃燃烧烧前前对对燃燃料料进进行行预预处处理理，燃燃烧烧过程中减少污染物的生成，燃烧后对烟气进行后处理。过程中减少污染物的生成，燃烧后对烟气进行后处理。1 1）燃烧前对燃料进行预处理）燃烧前对燃料进行预处理 燃料预处理主要是脱硫和脱氮。燃料预处理主要是脱硫和脱氮。石石油油中中的的硫硫化化物物主主要要是是噻噻吩吩类类硫硫(噻噻吩吩类类、苯苯噻噻吩吩类类

11、、二二苯苯噻噻吩吩类类、苯苯荼荼噻噻吩吩类类等等)，约约占占石石油油中中总总硫硫的的5070%，其其次次是是非非噻噻吩吩类类硫硫(硫硫醇醇类类、硫硫化化物物和和二二硫硫化化物物)。含含硫硫原原油油各各馏馏分分中中硫硫的的分分布布是是馏馏分分越越重重含含硫硫量量越越高高，绝绝大大部部分分硫硫都都集集中中在在渣渣油油中中。在在加加氢氢处处理理过程中各类硫化物生成相应的烃类和过程中各类硫化物生成相应的烃类和H H2 2S S。H H2 2S S进入副产气中后，再到气体脱硫装置脱除。进入副产气中后，再到气体脱硫装置脱除。第9页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及

12、技术交流 石石油油中中的的氮氮化化物物大大部部分分是是杂杂环环化化合合物物，非非杂杂环环化化合合物物数数量量较较少少，主主要要是是脂脂肪肪族族胺胺类类和和腈腈类类。杂杂环环化化合合物物可可以以分分为为碱碱性性和和非非碱碱性性两两大大类类，其其基基本本单单元元是是吡吡咯咯和和吡吡啶啶。随随着着馏馏分分变变重重，吡吡咯咯环环和和吡吡啶啶环环分分别别并并上上一一个个、二二个个或或多多个个苯苯环环。与与硫硫在在石石油油馏馏分分中中的的分分布布类类似似，馏馏分分越越重重含含氮氮量量越越高高。石石油油馏馏分分中中的的氮氮化化物物加加氢氢脱脱氮氮后生成相应的烃类和氨，氨进入副产气中再到气体脱硫装置脱除。后生

13、成相应的烃类和氨，氨进入副产气中再到气体脱硫装置脱除。气气体体脱脱硫硫装装置置一一般般采采用用胺胺法法脱脱硫硫，即即用用浓浓度度为为30%左左右右的的胺胺液液吸吸收收气气体体中中的的H2S，胺胺液液再再生生时时将将H2S释释放放出出来来，成成为为高高浓浓度度的的H2S酸酸性性气气体体，酸酸性性气气体体再再到到硫硫回回收收装装置置还还原原成成硫硫磺磺。用用胺胺法法脱脱硫硫可可将将炼炼厂厂气气和和天天然然气气中中的的H2S分分别别脱脱到到3050mg/m3和和20mg/m3，实实际际操操作作中中可可以以脱脱到到10mg/m3以以下下。胺胺法法脱脱硫硫工工艺艺流流程程比比较较简简单单，投投资资也也不

14、不算算高高，但但它它不不能能脱脱除除气气体体中中的的有有机机硫硫。有有机机硫硫一一般般用用水水解解法法或或加加氢氢处处理理才才能能脱除，但投资比较高。一般有机硫含量不高时都不用脱除，只限制气体的总硫。脱除，但投资比较高。一般有机硫含量不高时都不用脱除，只限制气体的总硫。第10页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 氨氨溶溶解解于于水水，炼炼厂厂气气中中的的氨氨在在胺胺法法脱脱硫硫时时基基本本上上溶溶解解于于胺胺液液的的水水中中被被脱脱除。除。2 2）燃烧过程中减少污染物的生成）燃烧过程中减少污染物的生成 燃燃料料中中的的硫硫化化物物和和氮氮化化物

15、物在在燃燃烧烧时时分分别别生生成成SOSOX和和NONOX。这这些些燃燃料料转转化化型型F-SOF-SOX和和F-NOF-NOX在在燃燃烧烧过过程程中中是是很很难难减减少少其其生生成成量量的的，只只能能通通过过燃燃料料脱脱硫硫、脱脱氮氮才才能能有有效效减减排排。但但空空气气中中的的氮氮燃燃烧烧时时生生成成的的快快速速转转化化型型P-NOP-NOX和和热热转转化化型型T-NOT-NOX可可以以通通过过控控制制燃燃烧烧过程来减少其生成量。过程来减少其生成量。在在燃燃烧烧过过程程中中,主主要要是是采采用用各各种种方方法法，减减缓缓燃燃烧烧速速率率和和燃燃烧烧强强度度，降降低低燃燃烧烧区区的的温温度度

16、，从而减少从而减少NONOX的生成。的生成。这就是各种低这就是各种低NONOX燃烧器设计的基本理念。燃烧器设计的基本理念。第11页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 第第一一代代低低NONOX气气体体燃燃烧烧器器是是空空气气分分级级气气体体燃燃烧烧器器，其其烟烟气气中中NONOX的的浓浓度度降降到到140mg/m140mg/m3 3左右。左右。第第二二代代低低NONOX气气体体燃燃烧烧器器是是燃燃料料分分级级燃燃烧烧器器，其其烟烟气气中中NONOX的的浓浓度度降降到到80mg/m80mg/m3 3左右。左右。第第三三代代低低NONOX气气体体燃

17、燃烧烧器器是是烟烟气气内内回回流流低低NONOX燃燃烧烧器器，可可将将烟烟气气中中NONOX的的浓浓度度降降到到50mg/m50mg/m3 3左右。目前使用的低左右。目前使用的低NONOX燃烧器大都采用这项技术。燃烧器大都采用这项技术。本本世世纪纪初初投投入入工工业业使使用用的的强强化化烟烟气气内内回回流流低低NONOX气气体体燃燃烧烧器器，烟烟气气中中NONOX的的浓度已下降到了浓度已下降到了35mg/m35mg/m3 3以下。以下。低低N NOX重重油油燃燃烧烧器器是是本本世世纪纪初初才才开开始始研研发发和和投投入入工工业业使使用用的的。低低NONOX X重重油油燃燃烧烧器器主主要要是是采

18、采取取空空气气分分级级供供应应的的办办法法来来降降低低NOX生生成成量量，已已取取得得降降低低氮氮氧氧化化物物20%30%的的显显著著效效果果。烧烧含含氮氮0.3%(质质量量分分数数)的的重重油油，常常规规燃燃烧烧器器烟烟气气中中的的NOX浓浓度度一一般般在在600mg/m3 以上，而空气分级低以上，而空气分级低NOX第12页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 重重油油燃燃烧烧器器烟烟气气中中的的NONOX浓浓度度在在400500mg/m3范范围围内内。炉炉外外烟烟气气回回流流，将将燃燃烧烧空空气气中中的的氧氧浓浓度度降降到到16%18%，对对

19、燃燃油油燃燃烧烧器器减减排排肯肯定定会会有有帮帮助助，但但目目前前尚尚未未见见工工业业应用的报导。应用的报导。历历经经三三十十来来年年的的研研究究和和开开发发，气气体体燃燃烧烧器器的的NONOX减减排排技技术术基基本本上上已已臻臻完完善善。而而重重油油和渣油燃烧器的和渣油燃烧器的NONOX减排技术尚处在初级阶段。减排技术尚处在初级阶段。第13页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 3 3）燃烧后对烟气进行后处理）燃烧后对烟气进行后处理 燃燃烧烧后后的的烟烟气气处处理理减减排排技技术术大大都都采采用用氨氨法法，也也有有少少数数采采用用尿尿素素法法的

20、的。表表8-48-4列列出了三种烟气减排处理技术的主要特点和使用范围。出了三种烟气减排处理技术的主要特点和使用范围。表表8-8-4 4 各种烟气减排处理技术比较各种烟气减排处理技术比较 第14页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 选选择择性性非非催催化化剂剂还还原原工工艺艺(SNCR)(SNCR)是是向向烟烟气气流流中中连连续续喷喷入入氨氨或或尿尿素素以以使使氮氮氧氧化化物物转转变变成成氮氮气气和和水水蒸蒸气气的的工工艺艺。采采用用氨氨作作还还原原剂剂时时，用用空空气气或或蒸蒸汽汽携携带带氨氨气气，在在温温度度适适当当的的区区域域注注入入烟烟气

21、气中中，将将NOxNOx还还原原成成氮氮气气和和水水。采采用用尿尿素素作作还还原原剂剂时时，把把尿尿素素的的水水溶溶液液注注入入充充满满烟烟气气的的通通道道内内，尿尿素素热热分分解解并并与与NOxNOx反反应应生生成成氮氮气气、二二氧氧化化碳和水。碳和水。选选择择性性催催化化剂剂还还原原工工艺艺(SCR)(SCR)从从烟烟气气中中脱脱除除氮氮氧氧化化物物NOxNOx，是是把把氨氨 (NH(NH3 3)注注入入烟烟气气中中，并并在在通通过过催催化化剂剂床床层层时时与与烟烟气气良良好好混混合合。在在催催化化剂剂作作用用下下，NOxNOx与与NHNH3 3反反应生成氮气和水。应生成氮气和水。国国内内

22、锅锅炉炉行行业业已已采采用用烟烟气气脱脱硫硫、脱脱氮氮、除除尘尘三三位位一一体体化化技技术术。该该技技术术用用引引风风机机将将烟烟气气从从反反应应塔塔顶顶部部的的文文丘丘里里管管引引入入反反应应塔塔，在在文文氏氏管管段段，调调配配好好的的氨氨水水经经喷喷嘴嘴雾雾化化后后，与与烟烟气气中中的的SOSO2 2充充分分混混合合、接接触触、反反应应，生生成成亚亚硫硫酸酸铵铵，脱脱除除烟烟气气中中的的SOSO2 2。同同时时，生生成成的的亚亚硫硫酸酸铵铵与与烟烟气气中中的的NOxNOx反反应应生生成成硫硫酸酸铵铵和和氮氮气气，从从而而脱脱除除烟烟气气中中的的NOxNOx。反反应应生生成成的的硫硫酸铵被回

23、收，酸铵被回收，第15页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 可可用用于于生生产产磁磁性性高高效效复复合合肥肥；氮氮气气则则重重新新还还给给大大气气。经经离离心心除除尘尘净净化化后后的的烟烟气气由由反反应应塔塔中中部部的的出出口口，经经烟烟囱囱排排入入大大气气。脱脱硫硫、脱脱氮氮、除除尘尘三三位位一一体体化化技技术术，脱脱除除SOSO2 2效效率率高高达达95%95%以以上，脱除上，脱除NOxNOx效率可达效率可达40%40%。第16页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流8 8.2.2 规模大型化规

24、模大型化 8 8.2.1 .2.1 国内目前水平国内目前水平 随随着着设设计计、制制造造和和操操作作等等综综合合技技术术水水平平的的提提高高，加加上上规规模模效效益益的的驱驱使使，新新建建石石油油化化工工装装置置的的规规模模越越来来越越大大,管管式式炉炉也也随随之之越越来来越越大大型型化化。20世世纪纪的的最最后后几几年年里里,国国内内已已设设计计建建造造了了单单台台热热负负荷荷8090MW的的加加热热型型管管式式炉炉。而而国国外外在在同同期期内内建建造造的的大大型型管管式式炉炉热热负负荷荷达达250MW。在在最最近近几几年年内内，国国内内将将建建造造150MW以以上上的的加加热热型型管管式式

25、炉炉。估估计计用不了用不了多长时间多长时间,国内在加热型管式炉大型化方面能很快赶上世界水平。国内在加热型管式炉大型化方面能很快赶上世界水平。第17页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 加加热热一一反反应应型型管管式式炉炉也也随随着着生生产产规规模模的的增增加加而而大大型型化化。上上个个世世纪纪的的最最后后几几年年里里,国国内内已已设设计计和和建建造造了了产产氢氢量量6X106X104 4NmNm3 3/h/h的的制制氢氢转转化化炉炉,国国外外在在同同期期内内则则建建造造了了12X1012X104 4NmNm3 3/h/h的的制制氢氢转转化化炉炉

26、。在在最最近近几几年年内内，国国内内也也将将建建造造8 814X1014X104 4NmNm3 3/h/h的的制制氢氢转转化化炉炉,因此因此,国内在加热一反应型管式炉的大型化方面，赶上世界水平也为期不远。国内在加热一反应型管式炉的大型化方面，赶上世界水平也为期不远。第18页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 8 8.2.2 .2.2 规模大型化限制因素规模大型化限制因素 管管式式炉炉的的大大型型化化并并不不是是简简单单的的结结构构尺尺寸寸放放大大,也也不不是是一一加加一一等等于于二二那那样样的的简简单堆积。大型化应是科技发展和技术水平提高的结果

27、。单堆积。大型化应是科技发展和技术水平提高的结果。1 1）炉管表面平均热强度炉管表面平均热强度 提提高高炉炉管管表表面面热热强强度度就就可可以以用用较较小小的的排排管管面面积积,完完成成较较大大的的热热负负荷荷。但但是是，炉炉管管表表面面热热强强度度的的提提高高要要受受到到许许多多因因素素的的限限制制。在在加加热热型型管管式式炉炉中中，首首先先要要受受油油膜膜温温度度的的限限制制。炉炉管管表表面面热热强强度度愈愈高高，油油膜膜温温度度也也愈愈高高，当当油油膜膜温温度度达达到到或或超超过过油油品品裂裂解解温温度度时时，油油品品就就会会产产生生裂裂解解，这这将将影影响响最最终终产产品品的的品品质质

28、，或或增增加加后后加加工工装装置置的的负负担担，严严重重时时还还会会造造成成炉炉管管结结焦焦，缩缩短短操操作作周周期期。在在加加热热一一反反应应型型管管式式炉炉中中，炉炉管管表表面面热热强强度度的的提提高高则则要要受受到到管管内内空空速速和和催催化化剂剂床床层层温温度度的的限限制制。只只有有采采用用性性能能良良好好的的催催化化剂剂，允许采用较高的空速，以承受更高的床层温度，才能采用较高的炉管表面热强度。允许采用较高的空速，以承受更高的床层温度，才能采用较高的炉管表面热强度。第19页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 限限制制炉炉管管表表面面热热

29、强强度度的的另另一一个个重重要要因因素素是是炉炉管管金金属属的的最最高高允允许许使使用用温温度度。热热强强度度愈愈高高,管管壁壁金金属属温温度度也也愈愈高高。当当管管壁壁金金属属温温度度达达到到最最高高允允许许使使用用温温度度时时，炉炉管管表表面面热热强强度度不不能能再再提提高高。否否则则，就就必必须须换换用用更更高高级级的的炉炉管管材材料料，这这将将意意味味着着投投资资的的增加。增加。2 2）炉管表面最高热强度）炉管表面最高热强度 在在管管式式炉炉中中，炉炉管管表表面面热热强强度度并并不不是是均均匀匀的的。沿沿炉炉膛膛高高度度、宽宽度度和和长长度度三三维维方方向向上上的的温温度度场场是是不不

30、均均匀匀的的，沿沿炉炉管管圆圆周周和和管管长长方方向向上上传传热热也也是是不不均均匀匀的的。设设计计上上常常常常采采用用炉炉管管表表面面平平均均热热强强度度的的概概念念，以以简简化化计计算算过过程程。实实际际上上其其限限制制因因素素是是以以炉炉管管表表面面热热强强度度最最高高点点来来计计算算的的。因因此此，使使炉炉膛膛温温度度场场分分布布均均匀匀，使使热热传传递递沿沿炉炉管管圆圆周周和和管管长长分分布布均均匀匀，减减小小各各种种不不均均匀匀系系数数，就就可可以以在在最最高高热热强强度度不不超超限限的的前前提提下下，大大大大提提高平均热强度，从而减少排管面积，缩小大型化后管式炉的尺寸。高平均热强

31、度，从而减少排管面积，缩小大型化后管式炉的尺寸。第20页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 8 8.2.3 .2.3 国内外差距及对策国内外差距及对策 加加热热型型管管式式炉炉的的平平均均热热强强度度,国国内内设设计计和和国国外外比比较较接接近近。个个别别设设计计平平均均热热强强度度较较低低者者,多多数数是是因因用用户户要要求求留留有有余余地地,以以便便将将来来可可提提高高装装置置能能力力所所致致。加加热热一一反反应应型型管管式式炉炉，国国内内设设计计的的平平均均热热强强度度比比国国外外同同类类管管式式炉炉要要低低得得较较多多。例例如如制制氢氢

32、转转化化炉炉，国国内内的的平平均均热热强强度度一一般般仅仅4545一一50KW/m50KW/m2 2，而而国国外外的的一一般般是是7070一一80KW/m80KW/m2 2,高高的的可可达达88KW/m88KW/m2 2。转转化化炉炉大大型型化化后后，炉炉内内温温度度场场和和烟烟气气流流动动场场的的分分布布均均匀匀性性至至关关重重要要，因因为为转转化化炉炉管管的的工工作作温温度度已已经经十十分分接接近近其其管管材材最最高高允允许许使使用用温温度度，如如果果炉炉内内温温度度场场和和烟烟气气流流动动场场不不均均匀匀，则则个个别别转转化化管管极极易易超超温温而而引引起起早早期期损损坏坏，以以致致不不

33、能能长长周周期期安安全全运运转。转。第21页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 为为了了解解决决这这一一难难题题,国国外外一一些些工工程程公公司司专专门门开开发发了了炉炉内内温温度度场场和和烟烟气气流流动动场场的的大大型型模模拟拟软软件件包包，应应用用这这种种软软件件来来模模拟拟转转化化炉炉内内的的温温度度场场和和烟烟气气流流动动场场,可可以以获获得得燃燃烧烧器器的的最最佳佳选选型型和和布布置置,也也可可以以获获得得均均匀匀烟烟气气流流动动场场的的最最佳佳结结构构设设计计，以以保保证证转转化化炉炉在在极极高高的的平平均均热热强强度度下下长长周周

34、期期安安全全运运行行。国国内内此此类类软软件件还还不不成成熟熟，这这也是国内不敢盲目提高转化炉平均热强度的重要原因之一。也是国内不敢盲目提高转化炉平均热强度的重要原因之一。最最近近几几年年，已已有有设设计计院院和和科科研研院院所所运运用用CFDCFD方方法法对对大大型型制制氢氢转转化化炉炉的的温温度度场场及及烟烟气气流流场场进进行行模模拟拟，取取得得了了一一些些成成果果。通通过过CFDCFD模模拟拟，大大型型制制氢氢转转化化炉炉的的机机械械设设计计特特别别是是炉炉底底烟烟气气隧隧道道的的开开孔孔率率及及其其布布置置、辐辐射射室室与与对对流流室室的的烟烟道道连连接接等等，均均可可以以同时进行几个

35、方案的比较和优化，从而获得良好的流动场和温度场。同时进行几个方案的比较和优化，从而获得良好的流动场和温度场。第22页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 为为保保证证大大型型制制氢氢转转化化炉炉在在苛苛刻刻的的操操作作条条件件下下能能安安全全、平平稳稳、长长周周期期运运转转，除除应应用用CFDCFD设设计计良良好好的的炉炉内内温温度度场场外外，对对炉炉内内运运行行状状况况进进行行科科学学而而严严格格的的监监控控是是非非常常必必要要的的。从从前前，转转化化炉炉主主要要靠靠常常规规热热电电偶偶和和目目力力监监控控。20002000年年后后开开始始使使

36、用用工工业电视监控，但这只能做到定性的观察，定量的监控还仅限于设置热电偶的几个点上。业电视监控，但这只能做到定性的观察，定量的监控还仅限于设置热电偶的几个点上。国国内内最最近近开开发发了了炉炉内内三三维维温温度度场场可可视视化化技技术术，其其基基本本原原理理是是利利用用CCDCCD摄摄像像机机作作为为二二维维辐辐射射能能量量分分布布传传感感器器，接接收收三三维维炉炉膛膛内内的的高高温温辐辐射射能能信信号号，依依据据辐辐射射成成像像新新模模型型，建建立立火火焰焰二二维维温温度度图图像像和和三三维维空空间间燃燃烧烧温温度度的的关关联联方方程程，采采用用正正则则化化重重建建方方法法获获得得炉炉膛膛三

37、三维维温温度度场场可可视视化化结结果果。该该技技术术可可以以同同时时给给出出炉炉内内10001000个个以以上上离离散散单单元元的的三三维维温温度度场场分分布布数数据据和和实实时时显显示示，刷刷新新周周期期小小于于等等于于5s5s，相相对对误误差差在在5%5%以以内内。可可以以提提供供炉炉内内烟烟气气、火火焰焰和和炉炉管管管管壁壁的的三三维维温温度度场场实实时时精精确确温温度度度度数数，绘绘制制二二维维平平面面和和三三维维立立体体温温度度彩彩色色云云图图，以以及及火火焰焰长长度度和和直直径径直直观观形形状状图图等等。该该技技术还可以将其检测到的术还可以将其检测到的 第23页，此课件共31页哦第

38、八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 辐辐射射能能信信号号参参与与DCSDCS系系统统的的优优化化控控制制。目目前前，这这项项技技术术已已在在冶冶金金和和电电站站系系统统推推广广，希希望望能早日应用到转化炉上，使运行管理更上一层楼。能早日应用到转化炉上，使运行管理更上一层楼。第24页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流8 8.3 3 蓄热式燃烧技术蓄热式燃烧技术 蓄蓄热热式式高高温温空空气气燃燃烧烧技技术术，亦亦称称为为无无焰焰燃燃烧烧技技术术，是是2020世世纪纪9090年年代代以以来来，在在发发达达国国家家开开始始

39、普普遍遍推推广广应应用用的的一一种种全全新新燃燃烧烧技技术术。它它的的最最大大特特点点是是节节省省燃燃料料,减减少少COCO2 2和和NOxNOx的的排排放放及及降降低低燃燃烧烧噪噪音音，被被誉誉为为2121世世纪纪的的关关键键技技术术之之一一。近近年年来来，该该技技术术在在冶冶金金和和机机械械制制造造行行业业已已得得到到广广泛泛应应用用，如如将将其其移移植植“嫁嫁接接”到到石石化化管管式式炉炉上上，将将带带来其炉型上的一次革命性变革。来其炉型上的一次革命性变革。第25页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 8 8.3 3.1.1 工作原理工作原

40、理 蓄蓄热热式式高高温温空空气气燃燃烧烧技技术术的的工工作作原原理理如如图图8-18-1所所示示。常常温温空空气气由由鼓鼓风风机机送送入入，在在通通过过燃燃烧烧器器蓄蓄热热体体时时被被迅迅速速加加热热至至高高温温（在在极极短短的的时时间间内内常常温温空空气气被被加加热热到到接接近近炉炉膛膛温温度度，一一般般比比炉炉膛膛温温度度低低5050100100，这这取取决决于于蓄蓄热热体体的的蓄蓄热热容容量量和和蓄蓄热热速速率率），空空气气喷喷入入炉炉膛膛时时将将卷卷吸吸烟烟气气形形成成贫贫氧氧的的高高温温气气流流，在在这这股股气气流流附附近近喷喷入入燃燃料料，燃燃料在贫氧（料在贫氧（2%2%20%20

41、%）的气流中燃烧。）的气流中燃烧。图8-1 蓄热式高温空气燃烧技术示意 第26页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 由由于于燃燃料料不不是是直直接接喷喷入入含含氧氧气气流流中中，燃燃料料分分子子与与氧氧分分子子只只有有经经扩扩散散碰碰撞撞时时随随遇遇燃燃烧烧，没没有有明明显显的的火火焰焰边边界界。与与此此同同时时，烟烟气气靠靠引引风风机机，通通过过另另一一侧侧的的燃燃烧烧器器被被吸吸出出，热热烟烟气气热热量量传传递递给给蓄蓄热热体体而而降降温温后后经经换换向向阀阀、引引风风机机和和烟烟囱囱排排入入大大气气。换换向向阀阀按按一一定定的的频频率切换

42、，使两侧的燃烧器在蓄热和放热的状态下交替工作。率切换，使两侧的燃烧器在蓄热和放热的状态下交替工作。8 8.3 3.2.2 蓄热式燃烧技术优势蓄热式燃烧技术优势 1 1）提高炉管表面平均热强度）提高炉管表面平均热强度 蓄蓄热热式式高高温温空空气气燃燃烧烧技技术术的的突突出出优优点点是是由由于于没没有有明明确确的的火火焰焰，整整个个炉炉膛膛温温度度非非常常均均匀匀，如如果果炉炉管管布布置置得得当当，热热强强度度沿沿炉炉管管周周向向和和轴轴向向不不均均匀匀系系数数可可降降低低很很多多，甚甚至至接接近近于于1 1，因因此此其其平平均均热热强强度度可可以以很很高高，甚甚至至接接近近允允许许的的最最高高热

43、热强强度度，从从而而使使炉管数量（即传热面积）减到最小，打破了加热炉大型化的技术瓶颈。炉管数量（即传热面积）减到最小，打破了加热炉大型化的技术瓶颈。第27页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 2 2）带来炉型革命）带来炉型革命 蓄蓄热热式式燃燃烧烧的的主主要要特特点点是是以以辐辐射射传传热热为为主主，烟烟气气由由相相对对安安装装的的燃燃烧烧器器轮轮换换吸吸出以预热燃烧空气。出以预热燃烧空气。石化管式炉采用蓄热燃烧技术后，将没有对流室。石化管式炉采用蓄热燃烧技术后，将没有对流室。目目前前，大大多多数数石石化化管管式式炉炉都都是是辐辐射射一一对对流

44、流型型的的，例例如如各各种种蒸蒸馏馏炉炉、重重沸沸炉炉、蒸蒸汽汽过过热热炉炉等等。对对流流段段和和辐辐射射段段加加热热同同一一种种介介质质，对对流流段段热热负负荷荷占占全全炉炉热热负负荷荷的的20%20%3O%3O%。这这种种炉炉子子改改为为蓄蓄热热式式燃燃烧烧纯纯辐辐射射炉炉，在在保保持持原原平平均均热热强强度度不不变变的的前前提提下下，只只需需在在辐辐射射段段增增加加一一部部分分炉炉管管即即可可。由由于于辐辐射射段段的的平平均均热热强强度度一一般般是是对对流流段段平平均均热热强强度度的的2 24 4倍倍，因因此此可可节节省省50%50%75%75%的的对对流流盘盘管管（包包括括炉炉管管和和

45、管件）。这相当于炉子投资可节省管件）。这相当于炉子投资可节省10%10%15%15%。第28页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 有有些些石石化化管管式式炉炉，例例如如制制氢氢炉炉、重重整整炉炉、加加氢氢炉炉、乙乙烯烯裂裂解解炉炉等等，由由于于各各种种原原因因，本本来来就就只只需需要要辐辐射射段段，只只是是为为了了回回收收烟烟气气余余热热，才才增增加加对对流流段段产产生生蒸蒸汽汽或或加加热热其其他他介介质质。值值得得指指出出的的是是，石石油油化化工工企企业业都都有有锅锅炉炉车车间间(或或动动力力厂厂)和和完完善善的的蒸蒸汽汽管管网网。这这既既节

46、节能能，也也便便于于统统一一管管理理。在在分分散散的的管管式式炉炉上上被被动动发发生生蒸蒸汽汽，既既不不经经济济，也也给给管管理理带带来来许许多多麻麻烦烦。因因此此，减减少少或或取取消消管管式式炉炉产产汽汽是是石石化化工工程程师师们们多多年年来来梦梦寐寐以以求求的的愿愿望望。将这些管式炉改为蓄热式燃烧纯辐射炉，就可以实现这一愿望。将这些管式炉改为蓄热式燃烧纯辐射炉，就可以实现这一愿望。3 3）提高热效率）提高热效率 管管式式炉炉是是炼炼油油和和化化工工装装置置的的主主要要供供热热设设备备，也也是是炼炼油油和和化化工工装装置置的的能能耗耗大大户户。其其燃燃料料消消耗耗在在炼炼油油和和化化工工装装

47、置置总总能能耗耗中中占占有有相相当当大大的的比比例例。炼炼油油厂厂管管式式炉炉的的燃燃料料消消耗耗占占全厂能耗的比例约为全厂能耗的比例约为40%40%左右。左右。第29页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 现现代代大大型型化化的的管管式式炉炉，无无论论是是加加热热型型还还是是加加热热一一反反应应型型，热热效效率率一一般般都都达达到到90%90%92%92%。考考虑虑到到低低温温露露点点腐腐蚀蚀等等制制约约因因素素的的限限制制，热热能能利利用用率率几几乎乎达达到到顶顶点点。在在此此基基础础上上，热热效效率率再再提提高高一一个个百百分分点点是是很很

48、困困难难的的。若若石石化化管管式式炉炉由由常常规规燃燃烧烧方方式式改改用用蓄蓄热热式式燃燃烧烧技技术术后后，由由于于蓄蓄热热体体是是非非金金属属的的耐耐火火材材料料，对对露露点点腐腐蚀蚀并并不不敏敏感感。当当转转向向阀阀和和引引风风机机采采用用耐耐低低温温露露点点腐腐蚀蚀材材料料时时，排排烟烟温温度度可可降降到到烟气露点温度以下，从而得到最高的热效率。烟气露点温度以下，从而得到最高的热效率。对对于于对对流流段段和和辐辐射射段段加加热热同同一一种种介介质质的的石石化化管管式式炉炉，热热效效率率可可再再提提高高1 12 2个百分点，即热效率达到个百分点，即热效率达到92%92%94%94%。对对于

49、于本本来来就就只只需需要要辐辐射射段段的的石石化化管管式式炉炉，其其燃燃料料有有效效利利用用率率即即用用于于物物料料加加热热和和反反应应的的有有效效热热量量与与燃燃料料燃燃烧烧释释放放的的总总热热量量之之比比很很低低，仅仅45%45%65%65%。这这些些炉炉子改为蓄热式燃烧纯辐射炉，燃料有效利用率可提高到子改为蓄热式燃烧纯辐射炉，燃料有效利用率可提高到92%92%94%94%。第30页，此课件共31页哦第八章第八章 加热炉的发展趋势及技术交流加热炉的发展趋势及技术交流 8 8.3 3.3.3 蓄热式燃烧技术制约因素蓄热式燃烧技术制约因素 1 1）蓄热体的微型化和精细化）蓄热体的微型化和精细化

50、 蓄蓄热热式式燃燃烧烧器器的的空空气气入入口口处处，空空间间非非常常有有限限，必必须须将将蓄蓄热热体体微微型型化化和和精精细细化化才才能能满满足足工工业炉布局的要求。业炉布局的要求。2 2）换向阀的寿命）换向阀的寿命 在在蓄蓄热热式式燃燃烧烧器器上上，空空气气进进口口处处的的空空间间有有限限，即即使使蓄蓄热热体体已已经经微微型型化化和和精精细细化化，仍仍然然需需要要在在较较短短的的时时间间换换向向。一一般般换换向向时时间间是是1 1 minmin左左右右，一一年年连连续续操操作作将将换换向向5050万万次次以以上上。如如此此频频繁繁的的换换向向动动作作，会会使使换换向向阀阀的的密密封封损损坏坏