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化工界的加热炉工作原理

编辑:天华化工机械时间:2019-02-27

工作原理:利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源,来加热炉管中流动的介质,使其达到规定的工艺温度。

燃料从燃烧器喷出燃烧,产生高温火焰和高温烟气,高温火焰通过辐射将热量传给辐射室内的炉管,进而传给炉管内的介质。高温烟气由于烟囱的抽力或引风机的作用向上进入加热炉的对流室,通过对流的方式将热量传给对流室内的炉管,进而传给炉管内的介质。

加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器和通风系统等五部分组成。其结构通常包括:钢结构、炉管、炉墙(炉衬)、燃烧器、孔类配件等。

加热炉的组成

辐射室

辐射室是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。

辐射室内的炉管,通过火焰或高温烟气进行传热,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。

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%。对流室一般布置在辐射室之上,有的单独放在地面。为了提高传热效果,炉管多采用钉头管或翅片管。

余热回收系统

余热回收系统是用以回收加热炉的排烟余热的。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管式空气预热器等型式。

目前,炉子的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)和纯辐射炉才使用余热锅炉,这类高温管式炉的排烟温度较高,安装余热回收系统后,炉子的总效率可达到88%-90%。

燃烧器

燃烧器的作用是完成燃料的燃烧,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。燃烧器按所用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,特别应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。

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。

过去,绝大多数炉子都采用自然通风方式,烟囱通常安装在炉顶。近年来,随着炉子结构的复杂化,炉内烟气侧阻力增大,加之提高炉子热效率的需要,采用强制通风方式日趋普遍。

炉膛、炉墙、炉管与钢结构

炉膛与炉墙

炉膛是由炉墙、炉顶和炉底围成的空间,是对物质进行加热的地方。炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬,炉衬是加热炉的关键技术条件之一。在加热炉的运行过程中,不仅要求炉衬能够在高温和荷载条件下保持足够的强度和稳定性,要求炉衬能够耐受烟气的冲刷和侵蚀,而且要求有足够的绝热保温和气密性能。

为此,炉衬通常由耐火层、保温层、防护层和钢结构几部分组成。其中耐火层直接承受炉膛内的高温气流冲刷和侵蚀,通常采用各种耐火材料经砌筑、捣打或浇注形成。

保温层通常采用各种多孔的保温材料经砌筑、敷设、充填或粘贴形成,其功能在于最大限度地减少炉衬的散热损失,改善现场操作条件。

防护层通常采用建筑砖或钢板,其功能在于保持炉衬的气密性,保护多孔保温材料形成的保温层免于损坏。

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,对流管拉砖炉墙往往采用翅片管或钉头管,其安装方式多采用水平安装。

钢结构

钢结构是位于炉衬最外层的由各种钢材拼焊、装配成的承载框架,其功能在于承担炉衬、燃烧设施、检测仪器、炉门、炉前管道以及检修、操作人员所形成的载荷,提供有关设施的安装框架。

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。

加热炉的分类

箱式炉

箱式炉历史悠久,是应用较早的炉型。其长、宽、高大致接近,辐射室和对流室用火墙隔开,火嘴装于侧壁,烟囱设于炉外,炉管水平排列。

立式炉

立式炉炉膛为长方形,辐射管排于炉两侧,对流管排在辐射室上部的对流室中,炉底部设有两排火嘴,炉中间砌一堵花墙,喷火嘴在花墙两边燃烧。

圆筒炉

圆筒炉与立式炉相似,方型的对流室位于辐射室上部,烟囱安装在对流室的上部,并装有烟道挡板,可调节风量,火嘴在炉底中央,火焰向上喷射。其与立式炉不同的是辐射室为圆筒式,辐射管沿圆周垂直排列成一圈,对流管分立式和水平两种。

大型方炉

这种炉子用两排炉管把炉膛分成若干小间,每间设置一或二个大容量高强燃烧器。分隔可以沿两个方向进行,称之为“十字交叉”分隔法。它通常把对流室单独放到地面上。还有把几台炉子的烟气用烟道汇集拢来,送进一个公用的对流室或废热锅炉。这种炉子结构简单,节省占地,便于回收余热,容易实现炉群集中排烟,减轻大气污染。它是专为超大型加热炉而开发的。