管式加熱爐分類

    管式加熱路通常可以按照外形分類可分為以下幾種：

    箱式爐

    1橫管和立管大型箱式爐

    如圖7-2、圖7-3所示，這兩種爐型結構基本一致，只是一為橫管、一為立管。它們的優點是只要增加中央的隔墻數目，可在爐膛體積熱強度不變的前提下，積木組合式“把爐子放大。該爐型適用于大型爐，其主要缺點是敷管率低，爐管需要合金吊掛，造價高，需設獨立煙囪等。

    2頂燒式爐

    圖7-4為頂燒式爐。這種爐子的燃燒器和輻射爐管交錯排列，單排列雙面輻射，管子沿整個圓周的熱均勻分布，燃燒器頂燒，對流室和煙囪在地面。它的缺點是爐子體積大，造價較高，用于單純加熱不經濟，目前在合成氨廠常用它作為大型輕烴蒸汽轉化爐的爐型。

    3斜頂爐

    斜頂爐是由箱式爐演變而來，常用的是雙斜頂爐，如圖7-5所示。由于改成斜頂，使箱式爐受熱不均性有所改善，處理量也可加大。其對流室在中間，煙氣下行經地下或地面煙道排入煙囪內，也可在煙道處加裝空氣預熱器，提高爐子效率。這種爐子沒有克服箱式爐的其它缺點，除原有老裝置使用外，新建裝置很少采用。

    立式爐

    1底燒橫管立式爐

    圖7-6為底燒橫管立式爐，傳熱方式與箱式爐相似，輻射室保持了立式爐的特點。爐管布置在兩側，中間是一列底燒的燃燒器，煙氣由輻射室經對流室、煙囪一直上行。其燃燒器能量小、數量多，在爐子中央形成一道火焰膜，以提高輻射傳熱效果。目前使用的立式爐多采用這一形式。

    2附墻火焰立式爐

    圖7-7為附墻火焰立式爐，這種立式爐爐膛中有火墻，它可增加爐膛內輻射面積，提高爐管受熱強度，同時將輻射室分成兩室，每室可各走一路油品，分別調節溫度。

    3環形管立式爐

    圖7-8為環形管立式爐，這種爐子用多根U型爐管把火焰包圍起來，適用于爐管路數多、管內壓力降小的場合。隋爐子熱負荷的增大，U形管可增加到兩個甚至三個，如圖7-9所示。

    4立管立式爐

    圖7-10為立管立式爐，是我國首創的爐型。其爐管沿墻直立排列，與橫管立式爐相比可節省大量的高鉻鎳鋼管架，并保留了立式爐的優點，高熱負荷加熱爐常選用這種爐型。

    5無焰燃燒爐、階梯爐

    這兩種爐子都是單排管雙面輻射爐型。圖7-11為無焰燃燒爐，其側壁裝有許多小能量氣體無焰燃燒器，使整個側壁成為均勻輻射面，這種爐型有優良的加熱均勻性，并可分區調節溫度，它是乙烯裂解和烴類蒸汽轉化最合適的爐型之一，但是造價昂貴，用于純加熱非常不經濟。

    圖7-12爐型稱為階梯爐，它在每級”階梯“的底部安裝一排扁平附墻火焰燃燒器。燃燒器的數量較無焰燃燒爐少，造價也低，但加熱均勻程度和分區調節特性不及無焰燃燒爐。

   立式圓筒爐

    1螺旋管式、純輻射式爐

    當爐子熱負荷很小，熱效率要求不高時，可采用這兩種爐型。它結構簡單，造價低。

    圖7-13為螺旋管式爐，其爐管盤繞成螺旋狀，屬于立式爐型，但其管內特性更接近水平管，能完全排空，管內壓降小。主要缺點是被加熱介質通常走一路（管程數為1）。

    圖7-14為純輻射爐，沒有對流室，火嘴在爐底，爐管直立沿爐墻排成一圈。它結構簡單，重量較輕，但熱效率低。

    圖7-15表示在純輻射式圓筒爐頂部加個輻射錐，以提高上部爐管的受熱強度，使爐管全長受熱均勻，輻射錐要用昂貴的高鉻鎳鋼制成，且容易燒毀或腐蝕損壞，故近年來很少使用輻射錐了。

    2輻射—對流式爐

    圖7-16為輻射-對流式爐，它已成為現代普遍采用的爐型

    它在輻射室頂部增加了水平管式對流室，并采用釘頭管和翅片管，熱效率較高。但結構復雜，金屬用量大，通常對流管面積不宜太大，一般要小于輻射爐管面積。國內這種爐型的高徑比約為1.7-2.5.

    大型方爐

    圖7-17為大型方爐，它用兩排爐管把爐膛分為若干小間，每間設置一或兩個大能量高強燃燒器，分隔可沿兩個方向進行，稱之為”十字交叉“分隔法。它通常把對流室單獨放在地面上，還有把幾臺爐子的煙氣用煙道匯集起來，送進一個公用的對流室或者廢熱鍋爐。

    這種結構簡單，節省占地，便于回收余熱，容易實現多爐集中排煙，減輕大氣污染。

    管式加熱爐一般結構

    管式加熱爐一般由輻射室、對流室、余熱回收系統、燃燒及通風系統五部分組成，如圖7-1所示。其結構通常包括：鋼結構、爐管、爐墻（內襯）、燃燒器、孔類配件等。

    1輻射室：

    加熱爐進行熱交換的主要場所，其熱負荷約占全爐的70%-80%。烴類蒸汽轉化爐、乙烯裂解爐的反應和裂解過程全部由輻射室來完成。

    輻射室內有爐管，通過火焰或者高溫煙氣進行傳熱，以輻射熱為主，故稱之為輻射管。它直接受火焰輻射沖刷，溫度高，其材料要具有足夠的高溫強度和高溫化學穩定性。

    2對流室

    對流室是靠輻射室排出的高溫煙氣進行對流傳熱來加熱物料。煙氣以較高的速度沖刷爐管管壁，進行有效的對流傳熱，其熱負荷約占全爐的20%-30%。對流室一般布置字輻射室之上，有的單獨放在地面。為了提高傳熱效果，多采用釘頭管和翅片管。

    3余熱回收系統

    余熱回收系統用以回收加熱爐的排煙余熱。

    回收方法有兩類：一類是靠預熱燃燒空氣來回收，使回收的熱量再次返回爐中；另一類是采用另外的回收系統回收熱量。前者稱為空氣預熱方式，后者通常用水回收稱為廢熱鍋爐方式。空氣預熱方式有直接安裝在對流室上面的固定管式空氣預熱器，還有單獨放在地面上的回轉空氣預熱器等型式。

    目前爐子余熱回收系統多采用空氣預熱方式，只有高溫管式爐（烴類蒸汽轉化爐、乙烯裂解爐）和純輻射爐才使用廢熱鍋爐。這些爐子的排煙溫度較高，安裝余熱回收系統后，爐子的總效率可達到88%-90%。

    4燃燒器

    燃燒器的作用是完成燃料的燃燒過程，為熱交換提供熱量。燃燒器由燃料噴嘴、配風器、燃燒道三部分組成。

    燃燒器按所有燃料的不同可分為燃油燃燒器、燃氣燃燒器和油-氣聯合燃燒器。

    燃燒器性能的好壞，直接影響燃燒質量及爐子的熱效率。操作時，特別注意火焰要保持剛直有力，調整火嘴盡可能使爐膛受熱均勻，避免火焰舔爐管，并實現低氧燃燒。要保證燃燒質量和熱效率，還必須有可靠的燃料供應系統和良好的空氣預熱系統。

    5通風系統

    通風系統的作用是把燃燒用空氣導入燃燒器，將廢煙氣引出爐子。它分為自然通風和強制通風兩種方式。前者依靠煙囪本身的抽力，后者使用風機。隨著爐子結構復雜化，采用強制通風方式日趨普遍。

    6主要結構：

    鋼結構

    鋼結構是管式爐的承載骨架。管式爐的其它構件依附于鋼結構，其基本元件是各種型鋼，通過焊接或螺栓連接構成管式爐的骨架。老式管式爐，如方箱爐、斜頂爐等，其鋼結構占整個管式爐投資的比重較小，近代管式爐其鋼結構的投資比例越來越大。

    爐墻

    管式爐的爐墻結構主要有耐火磚結構、耐火混凝土結構和耐火纖維結構。其中耐火磚結構又分為砌磚爐墻、掛磚爐墻和拉磚爐墻。拉磚爐墻是目前應用比較廣泛的爐墻，尤其是溫度較高的管式加熱爐，如裂解爐和轉化爐。

    爐管

    管式爐爐管是物料攝取熱量的媒介。按受熱方式不同可分為輻射爐管和對流爐管，前者設置于輻射室內，后者設置于對流室內。為強化傳熱，對流管往往采用翅片管和釘頭管，其安裝方式多采用水平安裝。

    其他配件

    管式爐配件較多，主要有看火孔，點火孔，爐用人孔、防爆門，吹灰器、煙囪擋板等。

    管式加熱爐主要技術指標

    熱負荷

    每臺加熱爐單位時間內向管內介質傳遞的總熱量，單位為W或kJ/h。爐子的熱負荷越大，其生產能力越大。

    爐膛熱強度

    燃料燃燒的總發熱量除以爐膛體積，稱之為爐膛熱強度（又稱體積熱強度），它表示單位體積的爐膛在單位時間里燃料燃燒所放出的熱量，單位為kJ/m3·h或W/m3。爐膛熱強度越大，完成相同的熱任務所需的爐子越緊湊。

    爐管表面熱強度

    單位時間內單位爐管表面積所傳遞的熱量稱為爐管表面熱強度，單位為kJ/m2·h或W/m2。爐管表面熱強度越大，完成相同熱任務所需的傳熱面積越小，使用的爐管就越少，爐子體積可減小，投資可以降低。應注意的是爐管表面熱強度一般指平均值。

    爐膛溫度（又稱火墻溫度）

    爐膛溫度指煙氣離開輻射室進入對流室時的溫度，它表征爐膛內煙氣溫度的高低，是爐子操作中重要的控制指標。

    管內流速及壓力降

    液體在管內的流速越低，則邊界層越厚，傳熱系數越小，管壁溫度越高，介質在爐內的停留時間也越長。其結果，介質易結焦，爐管易損壞。但流速過高又增加管內壓力降，增加了管路系統的動力消耗。

    管式加熱爐安全檢修的一般要求

    對檢修任務進行統籌安排，保證檢修的質量和安全是十分重要的。因此，檢修前應做充分的準備，制定切實可行的實施方案。對檢修過程實行認真的檢查和監督，對檢修后的設備進行認真的驗收和試車。檢修的準備工作如下：

    （1）管式加熱爐年度大檢修工作應落實檢修項目、物資準備、施工準備、勞動力準備和開停車、置換方案。

    （2）技術準備

    檢修的技術準備包括：施工項目、內容的審定；施工方案和停、開車方案的制定；計劃進度的制定；施工圖紙、施工部門和施工任務以及施工安全措施的落實等。

    管式加熱爐的大修必須有大修施工方案，復雜工程需要繪制網絡圖。施工方案包括：檢修內容、質量要求、工程進度和勞動力、備品配件、材料、特殊工器具需要量、試車驗收規程、安全措施及防護等。此外還要制定停車方案，置換、清洗、中和、吹掃、抽堵盲板方案，重大起吊方案，爆破方案和拆除方案等，并經有關部門進行技術安全會審、批準后，方可實施。

    （3）制定安全檢修措施

    除了企業已制定的動火、動土、罐內作業、高處、電氣、起重等安全規定外應針對管式加熱爐檢修作業內容、范圍提出補充安全要求，制定相應的安全檢修規定，明確檢修作業程序及進入施工現場的安全紀律，并指派人員負責現場安全規定的宣傳、檢查和監督工作。

    （4）設備、附件、材料和安全用具的準備

    根據檢修的項目、內容和要求，準備好檢修所需的材料、附件和設備；做好起重設備、焊接設備、電動工具、索具、吊具的事前安全檢查；需高空作業之處，按安全規定搭好腳手架；應指定專人分別負責仔細檢查或檢驗安全帶、安全帽防毒面具以及測氧、測爆、測毒、測厚、無損探傷等分析化驗儀器和消防器材，消防設施確保完好。

    （5）進行安全教育

    在停車檢修之前，首先應明確檢修的安全負責人，成立安全領導小組，制定施工的安全措施，明確各級安全負責人和安全員的職責及相互間配合、聯絡的程序；施工前還必須對全體參加檢修人員進行一次全面的安全教育，對特殊工種人員還應進行專門的以專業工種安全技術和災害事故案例及檢修安全規定為重點的安全教育，使其適應并勝任檢修工作。

    低溫露點腐蝕的機理及防治

    由于節能工作的不斷向前發展，要求加熱爐的排煙溫度越來越低，但是往往在空氣預熱器、余熱鍋爐等余熱回收設備的換熱面上產生強烈的低溫露點腐蝕，嚴重的腐蝕穿孔使加熱爐不能正常運行，可以說，低溫露點腐蝕已成為降低加熱爐排煙溫度、提高熱效率的主要障礙。

    1. 低溫露點腐蝕的機理

    燃料油、氣中的有少量的S存在，燃料后生成SO2。由于燃燒室中有過量的O2存在，所以又有少量的SO2進一步氧化成SO3。在通常的過剩空氣系數條件下，全部SO2中約有1~3%轉化成SO3，在高溫煙氣中的SO3氣體不腐蝕金屬，但當煙氣溫度降到40℃以下，SO3將與水蒸汽化合生成硫酸蒸汽。其反應式如下：

    SO3 ↑+ H2O ↑ → H2SO4↑

    當硫酸蒸汽凝結到爐子尾部受熱面上時就會發生低溫硫酸腐蝕。與此同時，這些凝結在低溫受熱面上的硫酸液體，還會粘附煙氣中的灰塵形成不易消除的積垢，使煙氣通道不暢甚至堵塞。

    2. 防治措施

    1 提高空氣預熱器入口的空氣溫度

    提高空氣預熱器入口的空氣溫度可以提高預熱器冷端換熱面的壁溫，防止結露腐蝕。最常用的是采用空氣再循環的方法，把已預熱的空氣從再循環管道引入風機入口和冷空氣混合來提高溫度。在開工或低負荷運行時，可增大熱風的再循環量。這種方法的缺點是風機消耗電能較多；并且由于縮小了空氣和煙氣之間的溫差。對提高加熱爐熱效率造成不利影響。較理想的方法是：利用裝置的廢氣或低溫熱源通過暖風器，將冷空氣預熱到60~80℃后。再進入空氣預熱器。

    2 提高空氣預熱器換熱面的壁溫

    提高空氣預熱器入口的空氣溫度可以提高預熱器的換熱面取溫，防止腐蝕產生。另外一種方法是在管式空氣預熱器內將管子水平放置，使煙氣在管外橫流沖刷換熱面，空氣在管內縱向流動。這樣設計的預熱器，其壁溫比立管式（煙氣走管內）稍高，對減少低溫腐蝕有利。

    3 采用耐腐蝕材料

    耐腐蝕材料分非金屬和金屬材料兩類。管式空氣預熱器的低溫區可采用硼硅玻璃管，或在管式空氣預熱器鋼管外表面（煙氣側）涂上非金屬防腐層。回轉式空氣預熱器的冷端可以采用涂有搪瓷材料的換熱元件。

    4采用低氧燃燒

    控制燃燒過剰空氣量，能有效地減少SO3的生成量，降低露點溫度對減少低溫腐蝕有利，在石油化工廠的管式加熱爐中，實現低氧燃燒必須保證爐墻的嚴密性，并且嚴格控制每個燃燒器的進風量，否則極易引起機械和化學不完全燃燒，增加排煙熱損失。

    5使用低硫燃料

    煙氣露點溫度隨液體燃料或氣體燃料中的含硫量或硫化物含量的增多而升高。目前煉油廠加熱爐燒氣體燃料的較多，瓦斯都含有相當數量的H2S氣體，如對煉廠氣體燃料進行脫硫處理，則可顯著降低煙氣露點溫度，減少低溫腐蝕。

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責任編輯：王元

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