管式加热炉类型及结构组成详解

一、管式加热炉类型

炼油厂加热炉类型很多，按照管式加热炉的用途可分为纯加热炉和加热反应炉，前者如常压炉、减压炉，原料在炉内只起到被加热的作用；后者如裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还有足够的时间进行裂解和焦化反应。按照管式炉的结构又可分为立式炉（图8-5）、圆筒炉（图8-6）和无焰炉。

图8-5 立式炉装置现场图

1.立式炉

立式加热炉高度通常为宽度的2～3倍，炉膛为长方形箱体，由型钢组成的立柱支撑，炉管可水平放置或垂直放置，分为卧管立式炉和立管立式炉。立式加热炉的结构分上、中、下三部分，上部分为烟囱，内设挡板调节气流和风量，中部为对流室，下部为辐射室。喷嘴在炉底向上放置或侧壁水平放置，辐射炉管沿炉墙呈卧式或立式排列，对流段炉管均为卧式安装，用管板支撑。

立式炉辐射管排于炉两侧，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。

卧管立式炉（图8-7）其辐射炉管沿炉壁横排，火焰垂直于炉管上烧，炉膛较窄。对流室置于辐射室之上，长度与辐射室相同，烟囱放在对流室顶部。这种炉的特点是炉管沿长度方向受热均匀，另外由于其辐射室高度低，故各辐射管间的受热也比较均匀。对流管较长对提高热效率比较有利，其缺点是为避免炉管发生过大的弯曲变形，要按一定间隔设置高合金炉管支架。

立管立式炉（图8-8）的结构同卧管立式炉很相似，只是炉管改为立式，其主要优点是减少了炉管支架，便于布置多管程，缺点是炉管沿管长受热不均匀，清扫困难。立式炉在热负荷较低时，投资高于圆筒炉，一般在热负荷较大时使用。

图8-6 圆筒炉装置现场图

图8-7 卧管立式炉

图8-8 立管立式炉

2.圆筒炉

圆筒炉（图8-9）炉膛为直立圆筒形，辐射管在炉膛周围垂直地排列一周，方形对流室在圆筒体上部，对流管分水平与直立设置两种。

图8-9中（a）型是一种纯辐射型圆筒加热炉，只有辐射室，没有对流室，喷嘴设在底部向上安装，炉管直立沿炉墙布置。这种加热炉结构简单、质量轻，其热效较低。图8-9中（b）型是辐射对流型圆筒加热炉，在炉体上部设有水平方向布置的对流室，底部为辐射室，结构较复杂。

图8-9 圆筒炉

圆筒炉结构紧凑，配件少，热损失小，造价较低。可采用上部吊管固定，节省了管架合金材料用量，炉管立式排列，炉管自由悬挂或支撑，可自由伸缩，不受自重的弯曲应力影响。但立式排列使得沿管长方向受热不均匀，而且竖直立管不易清焦，存在气液分层问题，热效率不如立式炉。

3.裂解炉

裂解炉（图8-10）是反应器与加热炉融为一体的加热炉。原料在辐射炉管内流过，管外通过燃料燃烧的高温火焰、产生的烟道气、炉墙辐射加热将热量经辐射管管壁传给管内物料，裂解反应在管内高温下进行，管内无催化剂，也称为石油烃热裂解。

图8-10 乙烯裂解炉

裂解炉的工作原理是裂解原料首先进入裂解炉的对流室升温，到一定温度后与稀释剂混合继续升温（到600～650℃），然后通过挡板进入裂解炉的辐射室继续升温到反应温度（800～850℃），并发生裂解反应，最后高温裂解产物通过急冷换热器将温度降低后，到后续分馏塔。

二、管式加热炉结构组成

管式加热炉（图8-11）是一种直接受热式加热设备，主要用于加热液体或气体化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料气。管式加热炉的传热方式以辐射传热为主，由辐射室、对流室、燃烧系统、通风系统、余热回收系统、辅助设备等六部分组成，主要的部件包括对流管、辐射管、燃烧器、烟囱，烟道挡板等。在对流室和辐射室内敷设炉管，在烟囱内设有烟道挡板。在辐射室的底部、例壁或上部，安装有燃烧器。

（一）辐射室

辐射室也称炉膛，是燃料燃烧和辐射放热的地方，通过火焰或高温烟气进行辐射传热。辐射室直接受火焰冲刷，温度很高，可达600～1600℃，是热交换的主要场所，全炉热负荷的70%～80%是由辐射室担负的，是全炉最重要的部分。辐射室炉墙由耐热层、隔热层和保护层组成。

安置在辐射段的称为辐射管，通过燃料燃烧的高温火焰、产生的烟道气、炉墙辐射加热将热量经辐射管管壁传给物料。

图8-11 管式加热炉的结构

（二）对流室

对流室也称对流段，靠辐射室出来的高温烟气进行以对流传热为主的换热，是高温烟气对流放热（或油品吸热）的地方，对流室一般担负全炉热负荷的20%～30%。对流室在辐射室的顶上，有炉管、过热蒸汽、注水预热管。对流室比辐射室的体积小得多，目的是强化对流传热，降低烟气温度，提高加热炉的热效率。

安置在对流段的称为对流管，对流管内物料被管外的高温烟道气以对流方式进行加热并气化，进入辐射管，故对流管又称为预热管。

炉管在高温和有氧化的条件下工作，长期使用的炉管有明显的蠕变现象，在局部的过热处甚至会破裂，所以炉管的材料选择要恰当。在对流室内，为了提高管外烟气对管子的传热效率，常采用翅片管和钉头管来降低管外侧的传热热阻，但当加热气态介质时（如蒸汽、氢气或空气等），由于管子内、外侧膜传热系数基本相当，在对流室采用钉头管或翅片管就没有必要了，而应采用光管较为经济合理。

（三）燃烧系统(www.xing528.com)

燃烧系统是以燃烧器和配风器组成的，使加热炉完成燃料燃烧过程。其性能好坏直接决定燃烧质量。看火孔观察炉膛燃烧情况见图8-12所示。SJ和VI型燃烧器结构简图见图8-13和图8-14。

图8-12 看火孔观察炉膛燃烧情况

图8-13 SJ型燃烧器结构简图

配风器是分配和输送燃烧空气的部件，其作用是供给燃料适量的空气，并使空气和燃料迅速完善地混合。用于烧油的配风器将供给的空气分成一次风和二次风、一次风解决着火、稳燃和减少炭黑生成等问题，二次风供给大量空气以保证完全燃烧。

燃烧器也称火嘴、烧嘴，是使燃料和空气以一定方式喷出混合（或混合喷出）燃烧的装置统称，是加热炉提供热量的部件，火嘴的燃烧质量直接影响加热炉的生产能力和炉管寿命。各种气体（或液体）通过各式火嘴来燃烧发热的，燃料雾化并混合空气进行燃烧。按所用燃料不同，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油气联合燃烧器（图8-16）。

图8-14 VI型燃烧器结构简图

烧嘴因其所安装的位置不同分为底部烧嘴和侧壁烧嘴，管式炉的烧嘴设置方式可分为三种：全部由底部烧嘴供热；全部由侧壁烧嘴供热；由底部和侧壁烧嘴联合供热（图8-15）。

图8-15 裂解炉烧嘴位置

图8-16 油—气联合火嘴

燃料油燃烧器中液体燃料要先把燃料油雾化成细小微粒，然后在燃烧室里，在热辐射的作用下，被加热、蒸发、分解、转化成气态，才能着火燃烧。

（四）通风系统

通风系统的作用是将燃烧用的空气导入燃烧器，将废烟气引出炉子。燃烧所需要的空气通过强制通风和自然通风两种方法供给。一般在采用空气预热器的加热炉用强制通风，其余原则上都是自然通风，即通过烟囱的抽力来实现的，自然通风调节空气量是通过调节烟囱挡板至一定开度和调节燃烧器的调风门来实现的。强制通风一般采用机械通风方式，安装吸、送风机。

自然通风的加热炉，由于烟囱内的烟气温度比外界空气高，气体密度相对较小，容易向上流动，烟囱入口存在抽力，在此抽力的作用下，使炉内产生负压，燃料燃烧时所需要的空气进入炉内。一般炉膛负压应保持在-50～-100Pa。

烟囱的作用是将炉膛的烟气排入大气中，是加热炉烟气集合和排放的地方。一般放在对流室的上面，内部均用耐火和保温材料衬里。为调节烟气排除速度，还装有可活动挡板。烟气流动为上抽式的加热炉烟囱安装在对流室上部；烟气流动为下行式的加热炉，烟囱安装在炉侧，并设有烟道。

（五）余热回收系统

余热回收系统（图8-17）是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分。回收方法分为两类，一类采用空气预热方式回收热量；另一类是采用余热锅炉回收热量。

管式加热炉的排烟温度一般在200～300℃左右，必须尽量地加以回收利用。这些热量可以用来预热空气、预热油品、发生蒸汽这都是提高加热炉效率，节约燃料的有效措施。

图8-17 预热空气余热回收系统

1.预热空气

用加热炉排出的烟气来预热空气，不仅节约了燃料，而且可以扩大其加热能力，还能降低加热炉的限音噪声，烧油火嘴的结焦现象可以减少。

目前比较普遍采用的空气预热器，采用空气预热技术、对烟气废热的回收，设置空气预热器的加热炉一般都为强制通风，因此，有利于进行较低过剩空气量的控制，对加热炉过剩空气量进行控制，是提高加热炉热效率的又一重要措施。

另外，为了保证加热炉的运转不受空气预热器故障的扰，空气预热系统都备有旁路，在必要时可使加热炉继续运转。

2.设置废热锅炉，利用烟气热量产生中低压蒸汽

这种烟气热量回收的方法，可以产生0.2～1MPa的中低压水蒸气并且使烟气温度降到180～200℃。

（六）辅助设备

辅助设备包括防爆门、看火孔、人孔门、平台、烟道挡板、调节手柄等。

（1）防爆门：负压自重式防爆门，平时靠自重关闭，当炉内压力增高时，防爆门即被打开。

（2）看火孔：观看炉膛内所有火嘴的整个火焰；观看辐射管、底排遮蔽管的受热状况，管壁被氧化的情况，炉管的弯曲程度等。

（3）烟道挡板：调节烟囱内挡板开度可以控制一定的抽力，保证炉膛内最合适的负压。一般要求炉膛内具有-19.6～-39.2Pa的负压，在打开看火门观察炉膛时，火焰不会外扑，确保操作安全。

（4）人孔门：进行安装及检修等工作。