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提高管式加熱爐處理能力的幾種方法
發(fā)布時(shí)間：2021-05-11
管式加熱爐主要運(yùn)用于冶金，玻璃，熱處理，鋰電正負(fù)極材料，新能源，磨具等行業(yè)測(cè)定材料在一定氣氛條件下的專業(yè)設(shè)備。
那么，要怎樣提高管式加熱爐處理能力呢？
1.增加對(duì)流管表面積
增加對(duì)流管表面積能增大對(duì)流段的熱負(fù)荷。對(duì)流段位于輻射室上部,增加對(duì)流室高度比增加輻射室高度容易。在常減壓裝置、焦化裝置中通常可采用這種改造方法。對(duì)流段排煙溫度與介質(zhì)進(jìn)口溫度之差,國(guó)外要求低于30℃,國(guó)內(nèi)多為100～150℃。可從以下三個(gè)方面進(jìn)行改造。
其一，增加對(duì)流管數(shù)量。管式加熱爐對(duì)流段上部一般留有高度不小于800mm的檢修空間，小型加熱爐高度不小于600mm，可在此空間加裝對(duì)流管。若空間不夠，可加高對(duì)流段，以增加對(duì)流管的換熱面積。
山東省某煉油廠250×105t/a常減壓裝置加熱爐，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷23.255MW,對(duì)流段爐管為152mm×8mm，18排，每排12根，共計(jì)216根。欲提高處理量，該爐熱負(fù)荷就不夠，于是在對(duì)流段上部增加一組爐管,計(jì)6排，72根對(duì)流管，熱負(fù)荷增加20%，滿足了工藝要求。
其二，用擴(kuò)大表面管替代光管。舊式加熱爐對(duì)流段有的用光管，可以用翅片管或釘頭管代替。釘頭管表面積是光管的2～3倍,翅片管表面積是光管的8～11倍［2］。代替后原來(lái)的管板不能再用，需重新制作管板。如果燃燒器燒油，需增設(shè)吹灰器吹灰。建議采用聲波吹灰器,吹灰介質(zhì)為壓縮空氣,吹灰效果好,可提高對(duì)流傳熱系數(shù),降低排煙溫度,同樣可提高加熱爐的熱負(fù)荷。
其三，用翅片管替代釘頭管。舊式管式爐對(duì)流管若燒氣體燃料，可用傳熱面積更大的翅片管代替釘頭管,但要保證外部安裝尺寸與釘頭管的相同，以便仍使用原來(lái)的管板。
某原油加熱爐采取油氣混燒，對(duì)流段為釘頭管，現(xiàn)改為只燒氣體燃料。為提高加熱爐的熱負(fù)荷，將原來(lái)的6排釘頭管拆下，換用6排翅片管。結(jié)果對(duì)流段排煙溫度降低，熱負(fù)荷增加5%。
用擴(kuò)大表面管替代光管或用翅片管替代釘頭管，會(huì)增大爐內(nèi)煙氣側(cè)壓力降，降低排煙溫度，使煙囪抽力減小。若抽力不足，需增加煙囪高度，或在對(duì)流段上部增設(shè)引風(fēng)機(jī)。同時(shí)應(yīng)核算加熱爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)是否滿足載荷增加的要求。若基礎(chǔ)受到載荷限制，上述改造方案難以實(shí)施，可考慮將整個(gè)對(duì)流段置于地面，并設(shè)一獨(dú)立煙囪。增加對(duì)流爐管也會(huì)使?fàn)t管內(nèi)介質(zhì)的壓力降增加，故應(yīng)核算加熱爐燃料進(jìn)料泵的揚(yáng)程,保證不影響加熱爐的處理能力。
2.增加輻射管換熱面積
很多情況下，可通過(guò)增加輻射室的高度（即輻射管的高度）來(lái)增加圓筒形立式爐輻射管的換熱面積。對(duì)水平管箱式爐，在爐管上部或接近爐底的下部有可利用的空間用來(lái)增加爐管數(shù)量，從而增加輻射管的換熱面積。輻射管的根數(shù)與爐管直徑、管心距有關(guān)，輻射段尺寸受加熱爐地基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、燃燒器布置等影響。
某圓筒形立式加熱爐熱負(fù)荷為29.069MW，四管程，88根管，管外徑127mm，管心距250mm，爐管壓力降為3.1MPa。若輻射盤(pán)管改用外徑152mm爐管，并加高1.5m,則只有72根管，管心距304mm，管內(nèi)介質(zhì)壓力降減小到2.24MPa。但使用大直徑爐管，須重新制作爐管吊鉤和爐管拉鉤，爐底導(dǎo)向管和轉(zhuǎn)油線也應(yīng)相應(yīng)修改。
3.修正煙囪高度
煙囪的主要用途是安全有效地排放煙氣。如果結(jié)構(gòu)不合理，爐膛便產(chǎn)生正壓而限制加熱爐的操作。煙囪可通過(guò)增加高度或直徑加以修正，但煙囪所受的風(fēng)載荷會(huì)增加，故加熱爐基礎(chǔ)和鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性須重新核算，以保證滿足風(fēng)載荷增加后煙囪的力學(xué)性能要求。
某裝置有一臺(tái)常壓加熱爐和一臺(tái)減壓加熱爐，都采取自然通風(fēng)，獨(dú)立煙囪，對(duì)流段位于爐頂部，欲通過(guò)加高對(duì)流段來(lái)提高熱負(fù)荷。為了減輕基礎(chǔ)載荷，去掉各自獨(dú)立煙囪，采用了一聯(lián)合落地?zé)焽琛Ｒ驅(qū)α鞫螣煔鈧?cè)壓力降較大，煙氣排放不暢，減壓加熱爐內(nèi)產(chǎn)生正壓，于是在減壓爐對(duì)流室上部安裝一獨(dú)立煙囪，抽力增大，解決了正壓?jiǎn)栴}。
4.換用新型燃燒器或變自然通風(fēng)為強(qiáng)制供風(fēng)
燃燒器是加熱爐的關(guān)鍵設(shè)備,自然通風(fēng)的燃燒器需要更多的過(guò)�？諝�，火焰長(zhǎng)，通過(guò)燃燒器的空氣壓降為7.6～15.2mmH2O，燃燒空氣被低速導(dǎo)入,很難與燃油充分混合。燃油的過(guò)�？諝庀禂�(shù)為0.30～0.40；氣體燃料為0.15～0.20。
強(qiáng)制供風(fēng)的燃燒器壓力降為50.8～152.4mmH2O，空氣高速進(jìn)入，湍流激烈，火焰短小有力,爐膛內(nèi)爐管受熱均勻，空氣壓力使燃料和空氣充分混合，燃料油的過(guò)�？諝庀禂�(shù)為0.10～0.15，燃料氣的為0.05～0.10，燃燒充分，放射煙塵粒子減少，火焰形狀和剛度易于控制，工作噪聲低［3］。
減小過(guò)剩空氣系數(shù)一般能節(jié)省燃料2%～3%。但對(duì)低氮燃燒器而言，其火焰很長(zhǎng)，若過(guò)剩空氣系數(shù)減小到設(shè)計(jì)值，則操作較困難。
以渣油為燃料的VI型或VIB型燃燒器負(fù)荷稍大時(shí)顯得供風(fēng)不足,燃燒不充分，火焰偏瘦,充滿度偏小,使一部分二次風(fēng)與霧化蒸汽未充分混合而進(jìn)入爐膛。應(yīng)適當(dāng)增大霧化角或減小火道尺寸,以保證一、二次風(fēng)的充分混合。
5.增設(shè)空氣預(yù)熱系統(tǒng)
這是加熱爐常見(jiàn)的改造方式。煙氣出口溫度每下降35℃，熱效率提高1%。如果煙氣溫度高于340℃，熱負(fù)荷大于9.3MW，應(yīng)在對(duì)流段和煙囪之間增設(shè)空氣預(yù)熱器預(yù)熱燃燒空氣，余熱可以利用。同時(shí)要安裝強(qiáng)制供風(fēng)燃燒器、鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)道、熱風(fēng)道和煙道等。預(yù)熱器用于中小型加熱爐時(shí),應(yīng)盡量頂置,以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),降低改造費(fèi)用。一般靠爐子原來(lái)的煙囪自然排煙，應(yīng)避免排煙溫度接近露點(diǎn)溫度,排煙溫度以200～250℃為宜。
燃料中有6%～10%的硫燃燒后轉(zhuǎn)化成SO3，繼而生成硫酸。煙氣內(nèi)SO3含量越高，露點(diǎn)溫度越高。管壁溫度至少要高于煙氣露點(diǎn)溫度25℃。若燃料中硫含量小于1%，管壁溫度最低為135℃；若燃料中硫含量為4%～5%，管壁溫度最低為149℃［1］。
避免煙氣露點(diǎn)腐蝕的措施有：用低壓蒸汽或熱油預(yù)熱空氣；用預(yù)熱器出口高溫空氣循環(huán)預(yù)熱進(jìn)口空氣，以保持較高的空氣進(jìn)口溫度；采用低合金耐腐蝕鋼或非金屬材料。
6.應(yīng)用高溫輻射涂料增強(qiáng)換熱效果
近幾年來(lái),在管式爐爐膛內(nèi)表面噴涂高溫輻射涂料,以增強(qiáng)輻射傳熱量。爐內(nèi)壁常用的耐火材料(耐火磚、耐火混凝土和耐火纖維氈三大類)輻射系數(shù)小,而高溫輻射涂料的幅射系數(shù)大,涂抹后會(huì)增加熱源對(duì)爐壁的輻射傳熱量,使?fàn)t壁表面溫度上升,達(dá)到增大爐管的傳熱量和加熱爐的熱負(fù)荷之目的。
燃料在管式加熱爐的輻射室(極少數(shù)在單獨(dú)的燃燒室)內(nèi)燃燒，釋放出的熱量主要通過(guò)輻射傳熱和對(duì)流傳熱傳遞給爐管，再經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)傳熱和對(duì)流傳熱傳遞給被加熱介質(zhì)。
那么，要怎樣提高管式加熱爐處理能力呢？
1.增加對(duì)流管表面積
增加對(duì)流管表面積能增大對(duì)流段的熱負(fù)荷。對(duì)流段位于輻射室上部,增加對(duì)流室高度比增加輻射室高度容易。在常減壓裝置、焦化裝置中通常可采用這種改造方法。對(duì)流段排煙溫度與介質(zhì)進(jìn)口溫度之差,國(guó)外要求低于30℃,國(guó)內(nèi)多為100～150℃。可從以下三個(gè)方面進(jìn)行改造。
其一，增加對(duì)流管數(shù)量。管式加熱爐對(duì)流段上部一般留有高度不小于800mm的檢修空間，小型加熱爐高度不小于600mm，可在此空間加裝對(duì)流管。若空間不夠，可加高對(duì)流段，以增加對(duì)流管的換熱面積。
山東省某煉油廠250×105t/a常減壓裝置加熱爐，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷23.255MW,對(duì)流段爐管為152mm×8mm，18排，每排12根，共計(jì)216根。欲提高處理量，該爐熱負(fù)荷就不夠，于是在對(duì)流段上部增加一組爐管,計(jì)6排，72根對(duì)流管，熱負(fù)荷增加20%，滿足了工藝要求。
其二，用擴(kuò)大表面管替代光管。舊式加熱爐對(duì)流段有的用光管，可以用翅片管或釘頭管代替。釘頭管表面積是光管的2～3倍,翅片管表面積是光管的8～11倍［2］。代替后原來(lái)的管板不能再用，需重新制作管板。如果燃燒器燒油，需增設(shè)吹灰器吹灰。建議采用聲波吹灰器,吹灰介質(zhì)為壓縮空氣,吹灰效果好,可提高對(duì)流傳熱系數(shù),降低排煙溫度,同樣可提高加熱爐的熱負(fù)荷。
其三，用翅片管替代釘頭管。舊式管式爐對(duì)流管若燒氣體燃料，可用傳熱面積更大的翅片管代替釘頭管,但要保證外部安裝尺寸與釘頭管的相同，以便仍使用原來(lái)的管板。
某原油加熱爐采取油氣混燒，對(duì)流段為釘頭管，現(xiàn)改為只燒氣體燃料。為提高加熱爐的熱負(fù)荷，將原來(lái)的6排釘頭管拆下，換用6排翅片管。結(jié)果對(duì)流段排煙溫度降低，熱負(fù)荷增加5%。
用擴(kuò)大表面管替代光管或用翅片管替代釘頭管，會(huì)增大爐內(nèi)煙氣側(cè)壓力降，降低排煙溫度，使煙囪抽力減小。若抽力不足，需增加煙囪高度，或在對(duì)流段上部增設(shè)引風(fēng)機(jī)。同時(shí)應(yīng)核算加熱爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)是否滿足載荷增加的要求。若基礎(chǔ)受到載荷限制，上述改造方案難以實(shí)施，可考慮將整個(gè)對(duì)流段置于地面，并設(shè)一獨(dú)立煙囪。增加對(duì)流爐管也會(huì)使?fàn)t管內(nèi)介質(zhì)的壓力降增加，故應(yīng)核算加熱爐燃料進(jìn)料泵的揚(yáng)程,保證不影響加熱爐的處理能力。
2.增加輻射管換熱面積
很多情況下，可通過(guò)增加輻射室的高度（即輻射管的高度）來(lái)增加圓筒形立式爐輻射管的換熱面積。對(duì)水平管箱式爐，在爐管上部或接近爐底的下部有可利用的空間用來(lái)增加爐管數(shù)量，從而增加輻射管的換熱面積。輻射管的根數(shù)與爐管直徑、管心距有關(guān)，輻射段尺寸受加熱爐地基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、燃燒器布置等影響。
某圓筒形立式加熱爐熱負(fù)荷為29.069MW，四管程，88根管，管外徑127mm，管心距250mm，爐管壓力降為3.1MPa。若輻射盤(pán)管改用外徑152mm爐管，并加高1.5m,則只有72根管，管心距304mm，管內(nèi)介質(zhì)壓力降減小到2.24MPa。但使用大直徑爐管，須重新制作爐管吊鉤和爐管拉鉤，爐底導(dǎo)向管和轉(zhuǎn)油線也應(yīng)相應(yīng)修改。
3.修正煙囪高度
煙囪的主要用途是安全有效地排放煙氣。如果結(jié)構(gòu)不合理，爐膛便產(chǎn)生正壓而限制加熱爐的操作。煙囪可通過(guò)增加高度或直徑加以修正，但煙囪所受的風(fēng)載荷會(huì)增加，故加熱爐基礎(chǔ)和鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性須重新核算，以保證滿足風(fēng)載荷增加后煙囪的力學(xué)性能要求。
某裝置有一臺(tái)常壓加熱爐和一臺(tái)減壓加熱爐，都采取自然通風(fēng)，獨(dú)立煙囪，對(duì)流段位于爐頂部，欲通過(guò)加高對(duì)流段來(lái)提高熱負(fù)荷。為了減輕基礎(chǔ)載荷，去掉各自獨(dú)立煙囪，采用了一聯(lián)合落地?zé)焽琛Ｒ驅(qū)α鞫螣煔鈧?cè)壓力降較大，煙氣排放不暢，減壓加熱爐內(nèi)產(chǎn)生正壓，于是在減壓爐對(duì)流室上部安裝一獨(dú)立煙囪，抽力增大，解決了正壓?jiǎn)栴}。
4.換用新型燃燒器或變自然通風(fēng)為強(qiáng)制供風(fēng)
燃燒器是加熱爐的關(guān)鍵設(shè)備,自然通風(fēng)的燃燒器需要更多的過(guò)�？諝�，火焰長(zhǎng)，通過(guò)燃燒器的空氣壓降為7.6～15.2mmH2O，燃燒空氣被低速導(dǎo)入,很難與燃油充分混合。燃油的過(guò)�？諝庀禂�(shù)為0.30～0.40；氣體燃料為0.15～0.20。
強(qiáng)制供風(fēng)的燃燒器壓力降為50.8～152.4mmH2O，空氣高速進(jìn)入，湍流激烈，火焰短小有力,爐膛內(nèi)爐管受熱均勻，空氣壓力使燃料和空氣充分混合，燃料油的過(guò)�？諝庀禂�(shù)為0.10～0.15，燃料氣的為0.05～0.10，燃燒充分，放射煙塵粒子減少，火焰形狀和剛度易于控制，工作噪聲低［3］。
減小過(guò)剩空氣系數(shù)一般能節(jié)省燃料2%～3%。但對(duì)低氮燃燒器而言，其火焰很長(zhǎng)，若過(guò)剩空氣系數(shù)減小到設(shè)計(jì)值，則操作較困難。
以渣油為燃料的VI型或VIB型燃燒器負(fù)荷稍大時(shí)顯得供風(fēng)不足,燃燒不充分，火焰偏瘦,充滿度偏小,使一部分二次風(fēng)與霧化蒸汽未充分混合而進(jìn)入爐膛。應(yīng)適當(dāng)增大霧化角或減小火道尺寸,以保證一、二次風(fēng)的充分混合。
5.增設(shè)空氣預(yù)熱系統(tǒng)
這是加熱爐常見(jiàn)的改造方式。煙氣出口溫度每下降35℃，熱效率提高1%。如果煙氣溫度高于340℃，熱負(fù)荷大于9.3MW，應(yīng)在對(duì)流段和煙囪之間增設(shè)空氣預(yù)熱器預(yù)熱燃燒空氣，余熱可以利用。同時(shí)要安裝強(qiáng)制供風(fēng)燃燒器、鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)道、熱風(fēng)道和煙道等。預(yù)熱器用于中小型加熱爐時(shí),應(yīng)盡量頂置,以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),降低改造費(fèi)用。一般靠爐子原來(lái)的煙囪自然排煙，應(yīng)避免排煙溫度接近露點(diǎn)溫度,排煙溫度以200～250℃為宜。
燃料中有6%～10%的硫燃燒后轉(zhuǎn)化成SO3，繼而生成硫酸。煙氣內(nèi)SO3含量越高，露點(diǎn)溫度越高。管壁溫度至少要高于煙氣露點(diǎn)溫度25℃。若燃料中硫含量小于1%，管壁溫度最低為135℃；若燃料中硫含量為4%～5%，管壁溫度最低為149℃［1］。
避免煙氣露點(diǎn)腐蝕的措施有：用低壓蒸汽或熱油預(yù)熱空氣；用預(yù)熱器出口高溫空氣循環(huán)預(yù)熱進(jìn)口空氣，以保持較高的空氣進(jìn)口溫度；采用低合金耐腐蝕鋼或非金屬材料。
6.應(yīng)用高溫輻射涂料增強(qiáng)換熱效果
近幾年來(lái),在管式爐爐膛內(nèi)表面噴涂高溫輻射涂料,以增強(qiáng)輻射傳熱量。爐內(nèi)壁常用的耐火材料(耐火磚、耐火混凝土和耐火纖維氈三大類)輻射系數(shù)小,而高溫輻射涂料的幅射系數(shù)大,涂抹后會(huì)增加熱源對(duì)爐壁的輻射傳熱量,使?fàn)t壁表面溫度上升,達(dá)到增大爐管的傳熱量和加熱爐的熱負(fù)荷之目的。
