chapter9

1、,第九章 加熱爐操作、控制與優(yōu)化技術(shù),加熱爐正常操作狀況,介質(zhì)的總出口溫度、各路流量、溫差及爐膛溫度等均在工藝指標范圍內(nèi)； 輻射室出口處的負壓保持在-19.6～-39.2Pa； 過剩空氣系數(shù)要符合要求； 燃燒器的燃燒情況良好，火焰剛直有力，穩(wěn)定并呈天藍色或桔黃色； 各爐管沒有彎曲、脆皮、鼓包、發(fā)紅、發(fā)暗現(xiàn)象，等等。,,,,,,,,,9-1 加熱爐操作范圍,爐子操作的上限,通

2、常允許的操作上限為設(shè)計熱負荷的120%,提高操作負荷的限制因素：,操作負荷過大，火焰有可能舔到輻射室爐管或遮蔽管上，危及爐子的安全。,負荷?，煙氣量?，阻力?。同時, 煙氣溫度?，使抽力?。當兩者的增加處于平衡時，便是煙氣側(cè)阻力所決定的上限。,負荷增加, 可以提高介質(zhì)流速。但介質(zhì)在管內(nèi)的流速不能過高。,負荷越大，爐膛溫度越高，超負荷運轉(zhuǎn)時結(jié)構(gòu)和材料方面可能產(chǎn)生問題，易損壞爐管支撐件。,爐膛體積、煙氣側(cè)阻力、管內(nèi)流速、火墻溫度等,,,,,

3、,,,,,爐子操作的下限,受熱均勻性 局部過熱,降低負荷后，只點一半甚至1/3以下的燃燒器，使各爐管受熱不均。若關(guān)小每個燃燒器，沿火焰長度方向爐管熱強度分布的不均勻性會比正常負荷下大。,降量操作時，由于管內(nèi)流量減小，管內(nèi)介質(zhì)的傳熱系數(shù)有可能大幅度下降，管內(nèi)介質(zhì)的流動狀態(tài)有可能改變，盤管各路之間也更容易發(fā)生偏流。 選擇管徑時不僅應(yīng)按正常情況下的流量計算，還必須校核低負荷下的管內(nèi)流動狀態(tài)。,,,,

4、,,熱效率和操作負荷的關(guān)系,降低負荷后的熱效率,理論上, 正確操作時, 熱效率應(yīng)該有所上升。,實際上，由于爐子漏風，不易調(diào)好燃燒空氣量等問題存在，在現(xiàn)場操作中負荷顯著降低后，爐子的過剩空氣系數(shù)變大，熱效率反而下降。,超負荷時的熱效率,熱效率當然會逐漸降低，其下降的程度也隨爐子的使用條件和設(shè)計條件而有所不同。,熱效率表達式：,,,,,,,9-2 管內(nèi)結(jié)焦,結(jié)焦的形態(tài),管內(nèi)壁結(jié)上一層焦炭以后，增加了一層焦垢熱阻，使管壁溫度升高。其后

5、，氣相和液相介質(zhì)將繼續(xù)滲透到焦層的孔隙中去，繼續(xù)結(jié)焦，逐漸形成越來越厚的堅實的焦層，使管外壁溫度最終升高到允許值以上，爐管外表面的局部區(qū)域顏色發(fā)生明顯變化。,結(jié)焦的危害,管壁溫度急劇上升，加劇了爐管的腐蝕和高溫氧化，引起爐管鼓包、破裂，同時使管內(nèi)壓力降升高，爐子操作性能惡化，甚至造成裝置停產(chǎn)。,,,結(jié)焦過程：熱裂解?聚縮?流速小，達不到紊流狀態(tài)? 聚縮物殘留在管壁上? 逐漸沉積?形成焦層。,決定結(jié)焦多少的因素：焦炭生成速率及焦層脫落速率

6、。,,,,,,,,,,9-3 加熱爐煙氣最佳含氧量,加熱爐煙氣含氧量應(yīng)控制在既有利于燃料完全燃燒，又不能造成不良影響的狀況下。,影響煙氣含氧量的因素,爐膛負壓 燃燒器特性燃燒器點燃數(shù)量彎頭箱其他,,,,,,,,煙氣最佳含氧量的確定,,,,9-4 爐管的損壞,爐管損壞的形態(tài),,,傳熱惡化腐蝕立管的氧化減薄偏流,介質(zhì)含鹽,爐管損壞的原因與預(yù)防措施,原 因,,,9-5 加熱爐的控制,抽力-煙道擋板自控系統(tǒng)

7、 含氧量自控系統(tǒng) 含氧量-CO含量自控系統(tǒng),,被加熱介質(zhì)出爐溫度控制,流量的控制,燃燒控制,介質(zhì)出爐溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 介質(zhì)出爐溫度與燃料流量串級調(diào)節(jié),,,,,,,,,,返回,返回,返回,抽力-煙道擋板自控,返回,,返回,,返回,,9-6 加熱爐的優(yōu)化技術(shù),優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù),反映工藝功能的,反映經(jīng)濟功能的,性能穩(wěn)定，安全可靠，便于控制，具有一定的操作彈性； 布局合理，符合環(huán)保要求,材料消耗少，基建投資低

8、； 各部件壽命長，便于檢修，維修費用低； 燃料及輔助能耗低，能量利用率高； 日常操作費用少。,,,,,,,,,,優(yōu) 化 內(nèi) 容,節(jié)能目標函數(shù)優(yōu)化值的確定,爐膛溫度優(yōu)化值的確定,燃燒技術(shù)的優(yōu)化,輻射室的優(yōu)化技術(shù),節(jié)能目標函數(shù)優(yōu)化值的確定,經(jīng)濟排煙溫度：,排煙溫度降低,節(jié)能收益（減少燃料消耗）增加,煙氣與吸熱介質(zhì)間的溫差減小，投資費用增加。,由綜合經(jīng)濟效益確定排放煙氣與入爐介質(zhì)間的最小經(jīng)濟溫差，即最低經(jīng)濟排煙

9、溫度。,,,爐壁經(jīng)濟溫度：,爐壁溫度的降低,散熱強度近似線性地下降,保溫厚度的增加呈一條二次曲線的規(guī)律,根據(jù)節(jié)能與投資兩個方面，綜合考慮經(jīng)濟效果，決定出爐墻外表面與大氣間的最小經(jīng)濟溫差，從而求出爐壁的經(jīng)濟厚度。,,,返回,爐膛溫度優(yōu)化值是要解決投資與安全生產(chǎn)的矛盾。,爐膛溫度優(yōu)化值的確定,爐膛溫度 增加,輻射和對流平均熱強度 、 增加，投資費用降低；,管壁溫度 、 相應(yīng)增加，安全性降低。,約束條件：,目標函

10、數(shù) 只受管材安全許用溫度限制。,爐管最高管壁溫度,管材安全許用溫度,爐膛溫度優(yōu)化值,：,而管壁溫度,為保證生產(chǎn)安全 ≤,顯然,受介質(zhì)溫度與管表面熱強度控制。,,,－污垢層熱阻,－硬焦層熱阻,以底燒立管式加熱爐為例給出 的確定方法,,,舉例,返回,設(shè)最高熱強度與最高介質(zhì)溫度在同一位置,底燒立管式加熱爐 的確定,－－爐管受熱的周向、軸向不均勻系數(shù),聯(lián)立上兩式可求解

11、未知數(shù)　，解得的爐膛溫度　　　即為優(yōu)化值，它在安全生產(chǎn)這一約束條件下使全爐爐管材料消耗最少，尤其當爐管為優(yōu)質(zhì)材料時節(jié)省投資的效果更為顯著。,求解該方程是非常困難的，需采用猜算法。,返回,燃燒技術(shù)的優(yōu)化,有效能,燃燒化學能是優(yōu)質(zhì)能，具有很大的做功能力，可考慮應(yīng)用。,煙氣噴射的溫度與燃燒器燃料燃盡率,提高焰煙初始噴射溫度與速度，減少燃料化學能轉(zhuǎn)化為煙氣熱能過程中有效能的損失并合理利用之。,燃燒器內(nèi)燃料燃盡率 、過?？諝庀禂?shù) 是決定

12、焰煙初始噴射溫度 的關(guān)鍵參數(shù)。也是反映燃燒器這方面性能的主要指標。,高效燃燒器的特點,除了實現(xiàn)在較低的過?？諝夂洼^少的輔助能耗下，使燃燒化學能穩(wěn)定、充分地轉(zhuǎn)化成煙氣熱能之外, 還必須以減少能量轉(zhuǎn)化過程“質(zhì)”的下降（即過程損失）為前提，使煙氣保持較高的做功能力。,返回,,,輻射室的優(yōu)化技術(shù),目的: 強化對流傳熱,輻射室煙氣流場,爐膛的主要氣流,燃燒器噴出的射流,返回的回流,形成循環(huán)氣流,循環(huán)氣流對輻射室傳熱的調(diào)節(jié)作用：,可以

13、降低爐管周向不均勻系數(shù)，而且還可以使軸向不均勻性得到很大改善。,輻射室對流傳熱,理論對流傳熱系數(shù)為：,煙氣流速,提高噴射速度可加強分子間的動量交換，增強引射能力，迫使煙氣加劇循環(huán)，使回流煙氣的量與速度增大，達到強化對流傳熱的目的。,,,,,,,返回,,,,,,,第九章小結(jié),9-1 加熱爐操作范圍,爐子操作的上、下限熱效率和操作負荷的關(guān)系,9-2 管內(nèi)結(jié)焦,結(jié)焦的形態(tài)結(jié)焦的危害影響結(jié)焦的因素及防止措施,9-3 加熱爐煙氣最佳含氧量

14、,影響煙氣含氧量的因素煙氣最佳含氧量的確定,9-4 爐管的損壞,9-5 加熱爐的控制,被加熱介質(zhì)出爐溫度控制,流量的控制,燃燒控制,9-6 加熱爐的優(yōu)化技術(shù),節(jié)能目標函數(shù)優(yōu)化值的確定,爐膛溫度優(yōu)化值的確定,燃燒技術(shù)的優(yōu)化,輻射室的優(yōu)化技術(shù),爐管損壞的形態(tài)爐管損壞的原因與預(yù)防措施,有關(guān)加熱爐的書刊書:管式加熱爐 烴加工出版社 TE963煉油專用設(shè)備及配件 烴加工出版

15、社 TE96管式加熱爐技術(shù)問答 中國石化出版社 TE963-44管式加熱爐工藝計算 石油工業(yè)出版社化學工程手冊 化學工業(yè)出版社雜志:石油化工設(shè)備技術(shù) 化工煉油機械石油煉制 石油化工煉油設(shè)計 配管技術(shù)Hydrocarbon