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提高管式加熱爐處理能力的幾種方法
發(fā)布時間：2021-05-11
管式加熱爐主要運用于冶金，玻璃，熱處理，鋰電正負極材料，新能源，磨具等行業(yè)測定材料在一定氣氛條件下的專業(yè)設備。
那么，要怎樣提高管式加熱爐處理能力呢？
1.增加對流管表面積
增加對流管表面積能增大對流段的熱負荷。對流段位于輻射室上部,增加對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�？刹捎眠@種改造方法。對流段排煙溫度與介質進口溫度之差,國外要求低于30℃,國內多為100～150℃�？蓮囊韵氯齻�方面進行改造。
其一，增加對流管數(shù)量。管式加熱爐對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，可在此空間加裝對流管。若空間不夠，可加高對流段，以增加對流管的換熱面積。
山東省某煉油廠250×105t/a常減壓裝置加熱爐，設計熱負荷23.255MW,對流段爐管為152mm×8mm，18排，每排12根，共計216根。欲提高處理量，該爐熱負荷就不夠，于是在對流段上部增加一組爐管,計6排，72根對流管，熱負荷增加20%，滿足了工藝要求。
其二，用擴大表面管替代光管。舊式加熱爐對流段有的用光管，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］。代替后原來的管板不能再用，需重新制作管板。如果燃燒器燒油，需增設吹灰器吹灰。建議采用聲波吹灰器,吹灰介質為壓縮空氣,吹灰效果好,可提高對流傳熱系數(shù),降低排煙溫度,同樣可提高加熱爐的熱負荷。
其三，用翅片管替代釘頭管。舊式管式爐對流管若燒氣體燃料，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，以便仍使用原來的管板。
某原油加熱爐采取油氣混燒，對流段為釘頭管，現(xiàn)改為只燒氣體燃料。為提高加熱爐的熱負荷，將原來的6排釘頭管拆下，換用6排翅片管。結果對流段排煙溫度降低，熱負荷增加5%。
用擴大表面管替代光管或用翅片管替代釘頭管，會增大爐內煙氣側壓力降，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，或在對流段上部增設引風機。同時應核算加熱爐鋼結構及基礎是否滿足載荷增加的要求。若基礎受到載荷限制，上述改造方案難以實施，可考慮將整個對流段置于地面，并設一獨立煙囪。增加對流爐管也會使爐管內介質的壓力降增加，故應核算加熱爐燃料進料泵的揚程,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，可通過增加輻射室的高度（即輻射管的高度）來增加圓筒形立式爐輻射管的換熱面積。對水平管箱式爐，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，輻射段尺寸受加熱爐地基礎、鋼結構、燃燒器布置等影響。
某圓筒形立式加熱爐熱負荷為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，管內介質壓力降減小到2.24MPa。但使用大直徑爐管，須重新制作爐管吊鉤和爐管拉鉤，爐底導向管和轉油線也應相應修改。
3.修正煙囪高度
煙囪的主要用途是安全有效地排放煙氣。如果結構不合理，爐膛便產生正壓而限制加熱爐的操作。煙囪可通過增加高度或直徑加以修正，但煙囪所受的風載荷會增加，故加熱爐基礎和鋼結構的強度及穩(wěn)定性須重新核算，以保證滿足風載荷增加后煙囪的力學性能要求。
某裝置有一臺常壓加熱爐和一臺減壓加熱爐，都采取自然通風，獨立煙囪，對流段位于爐頂部，欲通過加高對流段來提高熱負荷。為了減輕基礎載荷，去掉各自獨立煙囪，采用了一聯(lián)合落地煙囪。因對流段煙氣側壓力降較大，煙氣排放不暢，減壓加熱爐內產生正壓，于是在減壓爐對流室上部安裝一獨立煙囪，抽力增大，解決了正壓問題。
4.換用新型燃燒器或變自然通風為強制供風
燃燒器是加熱爐的關鍵設備,自然通風的燃燒器需要更多的過剩空氣，火焰長，通過燃燒器的空氣壓降為7.6～15.2mmH2O，燃燒空氣被低速導入,很難與燃油充分混合。燃油的過�？諝庀禂�(shù)為0.30～0.40；氣體燃料為0.15～0.20。
強制供風的燃燒器壓力降為50.8～152.4mmH2O，空氣高速進入，湍流激烈，火焰短小有力,爐膛內爐管受熱均勻，空氣壓力使燃料和空氣充分混合，燃料油的過剩空氣系數(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］。
減小過剩空氣系數(shù)一般能節(jié)省燃料2%～3%。但對低氮燃燒器而言，其火焰很長，若過�？諝庀禂�(shù)減小到設計值，則操作較困難。
以渣油為燃料的VI型或VIB型燃燒器負荷稍大時顯得供風不足,燃燒不充分，火焰偏瘦,充滿度偏小,使一部分二次風與霧化蒸汽未充分混合而進入爐膛。應適當增大霧化角或減小火道尺寸,以保證一、二次風的充分混合。
5.增設空氣預熱系統(tǒng)
這是加熱爐常見的改造方式。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℃，熱負荷大于9.3MW，應在對流段和煙囪之間增設空氣預熱器預熱燃燒空氣，余熱可以利用。同時要安裝強制供風燃燒器、鼓風機或引風機、冷風道、熱風道和煙道等。預熱器用于中小型加熱爐時,應盡量頂置,以簡化結構,降低改造費用。一般靠爐子原來的煙囪自然排煙，應避免排煙溫度接近露點溫度,排煙溫度以200～250℃為宜。
燃料中有6%～10%的硫燃燒后轉化成SO3，繼而生成硫酸。煙氣內SO3含量越高，露點溫度越高。管壁溫度至少要高于煙氣露點溫度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］。
避免煙氣露點腐蝕的措施有：用低壓蒸汽或熱油預熱空氣；用預熱器出口高溫空氣循環(huán)預熱進口空氣，以保持較高的空氣進口溫度；采用低合金耐腐蝕鋼或非金屬材料。
6.應用高溫輻射涂料增強換熱效果
近幾年來,在管式爐爐膛內表面噴涂高溫輻射涂料,以增強輻射傳熱量。爐內壁常用的耐火材料(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,涂抹后會增加熱源對爐壁的輻射傳熱量,使爐壁表面溫度上升,達到增大爐管的傳熱量和加熱爐的熱負荷之目的。
燃料在管式加熱爐的輻射室(極少數(shù)在單獨的燃燒室)內燃燒，釋放出的熱量主要通過輻射傳熱和對流傳熱傳遞給爐管，再經過傳導傳熱和對流傳熱傳遞給被加熱介質。
那么，要怎樣提高管式加熱爐處理能力呢？
1.增加對流管表面積
增加對流管表面積能增大對流段的熱負荷。對流段位于輻射室上部,增加對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�？刹捎眠@種改造方法。對流段排煙溫度與介質進口溫度之差,國外要求低于30℃,國內多為100～150℃�？蓮囊韵氯齻�方面進行改造。
其一，增加對流管數(shù)量。管式加熱爐對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，可在此空間加裝對流管。若空間不夠，可加高對流段，以增加對流管的換熱面積。
山東省某煉油廠250×105t/a常減壓裝置加熱爐，設計熱負荷23.255MW,對流段爐管為152mm×8mm，18排，每排12根，共計216根。欲提高處理量，該爐熱負荷就不夠，于是在對流段上部增加一組爐管,計6排，72根對流管，熱負荷增加20%，滿足了工藝要求。
其二，用擴大表面管替代光管。舊式加熱爐對流段有的用光管，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］。代替后原來的管板不能再用，需重新制作管板。如果燃燒器燒油，需增設吹灰器吹灰。建議采用聲波吹灰器,吹灰介質為壓縮空氣,吹灰效果好,可提高對流傳熱系數(shù),降低排煙溫度,同樣可提高加熱爐的熱負荷。
其三，用翅片管替代釘頭管。舊式管式爐對流管若燒氣體燃料，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，以便仍使用原來的管板。
某原油加熱爐采取油氣混燒，對流段為釘頭管，現(xiàn)改為只燒氣體燃料。為提高加熱爐的熱負荷，將原來的6排釘頭管拆下，換用6排翅片管。結果對流段排煙溫度降低，熱負荷增加5%。
用擴大表面管替代光管或用翅片管替代釘頭管，會增大爐內煙氣側壓力降，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，或在對流段上部增設引風機。同時應核算加熱爐鋼結構及基礎是否滿足載荷增加的要求。若基礎受到載荷限制，上述改造方案難以實施，可考慮將整個對流段置于地面，并設一獨立煙囪。增加對流爐管也會使爐管內介質的壓力降增加，故應核算加熱爐燃料進料泵的揚程,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，可通過增加輻射室的高度（即輻射管的高度）來增加圓筒形立式爐輻射管的換熱面積。對水平管箱式爐，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，輻射段尺寸受加熱爐地基礎、鋼結構、燃燒器布置等影響。
某圓筒形立式加熱爐熱負荷為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，管內介質壓力降減小到2.24MPa。但使用大直徑爐管，須重新制作爐管吊鉤和爐管拉鉤，爐底導向管和轉油線也應相應修改。
3.修正煙囪高度
煙囪的主要用途是安全有效地排放煙氣。如果結構不合理，爐膛便產生正壓而限制加熱爐的操作。煙囪可通過增加高度或直徑加以修正，但煙囪所受的風載荷會增加，故加熱爐基礎和鋼結構的強度及穩(wěn)定性須重新核算，以保證滿足風載荷增加后煙囪的力學性能要求。
某裝置有一臺常壓加熱爐和一臺減壓加熱爐，都采取自然通風，獨立煙囪，對流段位于爐頂部，欲通過加高對流段來提高熱負荷。為了減輕基礎載荷，去掉各自獨立煙囪，采用了一聯(lián)合落地煙囪。因對流段煙氣側壓力降較大，煙氣排放不暢，減壓加熱爐內產生正壓，于是在減壓爐對流室上部安裝一獨立煙囪，抽力增大，解決了正壓問題。
4.換用新型燃燒器或變自然通風為強制供風
燃燒器是加熱爐的關鍵設備,自然通風的燃燒器需要更多的過剩空氣，火焰長，通過燃燒器的空氣壓降為7.6～15.2mmH2O，燃燒空氣被低速導入,很難與燃油充分混合。燃油的過�？諝庀禂�(shù)為0.30～0.40；氣體燃料為0.15～0.20。
強制供風的燃燒器壓力降為50.8～152.4mmH2O，空氣高速進入，湍流激烈，火焰短小有力,爐膛內爐管受熱均勻，空氣壓力使燃料和空氣充分混合，燃料油的過剩空氣系數(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］。
減小過剩空氣系數(shù)一般能節(jié)省燃料2%～3%。但對低氮燃燒器而言，其火焰很長，若過�？諝庀禂�(shù)減小到設計值，則操作較困難。
以渣油為燃料的VI型或VIB型燃燒器負荷稍大時顯得供風不足,燃燒不充分，火焰偏瘦,充滿度偏小,使一部分二次風與霧化蒸汽未充分混合而進入爐膛。應適當增大霧化角或減小火道尺寸,以保證一、二次風的充分混合。
5.增設空氣預熱系統(tǒng)
這是加熱爐常見的改造方式。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℃，熱負荷大于9.3MW，應在對流段和煙囪之間增設空氣預熱器預熱燃燒空氣，余熱可以利用。同時要安裝強制供風燃燒器、鼓風機或引風機、冷風道、熱風道和煙道等。預熱器用于中小型加熱爐時,應盡量頂置,以簡化結構,降低改造費用。一般靠爐子原來的煙囪自然排煙，應避免排煙溫度接近露點溫度,排煙溫度以200～250℃為宜。
燃料中有6%～10%的硫燃燒后轉化成SO3，繼而生成硫酸。煙氣內SO3含量越高，露點溫度越高。管壁溫度至少要高于煙氣露點溫度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］。
避免煙氣露點腐蝕的措施有：用低壓蒸汽或熱油預熱空氣；用預熱器出口高溫空氣循環(huán)預熱進口空氣，以保持較高的空氣進口溫度；采用低合金耐腐蝕鋼或非金屬材料。
6.應用高溫輻射涂料增強換熱效果
近幾年來,在管式爐爐膛內表面噴涂高溫輻射涂料,以增強輻射傳熱量。爐內壁常用的耐火材料(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,涂抹后會增加熱源對爐壁的輻射傳熱量,使爐壁表面溫度上升,達到增大爐管的傳熱量和加熱爐的熱負荷之目的。
