管式加熱爐結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、檢修和腐蝕防治
管式加熱爐通常可以按照外形分類(lèi)可分為以下幾種：
如圖7-2、圖7-3所示，這兩種爐型結(jié)構(gòu)基本一致，只是一為橫管、一為立管。它們的優(yōu)點(diǎn)是只要增加隔墻數(shù)目，可在爐膛體積熱強(qiáng)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(diǎn)是敷管率低，爐管需要合金吊掛，造價(jià)高，需設(shè)獨(dú)立煙囪等。
圖7-4為頂燒式爐。這種爐子的燃燒器和輻射爐管交錯(cuò)排列，單排列雙面輻射，管子沿整個(gè)圓周的熱均勻分布，燃燒器頂燒，對(duì)流室和煙囪在地面。它的缺點(diǎn)是爐子體積大，造價(jià)較高，用于單純加熱不經(jīng)濟(jì)，目前在合成氨廠常用它作為大型輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化爐的爐型。
斜頂爐是由箱式爐演變而來(lái)，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(duì)流室在中間，煙氣下行經(jīng)地下或地面煙道排入煙囪內(nèi)，也可在煙道處加裝空氣預(yù)熱器，提高爐子效率。這種爐子沒(méi)有克服箱式爐的其它缺點(diǎn)，除原有老裝置使用外，新建裝置很少采用。
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(diǎn)。爐管布置在兩側(cè)，中間是一列底燒的燃燒器，煙氣由輻射室經(jīng)對(duì)流室、煙囪一直上行。其燃燒器能量小、數(shù)量多，在爐子中形成一道火焰膜，以提高輻射傳熱效果。目前使用的立式爐多采用這一形式。
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(nèi)輻射面積，提高爐管受熱強(qiáng)度，同時(shí)將輻射室分成兩室，每室可各走一路油品，分別調(diào)節(jié)溫度。
圖7-8為環(huán)形管立式爐，這種爐子用多根U型爐管把火焰包圍起來(lái)，適用于爐管路數(shù)多、管內(nèi)壓力降小的場(chǎng)合。隋爐子熱負(fù)荷的變大，U形管可增加到兩個(gè)甚至三個(gè)，如圖7-9所示。
圖7-10為立管立式爐，是我國(guó)新創(chuàng)的爐型。其爐管沿墻直立排列，與橫管立式爐相比可節(jié)省大量的高鉻鎳鋼管架，并保留了立式爐的優(yōu)點(diǎn)，高熱負(fù)荷加熱爐常選用這種爐型。
這兩種爐子都是單排管雙面輻射爐型。圖7-11為無(wú)焰燃燒爐，其側(cè)壁裝有許多小能量氣體無(wú)焰燃燒器，使整個(gè)側(cè)壁成為均勻輻射面，這種爐型有優(yōu)良的加熱均勻性，并可分區(qū)調(diào)節(jié)溫度，它是乙烯裂解和烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化較合適的爐型之一，但是造價(jià)昂貴，用于純加熱非常不經(jīng)濟(jì)。
圖7-12爐型稱為階梯爐，它在每級(jí)“階梯”的底部安裝一排扁平附墻火焰燃燒器。燃燒器的數(shù)量較無(wú)焰燃燒爐少，造價(jià)也低，但加熱均勻程度和分區(qū)調(diào)節(jié)特性不及無(wú)焰燃燒爐。
當(dāng)爐子熱負(fù)荷很小，熱效率要求不高時(shí)，可采用這兩種爐型。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。
圖7-13為螺旋管式爐，其爐管盤(pán)繞成螺旋狀，屬于立式爐型，但其管內(nèi)特性更接近水平管，能完全排空，管內(nèi)壓降小。主要缺點(diǎn)是被加熱介質(zhì)通常走一路（管程數(shù)為1）。
圖7-14為純輻射爐，沒(méi)有對(duì)流室，火嘴在爐底，爐管直立沿爐墻排成一圈。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較輕，但熱效率低。
它在輻射室頂部增加了水平管式對(duì)流室，并采用釘頭管和翅片管，熱效率較高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬用量大，通常對(duì)流管面積不宜太大，一般要小于輻射爐管面積。國(guó)內(nèi)這種爐型的高徑比約為1.7-2.5.
它用兩排爐管把爐膛分為若干小間，每間設(shè)置一或兩個(gè)大能量高強(qiáng)燃燒器，分隔可沿兩個(gè)方向進(jìn)行，稱之為“十字交叉”分隔法。它通常把對(duì)流室單獨(dú)放在地面上，還有把幾臺(tái)爐子的煙氣用煙道匯集起來(lái)，送進(jìn)一個(gè)公用的對(duì)流室或者廢熱鍋爐。
這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省占地，便于回收余熱，容易實(shí)現(xiàn)多爐集中排煙，減輕大氣污染。
管式加熱爐一般由輻射室、對(duì)流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒及通風(fēng)系統(tǒng)五部分組成，如圖7-1所示。其結(jié)構(gòu)通常包括：鋼結(jié)構(gòu)、爐管、爐墻（內(nèi)襯）、燃燒器、孔類(lèi)配件等。
加熱爐進(jìn)行熱交換的主要場(chǎng)所，其熱負(fù)荷約占全爐的70-80。烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化爐、乙烯裂解爐的反應(yīng)和裂解過(guò)程全部由輻射室來(lái)完成。
輻射室內(nèi)有爐管，通過(guò)火焰或者高溫?zé)煔膺M(jìn)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(qiáng)度和高溫化學(xué)穩(wěn)定性。
對(duì)流室是靠輻射室排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)行對(duì)流傳熱來(lái)加熱物料。煙氣以較高的速度沖刷爐管管壁，進(jìn)行有效的對(duì)流傳熱，其熱負(fù)荷約占全爐的20-30。對(duì)流室一般布置字輻射室之上，有的單獨(dú)放在地面。為了提高傳熱效果，多采用釘頭管和翅片管。
余熱回收系統(tǒng)用以回收加熱爐的排煙余熱。
回收方法有兩類(lèi)：一類(lèi)是靠預(yù)熱燃燒空氣來(lái)回收，使回收的熱量再次返回爐中；另一類(lèi)是采用另外的回收系統(tǒng)回收熱量。前者稱為空氣預(yù)熱方式，后者通常用水回收稱為廢熱鍋爐方式?？諝忸A(yù)熱方式有直接安裝在對(duì)流室上面的固定管式空氣預(yù)熱器，還有單獨(dú)放在地面上的回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器等型式。
目前爐子余熱回收系統(tǒng)多采用空氣預(yù)熱方式，只有高溫管式爐（烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)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(tǒng)后，爐子的總效率可達(dá)到88-90。
燃燒器的作用是完成燃料的燃燒過(guò)程，為熱交換提供熱量。燃燒器由燃料噴嘴、配風(fēng)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?xì)馊紵骱陀?氣聯(lián)合燃燒器。
燃燒器性能的好壞，直接影響燃燒質(zhì)量及爐子的熱效率。操作時(shí)，特別注意火焰要保持剛直有力，調(diào)整火嘴盡可能使?fàn)t膛受熱均勻，避免火焰舔爐管，并實(shí)現(xiàn)低氧燃燒。要保證燃燒質(zhì)量和熱效率，還要有可靠的燃料供應(yīng)系統(tǒng)和良好的空氣預(yù)熱系統(tǒng)。
通風(fēng)系統(tǒng)的作用是把燃燒用空氣導(dǎo)入燃燒器，將廢煙氣引出爐子。它分為自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)兩種方式。前者依靠煙囪本身的抽力，后者使用風(fēng)機(jī)。隨著爐子結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，采用強(qiáng)制通風(fēng)方式日趨普遍。
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鋼結(jié)構(gòu)
鋼結(jié)構(gòu)是管式爐的承載骨架。管式爐的其它構(gòu)件依附于鋼結(jié)構(gòu)，其基本元件是各種型鋼，通過(guò)焊接或螺栓連接構(gòu)成管式爐的骨架。老式管式爐，如方箱爐、斜頂爐等，其鋼結(jié)構(gòu)占整個(gè)管式爐投資的比重較小，近代管式爐其鋼結(jié)構(gòu)的投資比例越來(lái)越大。
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爐墻
管式爐的爐墻結(jié)構(gòu)主要有耐火磚結(jié)構(gòu)、耐火混凝土結(jié)構(gòu)和耐火纖維結(jié)構(gòu)。其中耐火磚結(jié)構(gòu)又分為砌磚爐墻、掛磚爐墻和拉磚爐墻。拉磚爐墻是目前應(yīng)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(zhuǎn)化爐。
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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(duì)流爐管，前者設(shè)置于輻射室內(nèi)，后者設(shè)置于對(duì)流室內(nèi)。為強(qiáng)化傳熱，對(duì)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。
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其他配件
管式爐配件較多，主要有看火孔，點(diǎn)火孔，爐用人孔、防爆門(mén)，吹灰器、煙囪擋板等。
每臺(tái)加熱爐單位時(shí)間內(nèi)向管內(nèi)介質(zhì)傳遞的總熱量，單位為W或kJ/h。爐子的熱負(fù)荷越大，其生產(chǎn)能力越大。
燃料燃燒的總發(fā)熱量除以爐膛體積，稱之為爐膛熱強(qiáng)度（又稱體積熱強(qiáng)度），它表示單位體積的爐膛在單位時(shí)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(qiáng)度越大，完成相同的熱任務(wù)所需的爐子越緊湊。
單位時(shí)間內(nèi)單位爐管表面積所傳遞的熱量稱為爐管表面熱強(qiáng)度，單位為kJ/m2·h或W/m2。爐管表面熱強(qiáng)度越大，完成相同熱任務(wù)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(yīng)注意的是爐管表面熱強(qiáng)度一般指平均值。
爐膛溫度指煙氣離開(kāi)輻射室進(jìn)入對(duì)流室時(shí)的溫度，它表征爐膛內(nèi)煙氣溫度的高低，是爐子操作中重要的控制指標(biāo)。
液體在管內(nèi)的流速越低，則邊界層越厚，傳熱系數(shù)越小，管壁溫度越高，介質(zhì)在爐內(nèi)的停留時(shí)間也越長(zhǎng)。其結(jié)果，介質(zhì)易結(jié)焦，爐管易損壞。但流速過(guò)高又增加管內(nèi)壓力降，增加了管路系統(tǒng)的動(dòng)力消耗。
對(duì)檢修任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，保證檢修的質(zhì)量和anquan是十分重要的。因此，檢修前應(yīng)做充分的準(zhǔn)備，制定切實(shí)可行的實(shí)施方案。對(duì)檢修過(guò)程實(shí)行認(rèn)真的檢查和監(jiān)督，對(duì)檢修后的設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真的驗(yàn)收和試車(chē)。檢修的準(zhǔn)備工作如下：
(1)管式加熱爐年度大檢修工作應(yīng)落實(shí)檢修項(xiàng)目、物資準(zhǔn)備、施工準(zhǔn)備、勞動(dòng)力準(zhǔn)備和開(kāi)停車(chē)、置換方案。
(2)技術(shù)準(zhǔn)備
檢修的技術(shù)準(zhǔn)備包括：施工項(xiàng)目、內(nèi)容的審定；施工方案和停、開(kāi)車(chē)方案的制定；計(jì)劃進(jìn)度的制定；施工圖紙、施工部門(mén)和施工任務(wù)以及施工anquan措施的落實(shí)等。
管式加熱爐的大修要有大修施工方案，復(fù)雜工程需要繪制網(wǎng)絡(luò)圖。施工方案包括：檢修內(nèi)容、質(zhì)量要求、工程進(jìn)度和勞動(dòng)力、備品配件、材料、特殊工器具需要量、試車(chē)驗(yàn)收規(guī)程、安全措施及防護(hù)等。此外還要制定停車(chē)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(jīng)有關(guān)部門(mén)進(jìn)行技術(shù)安全會(huì)審、批準(zhǔn)后，方可實(shí)施。
(3)制定安全檢修措施
除了企業(yè)已制定的動(dòng)火、動(dòng)土、罐內(nèi)作業(yè)、高處、電氣、起重等安全規(guī)定外應(yīng)針對(duì)管式加熱爐檢修作業(yè)內(nèi)容、范圍提出補(bǔ)充安全要求，制定相應(yīng)的安全檢修規(guī)定，明確檢修作業(yè)程序及進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的安全紀(jì)律，并指派人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全規(guī)定的宣傳、檢查和監(jiān)督工作。
(4)設(shè)備、附件、材料和安全用具的準(zhǔn)備
根據(jù)檢修的項(xiàng)目、內(nèi)容和要求，準(zhǔn)備好檢修所需的材料、附件和設(shè)備；做好起重設(shè)備、焊接設(shè)備、電動(dòng)工具、索具、吊具的事前安全檢查；需高空作業(yè)之處，按安全規(guī)定搭好腳手架；應(yīng)派遣專(zhuān)人分別負(fù)責(zé)仔細(xì)檢查或檢驗(yàn)安全帶、安全帽防毒面具以及測(cè)氧、測(cè)爆、測(cè)毒、測(cè)厚、無(wú)損探傷等分析化驗(yàn)儀器和消防器材，消防設(shè)施確保完好。
(5)進(jìn)行安全教育
在停車(chē)檢修之前，首先應(yīng)明確檢修的安全負(fù)責(zé)人，成立安全領(lǐng)導(dǎo)小組，制定施工的安全措施，明確各級(jí)安全負(fù)責(zé)人和安全員的職責(zé)及相互間配合、聯(lián)絡(luò)的程序；施工前還要對(duì)全體參加檢修人員進(jìn)行一次確定的安全教育，對(duì)特殊工種人員還應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的以專(zhuān)業(yè)工種安全技術(shù)和災(zāi)害事故案例及檢修安全進(jìn)行安全教育，使其適應(yīng)并勝任檢修工作。
由于節(jié)能工作的不斷向前發(fā)展，要求加熱爐的排煙溫度越來(lái)越低，但是往往在空氣預(yù)熱器、余熱鍋爐等余熱回收設(shè)備的換熱面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的低溫露點(diǎn)腐蝕，嚴(yán)重的腐蝕穿孔使加熱爐不能正常運(yùn)行，可以說(shuō)，低溫露點(diǎn)腐蝕已成為降低加熱爐排煙溫度、提高熱效率的主要障礙。
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(guò)量的O2存在，所以又有少量的SO2進(jìn)一步氧化成SO3。在通常的過(guò)?？諝庀禂?shù)條件下，全部SO2中約有1~3轉(zhuǎn)化成SO3，在高溫?zé)煔庵械腟O3氣體不腐蝕金屬，但當(dāng)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(yīng)式如下：
SO3 ↑+ H2O ↑ → H2SO4↑
當(dāng)硫酸蒸汽凝結(jié)到爐子尾部受熱面上時(shí)就會(huì)發(fā)生低溫硫酸腐蝕。與此同時(shí)，這些凝結(jié)在低溫受熱面上的硫酸液體，還會(huì)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。
1 提高空氣預(yù)熱器入口的空氣溫度
提高空氣預(yù)熱器入口的空氣溫度可以提高預(yù)熱器冷端換熱面的壁溫，防止結(jié)露腐蝕。常用的是采用空氣再循環(huán)的方法，把已預(yù)熱的空氣從再循環(huán)管道引入風(fēng)機(jī)入口和冷空氣混合來(lái)提高溫度。在開(kāi)工或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可調(diào)大熱風(fēng)的再循環(huán)量。這種方法的缺點(diǎn)是風(fēng)機(jī)消耗電能較多；并且由于縮小了空氣和煙氣之間的溫差．對(duì)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?zé)嵩赐ㄟ^(guò)暖風(fēng)器，將冷空氣預(yù)熱到60~80℃后．再進(jìn)入空氣預(yù)熱器。
2 提高空氣預(yù)熱器換熱面的壁溫
提高空氣預(yù)熱器入口的空氣溫度可以提高預(yù)熱器的換熱面取溫，防止腐蝕產(chǎn)生。另外一種方法是在管式空氣預(yù)熱器內(nèi)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(nèi)縱向流動(dòng)。這樣設(shè)計(jì)的預(yù)熱器，其壁溫比立管式(煙氣走管內(nèi))稍高，對(duì)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(lèi)。管式空氣預(yù)熱器的低溫區(qū)可采用硼硅玻璃管，或在管式空氣預(yù)熱器鋼管外表面(煙氣側(cè))涂上非金屬防腐層?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)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(guò)剰空氣量，能有效地減少SO3的生成量，降低露點(diǎn)溫度對(duì)減少低溫腐蝕有利，在石油化工廠的管式加熱爐中，實(shí)現(xiàn)低氧燃燒要保證爐墻的嚴(yán)密性，并且嚴(yán)格控制每個(gè)燃燒器的進(jìn)風(fēng)量，否則很容易引起機(jī)械和化學(xué)不完全燃燒，增加排煙熱損失。
5使用低硫燃料
煙氣露點(diǎn)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(dāng)數(shù)量的H2S氣體，如對(duì)煉廠氣體燃料進(jìn)行脫硫處理，則可顯著降低煙氣露點(diǎn)溫度，減少低溫腐蝕。
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