管式加熱爐的優化與維護

苗壯

【摘 要】管式加熱爐是石油化工行業中十分常用的加熱設備，如何維護使用好管式加熱爐是每一個石油化工企業生產管理的一項關鍵問題。因為加熱爐是直接關系到裝置生產穩定的設備。并且一個企業的能耗能否控制好與加熱爐的合理優化節能有直接關系。本文針對管式加熱爐的結構、維護與優化進行介紹，希望能夠在管式加熱爐的管理和使用方面提供幫助。

【關鍵詞】管式加熱爐；結構；優化；維護

一、管式加熱爐的組成部分及介紹

管式加熱爐一般由輻射室、對流室、余熱回收系統、燃燒器和通風系統等五部分組成，如下圖所示。其結構通常包括：鋼結構、爐管、爐墻（內襯）、燃燒器、孔類配件等。下面針對各個部件進行逐一介紹：

1、基本結構、爐膛與部件

爐膛與爐墻（爐襯）

爐膛即是加熱爐對爐管內介質加熱的地方。其主要由爐墻、爐頂和爐底組成。這三個地方又被叫做爐襯，只有保證爐襯完的好，才能夠保證加熱爐的平穩運行。爐襯要具備在高溫的情況下抗煙氣腐蝕的能力，同時還要有良好的保溫和密閉性。

管式爐的爐墻結構由三部分構成，它們分別是耐火磚結構、耐火混凝土結構和耐火纖維結構。其中耐火磚結構又分為砌磚爐墻、掛磚爐墻和拉磚爐墻。拉磚爐墻是目前應用比較廣泛的爐墻，尤其是溫度較高的管式加熱爐，如裂解爐和轉化爐。

2、輻射室

管式加熱爐的熱量傳導主要在輻射室內進行。整個加熱爐的熱負荷有七成以上在輻射室內。位于輻射室內的爐管通常也被稱為輻射管。輻射室是加熱爐中直接與火焰相接觸的地方，所以，對其使用的材料的耐高溫，耐腐蝕和穩定性有很高的要求。

3、對流室

對流室通常位于輻射室的上方，也被設計放置于地面的形式。在對流室內均勻的布置著加熱爐管，這些爐管通過吸收輻射室內的煙氣熱量來對爐管內的介質進行加熱。為提高這些爐管的加熱效果，通常采用接觸面積大的頂頭爐管或翅片爐管。對流室內的爐管所吸收的熱負荷約為總爐熱效率的二到三成。

二、管式加熱爐的技術指標

管式加熱爐的技術指標主要包括：熱負荷、爐膛體積熱強度、輻射表面熱強度、對流表面熱強度、熱效率、火墻溫度。

1、熱負荷

每一臺管式加熱爐在單位時間內管內介質吸收的熱量稱為有效熱負荷，簡稱熱負荷。管內介質所吸收的熱量用于升溫、汽化或化學反應。熱負荷的理論值，可根據介質在管內的工藝過程（加熱、化學反應）來計算。加熱爐的設計熱負荷（Q）通常取計算熱負荷（Q）的1.15-1.2倍。熱負荷的大小表示爐子生產能力的大小。

2、爐膛體積熱強度

爐膛單位體積在單位時間內燃料燃燒的放熱量，稱為爐膛體積熱強度。即

式中gv-爐膛體積熱強度，KW/m3；B-燃料用量，kg/h；Q1-燃料低熱值，kJ/kg燃料；V-爐膛（輻射室）體積，m3；gv值越大爐膛溫度越高，不利于長周期安全運行，因此爐膛體積熱強度不允許過大，一般控制在1.16×102kW/m3以下。

3、輻射表面熱強度

輻射爐管單位表面積（一般按爐管外徑計算表面積）、單位時間內所傳遞的熱量稱為爐管的輻射表面熱強度gR，也稱為輻射熱通量或熱流率。gR表示輻射室爐管傳熱強度的大小。應注意gR一般指輻射室所有爐管的平均值。由于輻射室內各部位受熱不一致，不同的爐管以及同一根爐管的不同部位，實際局部熱強度相差很大。gR值越大，完成一定加熱任務所需的輻射爐管就越少，輻射室體積越緊湊，投資也可降低，所以要盡可能提高爐管表面熱強度。

4、對流表面熱強度

對流爐管單位面積在單位時間內所傳遞的熱量稱為對流表面熱強度。目前，加熱爐對流室多以釘頭管或翅片管代替過去的光管，以強化傳熱。釘頭管或翅片管的熱強度一般為光管的兩倍以上。

三、管式加熱爐的節能途徑和措施

管式加熱爐所使用的燃料占石化煉油企業日常生產中的60%-80%。更好的優化加熱爐是公司節能減排的主要突破點。常用的節能途徑及措施有有很多種，下面針對常見的7種節能方法做以介紹。

1.優化裝置的換熱系統

要減少加熱爐的能耗，首先要考慮的就是通過改變流程的方式來減小爐子本身的熱負荷。這一切要建立在保證裝置正常生產基礎上進行。主要方法是通過合理的安排來增加爐子進料溫度。當介質溫度增加后就可以適當減少加熱爐燃料的使用。這樣一來，也就達到了節能的目的。

2.降低排煙溫度

降低排煙溫度的最主要方法是通過安裝各種用各種空氣預熱器來預熱空氣。

空氣預熱器一般都是自己的一套體系，因為他通過回收煙氣的熱量來預熱空氣，所以改造和應用的可行性較高。在不改變加熱爐本來的運行情況的前提下，下圖為熱效率和空氣預熱溫度之間的關系。從中不難看出當空氣溫度提高熱效率也在隨之升高。

隨著空氣溫度的提高，燃燒產物中的NOX增加，如果沒有適當的措施來降低NOX，則對環保是不利的。但受燃燒器的構成形式和材質的限制，過高的空氣溫度會導致燃燒系統的損壞和變形，從而影響加熱爐的正常使用，所以要依據燃燒器和燃油油噴嘴等設備材質的特性合理的提高進氣溫度。

3.用煙氣余熱鍋爐發生蒸氣

利用煙氣來加熱的余熱鍋爐系統是一種可以很好的回收煙氣內余熱增加爐子效率的手段。例如我廠重整車間利用。

4、去灰除垢保證高的爐熱效率

加熱爐內燃料燃燒不充分所產生的雜質所形成的煙霧灰塵均會附著在對流室爐管和余熱回收系統（如熱管）的外表面，隨著這些塵垢的累積變厚，會大大的影響爐管的熱傳導效果，增加爐管的熱阻。造成受熱面積灰結垢的主要因素有：燃料品質變重，含硫增高；吹灰器的選型與使用不當，受熱面表面生成塵垢；爐負荷變化導致的燃燒質量波動性大。為保證加熱爐長期在高效率下運行，采取的主要措施有：在線投用清灰劑、用吹灰器定期清除積灰、干冰清洗與化學清洗。

四、加熱爐的日常檢查和維護要點

1、爐管和管支架配件的檢查：a爐管全體或局部有無發生顏色變化，爐管支架配件有無發生顏色變化。b火焰有無直接與爐管或管支架配件接觸。c爐管和管支架配件有無發生彎曲和變形。d爐管有無從管支架配件上開始松落或己松落。

2、燃燒器的檢查：a火焰的形狀、寬度、長度、有無變化。b長明燈是否完好。

3、爐壁（耐火材料）的檢查：耐火材料損壞時不僅絕熱性能變差，而且由于外殼的溫度上升，強度降低，會導致大的事故。檢查的主要內容包括a爐內的耐火材材料（爐的側壁、爐底等）中，有無燒得特別紅的。b爐內的耐火材中，有無裂紋、脫落、向前凸出（局部因熱膨脹而脹起凸出）。

4、燃料氣系統的檢查：a要檢查燃料氣的原來壓力和燃燒器供給壓力，檢查燃料氣調節閥的開度，并通過增減燃燒器的臺數，調節適當壓力。b燃料氣管路有無漏泄。c燃料氣管路的水蒸氣加熱管有無通入蒸汽。d燃料氣、排泄液分離器中有無積存排泄液。

5、通風裝置的檢查：a檢查爐內壓力，如果壓力為正，應及時檢查通風系統的運行狀態。b檢查過剩空氣系數是否在允許范圍內。

6、加熱爐儀表檢查：a爐膛溫度測量儀表顯示是否正常。b煙道氣溫測量儀表顯示是否正常。c油、氣溫度測量儀表顯示是否正常。d加熱爐氧含量測量儀表顯示是否正常等。

五、結束語

本文主要針對管式加熱爐的結構組成及工作原理并結合實際生產經驗，簡要介紹了加熱爐優化操作的幾種方法及日常維護的重點內容。希望通過本文介紹能夠在加熱爐日常管理及優化操作方面給予大家一定幫助。