專利名稱：新型中間爐管圓筒形管式加熱爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)用于石油化工的圓筒形管式加熱爐，屬于石油化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
管式加熱爐是煉油、石油化工和化學(xué)工業(yè)中廣泛使用的工藝加熱爐，與其他工業(yè)爐有許多不同點(diǎn)，管式加熱爐只使用液體或氣體燃料，加熱方式為直接受火式，以燃料燃燒所產(chǎn)生的高溫火焰與煙氣作為熱源，通過爐管管壁來加熱在爐管中流動(dòng)的原油、餾分油、渣油或氣體烴類等工藝流體。使其達(dá)到所需要的溫度或發(fā)生蒸發(fā)，甚至發(fā)生熱解、轉(zhuǎn)化等化學(xué)反應(yīng)。被加熱介質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，因此僅限于加熱氣體或液體。管式加熱爐為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，要求長周期操作。圓筒形管式加熱爐是管式爐中最常用的爐型，其結(jié)構(gòu)一般由輻射室、位于在輻射室上部的對(duì)流室及余熱回收系統(tǒng)組成。
目前國內(nèi)石油、石油化工行業(yè)中，管式加熱爐常用爐型有圓筒爐和立式爐兩種形式。圓筒爐常用于熱負(fù)荷小于30MW，立式爐常用于熱負(fù)荷大于30MW。
圓筒爐由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少而廣泛用于熱負(fù)荷小于30MW的管式爐上。圓筒爐按功能分類一般由輻射爐管、對(duì)流爐管構(gòu)成的盤管系統(tǒng)；燃燒器構(gòu)成的燃燒系統(tǒng)；預(yù)熱器、鼓引風(fēng)機(jī)及煙風(fēng)道構(gòu)成的余熱回收系統(tǒng)；爐管支架、吊架及管板構(gòu)成的支撐結(jié)構(gòu)；帶有內(nèi)襯里的鋼結(jié)構(gòu)部分和負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)、控制的儀表系統(tǒng)組成。
熱負(fù)荷小于30MW的圓筒爐，輻射爐管一般為立管，沿圓筒側(cè)壁襯里附墻布置。燃燒器布置在輻射室底部的中心區(qū)域，燃料經(jīng)燃燒器燃燒后產(chǎn)生火焰和煙氣，從底部流向頂部，形成圓柱狀高溫區(qū)，主要以輻射方式向附墻的輻射室爐管傳熱，為單排管單面輻射傳熱。為了達(dá)到高熱效率(＞90％)，在輻射室上部的對(duì)流室設(shè)計(jì)尺寸一般較大。隨著熱負(fù)荷的增加，特別在熱負(fù)荷超過30MW時(shí)，圓筒爐直徑及高度明顯增加，使輻射頂部鋼結(jié)構(gòu)明顯變化，增加中間爐管由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致改造成本顯著增高。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有圓筒管式加熱爐的技術(shù)缺陷，在不改變圓筒爐通常的直徑和高度的前提下，使熱負(fù)荷大幅提高，即用較小的投資費(fèi)用取得較大的熱負(fù)荷提高。
輻射室爐管的高徑比(排管高度與節(jié)圓直徑之比)國內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范限制在2.75以下，是因?yàn)榇蟮母邚奖仁馆椛涫覡t管的熱強(qiáng)度不均勻系數(shù)明顯增加，而無法達(dá)到較高的平均輻射熱強(qiáng)度，即增加高度或增加高徑比難于達(dá)到增加熱負(fù)荷的效果。
本實(shí)用新型在圓筒爐輻射室的中間增加中間爐管，中間爐管布置在對(duì)流室箱形投影內(nèi)，解決了中間爐管吊架結(jié)構(gòu)復(fù)雜及輻射頂鋼結(jié)構(gòu)龐大的問題。使中間爐管為雙面輻射，從而大幅提高傳熱量。在中間爐管與附墻爐管之間設(shè)置燃燒器，在輻射室底部為環(huán)形。在中間爐管的中央增加燃燒器。由于受輻射室體積的限制，普通燃燒器火焰形狀與增加的中間爐管及附墻爐管無法匹配，采用高強(qiáng)燃燒器代替普通燃燒器，解決了中間爐管及附墻爐管傳熱嚴(yán)重不均勻問題，使熱負(fù)荷由22-30MW提高到33-48MW。并突破高徑比2.75的限制，最高達(dá)4.0。
一般圓筒形管式爐熱負(fù)荷大于20MW時(shí)，為了提高熱效率(＞90％)，輻射室與對(duì)流室的熱負(fù)荷分配比例為66∶33以下，這樣坐落在輻射室頂部的對(duì)流室尺寸較大，輻射室中間爐管將在對(duì)流室爐管的方框投影之內(nèi)，(熱負(fù)荷大于20MW圓筒爐輻射室爐管，按直徑及長度，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求絕大多數(shù)都是吊管)，這為吊管帶來難度。如果采用全吊管結(jié)構(gòu)，爐管及管內(nèi)工藝物流的重量全部由輻射頂部鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)，爐頂鋼結(jié)構(gòu)及中間排管頂部的高合金鋼結(jié)構(gòu)將十分龐大，使投資大幅增加。本方法采用坐吊組合式技術(shù)，以坐管為主，與傳統(tǒng)方法相反，使中間排管的重量基本由爐底鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)，解決了輻射頂鋼結(jié)構(gòu)龐大的問題。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是新型中間爐管圓筒形管式加熱爐，由輻射室的附墻爐管、中間爐管、在中間爐管與附墻爐管之間輻射室底部設(shè)置的環(huán)形燃燒器、中間爐管中心輻射室底部的中心燃燒器和對(duì)流室的對(duì)流室爐管以及余熱回收系統(tǒng)構(gòu)成，其特征是設(shè)置中間爐管為雙面熱輻射，從而大幅提高傳熱量；環(huán)形燃燒器位于中間爐管與附墻爐管之間，在輻射室底部為環(huán)形布置；中心燃燒器位于輻射室底部、中間爐管的中心；環(huán)形燃燒器和中心燃燒器都采用高強(qiáng)燃燒器代替普通燃燒器。
本實(shí)用新型具備以下有益效果以一臺(tái)圓筒爐改造為例改造前，原爐熱負(fù)荷為22MW，經(jīng)采用中間爐管及使用高強(qiáng)燃燒器的組合技術(shù)，使熱負(fù)荷達(dá)到38MW，提高72％，投資僅增加39％；對(duì)于一臺(tái)38MW采用此項(xiàng)技術(shù)的新圓筒爐，與同樣熱負(fù)荷的立式爐(因在國內(nèi)沒有類似38MW的圓筒爐可比)比較節(jié)省投資23％，對(duì)于熱負(fù)荷30-48MW的爐子可節(jié)省投資20-31％。
本技術(shù)可解決擴(kuò)能改造中時(shí)間緊、大幅提高熱負(fù)荷難度大、造價(jià)高的問題。如300萬噸/年處理量的圓筒爐，采用本技術(shù)可改造成500萬噸/年處理量，并在檢修期35-45天內(nèi)完成爐子的改造，大幅提高效益。


附圖為新型座式中間排管圓筒形管式爐的構(gòu)造圖，圖中A輻射室、B對(duì)流室、C余熱回收系統(tǒng)。1中央燃燒器、2環(huán)形燃燒器、3爐底鋼結(jié)構(gòu)、4中間爐管支座結(jié)構(gòu)、5輻射室中間爐管、6附墻爐管拉鉤、7中間爐管聯(lián)排結(jié)構(gòu)、8輻射室附墻爐管、9中間爐管吊架結(jié)構(gòu)、10附墻爐管吊鉤、11輻射室頂鋼結(jié)構(gòu)、12對(duì)流室爐管、13煙囪、14煙道擋板、15空氣預(yù)熱器、16風(fēng)機(jī)。
具體實(shí)施方案在圓筒爐輻射室的中間布置一圈立管作為輻射室中間爐管(5)由中間爐管支座結(jié)構(gòu)(4)、中間爐管聯(lián)排結(jié)構(gòu)(7)、中間爐管吊架結(jié)構(gòu)(9)固定，附墻布置一圈立管作為輻射室附墻爐管(8)由附墻爐管拉鉤(6)、附墻爐管吊鉤(10)固定。附墻立管為吊管，與已有圓筒爐一樣。輻射室中間爐管為下坐上吊組合結(jié)構(gòu)，爐管頂部為吊管結(jié)構(gòu)，中下部為聯(lián)排結(jié)構(gòu)，爐管下部為支座結(jié)構(gòu)。
中間爐管吊架結(jié)構(gòu)(9)應(yīng)保證爐管向上膨脹及徑向膨脹后吊架仍然承力。中間爐管聯(lián)排結(jié)構(gòu)(7)可增加爐管穩(wěn)定性的作用，并適應(yīng)各管程之間的膨脹需要。中間爐管支座結(jié)構(gòu)(4)保證排管在運(yùn)行過程中即起到支撐作用又使排管不脫離，同時(shí)可使排管自由徑向位移并適當(dāng)限位，并應(yīng)與爐底鋼結(jié)構(gòu)合理連接，既考慮把爐管重力傳遞給爐底鋼結(jié)構(gòu)又考慮自身的膨脹。
輻射室中間爐管(5)的吊架結(jié)構(gòu)根據(jù)中間爐管的管程數(shù)可采用多邊形和圓形，截面形狀應(yīng)以垂直軸線為對(duì)稱軸。應(yīng)考慮把部分排管重力傳遞給爐頂結(jié)構(gòu)，還要考慮自身的膨脹變形。在最高溫度及最苛刻受力條件下滿足強(qiáng)度要求。輻射室頂鋼結(jié)構(gòu)(11)應(yīng)考慮承受中間爐管吊架及部分輻射室爐管的重量，而輻射室中間爐管的大部分重量及管內(nèi)物流重量由爐底鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)，從而總的鋼結(jié)構(gòu)重量增加很少。
在輻射室附墻爐管(8)與輻射室中間爐管(5)之間的環(huán)形空間底部布置一圈環(huán)形燃燒器(2)，此環(huán)形布置的燃燒器與附墻爐管及中間爐管之間的距離、燃燒器的數(shù)量及能量應(yīng)與附墻爐管及中間爐管的管程數(shù)相匹配。
在中間爐管(5)的中央底部布置一臺(tái)大能量中央燃燒器(1)，此燃燒器和環(huán)形燃燒器(2)全部采用高強(qiáng)燃燒器，這樣中間爐管為雙面輻射而附墻爐管為單面輻射，中央燃燒器的能量應(yīng)與環(huán)形燃燒器相匹配，使附墻爐管與中間爐管達(dá)到所需要的熱強(qiáng)度及熱負(fù)荷。為了獲得理想的溫度分布和均勻的熱強(qiáng)度，燃燒器的能量分布應(yīng)均衡，原則是控制中間爐管(單排管時(shí))與附墻爐管平均表面熱強(qiáng)度之比在1.3-1.5之間。
高強(qiáng)燃燒器為強(qiáng)制供風(fēng)燃燒器，風(fēng)機(jī)及風(fēng)道應(yīng)滿足高墻燃燒器的要求，中間燃燒器風(fēng)道與環(huán)形燃燒器風(fēng)道應(yīng)分配合理并各自獨(dú)立可調(diào)節(jié)風(fēng)量，以滿足中間爐管與附墻爐管達(dá)到合理的熱強(qiáng)度要求。
對(duì)流室爐管面積應(yīng)與輻射室爐管相匹配，以得到合理的高熱效率。為了減少管內(nèi)壓降，彎頭盡量少，即對(duì)流室爐管為長方形，在可能的情況下盡量長。對(duì)流室爐管面積還應(yīng)與空氣預(yù)熱器相協(xié)調(diào)，使煙氣出對(duì)流的煙氣溫度合理。
空氣預(yù)熱系統(tǒng)中的空氣預(yù)熱器應(yīng)根據(jù)對(duì)流室的排煙溫度合理確定最終排煙溫度以確定換熱面積。
為了安全和高效率，在中間爐管各管程適當(dāng)部位設(shè)置管壁熱電偶，以控制超溫。在輻射室頂部設(shè)置負(fù)壓計(jì)和氧含量測(cè)量?jī)x表，與煙道擋板及風(fēng)機(jī)連鎖，保證爐膛在合理的負(fù)壓范圍內(nèi)，過剩空氣系數(shù)在要求的范圍內(nèi)，達(dá)到理想的熱效率。
權(quán)利要求1.一種新型中間爐管圓筒形管式加熱爐，由輻射室的附墻爐管、中間爐管、在中間爐管與附墻爐管之間輻射室底部設(shè)置的環(huán)形燃燒器、中間爐管中心輻射室底部的中心燃燒器和對(duì)流室的對(duì)流室爐管以及余熱回收系統(tǒng)構(gòu)成，其特征是設(shè)置中間爐管為雙面熱輻射，從而大幅提高傳熱量；環(huán)形燃燒器位于中間爐管與附墻爐管之間，在輻射室底部為環(huán)形布置；中心燃燒器位于輻射室底部、中間爐管的中心；環(huán)形燃燒器和中心燃燒器都采用高強(qiáng)燃燒器代替普通燃燒器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型中間爐管圓筒形管式加熱爐其特征是中間爐管與附墻爐管為同圓心布置，中間爐管橫截面排列可為圓形或多邊形，中間爐管的固定為下坐上吊組合結(jié)構(gòu)，頂部為吊管結(jié)構(gòu)，中下部為聯(lián)排結(jié)構(gòu)，爐管下部為支座結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型中間爐管圓筒形管式加熱爐其特征是環(huán)形燃燒器位于中間爐管與附墻爐管之間輻射室底部，與中間爐管和附墻爐管為同圓心布置。
專利摘要一種新型中間爐管圓筒形管式加熱爐，由輻射室的附墻爐管、中間爐管、在中間爐管與附墻爐管之間輻射室底部設(shè)置的環(huán)形燃燒器、中間爐管中心輻射室底部的中心燃燒器和對(duì)流室的對(duì)流室爐管以及余熱回收系統(tǒng)構(gòu)成。解決了現(xiàn)有圓筒管式加熱爐的技術(shù)缺陷，在不改變圓筒爐通常的直徑和高度的前提下，使熱負(fù)荷大幅提高，即用較小的投資費(fèi)用取得較大的熱負(fù)荷提高。實(shí)驗(yàn)表明，原爐熱負(fù)荷為22MW，經(jīng)采用增加中間爐管及使用高強(qiáng)燃燒器的組合技術(shù)，使熱負(fù)荷達(dá)到38MW，提高72％，投資僅增加39％；38MW采用此項(xiàng)技術(shù)的新圓筒爐，與同樣熱負(fù)荷的立式爐(因在國內(nèi)沒有類似38MW的圓筒爐可比)比較節(jié)省投資23％，對(duì)于熱負(fù)荷30－48MW的爐子可節(jié)省投資20－31％。
文檔編號(hào)C10G9/20GK2900531SQ20052008317
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者李明, 江航, 竇世山, 陳文亞 申請(qǐng)人:中國石油天然氣華東勘察設(shè)計(jì)研究院