发布时间：2024-07-07 作者: 杏彩旗下平台
管式加热炉如图2.5.17所示，一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器及通风系统五部分组成。
辐射室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这个部分直接受到火焰冲刷，温度最高，必须最大限度地考虑所用材料的强度、耐热性等。这个部分是热交换的主要场所，全炉热负荷的70—80％是由辐射室承担的，它是全炉最重要的部位。可以说，一个炉的优劣主要是看它的辐射室性能如何。
对流室截面积确定之后，对流室高度也随之而定，因为此时对流室高度与对流室热负荷成正比例关系，而对流室热负荷在炉子热效率和辐射室热负荷确定之后，是一个定值。当然，对流室的高度还受对流管型式的直接影响，采用钉头管或翅片管等扩大表面积的对流管时，对流室高度显然要比采用光管时的低。
当对流管为翅片管或钉头管，烧油成油气混烧时，对流室必须设置吹灰器。烟气温度超过550℃时，应采用伸缩式吹灰器。烟气温度不高于550℃时，可采用固定旋转式吹灰器。
为了避免吹灰器喷出的蒸汽冲刷衬里，在设置伸缩式吹灰器的对面炉墙内侧应用18-8钢板作防护板。为防止吹灰蒸汽对炉管管壁表面的损坏，吹灰管与炉管之间的净空距离一般应不小于120mm。
燃烧器是一种将燃料和空气按照所需混合比和流速在湍流条件下集中送入炉内，确保和维持点火及燃烧条件的部件。它对加热炉的技术经济指标、热效率、炉管的热强度受热的均匀性和加热炉长周期安全速转，有着直接的十分重要的关系。
按所用燃料的不同，可分为自然通风燃烧器和强制通风燃烧器、低风压强制通风燃烧器，一般也称为鼓风式燃烧器。按燃烧器能量还分为小能量和大能量两种，按燃烧的强化程度（可用容积热强度来衡量）可分为普通燃烧器和强燃烧器。
配风口的作用是使燃料空气与燃料良好混合并形成稳定而符合标准要求的火焰形状。尤其是在烧燃料油的情况下，为了能够更好的保证燃料油燃烧良好，除了使之雾化良好外，还必须有良好的配风器，使空气和它迅速完善地混合。尤其是在火焰根部一定要保证有足够的空气供应，以避免燃料油受热时因缺氧而裂解，产生黑烟。
配风器是分配和输送燃烧空气的机构。用于油燃烧器的配风口，将供给的空气分成一次风和二次风。一次风解决着火，稳燃和减少黑炭生成等问题。着火以后，燃料油要进一步供给较大量的空气，以保证充分燃烧，这便是二次风的作用。
影响焦碳脱落速度的因素主要是：a.管内流速。足够的管内流速可提供将尚未固着的初期疏松焦层排出炉外所需要的紊流状态和动能，因此流速是使焦层脱落最基本的因素。为防止结焦，只要压降允许而又不造成冲蚀，最好尽可能采用高的流速．而且这时内膜传热系数也可增大，从而使炉壁温度降低，也有缓和结焦的作用。b.管内流态。汽液混相流有数种流动状态，其中比较好的流态是雾状流成环状流。结焦可能性较大的流态是层流，这种流态由于汽相侧排是结焦物的动能不足，以及汽相的内膜传热系数比液相小，造成管壁温度局部升高，因此焦层主要在汽相侧形成。
辐射室的尺寸主要是从以下三个方面来考虑的：①辐射室热负荷及辐射管外表面平均热强度；②管心距和管墙距；③燃烧器的能量（发热量）型式和布置以及炉管至火焰的距离。
为了便于操作和保证安全运作，管式炉辐射室应设置下列配件：看火门、人孔门、防爆门、热电偶套管、测压管、灭火蒸汽管等。
一般来说，炉子烧气时基本无灰，烧燃料油时则会产生灰垢，并沉积到炉管外壁。由于燃料油中钒、钠等含量低，辐射管外壁结垢的现象不太严重，管外积灰主要发生在对流管上。
烧油时产生的烟气中的灰垢称为油灰，由两种固体颗粒组成：一是垢，是燃料燃烧后残留下来的不可燃的组分；二是灰，是可燃组分—碳元素在燃烧不完全的情况下残留下来的微粒。
可伸缩式吹灰器的特点是吹灰管可以伸缩，在吹灰时才伸入炉内。其蒸汽喷孔设置在吹灰管的头部，边前进边旋转，边吹灰，吹灰完毕后又退出炉外，因此吹灰管不易破坏、变形．其缺点是结构较为复杂，造价高，炉外需设置长的导轨和平台。它一般适合在烟气温度高于600℃的部位使用。
在对流管为光管，烧燃料气或较干净的燃料油而积灰不严重的情况下，只需在炉子停工检修时才清扫炉管表面的积灰，因此对流室只需设置清扫孔而不必采用吹灰器。清扫孔应加密封盖，以避免空气漏入炉内。清扫孔的数量应能保证用最简便的，手工操作的吹灰管能将所有对流管上的积灰清除干净。
管板和管架是为支持炉管（包括管内介质）重量和防止炉管过多变形而设置的炉内构件。一般水平辐射炉管的中间支承构件称为管架，两端则称为管板，水平对流炉管的中间和两端的支承构件均称为管板。对于立式加热炉，位于两根炉管顶部弯头上的承重构件称为托架，不承受垂直重量、而仅限制炉管水平位移的则叫为导向架。
结焦是炉管内的油品温度超过一定界限后发生热裂解，变成游离碳，堆积到管内壁上的现象。结焦使管壁温度急剧上升，加剧了炉管的腐蚀和高温氧化，引起炉管鼓包、破裂，同时增加了管内压力降，使炉子操作性能恶化，有时甚至迫使装置不得不提前停运。
结焦问题其实就是一个焦碳生成速度与焦层脱落速度的平衡问题。如焦碳的生成速度过大或者脱落速度不够，便会造成严重结焦。
为了清除对流管外表面上的积灰，保证对流传热效果，对流室应设置吹灰器或清扫孔。
电动固定旋转式吹灰器的蒸汽喷孔沿吹灰管长度方向布置，它的体积小，重量轻，制造最简单，造价低，但由于其吹灰管一直位于炉内，易烧坏或变形而影响正常运作。一般最好使用在烟气温度不高于600℃的部位。
炉管是管式加热炉形成传热表面的最重要组成部分。炉管之间连接用的回弯头和支持炉管的管架等也属于炉管系统。
由于炉管一直处在高温、高压和腐蚀条件下，所以操作条件苛刻。一旦炉管发生意外事故，就会影响正常生产，严重时还会造成经济上的巨大损失和危及人身的安全。因此，对炉管材料要求很高，一般应考虑到以下几点。①强度高，特别是持久强度高；②抗氧化和抵抗腐蚀能力能良好；③高温组织稳室性符合操作条件的要求；④热加工工艺性能好，特别是可焊性；⑤经济性合理。
看火门主要是用来观察炉内火焰状况和辐射管运作情况，因此看火门的数量和位置应能看到所有燃烧器燃烧状况，并能观察到所有的辐射管。
为了能进入辐射室进行检修，需要设置人孔门和检修门。当辐射室内有隔墙分开并且不能通行时，每间内必须设置一个人孔门。对于炉底无法安装人孔门的小圆筒炉，检修时可拆下燃烧器，其开孔兼作人孔。
管式炉都是在负压下操作的，为了能够更好的保证炉内各点均处于负压下，以避免烟气外溢而损坏钢结构，通常要求炉顶（辐射室顶）负压保持在2mmH2O柱左右，因此，在辐射室顶部设置测压管。
当炉膛失火时，需要通入蒸汽灭火。在开工点火之前，也需要通入蒸汽以置换炉内有几率存在的可燃气体同空气的混合物，避免点火时发生爆炸事故。因此需在辐射室的低部专门设置灭火蒸汽管。
辐射管一般会用垂直管。因为垂直管有很多优点：结构紧密相连；燃烧器数量可以比水平管少；炉管吊挂简单。热膨胀易处理等。水平管仅在下列特殊情况下才有优点：要求管子能完全排空；要求使用带堵头的回弯头以使机械清焦；在两相流动情况下介质的质量流量小，此时在垂直上升管中会出现不稳定流动，因此以采用水平管为好。
为了强化对流传热，降低对流室的排烟温度，对流管道常采用钉头管和翅片管。但遮蔽管应采用光管，而不得采用钉头管或翅片管。所谓遮蔽管，是指对流室进口的前两排炉管。它们既接受辐射室的辐射传热，又吸收高温烟气的对流传热，有时炉管表面的热强度会超过辐射管的表面热强度。
回弯头是把炉管与炉管连接成连续蛇管的重要零件。它处于高温区外部，不与高温烟气非间接接触，但是，由于急弯的影响，受管内流动的油品或其它介质的冲蚀作用非常严重。因此要求回弯头在操作的温度和压力下有足够的强度和紧密性，还可以抗腐蚀。用于易结焦的加热炉上的回弯头，应能便于清焦和检查炉管内结焦情况。
影响焦碳生成速度的因素主要有两个：a．加热温度。每种油品都有自己开始发生结焦的“临界温度”。一般来说，油品越重，直链烷烃越多，结焦的“临界温度”越低。只要工艺和操作上允许，整个炉子炉管系统都应控制在此温度范围以下；b.管壁温度和热强度。焦层是在管内壁表面上生成的。当然管壁温度是影响焦碳生成速度的最基本的因素之一。由于介质和管壁接触面存在着边界层，所以，介质在边界层内的温度或者管壁的温度比管内主流体的温度要高，而这高出值主要根据炉管的表面热强度，当然也与内膜传热系数等因素有关。
在对流室烟气出口处应设置热电偶套管和测压管。通常这两种接管设置在烟道或烟囱上。当对流室以后没有空气预热器时，该点温度即为排烟温度，这是决定炉子热效率的关键温度，是必须测量的。
对流室一般都会采用焊接的急弯弯管连接，因此对流室弯头箱内一般不设置灭火蒸汽管。如被加热介质确有使弯管腐蚀穿孔的危险，而需要在对流室弯头箱内安装灭火蒸汽管对，仍可采用炉膛灭火蒸汽管的结构型式。
管式炉的对流室一般都会采用箱形，截面为长方形。确定对流室截面积的主要参数是烟气流速。烟气流速与对流传热系数成指数关系，与烟气压降几乎成平方关系。
对流室截面尺寸的确定，往往还受结构设计的限制，如立式炉的对流室长度一般与辐射室一样，即使缩短，也不能太短，以避免在辐射室造成较大的死角，而对流室宽度如果太窄，对给排管施工带来困难，因此，立式炉的对流室截面常带偏大，烟气流速较低。
在某些情况下，还需在弯头箱内安设灭火蒸汽管，以确保炉子安全。这一些状况是：①管子被加热介质腐蚀和冲蚀很厉害，弯头有可能在运转中被腐蚀穿；②采用带堵头的回弯头，因而有可能在运转中发生泄漏。
对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流换热的部分，但实际上它也有一部分辐射热交换，而且有时辐射换热还占有颇大的比例。所谓对流室不过是指“对流传热起支配作用”的部位。它一般担负全炉热负荷的20－30％，对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高。
一个完整的燃烧器（见图2.5.18）通常包括燃烧喷嘴、配风口和燃烧道三个部分。
燃烧喷嘴是供给燃料并使燃料完成燃烧前准备的部件。燃料油喷嘴的主要任务是使燃料油雾化并形成便于与空气混合的雾化炬。外混式燃料气喷嘴将燃料气分散成细流，并以适当的角度导入燃烧道，以便与空气良好混合。预混式燃料气喷嘴则是将燃料气和空气均可混合后供给燃烧的。
垂直管的支承形式有上吊和下支两种。上吊式支承一般都会采用吊钩，也有采用吊环或焊接吊架的。下支式一般是将炉管支承在倒放的槽钢上，并在炉管长度的2／3处设置拉钩，以保证炉管的稳定。
水平管是由中间合金管架和两端管板支承的，其允许跨度是要根据炉管材质，管壁温度和允许挠度来确定。
管式炉的对流管绝大多数都是水平放置的．其重量由两端管板支承。当炉管较长时，还需设置中间管板。对流室的弯头一般在弯头箱内。弯头顶端至弯头箱门内壁之间应留出足够的空间，以保证炉管能在热状态下自由膨胀。
管子积灰会带来下列问题：a.增加了热阻，使炉子的排烟温度上升，热效率下降；b.减少了烟气的流通面积使烟气流速升高，烟气流动的阻力增大；c.在尾部低温受热面，积灰后管壁更易吸附烟气中所含硫酸蒸汽，加剧露点腐蚀。
管外积灰清扫方法中，安装蒸汽吹灰器是目前应用最为广泛的方法，其吹灰效率已不错不过吹灰器的功能主要在于保持消洁的管子始终干净，已经积灰的脏管子要想通过它吹扫干净是十分困难的
当炉内积存可燃气体和空气的混合物时，就有发生爆炸的危险，因此辐射室应设置防爆门，以便在发生爆炸事故时，能及时卸压。防爆门的位置应能保证卸压时喷出的热气流不致危及人员和临近设备的安全．
为了能及时卸压，防爆门的数量应与辐射室的空间成比例，多室炉膛每室至少应有一个防爆门。
烟气出辐射室的温度是必须测量的特性温度。对于圆筒炉和立式炉，烟气出辐射室的温度测点设在辐射室至对流定的过渡处。斜顶炉和方箱炉，该测温点设在火墙上方，因此该点温度通常又源自文库为火墙温度。