CN101526269A - 一种管式加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管式加热炉，包括炉体、炉管和燃烧器，炉管安装在炉体内，燃烧器安装在炉体上；其特征是在炉体内的燃烧器和炉管之间设有辐射体，该辐射体在炉体内形成辐射中腔，其位于炉体的中心区域；燃烧器和辐射中腔相连通，即燃烧器产生的火焰或无火焰燃烧发生在辐射中腔内。本发明具有辐射加热室内温度场分布均匀、平均热强度高及减少价格昂贵的炉管的使用量、缩小加热炉体积、占地面积和降低加热炉造价的优点。

Description

一种管式加热炉

一、技术领域

本发明涉及一种石油炼制、石油化工或煤化工生产的加热设备，具体地说是一种管式加热炉。

二、背景技术

目前在石油炼制、石油化工和煤化工生产行业中的管式加热炉主要由辐射加热室、燃烧器、对流室组成；辐射加热室包括炉体、炉管，炉管安装在炉体内，燃烧器安装在炉体上；对流室包括外壁和对流管，辐射加热室和对流室连通。辐射室内火焰由燃烧器喷射而入，火焰为火炬型，火炬外焰部位为温度最高处，此处的局部热强度决定了加热炉辐射室整体热强度设计，火焰在不稳定状态下会舔到炉管，造成炉管的局部过热，使炉管内结焦或过烧，恶化该部位传热或造成炉管材料破坏，影响到加热炉的运行周期，在火炬形火焰的上部和下部的热强度就比较低，浪费了辐射室上部和下部未达到热强度的炉管长度及其形成的辐射面面积，既相当于浪费了部分辐射管，也就增加了加热炉的体积和战地面积。

三、技术内容

针对上述缺点，本发明的目的在于提供一种能提高辐射室温度场均匀性，提高辐射室平均热强度，减少加热炉体积、重量与占地面积的管式加热炉。

本发明的技术内容是：一种管式加热炉，包括炉体、炉管和燃烧器，炉管安装在炉体内，燃烧器安装在炉体上；其特征是在炉体内的燃烧器和炉管之间设有辐射体，该辐射体在炉体内形成辐射中腔，其位于炉体的中心区域；燃烧器和辐射中腔相连通，即燃烧器产生的火焰或无火焰燃烧发生在辐射中腔内。

在上述管式加热炉中炉体可以为方箱炉体或圆形炉体，辐射中腔可以根据炉体形状设计为方箱形或圆形，辐射中腔可以为单腔也可以为多腔。

为增加辐射体对炉管的辐射加热，在炉管和炉体之间也设有辐射体，该辐射体与炉体形成有辐射外腔，该辐射外腔和辐射中腔相连通，加热炉的燃烧器为顶烧、底烧或侧烧时，燃烧器也可以和辐射外腔相连通。

在上述管式加热炉中炉管可为蛇形或螺旋状炉管，在炉管的相邻管段之间设有连通辐射体或外伸于管间的凸型辐射体，该连通辐射体或外伸于管间的凸型辐射体为开有通孔的蜂窝体或实体导热体，连通辐射体或外伸于管间的凸型辐射体通过通孔与炉管两侧的辐射中腔和辐射外腔连接或连通。

在上述管式加热炉中辐射体可为陶瓷导热体或高合金导热体；在辐射体的体壁上开有径向或斜向的孔，用于对燃烧火焰或高温燃烧气流的流场控制，从而控制辐射体温度场分布梯度。

在上述管式加热炉中炉体的出口与烟气余热回收装置或蓄热式燃烧的蓄热体连接相通。

为了热平衡，在烟气出口和余热回收装置之间烟道上，可以加有烟气物料对流换热器，以降低烟气热量总量，达到全部热量回收的目的。

在上述管式加热炉中燃烧器可以为单个燃烧器或多组燃烧器的组合。

本发明的原理是：辐射体采用的陶瓷导热体或高合金金属耐高温材料制成，火焰或无火焰湍流燃烧发生在辐射腔内，辐射体上的开孔流出高温焰气以控制燃烧火焰或高温燃烧气流在辐射中腔内的流场分布，从而控制辐射体温度场分布；辐射体将燃烧后生成物高温气体分子电磁波辐射转化成为高温固体的连续电磁波辐射，增加了辐射强度；辐射体克服了湍流燃烧中火焰的非稳定性，使得辐射温度场得到更好的人为控制。

本发明与现有技术相比所具有的优点是：

(1)本发明可以将湍流燃烧发生在辐射体的辐射中腔内，避免了湍流火焰非稳定状态下对于炉管的舔蚀破坏，火焰加热辐射体，辐射体加热炉管。

(2)本发明提供一种温度场均匀可控，以避免火焰带来的局部高热强度，通过对高温燃烧气流在辐射体的辐射中腔内的流场分布控制，使得整个炉管长度上都具有局部火焰的热强度的均匀温度场，达到传热最佳化控制及减小加热炉的机构体积。

(3)本发明可以将燃烧过程中高温气体分子不连续电磁波的辐射转变成为固体的连续电磁波辐射，辐射效率更高，传热率高，可以大大减少加热炉体积，减少造价。

(4)本发明可以提高加热炉操作的可靠性，减少操作成本。

四、附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为蛇形管上设置辐射体时的示意图。

五、具体实施方式

如图1所示，一种管式加热炉，包括炉体1、炉管2和燃烧器3，炉体1为方形炉体，炉管2安装在炉体1内，燃烧器3安装在炉体1上；其特征是在炉体1内的燃烧器3和炉管2之间设有辐射体4，该辐射体4在炉体1内形成辐射中腔5，辐射中腔5位于炉体1的中心区域；燃烧器3和辐射中腔5相连通；炉管2和炉体1之间设有辐射体4，该辐射体4与炉体1形成辐射外腔6，辐射外腔6和辐射中腔5相连通；辐射体4为陶瓷导热体制成，在辐射体4的体壁上开有孔7；炉体1上的烟气出口1.1与烟气余热回收装置8连接相通，烟气余热回收装置8和烟囱9连接相通，烟气余热回收装置8的预热空气与燃烧器3的助燃空气口线连接；在烟气出口流入烟道1.1，进入烟气余热回收装置8之间，加有烟气物料对流换热器11。

如图2所示，当炉管2为蛇形管时，在平行相邻的炉管2.1之间设有连通辐射体10，在连通辐射体10为蜂窝式导热体，连通辐射体10通过通孔10.1与辐射外腔6和辐射中腔5相通。

本发明的具体工作过程为：冷空气进入烟气余热回收装置8预热后通过管道12送入燃烧器3助燃气体进口，燃烧器3喷出预混或扩散燃烧的火焰及高温湍流流体进入炉体1内由辐射体4形成的辐射中腔5内，在辐射中腔5内完成其后续燃烧反应过程，火炬型火焰或高温焰流体的热量传递给辐射体4的腔壁，辐射体4的腔壁温度升高，并由在辐射体4的体壁上的孔7使高温燃烧气流的流场分布均匀，通过辐射体4的进行温度传导和流场的均匀化，均匀了辐射体4的温度场，来自孔7高温气流和辐射体4将热量辐射传递给炉管2，加热炉管2内物料；高温燃烧气流经经过烟气出口1.1流入烟道，进入烟气物料对流换热器11，再进入烟气余热回收装置8，最后进入烟囱9后排出。

Claims (10)

1、一种管式加热炉，包括炉体(1)、炉管(2)和燃烧器(3)，炉管(2)安装在炉体(1)内，燃烧器(3)安装在炉体(1)上；其特征是在炉体(1)内的燃烧器(3)和炉管(2)之间设有辐射体(4)，该辐射体(4)在炉体(1)内形成辐射中腔(5)，辐射中腔(5)位于炉体(1)的中心区域；燃烧器(3)和辐射中腔(5)相连通。

2、根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征为辐射中腔(5)为方箱形或圆形。

3、根据权利要求2所述的管式加热炉，其特征为辐射中腔(5)为单腔或多腔。

4、根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征为在炉管(2)和炉体(1)之间设有辐射体(4)，辐射体(4)与炉体(1)形成有辐射外腔(6)，该辐射外腔(6)和辐射中腔(5)相连通。

5、根据权利要求4所述的管式加热炉，其特征为加热炉的燃烧器(3)为顶烧、底烧或侧烧时，燃烧器(3)和辐射外腔(6)相连通。

6、根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征为辐射体(4)为陶瓷导热体或高合金导热体；在辐射体(4)的体壁上开有径向或斜向的孔(7)。

7、根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征为炉管(2)为蛇形或螺旋状炉管，炉管(2)相邻管段之间设有连通辐射体或外伸于管间的凸型辐射体(10)，连通辐射体或外伸于管间的凸型辐射体(10)为开有通孔(10.1)的蜂窝体或实体导热体，连通辐射体或外伸于管间的凸型辐射体(10)通过通孔(10.1)与炉管(2)两侧的辐射中腔(5)和辐射外腔(8)连接或连通。

8、根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征为炉体(1)的出口(1.1)与烟气余热回收装置或蓄热式燃烧的蓄热体(8)连接相通，烟气余热回收装置(8)和烟囱(9)连接相通，烟气余热回收装置(8)产生的预热空气通过管道(12)通入燃烧器(3)的助燃空气口线连接。

9、根据权利要求8所述的管式加热炉，其特征为在烟气出口(1.1)流入烟道，进入烟气余热回收装置(8)之间，加有烟气物料对流换热器(11)。

10、根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征为燃烧器(3)为单个燃烧器或多组燃烧器的组合。

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