CN108458477B - 圆筒型管式加热炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工设备领域，公开了一种圆筒型管式加热炉，其中，所述管式加热炉包括辐射室(10)、中间炉墙(20)、第一燃烧器(30)、第二燃烧器(40)和多个第一炉管(50)，多个第一炉管围绕辐射室的周向排列在辐射室中，中间炉墙围成封闭环形并位于辐射室的中部，第一燃烧器设置在中间炉墙所围的空间内，第二燃烧器设置在辐射室内并位于中间炉墙和第一炉管之间，中间炉墙的高度低于第一炉管的高度。中间炉墙将辐射室内分为沿高度方向的两个供热区，第一燃烧器主要加热第一炉管的上部，第二燃烧器的主要加热第一炉管的下部，有效降低了第一炉管的热强度峰值，使得第一炉管沿高度方向的热强度分布更为均匀。

Description

圆筒型管式加热炉
技术领域
本发明涉及化工设备领域，具体地涉及圆筒型管式加热炉。
背景技术
管式加热炉是化工领域重要的加热设备。如图1所示，现有的圆筒型管式加热炉为单级集中供热方式，其中，圆筒型管式加热炉通常包括对流室60和辐射室10，辐射室10内设置有沿周向排列的垂直放置的第一炉管50以及沿圆周排列在辐射室内的燃烧器F，燃烧器F的热量通过辐射和对流的传热方式传递给四周的第一炉管50，以加热第一炉管50内的工艺介质。但是，第一炉管50仅受单面火焰及烟气的直接辐射，第一炉管50的平均热强度较低(约为15-25kW/m2)，并且，由于燃烧器通常安装在辐射室10的底部，热量集中在辐射室10的底部释放，导致辐射室10内沿高度方向的热强度分布极不均匀，具体的，辐射室10内中下部的局部热强度可达平均热强度的2-4倍。如需提高平均热强度，则需要增大燃烧器F的放热量，这将导致辐射室10中下部的局部热强度更高，引起第一炉管50中下部局部过热，当第一炉管50中的工艺介质为易结焦的类型或第一炉管50内压力较高时，极易导致第一炉管50局部结焦或炉管爆裂，严重影响管式加热炉的运行周期和操作安全。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的圆筒型管式加热炉的辐射室内炉管高度方向热强度不均匀的问题，提供一种圆筒型管式加热炉，该管式加热炉具有改善的热强度分布。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种圆筒型管式加热炉，其中，所述圆筒型管式加热炉包括圆筒形的辐射室、中间炉墙、第一燃烧器、第二燃烧器和多个第一炉管，多个所述第一炉管围绕所述辐射室的周向排列在所述辐射室中，所述中间炉墙围成封闭环形并位于所述辐射室的中部，所述第一燃烧器设置在所述中间炉墙所围的空间内并通过所述中间炉墙隔热，所述第二燃烧器设置在所述辐射室内并位于所述中间炉墙和所述第一炉管之间，所述中间炉墙的高度低于所述第一炉管的高度。
优选地，所述第一炉管沿竖直方向设置在所述辐射室中，所述第一炉管的长度与所述辐射室的高度相当，所述中间炉墙的高度不高于所述辐射室的高度的一半。
优选地，所述第一燃烧器的热负荷占所述管式加热炉的发热量的百分数大于50％，所述第二燃烧器的热负荷占所述管式加热炉的发热量的其余部分。
优选地：所述管式加热炉包括多个所述第一燃烧器，多个所述第一燃烧器沿所述中间炉墙的周向排布；并且/或者，所述管式加热炉包括多个所述第二燃烧器，多个所述第二燃烧器沿所述中间炉墙的周向排布。
优选地，所述第一燃烧器为圆形燃烧器并安装在所述辐射室的底部，所述第二燃烧器为扁平火焰燃烧器并安装在所述辐射室的底部，所述扁平火焰燃烧器设置为垂直燃烧或附墙燃烧。
优选地，所述中间炉墙具有膨胀缝和/或看火孔。
优选地，所述中间炉墙为直筒形，所述直筒形的横截面为圆形或正多边形。
优选地，多个所述第一炉管沿所述辐射室的周向成单排或局部双排排列，其中：单排的所述第一炉管贴壁设置；双排的所述第一炉管的靠近所述辐射室的侧壁的一排所述第一炉管贴壁设置。
优选地，所述第一炉管采用相同直径或多个直径。
优选地，所述管式加热炉包括位于所述辐射室上方的对流室，所述对流室内设置有第二炉管。
通过上述技术方案，中间炉墙将辐射室内分为沿高度方向的两个供热区，第一燃烧器的热量通过中间炉墙阻隔，主要加热第一炉管的上部，第二燃烧器的热量主要加热第一炉管的下部，并且，中间炉墙的高度可根据燃烧器热负荷分配和火焰高度灵活调整，与单级集中供热方式相比，有效降低了第一炉管高度方向的热强度峰值，使得第一炉管沿高度方向的热强度分布更为均匀。
附图说明
图1是显示现有技术的管式加热炉的内部结构的示意图；
图2是显示本发明的一种实施方式的圆筒型管式加热炉的内部结构的示意图；
图3是图2的圆筒型管式加热炉的辐射室的俯视图；
图4是本发明的另一种实施方式的圆筒型管式加热炉的辐射室的俯视图；
图5是实施例1和对比例的热强度对比图；
图6是实施例2和对比例的热强度对比图。
附图标记说明
10-辐射室，20-中间炉墙，30-第一燃烧器，40-第二燃烧器，50-第一炉管，60-对流室，F-现有技术的燃烧器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
本发明提供一种圆筒型管式加热炉(以下简称管式加热炉)，其中，所述管式加热炉包括辐射室10、中间炉墙20、第一燃烧器30、第二燃烧器40和多个第一炉管50，多个所述第一炉管50围绕所述辐射室10的周向排列在所述辐射室10中，所述中间炉墙20围成封闭环形并位于所述辐射室10的中部，所述第一燃烧器30设置在所述中间炉墙20所围的空间内并通过所述中间炉墙20隔热，所述第二燃烧器40设置在所述辐射室10内并位于所述中间炉墙20和所述第一炉管50之间，所述中间炉墙20的高度低于所述第一炉管50的高度。
本发明的管式加热炉中，中间炉墙20将辐射室10内分为沿高度方向的两个供热区，第一燃烧器30的热量通过中间炉墙20阻隔，因而主要加热第一炉管50的上部，第二燃烧器40的热量主要加热第一炉管50的下部，使得第一炉管50沿高度方向受热均匀。并且，中间炉墙20的高度可根据燃烧器热负荷分配和火焰高度灵活调整，与单级集中供热方式相比，有效降低了第一炉管高度方向的热强度峰值。
其中，可以合理设计第一燃烧器30和第二燃烧器40在管式加热炉的发热量的占比，以实现第一炉管50的均匀受热。具体可以根据中间炉墙20的高度等因素来设计。优选地，所述第一炉管50沿竖直方向设置在所述辐射室10中，所述第一炉管50的长度与所述辐射室10的高度相当，为避免中间炉墙20对辐射室10内整体加热效果产生不利影响，可以使中间炉墙20设置为不高于辐射室10的高度一半。优选地，所述中间炉墙20的高度为所述辐射室10的高度的0.05-0.5倍。另外，位于辐射室10中部的第一燃烧器30应作为主要燃烧器，其释放的热量可以加热中间炉墙20，产生的烟气可以沿中间炉墙20向上流动，并在中间炉墙20上方扩散至辐射室10的位于中间炉墙20上方的整个空间，以便对辐射室10内整体加热。具体的，所述第一燃烧器的热负荷占所述管式加热炉的发热量的百分数大于50％，所述第二燃烧器的热负荷占所述管式加热炉的发热量的其余部分。优选地，所述第一燃烧器30的热负荷占所述管式加热炉的发热量的50-90％，所述第二燃烧器40的热负荷占所述管式加热炉的发热量的其余部分。
另外，为沿中间炉墙20均匀供热，所述管式加热炉可以包括多个所述第一燃烧器30，多个所述第一燃烧器30沿所述中间炉墙20的周向排布。并且，所述管式加热炉可以包括多个所述第二燃烧器40，多个所述第二燃烧器40沿所述中间炉墙20的周向排布。可以理解的，在具有多个第一燃烧器30和/或多个第二燃烧器40的情况下，上述第一燃烧器30或第二燃烧器40的热负荷在所述管式加热炉的发热量的占比为多个第一燃烧器30或多个第二燃烧器40的总热负荷在所述管式加热炉的发热量的占比。
另外，第一燃烧器30和第二燃烧器40可以选用适当的类型，并安装在适当位置，只要第一燃烧器30位于中间炉墙20所围空间内，第二燃烧器40位于中间炉墙20和第一炉管50之间即可。优选地，所述第一燃烧器30可以为大功率的圆形燃烧器，以减少燃烧器的台数，并安装在所述辐射室10的底部，以增加烟气向上的流动性。并且，所述第二燃烧器40可以为扁平火焰燃烧器并安装在所述辐射室10的底部，所述扁平火焰燃烧器设置为垂直燃烧或附墙燃烧，可避免燃烧器火焰舔管。
中间炉墙20受热后可能变形，优选地，所述中间炉墙20可以具有膨胀缝，以允许中间炉墙20在受热时的微小变形。其中，膨胀缝可以沿中间炉墙20的高度方向设置，并且沿中间炉墙20所围的环形周向设置多个膨胀缝。可以理解的，膨胀缝应设置为允许中间炉墙20的受热变形，但应尽可能小，以确保中间炉墙20对第一燃烧器30释放的热量的隔绝效果(即，中间炉墙20并不具有允许热量和烟气向外散发的镂空结构)。另外，为便于观察第一燃烧器30的火焰，所述中间炉墙20上可以设置有看火孔。但同样的，看火孔应设置为仅用于观察火焰，并尽可能不影响中间炉墙20对第一燃烧器30的隔热效果。中间炉墙20可以为各种适当的材质，只要能够基本上隔绝第一燃烧器30释放的热量即可，例如可以由高温耐火砖或耐高温金属制成。
另外，中间炉墙20可以围成各种适当的封闭环形，这可以根据辐射室10的尺寸来布置，以便在中间炉墙20和辐射室10的侧壁之间形成间隙大致相同的环状空间，从而为周向设置的多个第一炉管50提供大致相同的加热环境。其中，辐射室10是横截面为具有中心的形状的直筒状结构。优选地，所述中间炉墙20可以为直筒形，所述直筒形的横截面为圆形(如图4所示)或正多边形(如图3所示)。中间炉墙20可以基本上设置为与所述辐射室10同中心。其中，可以根据处理量等因素设计辐射室10的高径比和中间炉墙20的尺寸。例如，所述辐射室10的高径比可以为2:1-5:1，所述圆形的直径或所述正多边形的外接圆的直径为所述辐射室10的直径的0.2-0.8倍。
另外，第一燃烧器30和第二燃烧器40可以设置为距离中间炉墙20适当的距离。例如，在中间炉墙20为直筒形且第一燃烧器30和第二燃烧器40均为多个的情况下，第一燃烧器30可沿直径比中间炉墙20的内径(中间炉墙20的横截面为正多边形时，为中间炉墙20的内壁构成的正多边形的外接圆的直径)小100cm的节圆设置，第二燃烧器40可沿直径比中间炉墙20的内径大100cm的节圆设置。
本发明中，第一炉管50可以沿辐射室10的周向成单排或局部双排排列，具体的：单排的所述第一炉管50贴壁设置；双排的所述第一炉管50的靠近所述辐射室10的侧壁的一排所述第一炉管50贴壁设置。两排所述第一炉管50可以沿周向错开，以使第一炉管50的表面尽可能暴露在烟气中。其中，无论单排或局部双排排列，周向相邻的第一炉管50之间的距离可以相同或不同。
本发明中，局部双排排列指双排中靠近辐射室10的侧壁的一排第一炉管50排列成完整的一圈，沿周向在该排第一炉管50内侧局部设置另一排第一炉管50。其中，可以在整圈第一炉管50周向的不同位置的内侧设置另一排第一炉管50，以形成单排、双排交替的结构。
另外，成排的所述第一炉管50沿排列方向相互连接，使得第一炉管50内的工艺介质能够沿多个第一炉管50依次流动，增加工艺介质在辐射室10内停留的时间和加热时间。在双排情况下，可以使工艺介质先沿靠近辐射室10的侧壁的一排第一炉管50依次流动，然后进入远离辐射室10的侧壁的一排第一炉管50内依次流动。当然，也可以使工艺介质先沿远离辐射室10的侧壁的一排第一炉管50依次流动。
其中，所述第一炉管50可以采用相同直径或多个直径。例如，同一排第一炉管50中，可以具有不同管径。例如，随着工艺介质沿第一炉管50的流动，可以使第一炉管50的管径逐渐变大。相邻的第一炉管50之间通过接头连接，为适应管径的变化，接头的尺寸也可能变化，为此，第一炉管50之间的间距也可以相应调整。
另外，如图2所示，所述管式加热炉包括位于所述辐射室10上方的对流室60，所述对流室60内设置有第二炉管。其中，辐射室10内的烟气可以上升到对流室60内，以加热第二炉管。第二炉管可以与所述第一炉管50连通，工艺介质可以先通过第二炉管在对流室60内被加热，然后进入第一炉管50在辐射室10内被加热。当然，第二炉管也可以不与第一炉管50连通，从而在对流室60和辐射室10内分别加热不同的工艺介质。其中，第二炉管可以沿水平方向排布。
本发明的管式加热炉可以用于各种流体的工艺介质加热，例如气体以及原油、常压渣油、脱油沥青等。
下面通过实施例和对比例说明本发明的优点。
实施例1
辐射室10为圆筒形，直径φ7600mm，辐射室10的高度为13m，第一炉管50的长度为12m，外径φ168mm，第一炉管50单排等间隔布置；第二炉管外径φ152mm，长度为4.0m，第二炉管共18排。第一燃烧器30为圆形燃烧器，总热负荷占全炉发热量的70％，第二燃烧器40为附墙燃烧器，总热负荷占全炉发热量的30％，中间炉墙20的截面为正六边形，外切圆直径为3.0m，中间炉墙20的高度为2.0m。
实施例2
采用与实施例1相似的结构，不同之处在于，中间炉墙20的截面为圆形。中间炉墙20的直径为3.5m，高度为2.0m。第一燃烧器30总热负荷占全炉发热量的80％，第二燃烧器40总热负荷占全炉发热量的20％。
对比例
采用与实施例1相同的辐射室10结构和第一炉管50的排布。其中没有设置中间炉墙20，仅在辐射室10内设置圆形燃烧器。
由图5和图6可知(其中，沿第一炉管长度位置为从辐射室10底部向上计量)，实施例1、2的第一炉管50的长度的不同位置处的热强度值更为均匀，且热强度峰值由对比例1的45kW/m2降至30kW/m2，降幅达30％以上。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。本发明包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种圆筒型管式加热炉，其特征在于，所述圆筒型管式加热炉包括圆筒形的辐射室(10)、中间炉墙(20)、第一燃烧器(30)、第二燃烧器(40)和多个第一炉管(50)，多个所述第一炉管(50)围绕所述辐射室(10)的周向排列在所述辐射室(10)中，所述中间炉墙(20)围成封闭环形并位于所述辐射室(10)的中部，所述第一燃烧器(30)设置在所述中间炉墙(20)所围的空间内并通过所述中间炉墙(20)隔热，所述第二燃烧器(40)设置在所述辐射室(10)内并位于所述中间炉墙(20)和所述第一炉管(50)之间，所述中间炉墙(20)的高度低于所述第一炉管(50)的高度；
所述第一燃烧器(30)为圆形燃烧器并安装在所述辐射室(10)的底部，所述第二燃烧器(40)为扁平火焰燃烧器并安装在所述辐射室(10)的底部，所述扁平火焰燃烧器设置为垂直燃烧或附墙燃烧。
2.根据权利要求1所述的圆筒型管式加热炉，其特征在于，所述第一炉管(50)沿竖直方向设置在所述辐射室(10)中，所述第一炉管(50)的长度与所述辐射室(10)的高度相当，所述中间炉墙(20)的高度不高于所述辐射室(10)的高度的一半。
3.根据权利要求2所述的圆筒型管式加热炉，其特征在于，所述第一燃烧器(30)的热负荷占所述圆筒型管式加热炉的发热量的百分数大于50％，所述第二燃烧器(40)的热负荷占所述圆筒型管式加热炉的发热量的其余部分。
4.根据权利要求1所述的圆筒型管式加热炉，其特征在于：
所述圆筒型管式加热炉包括多个所述第一燃烧器(30)，多个所述第一燃烧器(30)沿所述中间炉墙(20)的周向排布；并且/或者，
所述圆筒型管式加热炉包括多个所述第二燃烧器(40)，多个所述第二燃烧器(40)沿所述中间炉墙(20)的周向排布。
5.根据权利要求1所述的圆筒型管式加热炉，其特征在于，所述中间炉墙(20)具有膨胀缝和/或看火孔。
6.根据权利要求1所述的圆筒型管式加热炉，其特征在于，所述中间炉墙(20)为直筒形，所述直筒形的横截面为圆形或正多边形。
7.根据权利要求1所述的圆筒型管式加热炉，其特征在于，多个所述第一炉管(50)沿所述辐射室(10)的周向成单排或局部双排排列，其中：单排的所述第一炉管(50)贴壁设置；双排的所述第一炉管(50)靠近所述辐射室(10)的侧壁的一排所述第一炉管(50)贴壁设置。
8.根据权利要求1所述的圆筒型管式加热炉，其特征在于，所述第一炉管(50)采用相同直径或多个直径。
9.根据权利要求1所述的圆筒型管式加热炉，其特征在于，所述圆筒型管式加热炉包括位于所述辐射室(10)上方的对流室(60)，所述对流室(60)内设置有第二炉管。
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