CN109425223A - 加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加热炉，包括连通的辐射段和对流段，其中，辐射段包括至少一个n型炉膛，每个n型炉膛内设有多路并联n型炉管，每个n型炉膛包括对称设置的入口炉膛和出口炉膛，多路并联n型炉管的入口管排和出口管排分别设置于入口炉膛和出口炉膛中，n型炉管的直管段的底部设有底烧燃烧器，用于对直管段进行底烧供热，n型炉管的弯管段下方设有辅助燃烧器，用于对弯管段进行供热。该加热炉能够提高炉膛温度的均匀性延长炉管使用寿命长，且便于检修及整体模块化设计和工厂化制造。

Description

加热炉

技术领域

本发明涉及石油化工设备领域，更具体地，涉及一种加热炉。

背景技术

目前炼油化工装置中普遍采用的正U型加热炉或倒U型加热炉通常包括辐射段和对流段。其中辐射段中的辐射炉管吸收热量，为后续的反应器提供反应热，对流段通常设置余热锅炉回收高温烟气，辐射段的热负荷由炉膛内的供热设备(即燃烧器)消耗燃料来供给。现有的炼油装置如重整装置通常需要多个反应器，每个反应器对应一个吸热炉膛，共同构成串联设备，其中多个吸热炉膛集成一台多合一的加热炉。

根据使用需求的不同，现有如图所示的典型多合一正U型炉(图1a和图1b)和多合一倒U型炉(图2a和图2b)。

如图1a和图1b所示，正U型炉包括辐射室和对流室5，其中辐射室是矩形炉膛1，其内部设置多个中间隔墙3将矩形炉膛1分成多个辐射小室，每个辐射小室内部设置多路并联U型盘管2，U型盘管2的出口、入口和辐射烟气出口均位于辐射顶部，占据了顶部空间，只能在U型盘管2中部的不同高度配备端烧燃烧器4，产生水平火焰，对U型盘管2进行供热。其缺点在于当U型盘管2路数增多时，管排的水平长度相应增大，两端的燃烧器的火焰无法保证足够的辐射长度，管排沿水平长度方向的受热不均匀性增大，每路介质吸热量不均匀性增大，管排沿水平长度方向的管壁温度不均匀性增大，因此每个炉膛的盘管路数受限，总吸热量受限，且根据工艺负荷及盘管长度等的不同，需要设计不同负荷的燃烧器，规格和型号繁多。

如图2a和图2b所示，倒U型炉包括辐射室和对流室10，其中辐射室是矩形炉膛6，内部设置多个中间隔墙8将炉膛分成多个辐射小室，辐射小室内部设置多路并联倒U型盘管7，倒U型盘管7的出口、入口位于辐射室底部，辐射烟气出口位于辐射顶部。此结构可在矩形炉膛6底部布置底烧燃烧器9，分布在多路并联倒U型盘管7的中间，形成单面辐射，或者分布在多路并联倒U型盘管7直管段两侧，形成非对称的双面辐射。其缺点在于当采用单面辐射时，仅有一排燃烧器对两侧的炉管进行辐射供热，单个燃烧器的负荷较大；当燃烧器分布在炉管两侧形成非对称双面辐射时，由于中间燃烧器需要同时为左、右两侧直管段供热，中间燃烧器的热负荷约为两侧燃烧器的2倍，需要设计不同负荷的燃烧器，规格和型号较多；此外，由于直管段高度通常较高，顶部的U型弯管所受底部火焰的辐射传热效率低于直管段，顶部U型弯管管壁温度低于直管段中下部，炉膛烟气温度在炉膛垂直高度方向不均匀性加大。无论是采用单面辐射还是非对称双面辐射，众多燃料气管线只能在炉底空间进行配管布置，导致炉底空间非常拥挤，不利于操作和检维修。

此外，无论现有的正U型或倒U型n型加热炉，当需要二合一或者四合一时，必须设置中间隔墙，隔绝各个单辐射室。中间隔墙的砌筑较为复杂，中间隔墙存在受热倾倒的风险。由于中间隔墙的稳定性差，在运输途中难于保持稳定性，因此重整炉在采用整体模块化设计和工厂化制造时，难于做到工厂砌筑，只能留待现场施工砌筑。

因此，有必要开发一种供热均匀、便于操作、检维修及整体模块化设计和工厂化制造的加热炉。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种加热炉，其温度均匀性高，且燃料气配管空间充裕，便于操作、检维修及整体模块化设计和工厂化制造。

本发明提供了一种加热炉，包括连通的辐射段和对流段，其中，所述辐射段包括至少一个n型炉膛，每个n型炉膛内设有多路并联n型炉管，每个n型炉膛包括对称设置的入口炉膛和出口炉膛，所述多路并联n型炉管的入口管排和出口管排分别设置于所述入口炉膛和出口炉膛中，所述n型炉管的直管段的底部设有底烧燃烧器，用于对所述直管段进行底烧供热，所述n型炉管的弯管段下方设有辅助燃烧器，用于对所述弯管段进行供热。

优选地，所述入口炉膛和出口炉膛之间设有间隔空气墙。

优选地，所述直管段的高度为H，所述间隔空气墙的高度为h，且0.5≤h/H≤1。

优选地，相邻的n型炉膛之间设有炉膛空气墙。

优选地，所述加热炉还包括燃料管线，所述燃料管线设置在所述间隔空气墙或炉膛空气墙内。

优选地，所述底烧燃烧器设置在所述n型炉管的内侧或外侧，形成单面辐射。

优选地，所述底烧燃烧器设置在所述n型炉管的内侧和外侧，形成双面辐射。

优选地，设置于所述n型炉管的内侧和外侧的底烧燃烧器的数量和负荷相同。

优选地，所述底烧燃烧器形成垂直向上的圆形火焰、垂直向上的扁平火焰或附墙式扁平火焰。

优选地，所述辅助燃烧器形成附墙式发散型火焰、垂直向上的圆型火焰或垂直向上的扁平型火焰。

根据本发明的加热炉的优点在于：

1.该加热炉设有n型炉膛，n型炉膛内设置n型炉管，在n型炉管的直管段底部设置底烧燃烧器进行底烧供热；此外，n型炉膛顶部弯曲部形成了拱底区域，为设置辅助燃烧器提供了空间，可根据负荷需求设置一个或多个辅助燃烧器，从而对n型炉管顶部的弯管段提供补充辐射供热，提高弯管段的吸热效率，进而提高炉膛温度沿高度方向的均匀性。

2.多个n型炉膛形成了间隔空气墙和炉膛空气墙，为燃料管线的布置提供了充裕的空间，有利于对燃料管线进行操作和检、维修，有利于改善炉膛外壁温度，形成炉膛中间的检修、维修通道，还有利于增加侧墙看火门，对炉管和燃烧器运行状态进行监控，有利于检修、维修通道的散热。

3.在n型炉管的一侧设置底烧燃烧器可形成单面辐射。根据实际工艺和热负荷需求，可沿入口管排和出口管排的水平长度方向设置一定数量的n型炉管和底烧燃烧器，形成沿管排的水平长度方向均匀供热的单面辐射方式，有利于避免端烧供热方式导致的沿管排长度方向供热不均匀的现象，有利于缓解不同路程炉管管壁温度的不均匀性，延长炉管使用寿命。

4.可在n型炉管的内侧和外侧均设置底烧燃烧器，对n型炉管形成绝对对称的双面辐射。双面辐射方式可简化底烧燃烧器的负荷种类，每个n型炉膛只需要设计一种负荷和规格的燃烧器即可，简化了设计参数，降低了燃烧器配管系统的复杂性，且解决了单个燃烧器负载过高的问题。

5.取消现有加热炉中的中间砖墙，提高加热炉的稳定性，不必进行现场或工厂施工砌筑，在运输条件允许的情况下，能够进行整体模块化设计和工厂化制造。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1a和图1b分别示出了现有技术的典型正U型端烧供热的加热炉的主视图及俯视图。

图2a和图2b分别示出了现有技术的典型倒U型底烧供热的加热炉的主视图及俯视图。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的加热炉的主视图。

图4示出了沿图3中A-A截面的剖视图。

图5示出了沿图3中B-B截面的剖视图。

附图标记说明：

1、矩形炉膛；2、U型盘管；3、中间隔墙；4、端烧燃烧器；5、对流段；6、矩形炉膛；7、倒U型盘管；8、中间隔墙；9、底烧燃烧器；10、对流室；11、辐射段；12、对流段；13、n型炉膛；14、入口炉膛；15、出口炉膛；16、间隔空气墙；17、炉膛空气墙；18、n型炉管；19、底烧燃烧器；19.1、垂直向上圆形火焰底烧燃烧器；19.2、垂直向上扁平火焰底烧燃烧器；19.3、附墙式扁平火焰底烧燃烧器；20、辅助燃烧器；20.1、垂直向上圆形火焰辅助燃烧器；20.2、垂直向上扁平火焰辅助燃烧器；20.3、附墙式发散型火焰辅助燃烧器；21、入口集合管；22、出口集合管；23、燃料管线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明示例性实施例的加热炉包括连通的辐射段和对流段，其中，辐射段包括至少一个n型炉膛，每个n型炉膛内设有多路并联n型炉管，每个n型炉膛包括对称设置的入口炉膛和出口炉膛，多路并联n型炉管的入口管排和出口管排分别设置于入口炉膛和出口炉膛中，n型炉管的直管段的底部设有底烧燃烧器，用于对直管段进行底烧供热，n型炉管的弯管段下方设有辅助燃烧器，用于对弯管段进行供热。

该加热炉设有n型炉膛，n型炉膛内设置n型炉管，在n型炉管的直管段底部设置底烧燃烧器进行底烧供热；此外，n型炉膛顶部弯曲部形成了拱底区域，为设置辅助燃烧器提供了空间，可根据负荷需求设置一个或多个辅助燃烧器，从而对n型炉管顶部的弯管段提供补充辐射供热，提高弯管段的吸热效率，进而提高炉膛温度沿高度方向的均匀性。

在一个示例中，入口炉膛和出口炉膛之间设有间隔空气墙。

在一个示例中，直管段的高度为H，间隔空气墙的高度为h，且0.5≤h/H≤1。

在一个示例中，相邻的n型炉膛之间设有炉膛空气墙。

在一个示例中，加热炉，包括燃料管线，所述管线设置在间隔空气墙或炉膛空气墙内。

多个n型炉膛形成了间隔空气墙和炉膛空气墙，为燃料管线的布置提供了充裕的空间，有利于对燃料管线进行操作和检、维修，有利于改善炉膛外壁温度，形成炉膛中间的检修、维修通道，还有利于增加侧墙看火门，对炉管和燃烧器运行状态进行监控，有利于检修、维修通道的散热。

在一个示例中，间隔空气墙和炉膛空气墙的宽度均大于0.5m，以利于在其中布置燃烧管线。

在一个示例中，可以在间隔空气墙和炉膛空气墙两侧设置钢结构支柱和横梁，增加n型炉膛结构的稳定性。

在一个示例中，至少一个n型炉膛通过横梁相互连接。

当多个n型炉膛组合使用时，通过横梁进行连接有利于保持结构稳定，形成多合一加热炉。

在一个示例中，底烧燃烧器设置在n型炉管的内侧或外侧，形成单面辐射。

在n型炉管的一侧设置底烧燃烧器可形成单面辐射。根据实际工艺和热负荷需求，可沿入口管排和出口管排的水平长度方向设置一定数量的n型炉管和底烧燃烧器，形成沿管排的水平长度方向均匀供热的单面辐射方式，有利于避免端烧供热方式导致的沿管排的水平长度方向供热不均匀的现象，有利于缓解不同路程炉管管壁温度的不均匀性，延长炉管使用寿命。

在一个示例中，底烧燃烧器设置在n型炉管的内侧和外侧，形成双面辐射。

在一个示例中，设置于n型炉管的内侧和外侧的底烧燃烧器的数量和负荷相同。

可在n型炉管的内侧和外侧均设置底烧燃烧器，对n型炉管形成绝对对称的双面辐射。双面辐射方式可简化底烧燃烧器的负荷种类，每个n型炉膛只需要设计一种负荷和规格的底烧燃烧器即可，简化了设计参数，降低了燃烧器配管系统的复杂性，且解决了单个燃烧器负载过高的问题。

在一个示例中，底烧燃烧器形成垂直向上的圆形火焰、垂直向上的扁平火焰或附墙式扁平火焰。

在一个示例中，辅助燃烧器形成附墙式发散型火焰、垂直向上的圆型火焰或垂直向上的扁平型火焰。

在一个示例中，n型炉膛的顶部设有连通至对流段的烟气出口。

在一个示例中，入口管排和出口管排分别连通至设置于n型炉膛底部的入口集合管和出口集合管。

实施例

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的加热炉的主视图，图4示出了沿图3中A-A截面的剖视图，图5示出了沿图3中B-B截面的剖视图。

如图3-5所示，根据本发明示例性实施例的加热炉包括连通的辐射段11和对流段12，其中，辐射段11包括至少一个n型炉膛13，每个n型炉膛13内设有多路并联n型炉管18，每个n型炉膛13包括对称设置的入口炉膛14和出口炉膛15，多路并联n型炉管的入口管排和出口管排分别设置于入口炉膛14和出口炉膛15中，n型炉管18的直管段的底部设有底烧燃烧器19，用于对直管段进行底烧供热，n型炉管的弯管段下方设有辅助燃烧器20，用于对弯管段进行供热。

入口炉膛14和出口炉膛15之间设有间隔空气墙16，间隔空气墙16的高度为h，n型炉管18的直管段高度为H，其中，0.5≤h/H≤1。

相邻的n型炉膛13之间设有炉膛空气墙17，此外，间隔空气墙16和炉膛空气墙17的宽度均大于0.5m，为底烧燃烧器19和辅助燃烧器20的燃料管线23留出布置空间，形成检、维修通道，便于工作人员，操作和检修燃烧管线阀门，监控n型炉管18和底烧燃烧器19。

图3-5显示了设置于不同位置的底烧燃烧器19。当底烧燃烧器19设置于n型炉管18的内侧或外侧时，可形成单面辐射；其中，当底烧燃烧器19设置于n型炉管18的内侧时，用于向底部燃烧器19提供燃料的燃料管线23设于炉膛空气墙17内，当底烧燃烧器19设置于n型炉管18的外侧时，燃料管线23设于间隔空气墙16内，从而便于连接安装。当底烧燃烧器19设置于n型炉管18的内侧和外侧时，可以形成完全对称的双面辐射；在这种情况下，可同时在炉膛空气墙17和间隔空气墙16内设置燃料管线23。

图3-5还显示了三种形式的底烧燃烧器19，即垂直向上圆形火焰底烧燃烧器19.1、垂直向上扁平火焰底烧燃烧器19.2和附墙式扁平火焰底烧燃烧器19.3，垂直向上圆形火焰底烧燃烧器19.1、垂直向上扁平火焰底烧燃烧器19.2均对管排形成单面辐射，而附墙式扁平火焰底烧燃烧器19.3可以仅布置在n型炉管的一侧，也可以同时布置在n型炉管的内侧和外侧，当同时布置在n型炉管的内侧和外侧时，内侧和外侧燃烧器的热负荷相同、位置紧靠侧墙、火焰宽度和高度相同、火焰角度倾向侧墙、火焰角度镜像对称，从而形成绝对对称的双面辐射。

图3-5还显示了三种形式的辅助燃烧器20，即垂直向上圆形火焰辅助燃烧器20.1、垂直向上扁平火焰辅助燃烧器20.2、附墙式发散型火焰辅助燃烧器20.3，三种形式的辅助燃烧器可按辅助热负荷的设计需求进行任意组合使用，沿管排的长度方向设置一个或多个辅助燃烧器。

工作时，工艺介质从入口集合管21进入，分配至多路并联的n型炉管18的入口直管段，通过弯管段，进入出口直管段，再汇集至出口集合管22，高温烟气由n型炉膛13底部的底烧燃烧器19和辅助燃烧器20燃烧产生，向上汇集至每个n型炉膛13的顶部出口，经过多个n型炉膛13的顶部出口再向上进入对流段12，对对流段12盘管进行对流传热。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施例。

Claims (10)

1.一种加热炉，包括连通的辐射段和对流段，其中，所述辐射段包括至少一个n型炉膛，每个n型炉膛内设有多路并联n型炉管，每个n型炉膛包括对称设置的入口炉膛和出口炉膛，所述多路并联n型炉管的入口管排和出口管排分别设置于所述入口炉膛和出口炉膛中，所述n型炉管的直管段的底部设有底烧燃烧器，用于对直管段进行底烧供热，所述n型炉管的弯管段下方设有辅助燃烧器，用于对弯管段进行供热。

2.根据权利要求1所述的加热炉，其中，所述入口炉膛和出口炉膛之间设有间隔空气墙。

3.根据权利要求2所述的加热炉，其中，所述直管段的高度为H，所述间隔空气墙的高度为h，且0.5≤h/H≤1。

4.根据权利要求2所述的加热炉，其中，相邻的n型炉膛之间设有炉膛空气墙。

5.根据权利要求4所述的加热炉，还包括燃料管线，所述燃料管线设置在所述间隔空气墙或炉膛空气墙内。

6.根据权利要求1所述的加热炉，其中，所述底烧燃烧器设置在所述n型炉管的内侧或外侧，形成单面辐射。

7.根据权利要求1所述的加热炉，其中，所述底烧燃烧器设置在所述n型炉管的内侧和外侧，形成双面辐射。

8.根据权利要求7所述的加热炉，其中，设置于所述n型炉管的内侧和外侧的底烧燃烧器的数量和负荷相同。

9.根据权利要求6或7所述的加热炉，其中，所述底烧燃烧器形成垂直向上的圆形火焰、垂直向上的扁平火焰或附墙式扁平火焰。

10.根据权利要求1所述的加热炉，其中，所述辅助燃烧器形成附墙式发散型火焰、垂直向上的圆型火焰或垂直向上的扁平型火焰。