CN202470753U - 一种管式加热炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管式加热炉。所述管式加热炉的辐射室侧墙结构由下斜墙和上斜墙组合而成；炉底燃烧器紧贴辐射室底安置；所述辐射室上斜墙向炉内倾斜，倾斜角度α为91-170°，辐射室下斜墙高度H为0.5-5m，向炉外倾斜，倾斜角度β为91-150°；所述的炉底烧燃烧器采用附墙扁平焰炉底烧燃烧器，燃烧器喷孔截面与辐射室下斜墙之间的夹角γ为0-10°，炉底烧燃烧器中心线与辐射室下斜墙之间的距离D为0-0.5m。这种斜墙+斜墙的结构能够增大炉墙辐射面积，减缓炉管局部过热现象，提高炉管平均热强度和装置稳定性，利于缓解结焦倾向，延长加热炉操作周期，进而提高装置的经济效益。

Description

一种管式加热炉

技术领域

本实用新型属于石油炼制与化工设备领域，尤其涉及一种用于石油炼制与化工装置中加热原料的管式加热炉。

背景技术

目前卧管式双面辐射加热炉为单室和多辐射室，辐射室炉墙为直墙或直墙+斜墙结构，且燃烧器均排布在炉墙与炉管之间，远离炉墙。这些传统的管式加热炉型，虽各有特点，但由于其辐射室炉墙均为直墙结构，高温烟气主体沿炉膛高度方向上升过程中左右摆动明显，使得沿炉膛高度方向传热不均匀。除此之外，由于受到构造等方面因素的限制，大多采用炉底烧燃烧器，燃烧器距炉墙有一段距离，燃烧器的周围存在高速回流区，烟气在炉膛内及燃烧器周围的扰动，存在热量不均匀现象，使得沿高度方向和长度方向炉管吸热不均，局部过热现象明显，易造成管内结焦现象的发生，减短了管式加热炉的操作周期。由于辐射室的下部采用的是直墙结构，在高温火焰的直接冲击下，撞墙容易断裂，严重时砖墙将向炉内倾倒坍塌。

现有技术卧管加热炉基本特征见图2，主要包括底烧燃烧器1、辐射室端墙4和辐射室侧墙8、炉管6、辐射室顶部烟道7、对流室，目前主要有3种常见炉型：(1)单面辐射箱式炉，辐射室炉墙为直墙结构，炉管靠炉墙布置，底烧燃烧器位于炉膛中间，火焰及热烟气对炉管呈单面辐射传热方式。单面辐射容易导致炉管周向不均匀系数增大，受热不均。(2)双面辐射单室单管程箱式炉，辐射室炉墙为直墙结构，炉管布置在炉膛中间，管排两侧布置燃烧器，底烧燃烧器位于炉墙与炉管中间位置，火焰及热烟气对炉管呈双面辐射传热方式，与单面辐射管式加热炉相比，双面辐射管式加热炉炉管周向均匀系数减小，单根炉管周向受热均匀性提高。(3)双面辐射单室单管程箱式炉，辐射室炉墙为直墙+斜墙结构，炉管布置在炉膛中间，管排两侧布置底烧燃烧器，底烧燃烧器位于炉墙与炉管中间位置，火焰及热烟气对炉管呈双面辐射传热方式，与单面辐射管式加热炉相比，双面辐射管式加热炉炉管周向均匀系数减小，单根炉管周向受热均匀性提高，本发明的辐射室为斜墙加斜墙结构组合截面的炉型借助于烟气在炉膛内扰动可以使炉膛内沿高度方向烟气传热趋于均匀。

以上(1)(2)种传统的管式加热炉型，虽各有特点，但由于其辐射室炉墙均为直墙结构，且底烧燃烧器均排布在炉墙与炉管之间，高温烟气主体沿炉膛高度方向上升过程中左右摆动明显，使得沿炉膛高度方向传热不均匀。同时由于受到构造等方面因素的限制，大多采用底烧燃烧器，燃烧器距炉墙有一段距离，燃烧器的周围存在高速回流区，烟气在炉膛内及燃烧器周围的扰动，存在热量不均匀的现象，影响体积热强度的均匀性，使得沿高度方向和长度方向炉管吸热不均，局部过热现象明显，局部管内结焦趋势明显，减短了管式加热炉的操作周期。由于辐射室的下部采用的是直墙结构，在高温火焰的直接冲击下，砖墙容易断裂，严重时砖墙将向炉内倾倒坍塌。第(3)种传统的管式加热炉型，燃烧器距炉墙依然还有一段距离，燃烧器的周围存在高速回流区，烟气在炉膛内及燃烧器周围存在的扰动。

中国专利申请CN201688694 U公开了一种管式加热炉的实用新型专利，该实用新型中的辐射室由直墙和斜墙组成，斜墙紧接直墙，且在直墙上方。直墙高度为0.5～5m，斜墙与直墙间的夹角为1～45°。炉底烧燃烧器靠近直墙，为附墙扁平火焰燃烧器。它的特点在于：由于辐射室的下部采用的是直墙结构，在高温火焰的直接冲击下，当砖墙断裂倒塌时，将向炉内倾倒坍塌；由于受到构造等方面因素的限制，虽采用附墙扁平火焰燃烧器，但燃烧器距炉墙有一段距离，燃烧器的周围存在高速回流区，烟气在炉膛内及燃烧器周围存在扰动，出现热量不均匀的现象，影响体积热强度的均匀性，使得沿高度方向和长度方向炉管吸热不均，有局部过热现象。

实用新型内容

为了加强对炉管进行均匀定向热辐射，本实用新型提供了一种管式加热炉。

一种管式加热炉，包括炉底燃烧器1、辐射室、炉管6、辐射室顶部烟道7所述辐射室的炉墙为斜墙，即所述炉墙由至少一段斜墙构成；所述炉底燃烧器1为紧贴辐射室固定设置的底烧燃烧器。

在具体的实践中，所述炉底燃烧器紧贴辐射室底或者固定设置在下斜墙外表面下部。

本实用新型包括两种实施例，

所述辐射室炉墙包括两段斜墙，即包括下斜墙2和上斜墙3；所述两段斜墙之间连接；

第一种，所述下斜墙2墙上端及所述上斜墙3下端向炉身外倾斜，所述下斜墙2的高度H为0.5～5m，且所述下斜墙2的内表面与辐射室底的夹角β为91°～150°；所述上斜墙3的高度H为1.5～6m，且所述上斜墙3的内表面与辐射室顶的夹角α为91～170；形成加热炉底部的收缩区、中下部为扩张区和中上部的收缩区。

第二种所述下斜墙2墙下端及所述上斜墙3上端向炉身内倾斜，所述上斜墙3的高度H为1.5～6m，且所述上斜墙3的内表面与辐射室顶的夹角α为91°～170°；形成加热炉底部的收缩区、中下部为扩张区和中上部的收缩区。所述下斜墙2的高度H为0.5～5m，且所述下斜墙2的内表面与辐射室底的夹角β为91°～150°；形成加热炉底部的扩张区、中下部为收缩区和中上部的扩张区。

所述加热炉墙体的向火面为高温耐火砖，炉墙砖的重心在墙体的外侧，墙体自成稳定体系，墙体不易向炉内坍塌。

具体的应用中，所述炉底燃烧器1为附墙扁平焰炉底燃烧器，所述炉底燃烧器1是采用贴壁附墙燃烧的结构，所述附墙扁平焰炉底烧燃烧器火焰紧贴炉壁，燃烧器安装在炉底板或安装在下斜墙(2)下部。炉底烧燃烧器喷孔截面的中心线与所述下斜墙2之间的夹角γ为0～10°，炉底烧燃烧器1的中心线与下斜墙2之间的距离D为0～0.5m；燃烧产生的高温烟气贴着墙壁流动。

所述炉管6设置在炉膛中间；

所述辐射室顶部烟道7安置在辐射室顶部，烟气经所述的辐射室顶部烟道7进入对流室或其他取热源。

本实用型的所述双面辐射管式加热炉至少包括一个辐射室，

各辐射室内有辐射炉管，各辐射室间独立运行，互不影响。

进一步地说，所述的管式加热炉辐射室侧墙是一段由辐射室下斜墙2和一段辐射室上斜墙3组合而成的结构。由于辐射室侧墙采用上下斜墙相结合的结构，使得沿炉膛高度方向辐射室截面积逐渐扩大然后再逐渐减小，提高了辐射室上部区域烟气的体积热强度。炉墙辐射面积的增加加强了辐射传热，减少了炉管顶部和底部与水平方向的差距，使得沿圆周方向区域传热均匀，强化传热并减少炉管因局部过热结焦的倾向。同时，下斜墙墙体为重质砖墙结构，其向火面为高温耐火砖，上斜墙为轻质砖墙结构。下斜墙的墙体向外倾斜，利用自身的重力构成稳定体系，即使砖墙断裂也不会向炉内倾倒。

辐射室上部的收缩结构，炉墙渐渐靠近炉管，炉墙的辐射距离变短，且高温烟气附墙流动，形成强烈的湍流。这种结构加强了上部烟气向炉管高温区域的回流和扰动，高速气流增强了高温烟气与炉管之间的对流换热，提高了辐射室内部上部炉管的吸热强度，同时强化了对流传热；辐射室的中下部，上下斜墙相交处有一个明显的折角，该转折点限制了火焰自由爬升的高度，使火焰呈现短火焰齐火苗的状态，避免火焰冲击加热炉的对流段炉管并且为炉管提供均匀加热。

附墙扁平焰炉底烧燃烧器采用贴壁附墙布置，沿炉膛径向横向以炉管为中心对称安装。燃气从狭长的缝隙呈扇形喷出，扩散在墙面上形成扁平火焰，高温的墙面对炉管进行定向均匀热辐射。同时，燃烧器紧贴墙壁，消除了燃烧器与炉墙之间的空隙，减少了燃烧器与炉墙之间的回流，燃烧的火焰更加稳定。燃烧器与炉管之间有较大的距离，燃烧产生的高速气流在炉墙与炉管之间产生了稳定的烟气回流区域，将火苗诱导在炉墙的墙面上，避免明火烧到炉管。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的结构有效地引导了气流的流动方向，增大了炉墙辐射面积，对炉管进行定向热辐射，提高辐射室传热效率；上下墙相交处有一个明显的折角，该转折点限制了火焰自由爬升的高度，使火焰呈现短火焰齐火苗的状态，避免火焰冲击加热炉的对流段炉管；此结构与烟气的回流流型相匹配，不产生次生回流的死角，所形成的主回流热烟气增加了这个区域炉管的对流传热，降低了沿炉膛高度方向烟气传热的不均匀性；此结构重心始终在炉体垂直中心线的外侧，依靠在炉墙板上，自成稳定体系，不会向炉中心坍塌。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为现有技术的结构示意图；

图3为斜墙+斜墙组合示意图；

图4为炉墙结构及炉底烧燃烧器结构示意图。

附图编号说明：

1-炉底燃烧器；2-下斜墙；3-上斜墙；4-辐射室端墙；5-辐射室底墙；6-炉管；7-辐射室顶部烟道；

α-辐射室上斜墙3与水平面夹角；β-辐射室下斜墙2与水平面夹角；γ-炉底烧燃烧器1与辐射室下斜墙2的夹角。

图3中，A-直墙；B-斜墙

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地说明，本实用新型的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

具体实施方式

如图1、3、4所示：

一种辐射管式加热炉，包括炉底烧燃烧器1、下斜墙2、上斜墙3、辐射室端墙4、辐射室底部5、炉管6、辐射室顶部烟道7。辐射室上斜墙3向炉内倾斜，墙顶部与水平方向的夹角α为91～170°。辐射室下斜墙2向炉外倾斜，下斜墙高度H为0.5～5m，墙底部与水平方向的夹角β为91～150°。沿炉膛径向横向以炉管6为中心并列布置两排炉底烧燃烧器，燃烧器喷孔截面与下斜墙2之间的夹角为0～10°，附墙扁平焰炉底燃烧器的喷孔截面与下斜墙2之间的距离D为0～0.5m。产生的高温回流烟气沿下斜墙+上斜墙墙面爬升，两个斜墙间的拐点抑制火焰爬升高度，使火焰呈现短火焰齐火苗状态，为炉管均匀加热。3引导着尾部火焰和高温热烟气流向本炉中上部的收缩段，高温烟气形成强烈的湍流，加强了辐射热强度同时强化了对流传热。

这种辐射管式加热炉为单室辐射室加热炉，炉管6设置在炉膛中间，辐射室顶部烟道7安置在辐射室顶部，烟气经辐射室顶部烟道7进入到对流室8中，最后经烟囱9进入余热回收***或排入大气。

根据本实用新型具体实施方式的管式加热炉，减缓了炉管的局部过热现象的出现，提高了炉管的平均热强度，提高了装置稳定性，有利于减缓结焦倾向，延长了加热炉操作周期，进而提高了装置的经济效益。

Claims (8)

1.一种管式加热炉，包括炉底燃烧器(1)、辐射室、炉管(6)、辐射室顶部烟道(7)，其特征在于：所述辐射室的炉墙包括斜墙，即所述炉墙由至少一段斜墙构成；所述炉底燃烧器(1)紧贴辐射室固定设置底烧燃烧器。

2.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于：

所述辐射室炉墙包括两段斜墙，即包括下斜墙(2)和上斜墙(3)；所述两段斜墙之间连接；

所述下斜墙(2)墙上端及所述上斜墙(3)下端向炉身外倾斜，所述下斜墙(2)的高度H为0.5～5m，且所述下斜墙(2)的内表面与辐射室底的夹角β为91～150°；

所述上斜墙(3)的高度H为1.5～6m，且所述上斜墙(3)的内表面与辐射室顶的夹角α为91～170°；形成加热炉底部的收缩区、中下部为扩张区和中上部的收缩区。

3.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于：

所述辐射室炉墙包括两段斜墙，即包括下斜墙(2)和上斜墙(3)；所述两段斜墙之间连接；

所述下斜墙(2)上端及所述的上斜墙(3)下端向炉身内倾斜，所述上斜墙(3)的高度H为1.5～6m，且所述上斜墙(3)的内表面与辐射室顶的夹角α为91～170°；形成加热炉底部的收缩区、中下部为扩张区和中上部的收缩区；

所述下斜墙(2)的高度H为0.5～5m，且所述下斜墙(2)的内表面与辐射室底的夹角β为91°～150°；形成加热炉底部的扩张区、中下部为收缩区和中上部的扩张区。 

4.根据权利要求1-3之一所述的管式加热炉，其特征在于：所述炉底燃烧器(1)为附墙扁平焰炉底燃烧器，所述炉底燃烧器(1)是采用贴壁附墙燃烧的结构，即所述附墙扁平焰炉底烧燃烧器火焰紧贴炉壁，燃烧器火嘴的燃料喷孔截面的中心线与所述下斜墙(2)之间的夹角γ为0～10°，炉底烧燃烧器(1)的中心线与下斜墙(2)之间的距离D为0～0.5m；燃烧产生的高温烟气贴着墙壁流动。

5.根据权利要求4所述的管式加热炉，其特征在于：所述炉底燃烧器(1)为底烧燃烧器，且固定设置在辐射室底或者固定设置在下斜墙外表面下部。

6.根据权利要求1-3之一所述的管式加热炉，其特征在于：

所述炉管(6)设置在炉膛中间；

所述辐射室顶部烟道(7)安置在辐射室顶部，烟气经所述的辐射室顶部烟道(7)进入对流室或其他取热源。

7.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于：

所述双面辐射管式加热炉至少包括一个辐射室，各辐射室内有辐射炉管，各辐射室间独立运行，互不影响。

8.根据权利要求2所述的管式加热炉，其特征在于：

所述加热炉墙体的向火面为高温耐火砖，炉墙砖的重心在墙体的外侧，墙体自成稳定体系，墙体不易向炉内坍塌。 

Images