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第一章 管式加热炉的种类、用途和主要指标1

1.1 概述1

1.2 管式加热炉的一般结构2

1.2.1 辐射室2

1.2.2 对流室2

1.2.3 余热回收系统3

1.2.4 燃烧器3

1.2.5 通风系统3

1.3 管式炉的主要技术指标3

1.3.1 热负荷3

1.3.4 对流表面热强度qC4

1.3.3 辐射表面热强度qR4

1.3.2 炉膛体积发热强度4

1.3.5 热效率5

1.3.6 火墙温度6

1.3.7 管内流速6

1.4 管式加热炉的种类7

1.4.1 按外形分类7

1.4.2 按用途分类10

1.4.3 炉型选择的基本原则12

参考文献13

第二章 燃料和燃烧计算14

2.1 燃料油14

2.1.1 燃料油的理化性质14

2.1.2 燃料油的热工性质19

2.1.3 炼油厂常用燃料油22

2.2 燃料气25

2.2.1 燃料气的理化性质25

2.2.2 燃料气的热工性质26

2.2.3 炼油厂常用燃料气29

2.3 管式炉的热平衡和热效率32

2.3.1 热平衡32

2.3.2 热效率34

2.3.3 热效率的测定42

符号表44

参考文献45

3.1.1 辐射、热辐射和辐射波谱46

第三章 辐射传热基础理论46

3.1 热辐射的基本概念46

3.1.2 吸收率、反射率、透过率47

3.1.3 黑体、白体、镜体、透明体48

3.1.4 辐射能力、单色辐射能力48

3.1.5 辐射强度49

3.1.6 黑度（辐射率）、单色黑度、定向黑度49

3.1.7 灰体50

3.2 热辐射的基本定律50

3.2.1 普朗克定律——辐射能按波长分布的定律50

3.2.2 斯蒂芬－波尔兹曼定律——四次方定律51

3.2.3 兰贝特定律——余弦定律51

3.2.4 克希荷夫定律52

3.3 固体的热辐射53

3.3.1 固体辐射能力及黑度53

3.3.2 固体的吸收率55

3.4 气体的热辐射56

3.4.1 气体辐射的选择性56

3.4.2 气体辐射和吸收在整个容积中进行57

3.4.3 贝尔定律——单色穿透率与射线行程的关系57

3.4.4 平均射线行程（有效辐射层厚度）58

3.4.5 水蒸气、C02、S02气的黑度59

3.4.6 水蒸气、C02气的吸收率62

3.4.7 气体的黑度和吸收率计算举例63

3.4.8 锅炉烟气黑度和吸收率64

3.5 火焰热辐射65

3.5.1 火焰类型及辐射特点65

3.5.2 辉焰的黑度66

3.6 辐射换热66

3.6.1 角系数及计算举例66

3.6.2 两黑体表面间的辐射换热70

3.6.3 有效辐射和投射辐射70

3.6.4 灰体表面辐射能量的收支72

3.6.5 封闭系统内两个灰体表面的换热72

3.6.6 封闭系统内几个灰体表面的换热73

3.6.7 气体与包壳间的辐射换热74

3.6.8 气体与包壳间辐射换热计算举例75

符号表76

参考文献78

第四章 管式炉的辐射传热计算80

4.1 经验法80

4.1.1 纯经验法80

4.1.2 经验公式法81

4.2 罗波－伊万斯法82

4.2.1 罗波－伊万斯法的基本计算式82

4.2.2 图解法90

4.2.3 罗波－伊万斯法编程数值计算法92

4.3 别洛康法98

4.3.1 别洛康法的基本计算式98

4.3.2 别洛康解法102

4.4 遮蔽段的详细计算103

4.3.3 别洛康法的编程数值计算103

4.5 区域法105

4.5.1 概述105

4.5.2 微元体的辐射106

4.5.3 直接交换面积107

4.5.4 方箱炉中直接交换面积计算公式及推导举例108

4.5.5 含斜墙箱式炉（立式炉）直接交换面积计算110

4.5.6 圆筒炉中直接交换面积计算公式及推导举例114

4.5.7 方箱炉中直接交换面积的简化计算117

4.5.8 总交换面积118

4.5.9 定向通量（定向总交换）面积122

4.5.10 温度分布计算125

4.6.1 概述128

4.6 蒙特卡罗法128

4.6.2 抽样问题129

4.6.3 能束跟踪132

4.6.4 温度分布计算136

符号表139

参考文献142

第五章 对流传热144

5.1 管内膜传热系数144

5.1.1 单相流的内膜传热系数144

5.1.2 混相流流动状态的确定145

5.1.3 混相流的内膜传热系数146

5.1.4 管内结垢热阻148

5.2 管外膜传热系数150

5.2.1 光管的外膜传热系数150

5.2.2 翅片管和钉头管的外膜传热系数152

5.2.3 管外结垢热阻161

5.3 管壁温度和平均温差162

5.3.1 光管管壁温度的计算方法162

5.3.2 翅片管或钉头管管壁温度的计算方法163

5.3.3 平均温度差164

5.4 在对流室中的辐射传热165

5.4.1 由辐射段带入的辐射热——遮蔽段的传热165

5.4.2 高温烟气在对流段的辐射传热165

5.4.3 炉墙的辐射166

5.4.4 对流管的管外综合传热系数167

5.5 对流管的总传热系数168

符号表169

参考文献171

第六章 压力损失及通风172

6.1 管内介质的流速及压降172

6.1.1 概述172

6.1.2 管内流速173

6.1.3 无相变时的压降计算173

6.1.4 有相变时的压降计算176

6.2.1 烟气流速189

6.2.2 烟气沿直管道流动的压降189

6.2 烟气流速及压降189

6.2.3 局部阻力产生的压降190

6.2.4 烟气流过对流室管排的压降195

6.2.5 烟气下行产生的压降197

6.3 管式炉的通风197

6.3.1 自然通风及其烟囱高度197

6.3.2 强制通风201

符号表205

参考文献207

第七章 燃烧器208

7.1 燃料气的燃烧和燃料气喷嘴208

7.1.1 着火过程和强迫点燃208

7.1.2 火焰传播209

7.1.4 扩散燃烧和外混式燃料气喷嘴212

7.1.3 预混燃烧和预混式燃料气喷嘴212

7.1.5 半预混式燃料气喷嘴213

7.1.6 火焰的稳定性213

7.2 燃料油的燃烧及燃料油喷嘴215

7.2.1 燃料油的燃烧215

7.2.2 燃料油的雾化及油喷嘴217

7.2.3 燃料油燃烧的稳定性221

7.3 配风器222

7.4 燃烧道和预燃筒222

7.5 管式炉用燃烧器223

7.5.1 设计和选用管式炉燃烧器的注意事项223

7.5.2 油气联合燃烧器225

7.5.3 燃料气燃烧器231

7.5.4 节能型和环保型燃烧器介绍237

7.5.5 燃烧器对燃料系统的要求240

7.6 燃烧器设计计算244

7.6.1 常用定律及公式244

7.6.2 燃料气喷嘴计算250

7.6.3 油喷嘴计算260

7.7 燃烧的污染及其控制263

7.7.1 燃烧器的噪声及其控制263

7.7.2 燃烧产物的污染及其控制268

符号表270

参考文献271

8.1.1 炉管材质的选择272

8.1 炉管系统272

第八章 结构和材料272

8.1.2 炉管壁厚计算281

8.1.3 炉管及其配件288

8.1.4 炉管的焊接292

8.2 炉墙和耐火材料297

8.2.1 炉墙结构297

8.2.2 炉墙传热计算301

8.2.3 耐火材料与隔热材料315

8.2.4 耐火浇注料及其施工要点327

8.3 炼油管式炉结构设计中的若干问题329

8.3.1 辐射室尺寸的确定及其主要结构设计329

8.3.2 对流室尺寸的确定及其主要结构设计337

8.3.3 钢结构设计要点341

8.3.4 烟风道及烟囱结构设计要点345

符号表349

参考文献351

第九章 油田和长输管线加热炉352

9.1 概述352

9.1.1 油田和长输管线加热炉的用途352

9.1.2 油田加热炉的技术装备现状352

9.2 油田加热炉的炉型及基本结构352

9.2.1 油田加热炉的炉型352

9.2.2 火筒式加热炉基本结构354

9.2.3 管式加热炉基本结构形式357

9.3 加热炉新炉型及技术特点359

9.3.1 火筒式加热炉新炉型及技术特点359

9.3.2 管式加热炉新炉型及技术特点363

参考文献367

第十章 炼油装置管式炉368

10.1 炼油管式炉规划设计368

10.1.1 基本要求368

10.1.2 基础数据368

10.1.3 炉型选择368

10.1.4 影响管式炉主要尺寸的几个因素369

10.1.5 炉体尺寸的初步选定377

10.2 炼油装置管式炉的设计特点380

10.2.1 炼油管式炉的特殊性和重要性380

10.2.2 热载体炉382

10.2.3 蒸馏炉383

10.2.4 残渣油加热炉384

10.2.5 加氢炉386

10.2.6 重整炉390

10.2.7 润滑油加工炉394

10.2.8 气体加热炉395

10.3 加热型管式炉工艺计算395

10.3.1 工艺计算程序介绍396

10.3.2 输入和输出数据397

10.3.3 程序框图397

10.3.4 计算举例398

10.4 延迟焦化炉工艺核算401

10.4.1 概述401

10.4.2 管外过程模拟方法402

10.4.3 管内过程模拟方法406

10.4.4 计算程序及软件包编制412

10.4.5 计算举例415

10.4.6 小结419

参考文献420

第十一章 烃类蒸汽转化炉422

11.1 烃类蒸汽转化概述422

11.1.1 烃类蒸汽转化热力学422

11.1.2 烃类蒸汽转化动力学425

11.1.3 烃类蒸汽转化催化剂426

11.1.4 烃类蒸汽转化过程中的析碳和结碳428

11.1.5 烃类蒸汽转化流程举例428

11.1.6 烃类蒸汽转化操作条件分析431

11.2 一段转化炉炉型433

11.2.1 I.C.I型转化炉433

11.2.2 Topsφe型转化炉434

11.2.3 Kellogg型转化炉435

11.2.4 FosterWheeler型转化炉438

11.3 烃类蒸汽转化炉辐射段的工艺计算439

11.3.1 管内数学模型440

11.3.2 管外数学模型443

11.3.3 计算框图及其说明447

11.4 计算举例及讨论449

11.4.1 Kellogg型转化炉（顶烘炉）设计计算449

11.4.2 Topsφe型转化炉（侧烧炉）实测及计算450

11.4.3 Selas转化炉计算453

11.5 结构与材料459

11.5.1 I.C.I型转化炉结构459

11.5.2 Kellogg型转化炉结构462

11.5.3 Topsφe型转化炉结构471

附录479

符号表483

参考文献484

第十二章 管式裂解炉486

12.1 裂解反应热力学与动力学486

12.1.1 低碳烃裂解平衡常数的计算486

12.1.2 一次反应与二次反应488

12.1.3 裂解过程的结焦生碳反应490

12.1.4 裂解反应动力学491

12.2 裂解过程的工艺参数与操作指标494

12.2.1 裂解温度和停留时间494

12.2.2 压力（烃分压）495

12.2.3 稀释剂和稀释比495

12.3 裂解炉的炉型和结构496

12.3.1 概述496

12.3.2 SRT型裂解炉497

12.3.3 USC型裂解炉500

12.3.4 GK型裂解炉503

12.3.5 毫秒裂解炉506

12.3.6 Pyrocrack型裂解炉509

12.3.7 CBL型裂解炉510

12.4.1 管内反应微分方程组的建立512

12.4 裂解炉工艺计算512

12.4.2 传热及阻力降微分方程式的建立514

12.4.3 区域的划分515

12.4.4 计算步骤及框图515

12.4.5 计算举例516

符号表518

参考文献519

第十三章 提高加热炉热效率520

13.1 提高热效率与节约燃料的关系520

13.1.1 结合装置特点综合节能520

13.1.2 降低排烟温度以减少排烟热损失521

13.1.3 降低过剩空气系数以减少排烟热损失523

13.2 低温露点腐蚀524

13.2.1 低温露点腐蚀的机理524

13.1.4 减少不完全燃烧损失524

13.1.5 减少散热损失524

13.2.2 腐蚀速度与壁温的关系527

13.2.3 烟气露点温度的确定527

13.2.4 低温露点腐蚀的防止和减轻措施529

13.3 节能措施经济效果评价533

13.3.1 节能投资经济效果评价内容533

13.3.2 投资效率的基本概念534

13.3.3 经济性评价的计算方法535

参考文献540

14.1.1 烟气间接预热空气541

第十四章 利用烟气余热预热空气541

14.1 烟气预热空气的各种方案541

14.1.2 烟气直接预热空气542

14.1.3 蓄热式高温空气贫氧燃烧技术简介543

14.2 热油式空气预热器545

14.2.1 结构545

14.2.2 主要设计参数546

14.2.3 设计和计算547

14.3 回转式空气预热器550

14.3.1 概述550

14.3.2 优缺点分析551

14.3.3 加热炉热负荷与预热器转子直径的关系552

14.3.4 漏风量和漏风系数553

14.3.5 漏风对预热器出口烟气温度的校正556

14.3.6 传热核算简介556

14.4 钢管式空气预热器557

14.4.1 概述557

14.4.2 立式和卧式557

14.4.3 管径、管心距和排心距559

14.4.4 气体流速560

14.4.5 出口烟气温度560

14.4.6 入口烟气温度560

14.4.7 结构560

14.4.8 受热面的计算560

14.4.9 空气预热器阻力计算564

14.4.10 预热器结构特性的初步确定566

14.5.1 结构形式568

14.5 玻璃管空气预热器568

14.5.2 立式与卧式的对比569

14.5.3 管端密封结构569

14.5.4 玻璃管材质和规格571

14.5.5 设计参数571

14.5.6 玻璃管易破损原因分析573

14.6 热管式空气预热器573

14.6.1 热管574

14.6.2 无机传热元件简介578

14.6.3 热管式空气预热器579

参考文献582

15.1.1 加热炉的温度监控点583

第十五章 加热炉的自动控制583

15.1 加热炉的温度监控583

15.1.2 加热炉的温度控制方案585

15.2 加热炉的压力控制588

15.2.1 加热炉炉膛压力588

15.2.2 常明灯燃料的压力588

15.2.3 燃料压力589

15.2.4 燃料油及雾化蒸汽压力589

15.3 加热炉进料流量控制589

15.3.1 进料流量单参数控制589

15.3.2 上游设备液位与进料流量均匀控制590

15.4 烟气氧含量测量590

15.5 加热炉附属设备的控制591

15.6 火焰检测器设置目的及选型592

15.7 加热炉的报警联锁592

15.7.1 加热炉常规联锁项593

15.7.2 加热炉常规报警项594

15.8 油田加热炉的控制594

15.9 炼油厂加热炉的控制597

15.9.1 常减压炉的控制597

15.9.2 延迟焦化炉的控制599

15.9.3 四合一重整炉的控制600

15.9.4 加氢裂化炉的控制602

15.10.1 烃类蒸汽转化炉的控制606

15.10 石油化工加热炉的控制606

15.10.2 烃类裂解制乙烯炉的控制614

参考文献628

第十六章 操作、管理和维护629

16.1 炉子的燃烧管理629

16.1.1 炉子的点火和升温629

16.1.2 油燃烧器的故障及处理629

16.1.3 气体燃烧器的故障及处理630

16.1.4 燃烧调节的任务和指标631

16.1.5 炉子典型的抽力曲线图631

16.1.6 燃烧操作的安全规程633

16.1.7 燃烧过剩空气量的监控633

16.2.1 炉子操作的上限638

16.2 炉子的操作范围638

16.2.2 炉子操作的下限639

16.2.3 热效率和操作负荷的关系640

16.3 管内结焦和烧焦641

16.3.1 结焦的形态641

16.3.2 结焦的速度641

16.3.3 影响结焦的因素及防止措施642

16.3.4 炉管的烧焦644

16.4 管外积灰与清扫645

16.4.1 灰垢的种类和成分645

16.4.2 决定灰垢生成量的主要因素646

16.4.4 积灰对传热的影响647

16.4.3 灰粒沉积的规律647

16.4.5 管外积灰的清扫方法649

16.5 炉管的损坏652

16.5.1 炉管报废标准652

16.5.2 炉管损坏的原因652

16.5.3 预防炉管损坏的措施653

16.5.4 由氧化减薄引起的损坏654

16.6 离心铸造炉管的损坏656

16.6.1 离心铸造管的特性656

16.6.2 转化炉炉管的蠕变破裂658

16.6.3 裂解炉炉管的渗碳破坏660

16.6.4 离心铸造炉管的维修和保养661

16.6.5 离心铸造炉管的超声波检测663

参考文献665