一种管式加热炉的制作方法

1.本技术涉及石油化工技术领域，具体而言涉及一种管式加热炉。


背景技术：

2.管式加热炉，是用于炼油、化工、油田和长输管线等行业中使用的工艺或热载体加热炉。管式加热炉一般由辐射室、对流室、燃烧器、余热回收系统及烟风道系统等组成。
3.对于诸如圆筒炉等结构简单的炉型，其燃烧器通常设置在炉管远离侧壁的一侧，炉管远离燃烧器的一侧传热强度差，炉管存在沿圆周方向受热不均匀、平均热强度不高、炉管有效利用率低、炉管传热面积浪费严重的问题。
4.因此需要进行改进，以至少部分地解决上述问题。


技术实现要素：

5.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.为了至少部分地解决上述问题，本实用新型提供了一种管式加热炉，其包括：
7.辐射室，所述辐射室包括底壁、顶壁、侧壁和炉管，所述底壁、所述顶壁和所述侧壁共同形成一容纳空间，所述炉管位于所述容纳空间中；
8.燃烧器，所述燃烧器位于所述底壁和/或所述顶壁的中部，所述炉管位于所述燃烧器产生的火焰与所述侧壁之间；
9.燃料气喷管，所述燃料气喷管设置于所述底壁、所述顶壁和所述侧壁中的至少一者上，用于向所述炉管与所述侧壁之间的所述容纳空间中喷射燃料气；
10.对流室，所述对流室设置于所述辐射室顶部，且与所述容纳空间连通。示例性地，所述底壁、所述顶壁和所述侧壁中的至少一者上对应所述燃料气喷管的位置设置有先缩后放式流道，所述先缩后放式流道的流通面积先逐渐减小再逐渐增大。
11.示例性地，所述底壁、所述顶壁和所述侧壁内侧均设置有耐火衬里，所述先缩后放式流道位于所述耐火衬里中。
12.示例性地，所述燃料气喷管包括燃料气进气管，所述燃料气进气管上设置有控制阀和阻火器。
13.示例性地，所述管式加热炉还包括可燃气体分析仪，所述可燃气体分析仪设置于所述顶壁上和/或所述对流室中。
14.示例性地，所述管式加热炉还包括第一控制器，所述第一控制器与所述可燃气体分析仪、所述燃烧器和所述燃料气喷管连接。
15.示例性地，所述管式加热炉还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述底壁、实施侧壁和所述顶壁的至少一者上，用于检测炉膛温度和/或所述炉管的温度。
16.示例性地，所述管式加热炉还包括第二控制器，所述第二控制器与所述温度传感器、所述燃烧器和所述燃料气喷管连接。
17.示例性地，所述炉管为立管、卧管或螺旋管。
18.示例性地，所述辐射室呈圆筒形或方箱形。
19.根据本实用新型的管式加热炉，通过燃料气喷管向炉管与侧壁之间的容纳空间中喷射燃料气，可以使该燃料气在炉管与侧壁之间的容纳空间中无焰燃烧，在炉管远离燃烧器的一侧对炉管进行加热，使炉管受热均匀、平均热强度高、炉管有效利用率高、炉管传热面积得到有效利用，且燃料气喷管的设置还可以在一定程度上降低nox的排放。
附图说明
20.本技术的下列附图在此作为本技术的一部分用于理解本技术。附图中示出了本技术的实施例及其描述，用来解释本技术的装置及原理。在附图中，
21.图1为根据本技术一实施例的管式加热炉的结构示意图；
22.图2为先缩后放式的结构示意图。
23.附图标记说明：
24.100-辐射室，110-底壁，120-顶壁，130-侧壁，140-炉管，150、160、170-耐火衬里，151-先缩后放式流道，200-燃烧器，300-燃料气喷管，310-喷口，400-对流室，500-烟道。
具体实施方式
25.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
26.应当理解的是，本技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本技术的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
27.应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
28.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。
29.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本技术的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、
元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
30.这里参考作为本技术的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述实用新型的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本技术的实施例不应当局限于在此所示的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。因此，图中显示的实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的实际形状且并不意图限定本技术的范围。
31.参照附图1、2对根据本技术一实施例的管式加热炉进行示例性说明，该管式加热炉包括辐射室100、燃烧器200、燃料气喷管300和对流室400。
32.辐射室100包括底壁110、顶壁120、侧壁130和炉管140，底壁110、顶壁120和侧壁130共同形成一容纳空间。炉管140位于该容纳空间中，炉管140可以为立管、卧管或螺旋管，该容纳空间内设置有炉管140支架以对炉管140进行支撑固定，炉管140支架可以固定与底壁110和/或顶壁120。炉管140朝向侧壁130的一侧与侧壁130之间存在一定距离，炉管140远离侧壁130的一侧与容纳空间的中部存在一定距离。辐射室100可以呈圆筒形或方箱形，也即，管式加热炉可以为圆筒炉或方箱炉。
33.在本技术实施例中，燃烧器200位于底壁110的中部，用于在容纳空间中部产生火焰，炉管140位于燃烧器200产生的火焰与侧壁130之间，也即，燃烧器200可以通过热辐射的方式加热炉管140远离侧壁130的一侧(也即炉管140朝向容纳空间中部的一侧)。当辐射室100呈圆筒形时，燃烧器200可以仅有一个，设置于底壁110的中部；燃烧器200也可以有多个，呈环形地设置于底壁110的中部。当辐射室100呈方箱形时，燃烧器200可以线性地设置于底壁110的中部。在其它一些实施例中，燃烧器200可以位于顶壁120的中部，用于通过顶烧的方式在容纳空间中部产生火焰。在其它一些实施例中，燃烧器200有至少两个，分别位于顶壁120的中部和底壁110的中部。
34.在本技术实施例中，燃料气喷管300位于炉管140与侧壁130之间的底壁110上，其用于向炉管140与侧壁130之间的空间内高速喷射燃料气，该燃料气高速喷入时，通过其射流的卷吸作用，可以将容纳空间中的高温的烟气卷吸过来，使燃料气受到烟气的充分混合稀释，并将燃料气加热到其燃点以上，同时高温烟气中的氧气作为稀释后燃料气的氧化剂，使燃料气处于高温低氧状态(氧含量在2％左右)，实现无焰烧热，从而通过热辐射的方式加热炉管140朝向侧壁130的一侧。在无焰燃烧的模式下，燃料气弥散到炉管140背后的空间，燃烧“柔和”且缓慢，没有噪音，可以使炉管140与侧壁130之间的空间温度分布均匀且nox排放较低。当辐射室100呈圆筒形时，燃料气喷管300可以有多个，呈环形地设置于炉管140与侧壁130之间的底壁110上。当辐射室100呈方箱形时，燃料气喷管300可以线性地设置于炉管140与侧壁130之间的底壁110上。在其它一些实施例中，燃料气喷管300可以设置于所述炉管140与侧壁130之间的顶壁120上，或设置于侧壁130上，用于向炉管140与侧壁130之间的空间内喷射燃料气。通过燃料气喷管300的设置，可以在炉管140远离燃烧器200的一侧对炉管140进行加热，使炉管140受热更加均匀，平均热强度更高，炉管140的有效利用率更高。炉管140传热面积得到有效利用，进而可以节约炉管140用量，并提高加热炉操作上限。此外，由于燃料气喷管300的体积显著小于燃烧器200，因此，其可以便捷地安装在底壁110、顶壁120或侧壁130上，从而对于常规的结构简单的单面辐射的加热炉，可以通过增设燃料气
喷管300方式，将其改造成本技术的管式加热炉，以使其炉管140受热更加均匀，改造量小，改造成本低。
35.在本技术实施例中，底壁110、顶壁120和侧壁130均为钢结构，其内侧均设置有耐火衬里，底壁110内侧的耐火衬里150可以包括耐火砖和/或耐火浇注料，侧壁130内侧的耐火衬里160可以包括耐火砖和/或耐火浇注料，顶壁120内侧的耐火衬里170可以包括耐火浇注料。底壁110内侧的耐火衬里150中对应燃料气喷管300的位置设置有先缩后放式流道151。参见附图2，先缩后放式流道151的流通面积先逐渐减小再逐渐增大，燃料气喷管300的喷口311位于先缩后放式流道151中，自燃料气喷管300的喷口311喷出的燃料气通过先缩后放式流道151进入炉管140与侧壁130之间的空间。先缩后放式流道151的设置可以使燃料气高速喷出，燃料气通过先缩后放式流道151后产生高速的射流，将附近的高温烟气卷吸过来，和燃料气充分混合并将燃料气稀释并加热，再充分扩散到炉管140与侧壁130之间的空间，以均匀燃烧。在其它一些实施例中，当燃料气喷管300可以位于炉管140与侧壁130之间的顶壁120上或位于侧壁130上时，顶壁120内侧的耐火衬里170或侧壁130内侧的耐火衬里160中对应燃料气喷管310的位置可以相应设置有先缩后放式流道。在其它一些实施例中，底壁110(或顶壁120或侧壁130)上可以设置有内部具有先缩后放式流道的管件，燃料气喷管300的喷口31-位于该管件中。在本技术实施例中，燃料气喷管300包括燃料气进气管，燃料气进气管上设置有控制阀和阻火器，控制阀用于调节燃料气的进气量，通过控制阀可以在不需要使用燃料气喷管300时候关闭燃料气喷管300。
36.在本技术实施例中，对流室400设置于辐射室100顶部，且与容纳空间连通，来自容纳空间的高温烟气进入对流室400与对流室400中的炉管140或其它换热管进行换热。对流室400顶部设置有烟道500，该烟道500可以连接余热回收系统。
37.在本技术实施例中，管式加热炉还包括可燃气体分析仪，例如红外线可燃气体分析仪或催化型可燃气体分析仪，其设置在对流室400中，用于对烟气的可燃气体组分进行分析，从而判断燃料气是否完全燃烧。在一些实施例中，管式加热炉还包括第一控制器，第一控制器可以为单片机或其它合适的控制器，其与可燃气体分析仪、燃烧器200和燃料气喷管300连接，用于根据可燃气体分析仪的分析结果，对燃烧器200和燃料气喷管300的燃烧情况进行控制(例如通过调整燃料气喷嘴300的燃料气进气量、燃烧器200的燃料气进气量、燃烧器200的助燃空气进气量等进行控制)，以使燃料气充分燃烧。
38.在本技术实施例中，管式加热炉还包括温度传感器，例如热电偶或其它合适的温度传感器，其可以设置在底壁110、顶壁120和侧壁130的至少一者上，用于对炉膛和/或炉管140的温度进行检测，以便判断炉膛温度和/或炉管140内的介质温度是否正常。在一些实施例中，管式加热炉还包括第二控制器，第二控制器可以为单片机或其它合适的控制器，其与温度传感器、燃烧器200和燃料气喷管300连接，用于根据温度传感器的检测结果，对燃烧器200和燃料气喷管300的燃烧情况进行控制(例如通过调整燃料气喷嘴300的燃料气进气量、燃烧器200的燃料气进气量、燃烧器200的助燃空气进气量等进行控制)，以使炉膛温度和/或炉管内的介质温度处于正常的范围。
39.尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本技术的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本技术的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求
所要求的本技术的范围之内。
40.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
41.类似地，应当理解，为了精简本技术并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本技术的示例性实施例的描述中，本技术的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本技术的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本技术要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本技术的单独实施例。
42.本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
43.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
44.应该注意的是上述实施例对本技术进行说明而不是对本技术进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。

技术特征：
1.一种管式加热炉，其特征在于，包括：辐射室，所述辐射室包括底壁、顶壁、侧壁和炉管，所述底壁、所述顶壁和所述侧壁共同形成一容纳空间，所述炉管位于所述容纳空间中；燃烧器，所述燃烧器位于所述底壁和/或所述顶壁的中部，所述炉管位于所述燃烧器产生的火焰与所述侧壁之间；燃料气喷管，所述燃料气喷管设置于所述底壁、所述顶壁和所述侧壁中的至少一者上，用于向所述炉管与所述侧壁之间的所述容纳空间中喷射燃料气；对流室，所述对流室设置于所述辐射室顶部，且与所述容纳空间连通。2.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述底壁、所述顶壁和所述侧壁中的至少一者上对应所述燃料气喷管的位置设置有先缩后放式流道，所述先缩后放式流道的流通面积先逐渐减小再逐渐增大。3.根据权利要求2所述的管式加热炉，其特征在于，所述底壁、所述顶壁和所述侧壁内侧均设置有耐火衬里，所述先缩后放式流道位于所述耐火衬里中。4.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述燃料气喷管包括燃料气进气管，所述燃料气进气管上设置有控制阀和阻火器。5.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述管式加热炉还包括可燃气体分析仪，所述可燃气体分析仪设置于所述对流室中。6.根据权利要求5所述的管式加热炉，其特征在于，所述管式加热炉还包括第一控制器，所述第一控制器与所述可燃气体分析仪、所述燃烧器和所述燃料气喷管连接。7.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述管式加热炉还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述底壁、实施侧壁和所述顶壁的至少一者上，用于检测炉膛温度和/或所述炉管的温度。8.根据权利要求7所述的管式加热炉，其特征在于，所述管式加热炉还包括第二控制器，所述第二控制器与所述温度传感器、所述燃烧器和所述燃料气喷管连接。9.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述炉管为立管、卧管或螺旋管。10.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述辐射室呈圆筒形或方箱形。

技术总结
本申请公开了一种管式加热炉，其包括：辐射室，所述辐射室包括底壁、顶壁、侧壁和炉管，所述底壁、所述顶壁和所述侧壁共同形成一容纳空间，所述炉管位于所述容纳空间中；燃烧器，所述燃烧器位于所述底壁和/或所述顶壁的中部，所述炉管位于所述燃烧器产生的火焰与所述侧壁之间；燃料气喷管，所述燃料气喷管设置于所述底壁、所述顶壁和所述侧壁中的至少一者上，用于向所述炉管与所述侧壁之间的所述容纳空间中喷射燃料气；对流室，所述对流室设置于所述辐射室顶部，且与所述容纳空间连通。根据本申请的管式加热炉，可以有效提高炉管的热强度，使炉管受热更均匀。使炉管受热更均匀。使炉管受热更均匀。


技术研发人员：赖银飞 刘剑
受保护的技术使用者：上海浩用工业炉有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/7/21