一种负荷可调的加热炉的制作方法

1.本实用新型涉及加热炉技术，尤其涉及一种能够调节炉膛操作温度的加热炉。


背景技术：

2.目前现有石油化工管式加热炉在设计热负荷时，必须考虑各种操作情况，如因催化剂活性变化、原料变化、开停工等因素等，因此加氢反应进料的温度要求变化较大，导致加热炉在操作初、末期，操作热负荷的变动非常大，然而设计要求却需要加热炉在如此大的弹性范围内均能平稳操作。
3.从而上述情况导致了现有的加氢进料加热炉的设计负荷普遍偏大，而加热炉的实际操作负荷一般不到设计负荷的40%，有时甚至只有10%以下。然而加热炉及其燃烧器需要适应这些变化，则需要在很大的调节比下才能稳定运行。
4.但是在加热炉低负荷时，炉子的过剩空气量难以控制，并且燃烧器长期不在最佳的工作工况下运行也容易影响使用寿命及可靠性，同时炉温很低时，co排放超标问题也难以避免。因此加热炉长期co超标运行，会造成炉管壁及换热器结上一层焦炭，进而造成加热炉辐射室及对流室换热效率降低，炉管壁温度升高，严重时将造成内部结焦大幅降低加热炉效率及增加装置能耗。此外co排放超标更会带来环保问题。


技术实现要素：

5.为此本实用新型的主要目的在于提供一种负荷可调的加热炉，以支持加热炉的负荷可调，同时确保工作状态下的燃烧器能够处于最佳工作工况，进而解决炉管结焦、换热效率过低、排放不达标的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种负荷可调的加热炉，其包括：辐射室，燃烧器，第一炉管，其中，所述辐射室内设有间隔墙，以将辐射室分隔为数个半封闭式的辐射子室，所述第一炉管内填充有被加热介质，所述第一炉管的换热部悬于辐射室内，且该换热部呈蛇形弯盘设置，以经其弯盘间隔骑跨于所述间隔墙间，促使该第一炉管换热部分布于各个辐射子室中，所述燃烧器布设于各辐射子室内，并统一接入调节总控器受控，所述第一炉管换热部接受燃烧器的辐射热能。
7.籍此经调节总控器控制其内燃烧器关闭或开启，从而支持加热炉的负荷可调，进而解决炉管结焦、换热效率过低、排放不达标的问题，同时由于是以辐射子室内的燃烧器关闭/开启的为负荷调节单位，因此不再对燃烧器本身进行负荷调整，使得工作时的燃烧器可处于最佳工作工况。
8.进一步的，各所述燃烧器对应设置于各辐射子室内，并以各辐射子室为单元，接入调节总控器受控。
9.进一步的，所述间隔墙将辐射室分隔为左辐射子室，中辐射子室，右辐射子室，其中中辐射子室容积及其室内布置的燃烧器数量与分布的第一炉管换热部的展面，大于等于，左、右辐射子室容积及其室内布置的燃烧器数量与分布的第一炉管换热部的展面的之
和。
10.进一步的，所述第一炉管换热部在所述辐射室内成对间隔设置，以分布于左辐射子室，中辐射子室，右辐射子室内，其中所述第一炉管换热部的展面基本充斥辐射室的横截面。
11.进一步的，所述辐射室内壁面及底面处铺设有保温衬里。
12.进一步的，各辐射子室内的燃烧器呈联排状设置在第一炉管换热部的侧面。
13.进一步的，所述第一炉管骑跨间隔墙处的换热部的蛇形弯盘间隔大于处于辐射子室内的换热部的蛇形弯盘间隔，籍此以显著分隔不同档位所对应的第一炉管换热部所能受到的燃烧器的热辐射。
14.进一步的，所述间隔墙高度高于燃烧器产生火焰的最大高度，从而尽可能隔绝各个辐射子室之间的热辐射。
15.进一步的，所述燃烧器包括：长明灯，风门，风门开关，点火控制器，其中所述风门开关设置在风门处以受控开/闭风门，所述风门开关与点火控制器接入调节总控器受控。
16.进一步的，所述的负荷可调的加热炉，还进一步包括：对流室，烟囱，其中所述对流室设置在所述辐射室顶部开口处，与辐射室连通，所述烟囱与所述对流室顶部开口连通；第二炉管，其呈蛇形弯盘设置在对流室内，其中所述第二炉管与第一炉管连通。
17.通过本实用新型提供的该负荷可调的加热炉的设计结构，能够实现加热炉的负荷可调，使得其既能适用于开工及高负荷工况，又能够在低负荷工况运行时，避免大量生产co，及加热炉产生火焰不稳、炉管结焦，换热效率过低、环保排放不达标等问题。此外该加热炉的设计结构，还使得不用再对燃烧器本身进行火力大小的负荷调整，使得工作时的燃烧器可处于最佳工作工况，从而相较于现有技术稳定了燃烧器的使用寿命及可靠性。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1为本实用新型的负荷可调的加热炉半剖结构示意图；
20.图2为本实用新型的负荷可调的加热炉侧视角半剖结构示意图；
21.图3为本实用新型的负荷可调的加热炉俯视角半剖结构示意图；
22.图4为本实用新型的负荷可调的燃烧器半剖结构示意图。
23.附图标记说明
24.辐射室1，对流室2，烟囱3，燃烧器4，第一炉管5，衬里6，间隔墙7，第二炉管8，左辐射子室110，中辐射子室120，右辐射子室130，第一炉管入口511，第一炉管出口512，第一炉管左侧换热部510，第一炉管中间换热部520，第一炉管右侧换热部530，左侧燃烧器组410，中间燃烧器组420，右侧燃烧器组430，长明灯411，风门开关412。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描
述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。而术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
29.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
30.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“布设”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况，结合现有技术来理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。且图示中的部件中的一个或多个可以是必须的或非必须的，以及上述图示的各部件之间的相对位置关系可以根据实际需要进行调整。
31.由于现有加氢加热炉设计时为了保证最大工况的设计要求，普遍热负荷设计偏大，但是加热炉正常工况的操作负荷非常低，造成了长周期低负荷运行一系列问题，因此为了实现加热炉的负荷可调，并不依赖于调节燃烧器的火焰大小来实现负荷调整。本实用新型提供了一种负荷可调的加热炉。
32.请参阅图1至图4所示，本实用新型提供的该负荷可调的加热炉其包括：辐射室1，燃烧器4，第一炉管5，其中，所述辐射室1内设有间隔墙7，以将辐射室1分隔为数个半封闭式的辐射子室，所述第一炉管5进出两端口设置在辐射室1外，所述第一炉管5内填充有被加热介质，例如用于加氢反应的反应进料。
33.其中所述第一炉管5的换热部悬于辐射室1内，且该换热部呈蛇形弯盘设置，以经其弯盘间隔骑跨于所述间隔墙7间，促使该第一炉管5换热部分布于各个辐射子室中，所述燃烧器4布设于各辐射子室内，并统一接入调节总控器受控，所述第一炉管5换热部接受燃烧器4的辐射热能。
34.籍此经调节总控器控制其内燃烧器4关闭或开启，从而支持加热炉负荷的精细化
可调，进而解决炉管结焦、换热效率过低、排放不达标的问题。
35.同时由于以燃烧器4关闭/开启为负荷调节的单位，因此设计时可以燃烧器4最佳工作状态为单位负荷来计算，因此不用再对燃烧器4本身火焰大小进行负荷调整，使得工作时的燃烧器4可处于最佳工作工况，以稳定燃烧器4的使用寿命及可靠性。
36.另一方面，在另一优选实施方式中，各所述燃烧器4也可以各辐射子室为单元，接入调节总控器受控。从而形成以燃烧子室为单位的负荷调节档位。
37.据此以辐射子室内的燃烧器4关闭/开启的为负荷调节单位，因此设计时可以燃烧器4最佳工作状态为单位负荷来计算，因此不用再对燃烧器4本身火焰大小进行负荷调整，使得工作时的燃烧器4可处于最佳工作工况，以稳定燃烧器4的使用寿命及可靠性。
38.如图3所示，在优选实施方式中，为了合理的设置加热炉的负荷可调档位，所述间隔墙7可将辐射室1分隔为左辐射子室110，中辐射子室120，右辐射子室130，其中中辐射子室120容积及其室内布置的燃烧器4数量与分布的第一炉管5换热部的展面，大于等于，左、右辐射子室110、130容积及其室内布置的燃烧器4数量与分布的第一炉管5换热部的展面的之和。
39.而左、右辐射子室130容积及其室内布置的燃烧器4数量与分布的第一炉管5换热部的展面基本相同。如此一来至少形成有4挡负荷可以调节，即左、中、右辐射子室130全开，辐射室1对应100/%负荷、或左、右辐射子室110、130任一关闭燃烧器4，辐射室1对应75%负荷、或左、右辐射子室110、130全关闭燃烧器4，辐射室1对应50%负荷、或仅左、右辐射子室110、130任一开启燃烧器4，辐射室1对应25%负荷。
40.当然可以理解的是，对于本领域技术人员来说，也可根据实际需求，采用多个间隔墙7建立数个辐射子室，从而设置更多的负荷调节档位，以实现更大的调节比。
41.进一步的，为使第一炉管5能够充分利用燃烧器4的辐射热能，提高热源利用效率在优选实施方式中，如图1、图4所示，所述第一炉管5换热部在所述辐射室1内成对间隔设置，以分布于左辐射子室110，中辐射子室120，右辐射子室130内，其中所述第一炉管5换热部的展面基本充斥辐射室1的横截面，从而使得第一炉管5换热部能够充分吸收炉内辐射热能，提高换热效率。
42.进一步的，为了减少辐射室1内的热损失，在优选实施方式中，所述辐射室1内壁面及底面处铺设有保温衬里6。
43.进一步的，为了避免因为燃烧器4的火焰直接烘烤第一炉管5造成其管壁节焦导致换热效率下降，在优选实施方式中，各辐射子室内的燃烧器4呈联排状设置在第一炉管5换热部的侧面。
44.进一步的，为了清晰的设置负荷档位，在优选实施方式中，所述第一炉管5骑跨间隔墙7处的换热部的蛇形弯盘间隔大于处于辐射子室内的换热部的蛇形弯盘间隔，籍此以显著分隔不同档位所对应的第一炉管5换热部所能受到的燃烧器4的辐射热能。
45.进一步的，为了清晰的设置负荷档位，所述间隔墙7高度高于燃烧器4产生火焰的最大高度，从而尽可能隔绝各个辐射子室之间的辐射热能外泄。
46.进一步的，为了避免关闭后的燃烧器4因为风门漏风而造成炉温下降，所述燃烧器4包括：长明灯411，风门，风门开关412，点火控制器，其中所述风门开关设置在风门处，以受控开/闭风门，所述风门开关与点火控制器接入调节总控器受控。其中该风门开关412可以
是连接风门处管道的电磁阀门等，任意现有技术中可以封闭风门管路的封闭装置，
47.进一步的，为了充分利用辐射室1出来的烟气进行对流换热，所述的负荷可调的加热炉，还进一步包括：对流室2，烟囱3，其中所述对流室2设置在所述辐射室1顶部开口处，与辐射室1连通，所述烟囱3与所述对流室2顶部开口连通；第二炉管8，其呈蛇形弯盘设置在对流室2内，其中所述第二炉管8与第一炉管5连通。
48.由于炉内的辐射室1其热负荷约占全炉热负荷的70%左右，而对流室2是由辐射室1出来的烟气进行对流传热的部件，其占全炉热效率的30%左右，因此充分利用该对流室2及第二炉管8可有效提高炉内的热能利用率。
49.此外经过辐射室1，对流室2换热后的烟气通过烟囱3排放至大气，从而可通过烟囱3产生一定的炉膛抽力。
50.工作过程说明
51.燃烧器4燃烧产生高温烟气，通过辐射室1、对流室2经过烟囱排放大气，被加热介质通过第一炉管入口511、或经由与第一炉管连通的第二炉管8在对流室2内被进行预加热后，经过辐射室1对高温烟气换热，继续加热介质，并通过第一炉管出口512流出进入下一工艺流程。
52.其中当加热炉需要满负荷运行时，所有燃烧器4都被点燃，并且每台燃烧器4都是在设计的最佳负荷工况工作，各辐射子室都参与换热，介质通过第一炉管左侧换热部510、中间换热部520、右侧换热部530部分，经过辐射室1对高温烟气换热，加热介质，并通过第一炉管出口512流出进入下一工艺流程；其中设置在辐射室1内的间隔墙7不影响各自辐射子室的换热。
53.当加热炉在60%-70%设计热负荷运行时，可关闭左侧燃烧器组410或右侧燃烧器组430其中一组，并隔绝被关闭的燃烧器组的进风口风门，避免因燃烧器漏风影响加热炉热效率，同时需要维持关闭的燃烧器组的长明灯411点燃，以便能快速启动燃烧器4，并保证操作安全；被加热介质通过第一炉管5进入炉膛换热，参与换热的包括：第一炉管换热部为520部分及510、530部分，以及辐射子室120及110、130，此外通过设置在辐射室1的间隔墙7阻隔其中一侧的辐射子室部分不参与工作；保证了在加热炉运行在60%
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70%工况下，点燃的燃烧器4都是处于最佳的操作工况，燃烧效果最佳，低温炉膛co问题彻底避免。
54.进一步的，当加热炉运行在低于50%设计负荷时，可同时关闭左侧燃烧器组410及右侧燃烧器组430，仅仅中间燃烧器组420点燃，并经风门开关412隔绝被关闭的燃烧器组的进风口风门，避免因燃烧器4漏风影响加热炉热效率，同时需要维持410和420燃烧器组的长明灯411点燃，以便能快速启动燃烧器4，并保证操作安全；被加热介质通过第一炉管5进入加热炉换热，并从第一炉管出口512出炉膛，参与换热的炉管仅为第一炉管换热部的520部分，以及辐射子室120参与换热，通过辐射室1隔离墙7阻隔辐射子室110和130，籍此保证了在加热炉运行在50%及以下工况下，被点燃的中间燃烧器组420都是处于最佳的操作工况，燃烧效果最佳，低温炉膛co问题彻底避免。
55.由此可见，本示例中通过设置的炉墙间隔把加热炉分割为不同的部分，并配合的把炉管、燃烧器分为不同的组件，配合不同加热炉热负荷时的工作需要。
56.综上所述，通过本实用新型提供的该负荷可调的加热炉的设计结构，能够实现加热炉的负荷可调，即满足了设计极限工况下，最大负荷时的工作需求，又能够确保加热炉在
低负荷运行时，燃烧器、加热炉温度都处于最佳工况，避免了co超标、炉管结焦、火焰发飘、换热效率低等一些列问题。
57.以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。
58.例如上述实施例中的辐射室间隔墙的数量、结构、高度并不是限定值，实际中可根据现场加热炉工艺具体核算。而燃烧器分组数量也可不是限定值，实际中需要根据具体加热炉工艺核算分隔后确定，适用不同的分组设计。
59.此外本实用新型也适用于对现有加热炉的对应部分进行旧炉改造，亦能起到上述对应实施例的技术效果。
60.由此可见，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
61.此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。

技术特征：
1.一种负荷可调的加热炉，其包括：辐射室，燃烧器，第一炉管，其特征在于，所述辐射室内设有间隔墙，以将辐射室分隔为数个半封闭式的辐射子室，所述第一炉管内填充有被加热介质，所述第一炉管的换热部悬于辐射室内，且该换热部呈蛇形弯盘设置，以经其弯盘间隔骑跨于所述间隔墙间，促使该第一炉管换热部分布于各个辐射子室中，所述燃烧器布设于各辐射子室内，并统一接入调节总控器受控，所述第一炉管换热部接受燃烧器的辐射热能。2.根据权利要求1所述的负荷可调的加热炉，其特征在于，各所述燃烧器对应设置于各辐射子室内，并以各辐射子室为单元，接入调节总控器受控。3.根据权利要求1所述的负荷可调的加热炉，其特征在于，所述间隔墙将辐射室分隔为左辐射子室，中辐射子室，右辐射子室，其中中辐射子室容积及其室内布置的燃烧器数量与分布的第一炉管换热部的展面，大于等于，左、右辐射子室容积及其室内布置的燃烧器数量与分布的第一炉管换热部的展面的之和。4.根据权利要求3所述的负荷可调的加热炉，其特征在于，所述第一炉管换热部在所述辐射室内成对间隔设置，以分布于左辐射子室，中辐射子室，右辐射子室内，其中所述第一炉管换热部的展面基本充斥辐射室的横截面。5.根据权利要求1所述的负荷可调的加热炉，其特征在于，所述辐射室内壁面及底面处铺设有保温衬里。6.根据权利要求1所述的负荷可调的加热炉，其特征在于，各辐射子室内的燃烧器呈联排状设置在第一炉管换热部的侧面。7.根据权利要求1所述的负荷可调的加热炉，其特征在于，所述第一炉管骑跨间隔墙处的换热部的蛇形弯盘间隔大于处于辐射子室内的换热部的蛇形弯盘间隔。8.根据权利要求1所述的负荷可调的加热炉，其特征在于，所述间隔墙高度高于燃烧器产生火焰的最大高度。9.根据权利要求1所述的负荷可调的加热炉，其特征在于，所述燃烧器包括：长明灯，风门，风门开关，点火控制器，其中所述风门开关设置在风门处以受控开/闭风门，所述风门开关与点火控制器接入调节总控器受控。10.根据权利要求1所述的负荷可调的加热炉，其特征在于，还进一步包括：对流室，烟囱，其中所述对流室设置在所述辐射室顶部开口处，与辐射室连通，所述烟囱与所述对流室顶部开口连通；第二炉管，其呈蛇形弯盘设置在对流室内，其中所述第二炉管与第一炉管连通。

技术总结
本实用新型提供了一种负荷可调的加热炉，其包括：辐射室，燃烧器，第一炉管，其中，所述辐射室内设有间隔墙，以将辐射室分隔为数个半封闭式的辐射子室，所述第一炉管内填充有被加热介质，所述第一炉管的换热部悬于辐射室内，且该换热部呈蛇形弯盘设置，以经其弯盘间隔骑跨于所述间隔墙间，促使该第一炉管换热部分布于各个辐射子室中，所述燃烧器布设于各辐射子室内，并统一接入调节总控器受控，所述第一炉管换热部接受燃烧器的辐射热能，籍此以支持加热炉的负荷可调，同时确保工作状态下的燃烧器能够处于最佳工作工况，进而解决炉管结焦、换热效率过低、排放不达标的问题。排放不达标的问题。排放不达标的问题。


技术研发人员：张猛 毛亚南 周力 张少楠 耿韬
受保护的技术使用者：柘科（中国）工程设备有限公司
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/8/5