天然气加热炉的现状教（学）案改进研究

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1、........天然气加热炉的发展现状与改进探索2010-10-11郭韵曹伟武严平钱尚源摘要：作为一种特殊的炉型形式，天然气加热炉采用中间载热介质间接加热的方式，是天然气生产、输送和应用中的主要耗能设备。为了节能降耗、提高加热效率，必须结合工程实际的需要，优化加热炉的结构，设计制造出高效节能的天然气加热炉。为此，分析了天然气加热炉传热的薄弱环节及其强化措施，针对天然气加热炉大筒体内换热面的常规布置形式存在的缺陷，提出了旋转加热和冷却受热面以及在受热面之间加装导流板两种简单而有效的天然气加热炉改良结构，使中间载热介质形成整体有组织的顺畅流动并强化传热，从而达到节能降耗和提

2、高天然气加热炉效率的目的。以上两项技术已获得国家专利授权。关键词：天然气加热炉；流场组织；旋转；大简体；中间载热介质    天然气加热炉常用于井口、计量站、接转站等，将天然气加热至工艺所要求的温度，以便进行运输、分离和粗加工等(图1)。     天然气在使用过程中也常需要加热，如在燃气发电机组中，其工艺对燃料气的压力、温度和露点要求很高[1].专业学习资料.........，电厂使用的燃料气必须经过调压和加热处理。另外，在液化天然气(LNG)输配应用系统中，要使LNG气化，也必然会用到大量加热气化炉。1 天然气加热炉的工作原理    天然气加热炉采用整体组装式结构，在卧

3、式大容积筒体内布置火筒、烟管束等加热受热面和多回程对流管束等冷却受热面，筒内充注中间载热介质作为加热和冷却受热面之间的传热媒介，帮助冷、热两种流体达到传热的目的，中间载热介质可采用水、乙二醇溶液和导热油。通常，加热和冷却受热面沿大筒体圆截面中心轴呈轴对称布置，火筒和烟管束位于水平轴的下方，对称布置于垂直轴的左右侧；多回程对流管束位于水平轴的上方，各回程也对称布置于垂直轴的左右侧，如图2所示。     天然气加热炉工作时，用燃料燃烧产生的热量加热需要加热以达到工艺要求的工业用天然气。燃料和空气经燃烧器混合后喷入大简体下部一侧的火筒燃烧产生高温烟气，烟气经火筒折入大筒体下部

4、另一侧的烟管束，最后经烟囱向上排入大气。在该过程中，高温烟气将热量通过火筒壁和烟管束壁传递给中间载热介质，中间载热介质吸热升温；同时中间载热介质将大部分热量通过对流管束壁面传递给需要加热的工业用天然气，中间载热介质放热降温。.专业学习资料.........    天然气加热炉是采用中间载热介质间接加热的一种特殊的炉型形式，工作运行可靠，但启动慢，是天然气工业中的重要耗能设备之一。提高天然气加热炉的热效率，显然是一个必须解决的问题。2 天然气加热炉传热系统分析    对天然气加热炉来说，烟气、中间载热介质、需加热的天然气这三者是通过火筒、烟管束和对流管束进行换热的。火筒、

5、烟管束和对流管束的材料均为钢材，其导热系数为定值，只有通过提高三者之间的传热系数，加热炉的热效率才能得到提高。研究人员对提高天然气加热炉热效率投入了大量的精力，主要考虑了烟气-中间载热介质、中间载热介质-被加热介质传热系统的换热情况。2.1 烟气-中间载热介质传热系统    传统天然气加热炉的烟气-中间载热介质传热系统中，火筒和烟管热负荷的比例约为6:4，火筒负荷率偏大，导致火筒结构不合理，是造成天然气加热炉结构庞大、金属耗量高的一个重要原因。    火筒主要传递辐射热，且换热量份额大，因此燃烧器和火筒的设计是关键。燃气燃烧充分，烟气温度高，可有效提高烟气的辐射传热能力

6、，所以应采用高效燃烧器，合理经济地设计火筒，以供燃气充分燃烧。现在的天然气加热炉多采用机械通风微正压燃烧方式，燃烧器为强制供风式燃烧器，并配备自动程序点火和熄火保护装置。较之自然通风燃烧方式，加热炉热效率更高、结构更紧凑。    .专业学习资料.........烟管主要传递对流热，尽管其换热面积比火筒大，但换热份额少，在很大程度上影响到天然气加热炉的热效率、钢耗量和外形尺寸，因此需采取办法强化烟管的对流换热效果。缩小管径、提高烟气流速能够达到强化传热的目的，但烟气在高速流动下产生的阻力很大，必须提高强制通风能力，使成本上升。近年来，中国石油大学开展了采用三维内肋管作为加

7、热炉烟管的研究，结果表明，烟气与三维内肋管的对流换热系数能达到光管的4.6倍[2]，可以有效地提高天然气加热炉的热效率，降低金属耗量，但需要合理地控制烟气阻力。目前，三维内肋管的热力、阻力计算还依赖于实验资料。    为增强烟气和中间载热介质之间的换热，开展了将热管元件应用于加热炉的试验研究(通常是在烟管内插装热管元件)。由于烟管中的烟气温度比火筒低，采用相对便宜的碳钢一水低温热管就能满足要求。实践证明，热管元件对加热炉能起到良好的强化换热作用。经测试，热管加热炉的实际运行热效率为87%～88%，过量空气系数为1.04～1.17，排烟温度