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蓄热式循环瓦斯管式加热炉研发及热工特性分析

作　者: 何敬斌
导　师: 张卫军
学　校: 东北大学
专　业: 热能工程
关键词: 蓄热式管式加热炉蓄热体瓦斯油页岩
分类号: TQ054
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

蓄热式循环瓦斯管式加热炉研发是东北大学热能与环境研究所张卫军老师课题组承担的循环瓦斯加热新工艺中的重要组成部分,是影响吉林桦甸油页岩综合开发利用项目中油页岩干馏工艺成败的关键热工设备。研发高效、安全的循环瓦斯加热技术成为油页岩干馏工艺的客观要求。采用石化行业中的管式加热炉可将瓦斯加热到工艺要求的温度,但是以高昂的设备投资、大燃料消耗量、低换热效率为代价的。蓄热式燃烧作为一种清洁、高效的燃烧技术,与管式加热炉的适用性值得探讨。本文阐述了管式加热炉热工原理和蓄热燃烧技术的优势,并论证了蓄热式燃烧技术应用于纯对流式管式加热炉的可行性。根据传热学原理并结合蓄热式管式加热炉的热工、结构特点,本文分别提出了炉膛、蓄热室各热工参数的计算方法,以此来指导结构的设计。蓄热式管式加热炉的设计结构合理解决了炉子管线复杂、炉内烟气短路、炉内换热器吊挂、换热管膨胀等问题。本文还系统地阐述了蓄热体的各项参数对热效率、温度效率、传热特性、阻力特征的影响;同时论证了炉子的各项操作参数对炉子热工特性的影响。通过理论分析和热工计算验证,得出以下四点:(1)蓄热式燃烧技术在管式加热炉中的应用,使高温压传热得以实现,提高了传热效率,确保加热温度达到工艺要求,并减小了管式加热炉的设备投资。(2)坑道式蓄热室结合组合式烧嘴的结构形式配合换向操作的工作制度有效地保证炉内长、宽、高各项温度分布的均匀性。(3)蓄热式管式加热炉提供稳定、连续的高温瓦斯,解决了供给干馏炉热载体瓦斯气不稳定的问题。(4)自主研发的蓄热式循环瓦斯管式加热炉的热效率为67.4%,温度效率为68.6%,其工艺技术指标达到国际领先水平。本文的研究内容有利于管事加热炉设计过程中更好的应用蓄热式燃烧技术,对蓄热式管式加热炉应用方案的选择、优化以及新炉型设计计算提供了一定的参考。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-23
  1.1 油页岩综合开发项目概述  11-14
  1.2 管式加热炉原理与构造  14-16
  1.3 蓄热式燃烧技术概述  16-19
  1.4 蓄热式燃烧技术在管式加热炉上的应用  19-20
  1.5 论文研究的内容和意义  20-23
    1.5.1 论文研究内容  20-21
    1.5.2 论文研究意义  21-23
第二章蓄热式循环瓦斯管式加热炉热工计算方法及结果  23-35
  2.1 热工参数  23
  2.2 换热器热工计算  23-28
    2.2.1 管内强制对流换热  24
    2.2.2 管内辐射传热  24-25
    2.2.3 管外对流传热  25-26
    2.2.4 管内、外结垢热阻  26
    2.2.5 高温烟气的辐射传热  26
    2.2.6 炉墙的辐射  26
    2.2.7 管壁温度和平均温差  26-27
    2.2.8 对流管的总传热系数  27-28
  2.3 蓄热室热工计算  28-31
    2.3.1 对流传热系数的计算  28-30
    2.3.2 换热器能效  30-31
    2.3.3 蓄热室阻力计算  31
  2.4 蓄热式循环瓦斯管式加热炉热平衡  31-33
  2.5 蓄热式循环瓦斯加热炉的容积热强度和炉底热强度  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章蓄热式循环瓦斯管式加热炉结构概述  35-43
  3.1 蓄热式循环瓦斯管式加热炉设计参数  35
  3.2 蓄热式循环瓦斯管式加热炉炉体结构设计  35-37
    3.2.1 蓄热室  35
    3.2.2 炉体耐火材料砌筑  35-37
  3.3 换热器及其吊挂结构  37-39
  3.4 换向装置及其布置方式  39-40
  3.5 管道系统  40-41
    3.5.1 空气管道系统  40-41
    3.5.2 燃烧用瓦斯管道系统  41
    3.5.3 排烟管道系统  41
  3.6 燃烧系统  41-42
  3.7 炉温系统、控制记录系统  42
  3.8 安全保障措施  42
  3.9 本章小节  42-43
第四章影响蓄热式循环瓦斯管式加热炉热工特征的因素及其特性分析  43-65
  4.1 蓄热体特性对蓄热式循环瓦斯管式加热炉热工特征的影响  43-53
    4.1.1 蓄热体的大小  43-45
    4.1.2 蓄热体的比表面积  45
    4.1.3 蓄热体的蓄热能力  45
    4.1.4 蓄热体的导热性能  45
    4.1.5 蓄热体的耐热冲击性、结构强度  45-46
    4.1.6 蓄热体的传热性能  46-50
    4.1.7 蓄热室的阻力特性  50-53
  4.2 换向时间对蓄热式加热炉热工特性的影响  53-55
    4.2.1 换向过程时间长短对炉压波动的影响  53-54
    4.2.2 延长换向时间的策略  54
    4.2.3 蓄热式燃烧技术的换向技术及控制方式  54-55
  4.3 蓄热式瓦斯加热炉的温度均匀性  55-56
    4.3.1 燃烧方式对炉温均匀性的影响  55
    4.3.2 燃料热值对温度均匀性的影响  55-56
  4.4 管式换热器的结构特点对蓄热式加热炉热工特性的影响  56-59
    4.4.1 换热管材质的选择  56-58
    4.4.2 换热管形式及强化传热  58-59
  4.5 炉压对热工特性的影响  59-60
    4.5.1 炉压控制策略分析  59
    4.5.2 换向瞬时炉压波动范围及规律  59-60
  4.6 蓄热用燃料对热工特性的影响  60-62
  4.7 蓄热体热量平衡对热工指标的影响及蓄热式加热炉安装副烟道的必要性  62-63
  4.8 本章小结  63-65
第五章结论  65-67
参考文献  67-71
致谢  71

蓄热式循环瓦斯管式加热炉研发及热工特性分析

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