Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
Уфимский государственный нефтяной техническийуниверситет»
Кафедра технологии нефти и газа
РЕФЕРАТ
на тему:
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПЕЧИ
Выполнили ст. гр. ТП-07-02 Адыев А.Н.
Ахмадиева А.Р.
Ахметьянова Г.Р.
Луговая А.Ю.
Равилова И.И.
Ситник Д.С.
Шапошников П.В.
Шеина К.О.
Проверил Р.Р. Фасхутдинов
Уфа 2010
Содержание:
1. Назначение, принцип действия иклассификация трубчатых печей
1.1 Теплообмен в трубчатой печи
1.2 Классификация трубчатых печей
1.2.1 Технологические признаки
1.2.2 Теплотехнические признаки
1.2.3 Конструктивные признаки
2. Основные показатели работы печей
3. Конструкции и эскизы трубчатыхпечей
Список используемой литературы
1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИПДЕЙСТВИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ
Трубчатая печь являетсяаппаратом, предназначенным для передачи нагреваемому продукту тепла,выделяющегося при сжигании топлива в топочной камере печи. Трубчатые печишироко распространены в нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической,коксохимической и других отраслях промышленности, являются составной частьюмногих установок и применяются в различных технологических процессах (перегонканефти, мазута, пиролиз, каталитический крекинг, риформинг, гидроочистка, очисткамасел и др.).
Существуют различныеконструкции трубчатых печей, отличающихся способом передачи тепла, количествоми формой топочных камер, числом секций (камер) в зоне радиации, относительнымрасположением осей факела и труб, способом сжигания топлива, типом облучениятруб, числом потоков нагреваемого продукта, расположением конвекционной камерыотносительно радиантной, длиной радиантных и конвекционных труб.
Основнымихарактеристиками трубчатых печей являются производительность печи, полезнаятепловая нагрузка, теплонапряженность поверхности нагрева и коэффициентполезного действия печи.
В промышленностиприменяют трубчатые печи с поверхностью нагрева радиантных труб 15-2000 м2. Теплопроизводительность трубчатых печей различных конструкций изменяется от 0,12до 240 МВт, а производительность по нагреваемой среде достигает 8-105 кг/ч.Температура нагреваемой среды на входе и выходе из печи в зависимости оттехнологического процесса изменяется в диапазоне от 70 до 900 °С, а давление —от 0,1 до 30 МПа. Для трубчатых печей КПД колеблется в пределах от 0,65 до0,85.
1.1 Теплообмен в трубчатой печи
Трубчатая печь имееткамеры радиации и конвекции. В камере радиации (топочной камере), где сжигаетсятопливо, размещена радиантная поверхность (экран), поглощающая лучистое тепло восновном за счет радиации.
В камере конвекциирасположены конвекционные трубы, воспринимающие тепло главным образом присоприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева путем конвекции.Нагреваемый продукт в печи последовательно проходит через конвекционные ирадиантные трубы, поглощая тепло. Обычно радиантная поверхность воспринимаетбольшую часть тепла, выделяемого в печи при сгорании топлива. Лучистое теплоэффективно передается при охлаждении дымовых газов до 1000-1200 К. Снижениетемпературы дымовых газов до более низких значений часто бывает неоправданным,так как при этом радиантная поверхность работает с пониженнойтеплонапряженностью поверхности нагрева и требуется значительно увеличитьповерхность радиантных труб. Эффективность теплопередачи конвекцией в меньшейстепени зависит от температуры дымовых газов. Конвекционная поверхностьиспользует тепло дымовых газов и может обеспечить их охлаждение до температуры,при которой значение коэффициента полезного действия аппарата будетэкономически оправданным.
Если наличиеконвекционной поверхности для нагрева сырья не является обязательным илиразмеры этой поверхности могут быть существенно уменьшены, то тепло дымовыхгазов может быть использовано для иных целей, например для подогрева воздухаили производства водяного пара. При небольшой производительности иногдаприменяют печи без конвекционной поверхности, более простые в конструктивномотношении, но обладающие невысоким коэффициентом полезного действия.
Рассмотрим механизмпроцесса передачи тепла в печи, состоящей из двух камер с настильным пламенем.Характерной особенностью этой печи является наклонное расположение в низу печифорсунок (горелок), обеспечивающих соприкосновение факела с поверхностью стены,размещенной в середине камеры радиации (рисунок 1.1).
В топочную камеру этойпечи при помощи форсунки вводится распыленное топливо, а также необходимый длягорения нагретый или холодный воздух. Высокая степень дисперсности топливаобеспечивает его интенсивное перемешивание с воздухом и более эффективноегорение. Соприкосновение факела с поверхностью настильной стены обусловливаетповышение ее температуры; излучение происходит не только от факела, но и отраскаленной стены. Тепло, выделенное при сгорании топлива, расходуется наповышение температуры дымовых газов и частиц горящего топлива; последниераскаляются и образуют светящийся факел. Температура, размер и конфигурацияфакела зависят от многих факторов и, в частности, от температуры и количества воздуха,подаваемого для горения топлива, способа подвода воздуха, конструкции инагрузки форсунки, теплотворной способности топлива, расхода форсуночного пара,размера радиантной поверхности (степени экранирования топки) и др.
При повышении температурывоздуха увеличивается температура факела, повышается скорость горения исокращаются размеры факела.
Размеры факелауменьшаются и при увеличении (до известного предела) количества воздуха,поступающего в топку, так как избыток воздуха ускоряет процесс горения топлива.При недостаточном количестве воздуха факел получается растянутым, топливополностью не сгорает, что приводит к потере тепла. Чрезмерное количествовоздуха недопустимо вследствие повышенных потерь тепла с отходящими дымовымигазами и более интенсивного окисления (окалинообразования) поверхности нагрева.
Воздух, необходимый длягорения топлива, подводят к устью форсунки, т.е. к началу факела. В некоторыхфорсунках топливо распыляется воздухом, который в этом случае вводится в топкусовместно с топливом.
/>
Рисунок 1.1 – Схемаработы трубчатой печи с объемно-настильным сжиганием топлива
1 – форсунка; 2 –настильная стенка; 3 – камера радиации (топочная камера); 4 – камера конвекции;5 – дымовая труба; 6 – змеевик конвекционных труб; 7 – змеевик радиантных труб;8 – футеровка.
Потоки: I – вход сырья; II – выход сырья; III – топливо ивоздух; IV – дымовые газы
В ряде конструкций вовнутренней полости стен печей размещается канал для подачи так называемоговторичного воздуха, позволяющий подводить необходимый для горения воздух подлине факела, что повышает температуру излучающей стенки и способствует болееравномерной передаче тепла радиацией.
В такой печитеплоизлучением передается от факела, излучающей стенки и трехатомных газов(двуокись углерода, водяной пар, диоксид серы), обладающих избирательнойспособностью поглощать и излучать лучи определенной длины волны. Часть лучейчерез пространство между трубами попадает на поверхность кладки, вдоль которойрасположены эти трубы; эти лучи разогревают кладку, и она, в свою очередь,излучает; при этом часть энергии поглощается той частью поверхности труб,которая обращена к стенке кладки. Настильная стена, а также прочие стеныкладки, у которых расположены трубы (экранированная часть кладки) или свободныеот труб (незаэкранированные), принято называть вторичными излучателями.
Радиантные трубы получаюттепло не только излучением, но также и от соприкосновения дымовых газов споверхностью труб, имеющих более низкую температуру (теплопередача свободнойконвекцией). Из всего количества тепла, воспринятого радиантными трубами,значительная часть (85-90 %) передается излучением, остальное конвекцией.Наружная поверхность труб в свою очередь излучает некоторое количество тепла,т.е. имеет место процесс взаимоизлучения, однако температура поверхности трубвследствие непрерывного отвода тепла сырьем, проходящим через радиантные трубы,значительно ниже температуры других источников излучения и поэтому в итогевзаимоизлучения через поверхность радиантных труб сырью передается небольшоеколичество тепла. В результате теплопередачи, осуществляемой в топочной камере,дымовые газы охлаждаются и поступают в камеру конвекции, где происходит ихпрямое соприкосновение с более холодной поверхностью конвекционных труб(вынужденная конвекция).
В камере конвекциипередача тепла осуществляется также за счет радиации трехатомных дымовых газови от излучения стенок кладки. Наибольшее количество тепла в камере конвекциипередается путем конвекции; оно достигает 60-70 % общего количества тепла,воспринимаемого этими трубами. Передача тепла излучением от газов составляет20-30 %; излучением стенок кладки конвекционной камеры передается в среднемоколо 10 % тепла.
Основным фактором,предопределяющим эффективность передачи тепла конвекцией, является скоростьдвижения дымовых газов, поэтому при конструировании трубчатых печей стремятсяобеспечить ее наибольшее значение. Это достигается размещением минимальногочисла труб в одном горизонтальном ряду и выбором минимального расстояния междуосями труб. Однако при повышении скорости дымовых газов в камере конвекцииувеличивается сопротивление потоку газов, что и ограничивает выбор величиныскорости. С другой стороны, сокращение числа труб в одном горизонтальном рядуприводит к увеличению высоты камеры конвекции. Это обстоятельство такжепредопределяет выбор допустимой скорости движения дымовых газов в камереконвекции.
Существенным фактором,влияющим на эффективность передачи тепла, является способ размещения труб вкамере конвекции. При расположении труб в шахматном порядке в связи с болееинтенсивной турбулентностью потока дымовых газов и лучшей обтекаемостью имитруб тепло передается эффективнее, чем при расположении коридорным способом(рисунок 1.2). При одинаковой скорости движения дымовых газов шахматноерасположение труб обеспечивает по сравнению с коридорным более эффективную (на20-30 %) передачу тепла.
Уменьшение диаметра трубтакже способствует более интенсивной передаче тепла, как за счет лучшейобтекаемости труб, так и в связи с возможностью более компактного ихрасположения, позволяющего создать более высокие скорости дымовых газов.
Однако необходимо иметь ввиду, что при уменьшении диаметра печных труб увеличивается скорость сырья и,следовательно, повышается сопротивление перемещению нагреваемого потока. Дляснижения сопротивления при применении печных труб меньшего диаметра движениенагреваемого продукта, как правило, осуществляется двумя или несколькимипараллельными потоками.
Эффективность передачитепла в камере конвекции может быть повышена путем оребрения наружнойповерхности конвекционных труб, так как при этом увеличивается поверхностьсоприкосновения дымовых газов с трубами и обеспечивается передача большого количестватепла.
Передача тепла конвекциейзависит также от температурного напора, т.е. от разности температур междудымовыми газами и нагреваемым сырьем. Обычно величина температурного напораубывает в направлении движения дымовых газов. Так, при повышении температурысырья на один градус дымовые газы охлаждаются на 5-7 °С. Наибольшийтемпературный напор в камере конвекции наблюдается при входе дымовых газов вкамеру, а наименьший при их выходе. Количество тепла, поглощаемогоконвективными трубами, убывает также в направлении движения дымовых газов.
/>
Рисунок 1.2 – Схемадвижения дымовых газов
а – коридорноерасположение труб; б – шахматное расположение труб
Доля тепла, передаваемогоизлучением в камере конвекции, значительно меньше, чем в камере радиации, каквследствие более низкой температуры дымовых газов, так и из-за меньшей толщиныизлучаемого газового потока. Эффективная толщина газового слоя в камереконвекции предопределяется расстоянием между смежными рядами труб. Снижениетемпературы дымовых газов в направлении их движения, естественно, вызываеттакже и уменьшение передачи тепла излучением от них.
Конвекционные трубы,расположенные в первых рядах по ходу дымовых газов, получают больше тепла, какза счет конвекции, так и за счет излучения и поэтому в отдельных случаях ихтеплонапряженность может быть выше теплонапряженности радиантных труб.
1.2 Классификация трубчатых печей
Классификация печей – этоупорядоченное разделение их в логической последовательности и соподчинении наоснове признаков содержания на классы, виды, типы и фиксирование закономерныхсвязей между ними с целью определения точного места в классификационнойсистеме, которое указывает на их свойства. Она служит средством кодирования,хранения и поиска информации, содержащейся в ней, дает возможностьраспространения обобщенного опыта, полученного теорией и промышленной практикойэксплуатации печей, в виде готовых блоков, комплексных типовых решений ирекомендаций для разработки оптимальных конструкций печей и условийосуществления в них термотехнологических и теплотехнических процессов.
Главными и естественнымипо степени существенности основаниями для классификации печей в логическойпоследовательности являются следующие признаки:
– технологические;
– теплотехнические;
– конструктивные.
1.2.1 Технологическиепризнаки
По технологическомуназначению различают печи нагревательные и реакционно-нагревательные.
В первом случае цельюявляется нагрев сырья до заданной температуры. Это большая группа печей,применяемых в качестве нагревателей сырья, характеризуется высокойпроизводительностью и умеренными температурами нагрева (300-500°С)углеводородных сред (установки АТ, АВТ, ГФУ).
Во втором случае кроменагрева в определенных участках трубного змеевика обеспечиваются условия дляпротекания направленной реакции. Эта группа печей многих нефтехимическихпроизводств одновременно с нагревом и перегревом сырья используется в качествереакторов. Их рабочие условия отличаются параметрами высокотемпературногопроцесса деструкции углеводородного сырья и невысокой массовой скоростью(установки пиролиза, конверсии углеводородных газов и др.).
1.2.2 Теплотехническиепризнаки
По способу передачи тепланагреваемому продукту печи подразделяются:
– на конвективные;
– радиационные;
–радиационно-конвективные.
Конвективные печи – этоодин из старейших типов печей. Они являются как бы переходными отнефтеперегонных установок к печам радиационно-конвективного типа. Практически внастоящее время эти печи не применяются, так как по сравнению с печамирадиационными или радиационно-конвективными они требуют больше затрат как на ихстроительство, так и во время эксплуатации. Исключение составляют толькоспециальные случаи, когда необходимо нагревать чувствительные к температуревещества сравнительно холодными дымовыми газами.
Печь состоит из двухосновных частей – камеры сгорания и трубчатого пространства, которые отделеныдруг от друга стеной, так что трубы не подвергаются прямому воздействию пламени,и большая часть тепла передается нагреваемому веществу путем конвекции. Чтобыпредотвратить прожог первых рядов труб, куда поступают сильно нагретые дымовыегазы из камеры сгорания, и чтобы коэффициент теплоотдачи удерживался впределах, приемлемых по технико-экономическим соображениям, при сжиганиииспользуется значительный избыток воздуха или 1,5-4-кратная рециркуляцияостывших дымовых газов, отводимых из трубчатого пространства и нагнетаемыхвоздуходувкой снова в камеру сгорания. Одна из конструкций конвективной печипоказана на рисунке 1.3.
Дымовые газы проходятчерез трубчатое пространство сверху вниз. По мере падения температуры газовсоответственно равномерно уменьшается поперечное сечение трубчатогопространства, при этом сохраняется постоянная объемная скорость продуктовсгорания.
/>
Рисунок 1.3 –Конвективная печь
1 – горелки; 2 – камерасгорания; 3 – канал для отвода дымовых газов; 4 – камера конвекции
В радиационной печи всетрубы, через которые проходит нагреваемое вещество, помещены на стенах камерысгорания. Поэтому у радиационных печей камера сгорания значительно больше, чему конвективных. Все трубы подвергаются прямому воздействию газообразной среды,которая имеет высокую температуру. Этим достигается:
а) уменьшение общейплощади теплоотдачи печи, так как количество тепла, отданного единице площадитруб, путем радиации при одинаковой температуре среды (особенно при высокихтемпературах этой среды), значительно больше, чем количество тепла, котороеможно передать путем конвекции;
б) хорошая сохранностьфутеровки за трубчатыми змеевиками, благодаря тому, что снижается еетемпература, во-первых, за счет прямого закрытия части ее трубами, во-вторых,за счет отдачи тепла излучением футеровкой более холодным трубам.
Обычно нецелесообразнозакрывать все стены и свод трубами, так как этим ограничивается теплоизлучениеоткрытых поверхностей, а в результате уменьшается общее количество тепла,отдаваемого единицей площади труб.
Например, у современныхтипов кубовых печей отношение эффективной открытой поверхности к общейвнутренней поверхности печи колеблется в пределах 0,2-0,5.
Чисто радиационные печииз-за простоты конструкции и большой тепловой нагрузки труб имеют самые низкиекапитальные затраты на единицу переданного тепла. Однако они не дают возможностииспользовать тепло продуктов сгорания, как это имеет место урадиационно-конвективньгх печей. Поэтому радиационные печи работают с меньшейтепловой эффективностью.
Радиационные печиприменяются при нагреве веществ до низких температур (приблизительно до 300°С), при небольшом их количестве, при необходимости использования малоценныхдешевых топлив и в тех случаях, когда особое значение придается низким затратамна сооружение печи.
Радиационно-конвективнаяпечь имеет две отделенные друг от друга секции: радиационную и конвективную.Большая часть используемого тепла передается в радиационной секции (обычно60-80 % всего использованного тепла), остальное – в конвективной секции.
Конвективная секцияслужит для использования физического тепла продуктов сгорания, выходящих израдиационной секции обычно с температурой 700-900°С, при экономическиприемлемой температуре нагрева 350-500°С (соответственно температуреперегонки).
Величина конвективнойсекции, как правило, подбирается с таким расчетом, чтобы температура продуктовсгорания, выходящих в боров, была почти на 150°С выше, чем температуранагреваемых веществ при входе в печь. Поэтому тепловая нагрузка труб вконвективной секции меньше, чем в радиационной, что обусловлено низкимкоэффициентом теплоотдачи со стороны дымовых газов.
С внешней стороны иногдаэти трубы снабжаются добавочной поверхностью – поперечными или продольнымиребрами, шипами и т. п.
Почти все печи,эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, являютсярадиационно-конвекционными. В печах такого типа трубные змеевики размещены и вконвекционной и в радиантной камерах.
1.2.3 Конструктивныепризнаки
По конструктивномуоформлению трубчатые печи классифицируются:
1) по форме каркаса:
а. Коробчатыеширококамерные (рисунок 1.4а), узкокамерные
(рисунок 1.4б);
б. Цилиндрические(рисунок 1.4в);
в. Кольцевые;
г. Секционные;
2) по числу камер радиации:
а. Однокамерные;
б. Двухкамерные;
в. Многокамерные;
/>
Рисунок 1.4 – Формакаркаса печи
а – коробчатойширококамерной печи; б – коробчатой узкокамерной печи; в – цилиндрической печи
3) по числу камер радиации:
а. Однокамерные;
б. Двухкамерные;
в. Многокамерные;
4) по расположению трубного змеевика:
а. Горизонтальное(рисунок 1.5а);
б. Вертикальное (рисунок1.5б);
/>
Рисунок 1.5 –Расположение трубного змеевика
а – горизонтальное; б –вертикальное
5) по расположению горелок:
а. Боковое;
б. Подовое;
6) по топливной системе:
а. На жидком топливе (Ж);
б. На газообразномтопливе (Г);
в. На жидком игазообразном топливе (Ж+Г);
7) по способу сжигания топлива:
а. Факельное;
б. Беспламенное сжигание;
8) по расположению дымовой трубы:
а. Вне трубчатой печи(рисунок 1.6а);
б. Над камерой конвекции(рисунок 1.6б);
9) по направлению движения дымовыхгазов:
а. С восходящим потокомгазов;
б. С нисходящим потокомгазов;
в. С горизонтальнымпотоком газов
/>
Рисунок 1.6 –Расположение дымовой трубы
а – вне трубчатой печи; б– над камерой конвекции
2. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИРАБОТЫ ПЕЧЕЙ
Каждая трубчатая печьхарактеризуется тремя основными показателями:
– производительностью;
– полезной тепловойнагрузкой;
– коэффициентом полезногодействия.
Производительность печивыражается количеством сырья, нагреваемого в трубных змеевиках в единицувремени (обычно в т/сутки). Она определяет пропускную способность печи, т. е.количество нагреваемого сырья, которое прокачивается через змеевики приустановленных параметрах работы (температуре сырья на входе в печь и на выходеиз нее, свойствах сырья и т. д.). Таким образом, для каждой печипроизводительность является наиболее полной ее характеристикой.
Полезная тепловаянагрузка — это количество тепла, переданного в печи сырью (МВт, Гкал/ч). Оназависит от тепловой мощности и размеров печи. Тепловая нагрузка большинстваэксплуатируемых печей 8-16 МВт. Перспективными являются более мощные печи степловой нагрузкой 40-100 МВт и более. Коэффициент полезного действия печихарактеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количестваполезно используемого тепла Qпол к общему количеству тепла Qобщ,которое выделяется при полном сгорании топлива. Полезно использованнымсчитается тепло, воспринятое всеми нагреваемыми продуктами (потоками): сырьем,перегреваемым в печи паром и в некоторых случаях воздухом, нагреваемым врекуператорах (воздухоподогревателях).
Значение коэффициентаполезного действия зависит от полноты сгорания топлива, а также от потерь теплачерез обмуровку печи и с уходящими в дымовую трубу газами. Трубчатые печи,эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, имеют КПД впределах 0,65-0,87. Повышение коэффициента полезного действия печи за счетболее полного использования тепла дымовых газов возможно до значения,определяемого их минимальной температурой. Как правило, температура дымовыхгазов, покидающих конвекционную камеру, должна быть выше начальной температурынагреваемого сырья не менее чем на 120-180°С.
Эксплуатационные свойствакаждой печи наряду с перечисленными показателями характеризуются:
– теплонапряженностьюповерхности нагрева;
– тепловым напряжениемтопочного объема;
– гидравлическим режимомв трубном змеевике при установившейся работе.
От комплекса этихпоказателей зависят эффективность работы трубчатых печей и срок их службы.
3. КОНСТРУКЦИИ ИЭСКИЗЫ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ
В промышленностиприменяется большое число различных конструкций и типоразмеров трубчатых печей.При выборе печи в основном следует учитывать вид топлива (газовое иликомбинированное); требование технологического процесса к расположению трубкамеры радиации (горизонтальное или вертикальное); необходимостьдифференциального подвода тепла к трубам камеры радиации; количестворегулируемых потоков; время пребывания продукта в печи или камере радиации.
Рассмотрим только печиосновных типов, имеющих широкое распространение.
На действующих установкахнефтегазопереработки широко распространены шатровые печи и печи беспламенногогорения, которые в настоящее время отнесены к печам устаревшей конструкции.
Шатровые печи (рисунок3.1), имеющие две камеры радиации с наклонным сводом и одну камеру конвекции, расположеннуюв центре печи, применяются на установках АВТ производительностью 1,5-3,0 млн.т/год.
Нагреваемое сырьепоступает в конвекционную камеру и двумя потоками проходит через трубы. В печиимеются муфели, в которых размещаются форсунки. Горение топлива практическизавершается в муфельном канале, и в топку поступают раскаленные продуктысгорания. Двухскатные печи шатрового типа имеют серьезные недостатки: онигромоздки, металлоемки, КПД их не превышает 0,74, теплонапряженность камернизкая, дымовые газы покидают конвекционную камеру при сравнительно высокойтемпературе (450-500°С).
В 60-е годы на АВТ идругих технологических установках начали широко применяться печи беспламенногогорения с излучающими стенками (рисунок 3.2). Беспламенные панельные горелки 1расположены пятью рядами в каждой фронтальной стене камеры радиации. Каждыйгоризонтальный ряд имеет индивидуальный газовый коллектор, что создаетвозможность независимого регулирования теплопроизводительности горелок одногоряда и теплопередачи к соответствующему участку радиантного экрана 2.Существует пять типов печей с излучающими стенками, тепловая мощность которыхизменяется от 8,9 до 26,7 МВт.
/>
Рисунок 3.1 – Схемадвухкамерной печи с наклонным сводом
1 – конвекционная камера;2 – подовый экран радиантной камеры; 3 – потолочный экран радиантной камеры; 4– муфели; 5 – форсунки
/>
Рисунок 3.2 – Трубчатаяпечь беспламенного горения с излучающими стенками
1 – беспламенныепанельные горелки; 2 – змеевик радиантных труб; 3 – змеевик конвекционных труб;4 – футеровка; 5 – каркас; 6 – выхлопное окно; 7 – смотровое окно; 8 – люк-лаз;9 – резервные горелки
Конструктивно печиотличаются между собой в основном длиной труб, которая в зависимости оттепловой мощности изменяется от 6 до 18 м. Дымовые трубы печей расположены в верхней части, дымовые газы направляются снизу вверх. Печи работают нагазообразном топливе, причем газы должны иметь постоянный углеводородныйсостав, что является серьезным недостатком печей. В печи предусмотренавозможность работы на резервном жидком и газовом (газ, содержащий конденсат)топливе. Для этого в поду камеры радиации вдоль излучающих стен установленырезервные газомазутные горелки 9. Факелы этих горелок настилаются наповерхность панельных горелок и образуют сплошное зеркало излучения. При этомпервичный воздух подается к горелкам в поду через регистры с шиберами, авторичный – по высоте настила факела через смесители отключенных панельныхгорелок. Печи беспламенного горения компактны, малогабаритны.
В совершенствование иконструирование трубчатых печей нового типа, повышение их эффективности,типизацию и стандартизацию печного оборудования большой вклад сделанВНИИнефтемашем, который создал и осуществил внедрение в промышленностьтрубчатых печей ряда типов, по которым издан каталог, позволяющий выбратьконструкцию и размеры типовой трубчатой печи для соответствующеготехнологического процесса.
Печи типа ГС – коробчатыес верхним отводом дымовых газов, горизонтальным расположением труб в радиантнойи конвекционной камерах и свободного вертикального сжигания комбинированноготоплива (рисунок 3.3).
Горелки расположены водин ряд в поду печи. Обслуживание горелок производится с одной стороны печи,что позволяет устанавливать рядом две камеры радиации (рисунок 3.4). Печи типаГС применяются на установках атмосферной и вакуумной перегонки нефти, вторичныхпроцессов. Печи типа ГС2 предпочтительны на установках замедленного коксования,крекинг-процессов, где требуется нагрев нефтепродуктов с низкими значениямитеплонапряженности поверхности нагрева (29 кВт/м2).
/>
Рисунок 3.3 – Схематрубчатой печи типа ГС
1 – горелка; 2 – змеевикрадиантных труб; 3 – змеевик конвекционных труб; 4 – воздухоподогреватель; 5 –дымовая труба; 6 – лестничная площадка; 7 – футеровка; 8 – каркас
/>
Рисунок 3.4 – Конструкциятрубчатой печи типа ГС2
1 – горелка; 2 – змеевикрадиантных труб; 3 – каркас; 4 – футеровка; 5 – змеевик конвекционных труб; 6 –лестничная площадка; 7 – дымовая труба
Печи типа ГН – коробчатыес верхним отводом дымовых газов, горизонтальным настенным или центральнымтрубным экраном и объемно-настильного сжигания комбинированного топлива(вариант I) или настильного сжигания газового топлива на фронтальные стены(вариант II). При исполнении печи по варианту I горелки расположены в два рядана фронтальных стенах под углом 45° (рисунок 3.5).
По оси печи расположенанастильная стена, на которую направлены горящие факелы. Печь ГН2 имеет двекамеры радиации и применяется для процессов, требующих «мягкий» режим нагрева(установки замедленного коксования, крекинг-процессы). По варианту II горелкирасположены ярусами на фронтальных стенах, а двухрядный горизонтальный экран —по оси печи. Тепло к экранам передается от фронтальных стен, на которыенастилаются факелы веерных горелок. Данный тип печи предназначен дляреконструкции существующих печей беспламенного горения, а также в процессахсредней производительности, обеспеченных газовым топливом, в том числе сбольшим процентом водорода.
/>
Рисунок 3.5 – Схематрубчатой печи типа ГН
1 – горелка; 2 – змеевикрадиантных труб; 3 – настильная стенка; 4 – змеевик конвекционных труб; 5 –дымовая труба; 6 – лестничная площадка; 7 – футеровка; 8 – каркас
Печи типа ВС –узкокамерные секционные с верхним отводом дымовых газов и вертикальными трубамизмеевика (рисунок 3.6).
Производительность каждойсекции 10-17 МВт. Вертикальные трубы радиантного змеевика расположены у всехчетырех стен камеры. Газомазутные горелки расположены в поду камеры,обслуживание горелок с двух сторон. Предусмотрены четыре типоразмера этихпечей, каждый типоразмер отличается количеством одинаковых камер радиации. Надкамерой радиации расположена камера конвекции прямоугольного сечения сгоризонтальными гладкими трубами. У многосекционных трубчатых печей камерырадиации отдельных секций объединены в общем корпусе. Смежные секции отделеныодна от другой двумя рядами труб радиантного змеевика двустороннего облучения.В крайних секциях у стен радиантные трубы размещены в один ряд.
Печи типа ВС установленына установках ЛК-6-У, применяют на установках AT, вторичной переработки и т.д.
Печи типа СС – секционныес горизонтально расположенным змеевиком, отдельно стоящей конвекционнойкамерой, встроенным воздухоподогревателем и свободного вертикально-факельногосжигания топлива. Трубный змеевик каждой секции состоит из двух или трехтранспортабельных пакетов заводского изготовления. Змеевик каждой секциисамонесущий и устанавливается непосредственно на поду печи.
Печи типа ЦС –цилиндрические с пристенным расположением труб змеевика в одной камере радиациии свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного топлива. Печивыполняются в двух вариантах: без камеры конвекции и с камерой конвекции(рисунок 3.7).
Цилиндрическая камерарадиации установлена на столбчатом фундаменте для удобства обслуживания газовыхгорелок, размещенных в поду печи. Радиантный змеевик собран из вертикальныхтруб на приваренных калачах; в центре пода печи установлена газомазутнаягорелка. Змеевики упираются на под печи, вход и выход продукта осуществляетсясверху.
Печь типа ЦД4, продольныйразрез которой показан на рисунке 3.8, является радиантно-конвекционной, укоторой по оси камеры радиации имеется рассекатель-распределитель в видепирамиды с вогнутыми гранями, представляющими собой настильные стены дляфакелов горелок, установленных в поду печи.
/>
Рисунок 3.6 – Конструкциятрубчатой печи типа ВС
1 – камера конвекции; 2 –змеевик радиантных труб; 3 – взрывное окно; 4, 7 – гляделка; 5 – футеровка; 6 –каркас; 8 – горелка; 9 – лестничная площадка; 10 – дымовая труба
/>
Рисунок 3.7 – Конструкциятрубчатой печи типа ЦС
1 – горелка; 2 – змеевикрадиантных труб; 3 – каркас; 4 – футеровка; 5 – змеевик конвекционных труб.
Потоки: I – продукт на входе; II – продукт на выходе
Рассекатель-распределительразбивает камеру радиации на несколько независимых зон теплообмена (рисунок3.8, их четыре) с целью возможной регулировки теплонапряженности по длинерадиантного змеевика.
Внутренняя полостькаркаса рассекателя разбита на отдельные воздуховоды; в кладке грани рассекателяпо высоте грани есть каналы прямоугольного сечения для подвода вторичноговоздуха к настильному факелу каждой грани. Каждый воздуховод оснащен поворотнымшибером, управляемым с площадки обслуживания
/>
Рисунок 3.8 – Конструкцияпечи типа ЦД4
1 – камера конвекции; 2 –выхлопное окно; 3 – смотровое окно; 4 – змеевик радиантных труб; 5 – футеровка;6 – каркас; 7 – камера для подвода вторичного воздуха; 8 – футеровкарассекателя-распределителя; 9 – воздуховод; 10 – рассекатель-распределитель; 11– горелка; 12 – воздуходувка.
Потоки: I – продукт на входе; II – продукт на выходе; III –дымовые газы
В кладке гранейрассекателя на двух ярусах по высоте граней расположены каналы прямоугольногосечения для подвода вторичного воздуха из воздуховодов к настильному факелукаждой грани. Изменяя подачу воздуха через каналы, можно регулировать степеньвыгорания топлива в настильном факеле, что позволяет выравниватьтеплонапряженность по высоте труб в камере радиации. Радиантный подвеснойзмеевик состоит из труб, расположенных у стен цилиндрической камеры. Настенныерадиантные трубы размещены в один ряд и имеют одностороннее облучение, арадиальные с двусторонним облучением размещены в два ряда.
Печи типа КС –цилиндрические с кольцевой камерой конвекции, встроенным воздухоподогревателем,вертикальными трубными змеевиками в камерах радиации и конвекции и свободноговертикально-факельного сжигания топлива (рисунок 3.9).
Комбинированные горелки расположеныв поду печи. На стенах камеры радиации установлен одно- или двухрядныйнастенный трубный экран. Конвективный змеевик так же, как ивоздухоподогреватель, набирают секциями и располагают в кольцевой камереконвекции, установленной соосно с цилиндрической радиантной камерой.
Печи типа КД4 –цилиндрические четырехсекционные с кольцевой камерой конвекции, встроеннымвоздухоподогревателем, дифференциальным подводом воздуха по высоте факела,вертикальным расположением змеевика радиантных и конвекционных труб, настильнымсжиганием комбинированного топлива.
Печи выполняются в двухконструктивных исполнениях: с дымовой трубой, установленной на печи (рисунок3.10) или стоящей отдельно.
Дутьевые комбинированныегорелки расположены в поду печи. Оси горелок наклонены в сторонурассекателя-распределителя, установленного в центре печи.
Рассекатель изготовлен ввиде пирамиды с вогнутыми гранями, представляющими собой настильные стены дляфакелов горелок каждой камеры радиации. Рассекатель выполняет следующие функции:делит объем радиантной камеры на четыре автономные зоны теплообмена, чтопозволяет осуществлять дифференцированный подвод тепла по длине радиантногозмеевика; является поверхностью настила факелов горелок, которые имеютстабильную толщину, что позволяет приблизить трубные экраны к горелкам исократить объем камеры. В печи осуществляется двухстадийное сжигание топлива.Первичный воздух (около 70 % объема) подается принудительно к горелкам, аостальное количество – по высоте настила, для чего в кладке граней расположеныканалы прямоугольного сечения, а в каркасе превышает количество граней. Каждыйвоздуховод оснащен поворотным шибером.
/>
/>
Рисунок 3.9 – Конструкцияпечи типа КС
1 – горелка; 2 – змеевикрадиантных труб; 3 – змеевик конвекционных труб; 4 – каркас; 5 – футеровка; 6 –воздухоподогреватель; 7 – шибер.
Потоки: I – продукт на входе; II – продукт на выходе; III – дымовые газы
/>
Рисунок 3.10 –Конструкция печи типа КД4
1 – змеевик конвекционныхтруб; 2 – змеевик радиантных труб; 3 – рассекатель-распределитель; 4 –футеровка; 5 – воздуходувка; 6 – каркас; 7 – дымовая труба; 8 –воздухоподогреватель.
Потоки: I – продукт на входе; II – продукт на выходе; III – дымовые газы
Двухстадийное сжиганиетоплива дает возможность растянуть факелы по высоте граней и повыситьравномерность излучения по высоте радиантных труб. Конвективный змеевик, как ивоздухоподогреватель, набирают секциями и размещают в кольцевой камереконвекции, расположенной соосно с цилиндрической радиантной камерой.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙЛИТЕРАТУРЫ
1. Скобло А.И., Молоканов Ю.К.,Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки инефтехимии: Учебник для вузов. – 3-е издание – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр»,2000. – 677 с.
2. Ахметов С.А. и др. Технологияоборудование процессов переработки нефти и газа. Учебное пособие / С.А.Ахметов, Т.П. Сериков, И.Р. Кузеев, М.И. Баязитов; под ред. С.А. Ахметова. –СПб.: Недра, 2006. – 868 с.