Технологические печи (стр. 3 из 4)
1.2.3 Конструктивные признаки
По конструктивному оформлению трубчатые печи классифицируются:
1) по форме каркаса:
а. Коробчатые ширококамерные (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 – Форма каркаса печи
а – коробчатой ширококамерной 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 (рисунок 1.5б);
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 газообразном топливе (Г);
в. На жидком и газообразном 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 дымовых газов:
а. С восходящим потоком газов;
б. С нисходящим потоком газов;
в. С горизонтальным потоком газов
Рисунок 1.6 – Расположение дымовой трубы
а – вне трубчатой печи; б – над камерой конвекции
2. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ПЕЧЕЙ
Каждая трубчатая печь характеризуется тремя основными показателями:
– производительностью;
– полезной тепловой нагрузкой;
– коэффициентом полезного действия.
Производительность печи выражается количеством сырья, нагреваемого в трубных змеевиках в единицу времени (обычно в т/сутки). Она определяет пропускную способность печи, т. е. количество нагреваемого сырья, которое прокачивается через змеевики при установленных параметрах работы (температуре сырья на входе в печь и на выходе из нее, свойствах сырья и т. д.). Таким образом, для каждой печи производительность является наиболее полной ее характеристикой.
Полезная тепловая нагрузка — это количество тепла, переданного в печи сырью (МВт, Гкал/ч). Она зависит от тепловой мощности и размеров печи. Тепловая нагрузка большинства эксплуатируемых печей 8-16 МВт. Перспективными являются более мощные печи с тепловой нагрузкой 40-100 МВт и более. Коэффициент полезного действия печи характеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количества полезно используемого тепла Qпол к общему количеству тепла Qобщ, которое выделяется при полном сгорании топлива. Полезно использованным считается тепло, воспринятое всеми нагреваемыми продуктами (потоками): сырьем, перегреваемым в печи паром и в некоторых случаях воздухом, нагреваемым в рекуператорах (воздухоподогревателях).
Значение коэффициента полезного действия зависит от полноты сгорания топлива, а также от потерь тепла через обмуровку печи и с уходящими в дымовую трубу газами. Трубчатые печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, имеют КПД в пределах 0,65-0,87. Повышение коэффициента полезного действия печи за счет более полного использования тепла дымовых газов возможно до значения, определяемого их минимальной температурой. Как правило, температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру, должна быть выше начальной температуры нагреваемого сырья не менее чем на 120-180°С.
Эксплуатационные свойства каждой печи наряду с перечисленными показателями характеризуются:
– теплонапряженностью поверхности нагрева;
– тепловым напряжением топочного объема;
– гидравлическим режимом в трубном змеевике при установившейся работе.
От комплекса этих показателей зависят эффективность работы трубчатых печей и срок их службы.
3. КОНСТРУКЦИИ И ЭСКИЗЫ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ
В промышленности применяется большое число различных конструкций и типоразмеров трубчатых печей. При выборе печи в основном следует учитывать вид топлива (газовое или комбинированное); требование технологического процесса к расположению труб камеры радиации (горизонтальное или вертикальное); необходимость дифференциального подвода тепла к трубам камеры радиации; количество регулируемых потоков; время пребывания продукта в печи или камере радиации.
Рассмотрим только печи основных типов, имеющих широкое распространение.
На действующих установках нефтегазопереработки широко распространены шатровые печи и печи беспламенного горения, которые в настоящее время отнесены к печам устаревшей конструкции.
Шатровые печи (рисунок 3.1), имеющие две камеры радиации с наклонным сводом и одну камеру конвекции, расположенную в центре печи, применяются на установках АВТ производительностью 1,5-3,0 млн. т/год.
Нагреваемое сырье поступает в конвекционную камеру и двумя потоками проходит через трубы. В печи имеются муфели, в которых размещаются форсунки. Горение топлива практически завершается в муфельном канале, и в топку поступают раскаленные продукты сгорания. Двухскатные печи шатрового типа имеют серьезные недостатки: они громоздки, металлоемки, КПД их не превышает 0,74, теплонапряженность камер низкая, дымовые газы покидают конвекционную камеру при сравнительно высокой температуре (450-500°С).
В 60-е годы на АВТ и других технологических установках начали широко применяться печи беспламенного горения с излучающими стенками (рисунок 3.2). Беспламенные панельные горелки 1 расположены пятью рядами в каждой фронтальной стене камеры радиации. Каждый горизонтальный ряд имеет индивидуальный газовый коллектор, что создает возможность независимого регулирования теплопроизводительности горелок одного ряда и теплопередачи к соответствующему участку радиантного экрана 2. Существует пять типов печей с излучающими стенками, тепловая мощность которых изменяется от 8,9 до 26,7 МВт.
Рисунок 3.1 – Схема двухкамерной печи с наклонным сводом
1 – конвекционная камера; 2 – подовый экран радиантной камеры; 3 – потолочный экран радиантной камеры; 4 – муфели; 5 – форсунки
Рисунок 3.2 – Трубчатая печь беспламенного горения с излучающими стенками
1 – беспламенные панельные 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 печи отличаются между собой в основном длиной труб, которая в зависимости от тепловой мощности изменяется от 6 до 18 м. Дымовые трубы печей расположены в верхней части, дымовые газы направляются снизу вверх. Печи работают на газообразном топливе, причем газы должны иметь постоянный углеводородный состав, что является серьезным недостатком печей. В печи предусмотрена возможность работы на резервном жидком и газовом (газ, содержащий конденсат) топливе. Для этого в поду камеры радиации вдоль излучающих стен установлены резервные газомазутные горелки 9. Факелы этих горелок настилаются на поверхность панельных горелок и образуют сплошное зеркало излучения. При этом первичный воздух подается к горелкам в поду через регистры с шиберами, а вторичный – по высоте настила факела через смесители отключенных панельных горелок. Печи беспламенного горения компактны, малогабаритны.
В совершенствование и конструирование трубчатых печей нового типа, повышение их эффективности, типизацию и стандартизацию печного оборудования большой вклад сделан ВНИИнефтемашем, который создал и осуществил внедрение в промышленность трубчатых печей ряда типов, по которым издан каталог, позволяющий выбрать конструкцию и размеры типовой трубчатой печи для соответствующего технологического процесса.
Печи типа ГС – коробчатые с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным расположением труб в радиантной и конвекционной камерах и свободного вертикального сжигания комбинированного топлива (рисунок 3.3).
Горелки расположены в один ряд в поду печи. Обслуживание горелок производится с одной стороны печи, что позволяет устанавливать рядом две камеры радиации (рисунок 3.4). Печи типа ГС применяются на установках атмосферной и вакуумной перегонки нефти, вторичных процессов. Печи типа ГС2 предпочтительны на установках замедленного коксования, крекинг-процессов, где требуется нагрев нефтепродуктов с низкими значениями теплонапряженности поверхности нагрева (29 кВт/м2).
Рисунок 3.3 – Схема трубчатой печи типа ГС
1 – горелка; 2 – змеевик радиантных труб; 3 – змеевик конвекционных труб; 4 – воздухоподогреватель; 5 – дымовая труба; 6 – лестничная площадка; 7 – футеровка; 8 – каркас
Рисунок 3.4 – Конструкция трубчатой печи типа ГС2
1 – горелка; 2 – змеевик радиантных труб; 3 – каркас; 4 – футеровка; 5 – змеевик конвекционных труб; 6 – лестничная площадка; 7 – дымовая труба
Печи типа ГН – коробчатые с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным настенным или центральным трубным 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 ряда на фронтальных стенах под углом 45° (рисунок 3.5).