Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Э.Ш. Теляков, М.А. Закиров, С.А. Вилохин↑ Стр 1 из 13Следующая ⇒ Содержание книги
Поиск на нашем сайте
Э.Ш. Теляков, М.А. Закиров, С.А. Вилохин ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПЕЧИ ХИМИЧЕСКИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ Учебное пособие Казань КГТУ 2008 УДК 66.041.37.666.92
Технологические печи химических, нефтехимических и нефтегазоперерабатывающих производств: Учеб. пособие/ Э.Ш. Теляков, М.А. Закиров, С.А. Вилохин; Казан. гос. технол. ун-т. – Казань, 2008. – 106 с. ISBN 5-7882-0210-8
Учебное пособие написано в соответствии с программой дисциплины «Машины и аппараты нефтегазопереработки» для студентов специальностей 240801 – «Машины и аппараты химических производств», 130603 – «Оборудование нефтегазопереработки» и других механических специальностей. Дано описание различных типов технологических печей, области их применения, устройство основных элементов и узлов. Изложены принципы теплотехнического и гидравлического расчета, анализируются процессы теплопередачи в радиационных и конвективных камерах трубчатых печей, пути повышения теплового КПД. Представлен обширный справочный материал по характеристикам жидкого и газообразного топлива, необходимый при курсовом и дипломном проектировании. Подготовлено на кафедре «Машины и аппараты химических производств» КГТУ и НХТИ. Табл.19. Илл.30. Библ.12 наим. Печатается по решению методического совета Нижнекамского химико-технологического института (филиала) ГОУ ВПО КГТУ. Рецензенты: зав. лабораторией Всеволжского института углеводородного сырья, канд. тех. наук. Б.Н. Матюшко; зав. кафедрой «Технология воды и топлив» КГЭУ, д-р тех. наук., проф. А.Г.Лаптев
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ Технологические печи очень широко используются практически во всех химических отраслях промышленности. В печах за счет сжигания топлива (газообразного, жидкого и комбинированного) реализуется процесс нагрева перерабатываемого продукта. Механизм теплопередачи достаточно сложен, поскольку в этих устройствах, в отличие, например, от теплообменников, значителен вклад в суммарный теплообмен лучистой (радиационной) составляющей. В некоторых случаях этот механизм теплопередачи является превалирующим. Организация движения образующихся дымовых газов в свою очередь существенно влияет на вклад в суммарный теплообмен конвективной составляющей. Поэтому проектирование печей предполагает учет характеристик топлива, расчет процесса горения с учетом гидродинамики движения дымовых газов, выбор конструкции печи, учет характеристик топливно-сжигающих устройств (ТСУ), прочностные расчеты всех элементов конструкции. Эти задачи предполагают использование весьма разнообразных знаний. В настоящем учебном пособии сделана попытка изложить в простой и доступной форме прикладные основы расчета, подбора и конструирования основных типов технологических печей. Основное внимание при этом уделено трубчатым печам, как наиболее широко используемым в нефтепереработке и нефтехимии. В пособии приведены также физико-химические характеристики наиболее распространенных топлив, теплотехнические характеристики основных типов ТСУ, а также основных типов печей, что, по мнению авторов, должно облегчить использование пособия студентами в процессе обучения, а также при выполнении курсовых и дипломных проектов.
Классификация печей Химические производства характеризуются чрезвычайным разнообразием. Соответственно и печи, используемые в химической промышленности, можно классифицировать по достаточно большому числу признаков. Поэтому единой системы классификации печей на сегодняшний день не существует. Наиболее распространена классификации, в основе которой лежит производственная принадлежность печи [1] (печи нефтепереработки и нефтехимии, печи производства фосфора, печи производства и регенерации катализаторов и т.д.). В состав каждой производственной группы входят печи различных типов, отличающиеся друг от друга по целевому назначению, по способам подвода тепла, по конструкциям. Рассматриваемая классификация выглядит следующим образом. 1. Разделение по видам производств: · печи нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств; · печи производства серной кислоты; · печи производства соляной кислоты; · печи производства фосфорной кислоты; · печи производства плавиковой кислоты; · печи производства соды; · печи производства извести; · печи производства карбида кальция; · печи производства минеральных солей; · печи производства минеральных пигментов; · печи производства извести; · печи производства фосфора; · печи производства сероуглерода; · печи производства катализаторов; · печи для сжигания отходов химических производств; · печи других производств. 2. Печи для каждого вида производств разбиваются на группы по целевому назначению. Так среди печей нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств могут быть выделены печи нагрева жидкофазного сырья для процессов первичной переработки нефти, термического крекинга, каталитического крекинга, риформинга, печи для проведения реакционных процессов в паровой фазе (пиролиз) и т.д. Соответственно в сернокислотном производстве могут быть выделены печи обжига колчедана, печи для сжигания серы, печи для сжигания сероводорода. Аналогичным образом выделяются группы печей и в других производствах. 3. Каждая из групп подразделяется на подгруппы по технологическим особенностям проводимого процесса. 3.1. По тепловому эффекту процесса, проводимого в печи: · Печи, в которых в обрабатываемом материале протекают экзотермические реакции, причем в некоторых случаях количество выделяющегося тепла может быть достаточным для проведения процесса, а в других случаях необходим подвод (отвод) тепла. · Печи, в которых в обрабатываемом материале протекают эндотермические реакции. В этом случае для проведения процесса необходим подвод тепла. К этой же подгруппе относятся печи с нулевыми или незначительными экзотермическими реакциями 3.2. По способу подвода тепла (для печей с нулевыми или эндотермическими реакциями):
· Печи с внутренним подводом тепла (тепло вносится непосредственно внутрь реакционного пространства); · Печи с внешним подводом тепла (тепло вносится через стенку). 3.3. По виду источника тепла: · Топливные печи (газообразное, жидкое, твердое или комбинированное топливо). · Электрические (дуговые, индукционные, плазменные печи или печи сопротивления). В рассмотренной классификации каждая из выделенных подгрупп печей может быть выполнена по разным конструкциям. В то же время с точки зрения проектирования (выбора схемы расчета, подбора унифицированных и типовых элементов) в основе классификации должна лежать именно конструкция печи. С точки зрения конструктивных особенностей, которые в значительной мере определяются технологическими и теплотехническими условиями работы печей, могут быть выделены следующие типы печей: · Трубчатые печи, в которых нагревательный или реакционный объем образован трубами, расположенными в огневой и /или конвективной камерах, по которым протекает обрабатываемый продукт. Продукт находится при этом в жидком (нагрев нефти, мазута), парообразном (пиролиз легкого углеводородного сырья) или двухфазном состояниях. Трубчатые печи наиболее широко распространены в нефтяной и нефтехимической отраслях промышленности. · Печи с вращающимся барабаном (предназначены для обработки твердых материалов). Греющая (реакционная) камера представляет собой вращающийся наклонный барабан, внутри которого под действием гравитационных сил перемещается обрабатываемый материал. Подвод и отвод материала и греющего агента (топочные газы, горячий воздух) производится с торцов барабана через специальные устройства. · Шахтные печи (предназначены для обработки твердых материалов). Реакционная камера представляет собой вертикальную шахту, в которую сверху загружается, а снизу отводится обрабатываемый материал. Перемещение материала происходит под действием гравитационных сил. · Ретортные печи (предназначены для обработки твердых материалов). Реакционная камера представляет собой реторту, исключающую доступ воздуха внутрь камеры. Подвод тепла к материалу осуществляется через стенку камеры. · Камерные печи (предназначены для обработки жидких или газообразных материалов). Материал вводится внутрь камеры через форсунку. · Полочные печи (предназначены для обработки твердых материалов). Реакционная камера представляет собой одну или несколько полок, на которых лежит обрабатываемый материал.
· Тигельные и муфельные печи (предназначены для обработки твердых материалов и расплавов). В огневой камере могут быть размещены один или несколько тиглей или муфелей. · Карусельные печи (предназначены для обработки твердых материалов). В реакционной камере размещена вращающаяся подина, на которую помещается обрабатываемый материал. · Туннельные печи (предназначены для обработки твердых материалов). Реакционная (огневая) камера выполнена в виде горизонтального канала большой протяженности. Обрабатываемый материал передвигается по каналу на транспортерах или в вагонетках. · Ванные печи (предназначены для обработки расплавов). Подина реакционной камеры имеет вид ванны, в которой находится обрабатываемый материал в виде расплава. · Печи с кипящим слоем (предназначены для обработки твердых материалов). Обрабатываемый материал взвешен потоком газа внутри реакционного объема, но не перемещается в направлении движения газа. Тепловые процессы и химические превращения могут происходить как в твердой фазе (газ выступает в этом случае как теплоноситель), так и в газовой (паровой) фазе (твердая фаза выступает в качестве теплоносителя или катализатора). · Печи с взвешенными частицами (предназначены для обработки твердых материалов). Обрабатываемый материал взвешен потоком газа внутри реакционного объема и перемещается вместе с газом. Существуют и другие типы печей, которые могут являться как комбинациями вышеперечисленных типов, так и самостоятельными типами, которые менее распространены в сравнении с вышерассмотренными. Так для транспортировки твердых систем (катализатор, кокс) в нефтепереработке используются топки под давлением. Они представляют собой устройства для сжигания газообразного или жидкого топлива с последующим смешением продуктов реакции с атмосферным воздухом для достижения заданной температуры транспортирующего агента. Подача воздуха на сжигание и на смешение осуществляется от высоконапорных газодувок. Работа топки под давлением естественно приводит и к появлению конструктивных особенностей. Следует также отметить, что печи представляют собой достаточно сложные агрегаты, включающие в себя помимо собственно печей и самое разнообразное вспомогательное оборудование. К нему относятся: · устройства для сжигания топлива (топки, горелки, форсунки и т.д.); · устройства для превращения электрической энергии в тепловую (спирали, тепловыделяющие элементы и т.д.); · соединительные элементы и коммуникации (дымоходы, трубопроводы, дымососы); · средства управления процессом (шиберы, задвижки, и т.д.); · средства КИП и А. Можно выделить и еще целый ряд вспомогательного оборудования, характерного для той или иной конструкции печи (вентиляторы и газодувки, подогреватели воздуха и топлива, механизмы загрузки и выгрузки материала и т.д.). С точки зрения использования того или иного вспомогательного оборудования может применяться и дополнительная классификация печных агрегатов. Однако, вспомогательное оборудование, как правило, рассчитывается (подбирается) по специальным методикам и нормативам.
Жидкое топливо Наибольшее распространение в качестве жидкого топлива получил мазут, являющийся одним из продуктов (в некоторых случаях остатков) нефтепереработки. В соответствии с ГОСТ 10585-63 мазут выпускается шести марок: флотский – Ф5, Ф12, топочный – 40, 100, 200 и для мартеновских печей – МП. Основные усредненные теплотехнические характеристики топочных мазутов приведены в табл. 1 и 2. В теплотехнических расчетах теплоемкость мазута можно принимать равной 2 кДж/(кг×оС), коэффициент теплопроводности – 0,13 Вт/(м×оС), скрытую теплоту испарения – 170 ¸ 250 кДж/кг [1]. Табл.1 Характеристики мазута по ГОСТ 10585-63
Табл. 2 Состав и расчетные теплотехнические характеристики топочных мазутов [1]
Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха, необходимого для обеспечения полного сгорания мазута, рекомендуется принимать в пределах 1,1 ¸1,2. При особо тонком распылении топлива и благоприятных гидродинамических условиях в камере горения коэффициент избытка воздуха может быть принят равным 1,05 ¸1,1. Мазут может гореть только в определенных условиях, причем горение мазута происходит только в паровой фазе. Поэтому перед сжиганием мазут должен быть испарен. Для обеспечения горения топливо распыляется в топочной камере с помощью форсунок. Чем выше дисперсность распыла (чем меньше диаметр капелек мазута после распыла), тем больше суммарная поверхность образовавшегося ансамбля капелек и тем эффективнее протекает последующий процесс прогрева и испарения капель. Для нормальной работы форсунок топливо должно поступать в эти устройства при постоянном давлении и при температуре, отвечающей оптимальной вязкости. Обычно давление жидкого топлива на входе в форсунку колеблется в пределах 0,2 ¸ 0,5 МПа. В форсунках смешение топлива с воздухом достигается испарением, распылением и комбинированием первых двух способов. Чаще используется комбинированный способ, при котором распыление и испарение топлива осуществляется подачей в форсунку в качестве распыливающего агента нагретого воздуха или перегретого пара. При распылении топливо рассеивается в виде тумана (ансамбль капель с очень малым диаметром и соответственно с большой суммарной поверхностью). Затраты энергии на распыление жидкости зависят от её вязкости и парциального давления паров жидкости (мазута). Поэтому мазут перед форсункой должен быть нагрет до максимальной температуры, допускаемой условиями эксплуатации и правилами безопасности. Обычно эта температура соответствует точке начала кипения мазута. Газообразное топливо Наилучшим видом топлива для использования в печах является газообразное, обладающее в сравнении с твердыми и жидкими видами топлив следующими преимуществами: · простота регулирования процесса горения при малом коэффициенте избытка воздуха; · возможность подогрева топлива и воздуха перед сгоранием до высоких температур; · исключение застывания топлива в подводящих коммуникациях и др. Чаще всего в качестве топлива используется природный газ, состоящий главным образом из метана. В некоторых случаях в печах используются отходящие газы конкретных технологических процессов (например, сухие газы нефтепереработки). Состав этих газов существенно зависит от вида конкретного технологического процесса. Сжиженные газы (пропан, бутан) используются существенно реже и только в экономически обоснованных случаях. Основные формулы, используемые при расчете процесса горения газообразного топлива, а также теплотехнические характеристики некоторых газов [1] приведены в табл. 3 ¸ 7. Табл. 3 Основные расчетные формулы, применяемые при расчете процесса горения газообразного топлива
Табл. 4 Составы и теплотехнические характеристики природных газов некоторых месторождений
Табл. 5 Характеристика основных реакций, протекающих при горении газообразного топлива
Табл. 6 Основные теплотехнические характеристики природных газов некоторых газовых и нефтяных месторождений
Табл. 7 Температура воспламенения и пределы взрываемости смесей различных газов с воздухом
3.3. Получение тепловой энергии за счет преобразования электрической энергии Нагрев некоторых твердых и жидких материалов проводится с использованием электрического тока по методу сопротивления. В этом случае обрабатываемый материал непосредственно включается в электрическую цепь (последовательное подключение). При преодолении электрического сопротивления материала в нем выделяется тепло. Используется также преобразование электрической энергии в тепловую в газовой дуге преимущественно в газовом пространстве, разделяющем электроды, и на
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-07-18; просмотров: 239; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.145.85.123 (0.014 с.) |