Классификация трубчатой печи

Трубчатая печь — высокотемпературное термотехнологическое устройство с рабочей камерой, огражденной от окружающей атмосферы.

Печь предназначена для нагрева углеводородного сырья теплоно­сителем, а также для нагрева и осуществления химических реакций за счет тепла выделенного при сжигании топлива непосредственно в этом аппарате. Трубчатые печи используются при необходимости нагрева среды (углеводородов) до температур более высоких, чем те, которых можно достичь с помощью пара, т. е. примерно свыше 230 °С. Несмотря на сравнительно большие первоначальные затраты, стоимость тепла, отданного среде при правильно спроектированной печи, дешевле, чем при всех других способах нагрева до высоких температур. В качестве топлива могут применяться продукты отходов различных процессов, в результате чего не только используется тепло, получаемое при их сжигании, но часто устраняются и затруднения, связанные с обезвре­живанием этих отходов.

Трубчатые печи получили широкое распространение в нефтехими­ческой промышленности, где их используют для высокотемпературного нагрева и реакционных превращений жидких и газообразных нефте­продуктов (пиролиза, крекинга). Нашли они применение и в химичес­кой промышленности.

Трубчатая печь относится к аппаратам непрерывного действия с на­ружным огневым обогревом.

Впервые трубчатые печи предложены русскими инженерами В. Г. Шуховым и С. П. Гавриловым.

Сначала печи использовались на промыслах для деэмульгирования нефтей.

Современная печь представляет собой синхронно работающий печной комплекс, т. е. упорядоченную совокупность, состоящую из непосредственно печи, средств обеспечения печного процесса, а также систем автоматизированного регулирования и управления печным про­цессом и средствами его обеспечения.

Несмотря на большое многообразие типов и конструкций трубча­тых печей, общими и основными элементами для них являются рабо­чая камера (радиация, конвекция), трубчатый змеевик, огнеупорная футеровка, оборудование для сжигания топлива (горелки), дымоход, дымовая труба.

Печь работает следующим образом. Мазут или газ сжигается с по­мощью горелок, расположенных на стенах или поду камеры радиации. Газы сгорания из камеры радиации поступают в камеру конвекции, на­правляются в дымоход и по дымовой трубе уходят в атмосферу.

Продукт одним или несколькими потоками поступает в трубы кон­вективного змеевика, проходит трубы экранов камеры радиации и на­гретый до необходимой температуры, выходит из печи.

Тепловое воздействие на исходные материалы в рабочей камере печи, является одним из основных технологических приемов, ведущих к получению заданных целевых продуктов.

Главной частью трубчатой печи является радиационная секция, ко­торая одновременно является и камерой сгорания.

Передача тепла в радиационной секции осуществляется преиму­щественно излучением, вследствие высоких температур газов в этой части печи.

Тепло, переданное в этой секции конвекцией, является только не­большой частью от общего количества переданного тепла, т. к. скорость газов, движущихся вокруг труб, большей частью определяется только местной разностью удельных весов газов, и передача тепла естествен­ной конвекцией незначительна.

Продукты сгорания топлива являются первичным и главным источ­ником тепла, поглощаемого в радиационной секции трубчатых печей. Тепло, выделившееся при горении, поглощается трубами радиационной секции, создающими так называе­мую поглощающую поверхность. Поверхность футеровки радиацион­ной секции создает так называемую отражающую поверхность, которая (теоретически) не поглощает тепла, переданного ей газовой средой печи, а только излучением передает его на трубчатый змеевик, (рис. 2.71) 60.80 % всего используемого тепла в печи передается в камере радиа­ции, остальное — в конвективной секции.

Температура газов, выходящих из радиационной секции, обычно достаточно высока, и тепло этих газов можно использовать далее в конвективной части печи.

Камера конвекции служит для использования физического теп­ла продуктов сгорания, выходящих из радиационной секции обычно с температурой 700.900 °С. В камере конвекции тепло к сырью пере­дается в основном конвекцией и частично излучением трехатомных компонентов дымовых газов.

Величина конвективной секции, как правило, подбирается с таким расчетом, чтобы температура продуктов сгорания, выходящих в боров, была почти на 150 °С выше, чем температура нагреваемых веществ при входе в печь. Поэтому тепловая нагрузка труб в конвективной секции меньше, чем в радиационной, что обусловлено низким коэффициентом теплоотдачи со стороны дымовых газов. С внешней стороны иногда эти трубы снабжаются добавочной поверхностью - поперечными или продольными ребрами, шипами и т. п.

Нагреваемое углеводородное сырье проходит последовательно сна­чала по змеевикам камеры конвекции, а затем направляется в змеевики камеры радиации. При таком противоточном движении сырья и про­дуктов сгорания топлива наиболее полно используется тепло, получен­ное при его сжигании.

Рассмотрим классификацию трубчатых печей.

Рис. 2.71. Змеевик трубчатой печи типа ГС

Классификация печей — это упорядоченное разделение их в логи­ческой последовательности и соподчинении на основе признаков со­держания на классы, виды, типы и фиксирование закономерных связеймежду ними с целью определения точного места в классификационной системе, которое указывает на их свойства.

Она служит средством кодирования, хранения и поиска информа­ции, содержащейся в ней, дает возможность распространенения обоб­щенного опыта, полученного теорией и промышленной практикой эксплуатации печей, в виде готовых блоков, комплексных типовых решений и рекомендаций для разработки оптимальных конструкций печей и условий осуществления в них термотехнологических и тепло­технических процессов.

Главными и естественными по степени существенности основания­ми для классификации печей в логической последовательности являю­тся следующие признаки:

— технологические;

— теплотехнические;

конструктивные

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

По технологическому назначению различают печи нагревательные и реакционно-нагревательные.

В первом случае целью является нагрев сырья до заданной темпера­туры. Это большая группа печей, применяемых в качестве нагревателей сырья, характеризуется высокой производительностью и умеренными температурами нагрева (300.500 °С) углеводородных сред (установки АТ, АВТ, ГФУ).

Во втором случае кроме нагрева в определенных участках трубного змеевика обеспечиваются условия для протекания направленной реак­ции.

Эта группа печей многих нефтехимических производств одновре­менно с нагревом и перегревом сырья используется в качестве реак­торов. Их рабочие условия отличаются параметрами высокотемпе­ратурного процесса деструкции углеводородного сырья и невысокой массовой скоростью (установки пиролиза, конверсии углеводородных газов и др.).

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

По способу передачи тепла нагреваемому продукту печи подразде­ляются:

— на конвективные;

— радиационные;

радиационно-конвективные

По конструктивному оформлению трубчатые печи классифици­руются:

— по форме каркаса:

а) коробчатые ширококамерные, узкокамерные;

б) цилиндрические;в)    кольцевые;

г) секционные; Рис. 2.74. Форма каркаса печи: а — коробчатой ширококамерной печи; б — коробчатой узкокамерной печи; в —цилиндрической печи

— по числу камер радиации:

а) однокамерные;

б) двухкамерные;

в) многокамерные;

— по расположению трубного змеевика:

а) горизонтальное (рис. 2.75а);

б)    вертикальное