3.2. Типы трубчатых печей
В настоящее время четко наметилась тенденция строительства трубчатых печей большой единичной мощности, которые в отличие от малопроизводительных печей эксплуатируются в более жестком технологическом режиме. Работа печей в тяжелых условиях (при высоких температурах и давлениях и в агрессивных средах) стала возможной благодаря новым конструктивным решениям и применению новых жаропрочных и жаростойких материалов.
Наряду с новыми типами печей на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах продолжают эксплуатироваться ранее построенные двухскатные двухкамерные печи (Рис. 2) тепловой мощностью от 7-8 до 45-60 МВт (от 6-8 до 40-50 Гкал/час). Свод такой печи сделан наклонным для выравнивания тепловых нагрузок на трубчатые змеевики потолочного экрана. Большой объем топочного пространства позволяет сжигать топливо в длинном факеле и обеспечивает интенсивный лучистый теплообмен. Для равномерного обогрева змеевиков вдоль боковых стен печи в амбразурах из огнеупорного кирпича рассредоточены комбинированные горелки.
Типовая двухскатная двухкамерная печь
Рис.2.
Трубчатый змеевик состоит из толстостенных труб длиной 6-18 м, выполненных из углеродистой или легированной стали и соединенных между собой двойниками (ретурбентами) либо калачами. Нефтяное сырье проходит по змеевику с большой скоростью, вследствие чего достигаются высокие коэффициенты теплопередачи.
Трубы в двухскатных печах располагаются горизонтально, что дает возможность сравнительно легко удалять продукты из змеевика при остановках печи. Трубчатый змеевик однорядный по потолку и поду. Двускатные печи получили широкое распространение благодаря простоте устройства и обслуживания и удобству проведения ремонтных работ. Однако конструкция двухскатных двухкамерных печей обладает существенными недостатками. Габаритные размеры печей очень велики. Так, типовая печь тепловой мощностью 18 МВт (16 Гкал/час) имеет размеры 20 х 15 х 8 м. На сооружение ее требуется 218 т металла и 180 м3 огнеупорного кирпича. Большие размеры печи обусловлены сравнительно теплотехническими показателями: теплонапряженность топки 60-95 кВт/м2, теплонапряженность радиантных труб не выше 35 кВт/м2. Одностороннее облучение длинными факелами создает неравномерность нагрева труб по окружности и длине трубчатого змеевика. При форсировании режима горения возможны случаи прогара труб.
КПД печей невысок (0,6 - 0,7). Из-за высоких удельных затрат металла и огнеупоров и низкой эффективности эксплуатации строительство двухскатных печей прекращено; взамен них сооружаются более экономические трубчатые печи.
Более высокими техническими показателями и эффективностью эксплуатации характеризуются вертикальные печи (Рис. 3) с настенными боковыми и полубоковыми экранами и стеной из огнеупорных материалов в центральной части.
Вертикальная печь с настильным пламенем
Рис.3
Пламя подовых горелок, настилаясь на стену, образует поверхность, равномерно излучающую тепло. Благодаря этому оказалось возможным разместить печные трубы на небольшом расстоянии от нее (менее 1,5 м) и обеспечить высокую теплонапряженность поверхности нагрева до 41 кВт/м2 (35000 ккал/(м2 ч). Камера конвекции находится над камерой радиации. Верхнее расположение конвекционной камеры создает положительный эффект самотяги. Топочные газы по короткому дымоходу отводятся в дымовую трубу. Для небольших печей, установленных рядом, монтируется одна общая труба. Большие печи для равномерного отвода топочных газов имеют несколько дымовых труб.
Вертикальные печи компактны. Удельный расход металла для сооружения их в 1,4 раза ниже, чем для двухскатных печей одинаковой тепловой мощности.
Вертикальная цилиндрическая печь с подвесным конусом
Рис.4.
В цилиндрической печи (Рис.4.) трубы размещаются в вертикальном положении по окружности, защищая футеровку стен от перегрева. В центральной части пода топки установлены длиннофакельные горелки. Равномерность распределения тепла по длине труб создается подвесным металлическим конусом; в результате нагрева его до высокой температуры увеличивается количество тепла, излучаемого на верхнюю часть трубчатого змеевика. Конвективная секция, трубы которой являются составной частью радиантной секции, омываются потоком топочных газов, проходящих через кольцевое пространство между конусом и цилиндрической стеной с большой скоростью, что интенсифицирует теплообмен.
Основные достоинства вертикальных печей: компактность конструкции, высокий КПД, относительно низкая стоимость сооружения.
Для установки каталитического риформинга, гидроочистки и аэродинамики Ленгипрогазом были разработаны конструкции многокамерных печей с вертикальными трубчатыми змеевиками (Рис.5)
Многокамерная печь для установки каталитического риформинга конструкции Ленгипрогаза
Рис.5
I - вход продукта; II - выход продукта; III - отвод топочных газов; 1 - сводовые уплотнения конвективной камеры; 2 - верхние уплотнения; 3 - продуктовый змеевик; 4 - площадка для обслуживания горелок; 5 - горелка; 6 - каркас; 7 - шпренгельная балка; 8 - футеровка; 9 - гляделка.
Вертикальное размещение труб позволяет экономить дорогостоящий жаропрочный материал для трубных подвесок, количество которых невелико. Равномерный обогрев печных труб по всей длине обеспечивают рассредоточенные по фронту и высоте комбинированные газомазутные горелки типа ФГМ-4.
Трубчатая печь имеет только одну конвекционную камеру. Сторона печи, обращенная к реакторам установки, глухая, что дает возможность размещать аппараты на небольшом расстоянии от печи. Трансферные линии трубопроводов от печи к аппаратам получаются короткими. Компенсация тепловых удлинений прямых коротких участков трансферных линий осуществляется за счет гибкости труб. Внутренние стены радиантных камер для повышения устойчивости выполнены в виде двух стен, обращенных выпуклостями одна к другой. Свод футеруется огнеупорным кирпичом. Использование жаропрочного бетона взамен кирпича сокращает сроки строительно-монтажных работ и уменьшает затраты металла. Общая экономия стоимости строительства таких печей достигает 30%.
В случае четырехкамерной печи каталитического риформинга и гидроочистки топочные газы отводятся в общий канал, представляющий собой узкую длинную шахту, где для механической прочности и придания потокам параллельности движения сделаны перемычки по всей высоте канала. Из дымового канала продукты сгорания топлива поступают в конвекционную камеру, разделенную на три хода промежуточными стенками, которые соединены между собой кирпичными перемычками.
Трубчатый змеевик камеры конвекции двухпоточный, печные трубы размещены в коридорном порядке для удобства очистки от отложений. Из камеры конвекции топочные газы через стояк, футированный шамотным кирпичем, попадают в боров, а затем поступают в воздухоподогреватель для нагрева воздуха. Охлажденные до 225 оС топочные газы из воздухоподогревателя отсасываются дымососом в дымовую трубу. Нагретый в воздухоподогревателе воздух подводится к горелкам и применяется для распыления топлива. Во избежание конденсации серной кислоты из топочных газов воздух перед поступлением в воздухоподогреватель предварительно подогревается до 70-80 оС за счет рециркуляции части горячего воздуха, отводимого по байпасной линии специальным дутьевым вентилятором в камеру смешения с холодным воздухом. В морозные дни и в период растопки печи холодный атмосферный воздух направляется непосредственно к горелкам, минуя воздухоподогреватель. В этом случае в качестве резервного используется паровое распыление жидкого топлива. Мазут, применяемый в качестве топлива, для лучшего распыления подогревается до 110 оС.
Змеевики четырехкамерных печей собраны из четырехтрубных секций и отдельных U- образных шпилек, соединенных между собой фланцевыми двойниками. Трубы выполнены из стали Х5М-У. Диаметры труб для змеевиков блоков гидроочистки и риформинга составляют соответственно 219 х 9 и 219 х 17 мм.
Для предотвращения разрушения печи от взрыва в радиантной камере установлены предохранительные клапаны: пять на своде и два на фронтальной стене. Конструкция печи компактная. Печь имеет высокий к.п.д., который достигает 83%. Опыт работы четырехкамерных печей показал надежность их в эксплуатации.
В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности построено и работает много трубчатых печей с излучающими стенами, в которых установлены панельные горелки беспламенного сжигания топлива. Эти печи малогабаритные и на их сооружение расходуется значительно меньше дефицитных материалов, чем при строительстве упомянутых выше типов печей. КПД таких печей высок (0,80-0,82).
Печи большой единичной мощности. Характерной особенностью трубчатых печей нефтеперерабатывающих и нефтехимических установок, сооружаемых во всем мире в последние 10 лет, является их большая единичная мощность.
Ц елесообразность применения крупной трубчатой печи заключается в ее бесспорных преимуществах по сравнению с несколькими печами, имеющими в сумме такую же мощность.
Вопросы к размышлению:
Назовите способы передачи тепля в трубчатых печах.
Назовите типы трубчатых печей, применяемых на нефтеперерабатывающих заводах.
Почему печи большой единичной мощности имеют преимущество перед шатровыми печами?
Из какого материала выполнены трубчатые подвески потолочных экранов?
|
