По теплотехническим признакам способу передачи тепла нагреваемому продукту печи подразделяются

Машины и аппараты нефтегазопереработки копия 1

Лекция 11. назначение и типы печей, их классификация

1. Сравнение различных типов печей, основные направления в их развитии. Теплотехнические особенности нефтезаводских трубчатых печей, связь между теплотехническими и тепловыми показателями.

2. Теплонапряженность поверхности нагрева, топочного пространства, местные тепловые нагрузки в камерах радиации и конвекции.

3. Важнейшие составляющие трубчатых печей. Гарнитура печей, применяемые материалы.

4. Устройства для сжигания топлива (горелки, форсунки).

5. Процессы сгорания и теплопередачи в топке, теплопередача в конвекционной камере, выбор размеров камер конвекции и радиации.

6. Расчет трубчатых печей Определение полезной тепловой нагрузки печи и состояния сырья на выходе из печи. КПД печи и пути уменьшения расхода топлива. Гидравлический расчет печи, газовое сопротивление и тяга.

1. Теплонапряженность поверхности нагрева, топочного пространства, местные тепловые нагрузки в камерах радиации и конвекции

Основными теплотехническими показателями работы трубчатой печи являются теплопроизводительность, тепловой коэффициент полезного действия, теплонапряженность поверхности нагрева, тепловая напряженность топочного объема, температура дымовых газов в топке и на перевале, коэффициент прямой отдачи, коэффициент теплопередачи, температура дымовых газов на выходе из печи, коэффициент избытка воздуха.

Теплопроизводительность печи (полезная тепловая мощность) Q_n – количество тепла, воспринимаемого сырьем в единицу времени. На современных трубчатых печах этот показатель достигает 7…60 МВт и 100 МВт на крупных установках.

Тепловой коэффициент полезного действия – отношение количества тепла, воспринимаемого сырьем Q_n, к полному количеству тепла, выделяемому при сгорании топлива.

Тепловой коэффициент показывает эффективность использования тепла, образующегося при сгорании топлива. Величина η зависит от коэффициента избытка воздуха, температуры дымовых газов на выходе из печи, размеров печи, состояния тепловой изоляции и т.п. Тепловой коэффициент полезного действия современных трубчатых печей достигает 60…80 % (при использовании подогретого воздуха η ≈ 90%).

Теплонапряжение поверхности нагрева – количество тепла, переданного через единицу поверхности нагрева в единицу времени.

Теплонапряжение поверхности нагрева характеризует степень эффективности передачи тепла. Превышение q более предельной величины ведет к снижению механической прочности металла, повышению возможности образования окалины на наружной поверхности труб и отложению кокса на внутренней.

Средние значения теплонапряжения конвективной поверхности q_к находятся в пределах от 8 до 17,5 кВт/м 2 .

Тепловое напряжение топочного объема – количество тепла, выделяемого при горении топлива в единице объема топки в единицу времени. В современных трубчатых печах эта величина составляет 40…80 кВт/м 3 и характеризует эффективность использования объема топки.

Температура дымовых газов на перевале Т_п – температура, при которой дымовые газы поступают в конвективную камеру. Она показывает распределение тепла между радиантной и конвективной камерами и составляет 975…1175 К. Увеличение температуры дымовых газов на перевале может вызвать коксообразование и пригар радиантных труб.

Коэффициент прямой отдачи топки – отношение количества тепла, переданного радиантным трубам Q_p, к общему полезному теплу, выделенному при сгорании топлива.

Значение коэффициента прямой отдачи находится в пределах от 0,4 до 0,6. Большему значению коэффициента µ соответствует (при прочих равных условиях) меньшая температура дымовых газов на перевале.

Коэффициент теплопередачи в конвективной камере кВт/(м 2 ·К) зависит от скорости движения дымовых газов в конвективной камере. С увеличением скорости движения дымовых газов коэффициент теплопередачи увеличивается и наоборот.

Коэффициент избытка воздуха α – отношение действительного расхода воздуха G к теоретически необходимому G_o. Значение коэффициента α находится в пределах от 1,02 до 1,5 и зависит от вида топлива и способа его сжигания (меньшие значения – для газообразного топлива, большие – для жидкого).

Источник

Назначение, принцип действия и классификация трубчатых печей

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.

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.

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

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 (рис. 2.70).

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 радиантной 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

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.

Змеевик теплообменной печи ГС

Классификация трубчатых печей.

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.).

По способу передачи тепла нагреваемому продукту печи подразде­ляются:

Источник

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Содержание

Технологические печи НПЗ

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. 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. (рекомендуем прочитать статью про В. Г. Шухова)

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.

Конструктивные элементы печи

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.

а)	б)
в)
Конструкция однокамерной печи с наклонным сводом
а) – устройство печи: 1 – камера радиации, 2 – камера конвекции; 3 – дымоход (боров); 4 – трубный змеевик радиантной камеры, 5 – футеровка; 6– форсунка;
б) – схема потоков: 1 и 2 – вход и выход нагреваемого продукта, 3 – дымовые газы;
в) – общий вид печи. 1)

В камере радиации (топочной камере) сжигается топливо (мазут или газ) с помощью горелок, расположенных на стенах или поду камеры радиации. В этой же камере размещена радиантная поверхность (экран), поглощающая лучистое тепло в основном за счет радиации. 2) 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.

Змеевик трубчатой печи

В камере конвекции расположены конвекционные трубы, воспринимающие тепло при соприкосновении дымовых газов (газов сгорания из камеры радиации) с поверхностью нагрева путем конвекции. Затем эти газы сгорания направляются в дымоход и по дымовой трубе уходят в атмосферу.

Нагреваемый продукт в печи последовательно проходит через конвекционные и радиантные трубы, поглощая тепло, и нагретый до необходимой температуры выходит из печи 3) . Обычно радиантная поверхность воспринимает большую часть тепла, выделяемого в печи при сгорании топлива. 4) А противоточное движение сырья и продуктов сгорания топлива позволяет наиболее полно использовать тепло, полученное при сжигании топлива.

Футеровка печей — это конструкция из огнеупорных, кислотоупорных, теплоизоляционных и облицовочных материалов и изделий, ограждающая рабочую камеру, в которой протекают печные процессы, от взаимодействия с окружающей средой.

Футеровка предохраняет металлоконструкции печи, а также обслуживающий ее персонал от воздействия высоких температур и печной среды. Она обеспечивает необходимую газоплотность в рабочей камере печей, т. е. полную герметизацию при работе под высоким давлением, либо достаточную газоплотность при давлениях, близких к атмосферному.

Футеровка – один из основных конструктивных элементов печей, который дает возможность осуществления высокотемпературных термотехнологических и теплотехнических процессов в печной среде при наличии механических нагрузок с сохранением в течение длительного времени геометрической формы рабочей камеры, механической и строительной прочности.

Классификация трубчатых печей

1. 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.).

2. По способу передачи тепла нагреваемому продукту печи подразделяются на:

2.1 Конвективные

Конвективные печи — это один из старейших типов печей. Они являются как бы переходными от нефтеперегонных установок к печам радиационно-конвективного типа.

Практически в настоящее время эти печи не применяются, так как по сравнению с печами радиационными или радиационно-конвективными они требуют больше затрат как на их строительство, так и во время эксплуатации. Исключение составляют только специальные случаи, когда необходимо нагревать чувствительные к температуре вещества сравнительно холодными дымовыми газами.

Печь состоит из двух основных частей — камеры сгорания и трубчатого пространства, которые отделены друг от друга стеной, так что трубы не подвергаются прямому воздействию пламени и большая часть тепла передается нагреваемому веществу путем конвекции.

Чтобы предотвратить прожог первых рядов труб, куда поступают сильно нагретые дымовые газы из камеры сгорания, и чтобы коэффициент теплоотдачи удерживался в пределах, приемлемых по технико-экономическим соображениям, при сжигании используется значительный избыток воздуха или 1,5…4-кратная рециркуляция остывших дымовых газов, отводимых из трубчатого пространства и нагнетаемых воздуходувкой снова в камеру сгорания.

Одна из конструкций конвективной печи показана на рисунке ниже.

Конвективная печь:
1 — горелки; 2 — камера сгорания; 3 — канал для отвода дымовых газов; 4 — камера конвекции

Дымовые газы проходят через трубчатое пространство сверху вниз. По мере падения температуры газов соответственно равномерно уменьшается поперечное сечение трубчатого пространства, при этом сохраняется постоянная объемная скорость продуктов сгорания.

2.2 Радиационные

В радиационной печи все трубы, через которые проходит нагреваемое вещество, помещены на стенах камеры сгорания. Поэтому у радиационных печей камера сгорания значительно больше, чем у конвективных.

Все трубы подвергаются прямому воздействию газообразной среды, которая имеет высокую температуру. Этим достигается:

а) уменьшение общей площади теплоотдачи печи, так как количество тепла, отданного единице площади труб, путем радиации при одинаковой температуре среды (особенно при высоких температурах этой среды), значительно больше, чем количество тепла, которое можно передать путем конвекции;

б) хорошая сохранность футеровки за трубчатыми змеевиками, благодаря тому что снижается ее температура, во-первых, за счет прямого закрытия части ее трубами, во-вторых, за счет отдачи тепла излучением футеровкой более холодным трубам.

Обычно нецелесообразно закрывать все стены и свод трубами, так как этим ограничивается теплоизлучение открытых поверхностей, а в результате уменьшается общее количество тепла, отдаваемого единицей площади труб.

Чисто радиационные печи из-за простоты конструкции и большой тепловой нагрузки труб имеют самые низкие капитальные затраты на единицу переданного тепла. Однако они не дают возможности использовать тепло продуктов сгорания, как это имеет место y радиационно-конвективных печей. Поэтому радиационные печи работают с меньшей тепловой эффективностью.

Радиационные печи применяются при нагреве веществ до низких температур (приблизительно до 300 °С), при небольшом их количестве, при необходимости использования малоценных дешевых топлив и в тех случаях, когда особое значение придается низким затратам на сооружение печи.

2.3 Радиационно-конвективные

Радиационно-конвективная печь имеет две отделенные друг от друга секции: радиационную и конвективную.

Большая часть используемого тепла передается в радиационной секции (обычно 60…80 % всего использованного тепла), остальное – в конвективной секции.

Конвективная секция служит для использования физического тепла продуктов сгорания, выходящих из радиационной секции обычно с температурой 700…900 °С, при экономически приемлемой температуре нагрева 350…500 °С (соответственно температуре перегонки).

Почти все печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, являются радиационно-конвекционными. В печах такого типа трубные змеевики размещены и в конвекционной и в радиантной камерах.

3. По конструктивному оформлению трубчатые печи классифицируются:

3.1 по форме каркаса:

а) коробчатые ширококамерные, узкокамерные;
б) цилиндрические;
в) кольцевые;
г) секционные;

Форма каркаса печи:
а — коробчатой ширококамерной печи; б — коробчатой узкокамерной печи; в — цилиндрической печи

3.2 по числу камер радиации:

а) однокамерные;
б) двухкамерные;
в) многокамерные;

3.3 по расположению трубного змеевика:

а) горизонтальные;
б) вертикальные;

3.4 по расположению горелок:

а) боковое;
б) подовое;

3.5 по топливной системе:

а) на жидком топливе (Ж);
б) на газообразном топливе (Г);
в) на жидком и газообразном топливе (Ж+Г);

3.6 по способу сжигания топлива:

а) факельное;
б) беспламенное сжигание;

3.7 по расположению дымовой трубы:

а) вне трубчатой печи;
б) над камерой конвекции;

Расположение дымовой трубы:
а — вне трубчатой печи; б — над камерой конвекции

3.8 по направлению движения дымовых газов:

а) с восходящим потоком газов;
б) с нисходящим потоком газов;
г) с горизонтальным потоком газов. 5)

Источник