Конструкції і розрахунок котлів-утилізаторів.

Котли-утилізатори необхідні тому, що:

1. під час реакції виділяється значна кількість тепла

2. висока температура газу.

В котлах тепло реакції відводиться:

• водою (внутрішні утилізатори);

• газом (зовнішні утилізатори).

Взону реакції вводять теплообмінні пристрої у вигляді трубок Фільда.

Р=2,5...4 МПа

Котел – утилізатор з відводом тепла водою

двоконтурної схеми.

1 – реактор поличного типу;

2 – випарник;

3 – підігрівач (економайзер) – нагрів до температури кипіння.

У трубний простір подається вода, у випарнику утворюється пара.

Переваги:

• ­один і той же об’єм води постійний.

Параметри котла – утилізатора:

Тиск ;

Температура пари ;

Продуктивність

Ця схема найпоширеніша у використанні.

З виносним котлом – утилізатором.

1 – реактор;

2 – випарник.

Гарячий газ після першої полки каталізатора виводиться за межі реактора і подається на випарник, в якому утворюється пара

Параметри:

– ;

– .

Недоліки:

• середовище високого тиску;

• конструкція потребує додаткових з’єднань.

Розрахунок котла – утилізатора.

Визначаємо температурний режим.

Вода на вході має температуру

I – економайзерна зона

Після встановлення температурного режиму кожна зона розраховується окремо.

• 1. Теплообмін без зміни агрегатного стану;

• 2. Теплообмін зі зміною агрегатного стану.

В першому випадку відбуваються складні процеси:

• утворення парових бульбашок при кипінні;

• ріст бульбашок;

• відрив бульбашок від поверхні;

• потрапляння бульбашок в потік.

В залежності від різниці температур між стінкою і теплоносієм визначення коефіцієнту тепловіддачі можна розділити на такі зони:

I – зона неінтенсивного кипіння (теплообмін визначається конвекцією самої рідини);

II – ядерний режим кипіння (характеризується високою інтенсивністю);

III – зона, в якій відбувається зменшення інтенсивності.

Необхідно працювати в ядерному режимі.

Визначення коефіцієнта тепловіддачі.

Р – тиск, атм, ;

q – питомий тепловий потік, .

Коефіцієнт тепловіддачі пропорційний тепловому потоку

–при чистому кипінні рідини в великому об’ємі

Розрахунок ведеться методом послідовного наближення. Оскільки рідина рухається, необхідно обраховувати теплообмін кипіння.

Внаслідок великої різниці температур між теплоносієм і стінкою необхідно враховувати перенос тепла випромінюванням.

Підігрів свіжого газу і розігрів реактора.

Для підігріву свіжого газу використовують:

1. Печі (спалюється природній газ, теплообмінні пристрої – багатозаходний змійовик)

2. Електропідігрівачі продуктивністю 600 т/добу та 900 т/добу

Електропідігрівачі можуть бути вбудовані в реактор або виносні.

Використовують спіраль з матеріалу:

• ніхром (сплав нікелю і хрому)

• сталь Х15Н60

Питомий опір .

Конструкції:

а). Зовнішній електропідігрів, який встановлений на зовнішній поверхні каталізаторної коробки;

б). Центральний електропідігрів, встановлений в середині центральної труби;

в). Кінцевий електропідігрів, встановлений в кінці каталізаторної коробки.

а). Зовнішній електропідігрів, який встановлений на зовнішній поверхні каталізаторної коробки.

1 – шар каталізатора;

2 – корпус каталізаторної коробки;

3 – шар азбесту;

4 – стрічка з ніхрому;

5 – дріт, який утворює спіральний канал для руху газу;

6 – екран;

7 – дріт;

8 – захисний кожух.

На каталізаторну коробку намотується дріт, потім шар азбесту, далі стріча, яка знову закривається шаром азбесту. Для того, щоб шар азбесту не руйнувався, накладається захисний кожух.

Характеристики стрічки:

Переваги:

• компактний електронагрівач, який розташований на зовнішній поверхні каталізаторної коробки.

Недоліки:

–електронагрівач дуже близько знаходиться до каталізатора, що може призвести до його нагріву.

б). Центральний електропідігрів, встановлений в середині центральної труби.

1 – центральна труба;

2 – стержень;

3 – електроізолятори;

4 – спіраль - електронагрівач;

5 – шайба;

6 – гайка.

Монтується на несучому стержні, на якому розміщуються керамічні електроізолятори, між якими розташовується електроспіраль, витки якої ізолюються одні від одних. Газ в центральній трубі рухається в аксіальному напрямку.

Преваги:

• електронагрівач компактний.

Недоліки:

• виділяється значна кількість теплової енергії;

• висока температура електронагрівач.

Розрізняють такі електронагрівачі:

• двофазні;

• трьохфазні.

Використовується промисловий струм. Один кінець електронагрівача виводиться з реактора синтезу за допомогою токовідводів, другий – замикається на корпус каталізаторної коробки, яка в свою чергу замикається на корпусі реактора.

в.) кінцевий нагрівач

1.- корпус каталі заторної коробки;

2.- кришка каталі заторної коробки;

3.- центральна труба;

4.- каркас (труба, яка охоплює центральну трубу і кріпиться на кришці);

5.- стержень, на який нанизують каталізатори;

6.- токоввід;

7.- стрічка. Ноже бути з ніхрому або нержавіючої сталі.

„+” – нагрівається тільки газ;

• потужність, яка вводиться в одиницю об’єму, значно менша, ніж у центрального нагрівника.

„-„ – займає більше місця.