8.5. Трубчатые печи и их назначение

Т рубчатая печь является аппаратом для нагрева нефти и нефтепродуктов, использующим высокую температуру продуктов сгорания, образующихся при сгорании топлива в камере печи. В трубчатой печи нагреваемое сырье движется в трубах змеевика, а горячие продукты сгорания омывают трубы снаружи. Принципиальная схема вертикальной трубчатой печи представлена на рис. 8.5.1.

Рис. 8.5.1. Вертикальная трубчатая печь:

1 – каркас печи; 2 – змеевик камеры конвекции; 3 – змеевик камеры радиации; 4 – форсунки; 5 – гляделки; I – вход продукта; II – выход продукта.

Трубчатая печь имеет обычно две камеры: 1) радиантную, в которой сгорает топливо и тепло передается трубам в основном излучением от нагретых продуктов сгорания и кладки стен;

2) конвекционную, в которой тепло трубам передается главным образом при соприкосновении горячих продуктов сго­рания с трубами, т.е. конвекцией.

В целях постепенного и более равномерного нагрева сырье последовательно проходит трубы конвекционной и радиантной камер печи. Температура продуктов сгорания на выходе из радиантной камеры достаточно высока (600—900 °С).

Компактность конструкции, большая тепловая мощность в сравнении с рекуперативными теплообменниками, малая задержка продукта и связанная с этим меньшая пожарная опасность, простота обслуживания и другие показатели обусловили широкое применение трубчатых печей на предприятиях нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности. При сравнительно незначительных конструктивных модификациях трубчатые печи могут обеспечить требования самых различных технологических процессов.

8.6. Классификация трубчатых печей

По технологическому назначению различают нагревательные и реакционные трубчатые печи.

Нагревательные печи служат для нагрева и испарения сырья, при этом состав смеси не изменяется.

В реакционных трубчатых печах сырье не только нагревается до определенной температуры, но и подвергается коренным пре­вращениям, приводящим к изменению состава исходного сырья (печи пиролиза, дегидрирования, замедленного коксования и др.).

По конструктивным признакам различают печи коробчатые и цилиндрические, с наклонным сводом и вертикальные. По числу камер радиации печи могут быть одно-, двух- и много­камерными. Змеевики могут быть расположены вертикально и горизонтально. По виду отведения дымовых газов могут быть печи с естественным и принудительным отводом. При этом во втором случая применяется дымоотсос и тепло дымовых газов может быть отправлено на дополнительную регенерацию для нагрева топливного газа и т.д.

Рис. 8.6.1. Трубчатая цилиндрическая однокамерная печь:

1 – форсунки; 2 – футеровка; 3 – несущие конструкции; 4 – экранные трубы; 5 – конвекционная часть змеевика; 6, 7 – выхлопные и смотровые окна; 8 – дымоход; I и II – вход и выход нагретого продукта.

По виду сгорания топлива различают печи с объёмным горением пламени и печи беспламенного горения.

8.7. Устройство трубчатых печей

Трубчатая печь – это строительно-технологическое сооружение, состоящее из следующих основных функциональных узлов: фундамента, каркаса, футеровки, змеевика, горелок, дымовой трубы и гарнитуры.

Фундамент печи сооружают из монолитного или сборного железобетона и конструктивно изолируют от воздействия высоких температур. На фундамент через несущие стойки каркаса печи опирается вся масса печи.

Каркас печи – основная несущая металлическая конструкция, воспринимающая нагрузки от веса огнеупорной футеровки, трубчатого змеевика, вспомогательных узлов дымовой трубы и т.д.

Конфигурация каркаса соответствует форме трубчатой печи. Опорные стойки каждой рамы каркаса анкерными болтами крепятся к фундаменту. Рамы каркаса или их узлы шарнирными соединениями крепятся между собой и допускают компенсацию линейных расширений каркаса при изменениях температуры. Сверху боковые рамы каркаса соединяются фермами, несущими кровлю печи.

Футеровка предназначена для защиты каркаса печи от воздействия высоких температур и создания вторичного теплового излучения, повышающего тепловую эффективность (к.п.д.) печи. Для снижения теплопотерь через футеровку и создания безопасных условий эксплуатации печи с внешней стороны футеровка покрывается слоем теплоизоляции.

Футеровка выполняется из фасонных огнеупорных кирпичей и специальных изолирующих материалов.

Технологический змеевик печи – это наиболее ответственная часть печи, изготовляемая из горячекатаных бесшовных труб и работающая в наиболее тяжелых температурных и коррозионных условиях.

Диаметр труб, из которых монтируется змеевик технологических печей, обычно составляет 108x6, 158x8 и 219x10 мм. Длина труб – 12-18 м, а для наиболее мощных печей – 24 м. Змеевик монтируется из таких отрезков труб с помощью свар­ных поворотных калачей или съемных ретурбендов (устройство для соединения прямых участков труб змеевика). Цельносварной змеевик проще по устройству, надежен и герметичен, а главное – он целиком помещается в топку печи или камеру конвекции, что позволяет лучше герметизировать топку и в целом печь и исключить вредные подсосы воздуха извне.

При горизонтальном расположении труб змеевика в печи они либо опираются на кронштейны, либо помещены на подвесках, прикрепленных к каркасу печи. В конвекционных камерах, где трубы змеевика собраны в вертикальный многорядный пучок, они опираются на трубные решетки, через которые пропущены трубы.

Змеевик с вертикальными трубами подвешивают к каркасу печи специальными подвесками.

В топках печей топливо сжигается с помощью специальных устройств – форсунок и горелок.

Форсунки предназначены для сжигания жидкого топлива (мазута, солярового масла и т.д.). Конструкция форсунки должна обеспечить хорошее распыление топлива и смешение его с воздухом, так как только при этих условиях можно достигнуть полного сгорания топлива.

По способу распыления жидкого топлива форсунки могут быть:

а) с паровым распылением;

б) с воздушным распылением;

в) с механическим распылением.