УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛА

ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

В трубчатых печах, не имеющих камеры конвекции, или в

печах радиантно-конвекционного типа, но имеющих сравнительно высо-

кую начальную температуру нагреваемого продукта, температура отходя-

щих дымовых газов может быть сравнительно высокой, что приводит к

повышенным потерям тепла, уменьшению КПД печи и большому расходу

топлива.

В таких печах необходимо использовать тепло отходящих дымовых

газов. Это достигается либо применением воздухоподогревателя для подо-

грева воздуха, поступающего в печь для горения топлива, либо установкой

котлов-утилизаторов, позволяющих получить водяной пар для техноло-

гических нужд завода.

Принципиальная схема трубчатой печи с подогревом воздуха показа-

на на рис. XXI-20. Подогрев воздуха способствует повышению темпера-

туры в топке, более эффективным горению топлива и передаче тепла ра-

диацией.

Однако для осуществления подогрева воздуха требуются дополнитель-

ные затраты на сооружение воздухоподогревателя, воздуходувки, а также

дополнительный расход электроэнергии, потребляемой двигателем воздухо-

дувки.

Для обеспечения нормальной эксплуатации воздухоподогревателя важ-

но предотвратить возможность коррозии его поверхности со стороны

потока дымовых газов. Такое явление возможно, когда температура по-

верхности теплообмена ниже температуры точки росы; при этом часть

дымовых газов, непосредственно соприкасаясь с поверхностью воздухопо-

догревателя, значительно охлаждается, а содержащийся в них водяной пар

частично конденсируется и, поглощая из газов диоксид серы, образует аг-

рессивную слабую кислоту.

Точка росы соответствует температуре, при которой давление

насыщенных паров воды оказывается равным парциальному давлению

водяных паров, содержащихся в дымовых газах. Температура точки

росы зависит от концентрации водяных паров и обычно составляет 50 —55 °С.

Одним из наиболее надежных способов зашиты от коррозии являет-

ся предварительный подогрев воздуха каким-либо способом (например, в

водяных или паровых калориферах) до температуры выше точки росы.

Такая коррозия может иметь место и на поверхности конвекционных

труб, если температура сырья, поступающего в печь, ниже точки росы.

Назначение, принцип действия и классификация трубчатых печей

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.

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.

 

Основные показатели работы трубчатых печей

Показатели работы печей

Каждая трубчатая печь характеризуется тремя основными показа­телями:

• §    производительностью,
• §    полезной тепловой нагрузкой,
• §    коэффициентом полезного действия.

Производительность печи выражается количеством сырья, нагреваемого в трубных змеевиках в единицу времени (обычно в т/сутки).

Она определяет пропускную способность печи, т. е. количество на­греваемого сырья, которое прокачивается через змеевики при установ­ленных параметрах работы (температуре сырья на входе в печь и на выходе из нее, свойствах сырья и т. д.).

Таким образом, для каждой печи производительность является наи­более полной ее характеристикой.

Полезная тепловая нагрузка — это количество тепла, переданного в печи сырью (МВт, Гкал/ч). Она зависит от тепловой мощности и размеров печи. Тепловая нагрузка большинства эксплуатируемых печей 8…16 МВт.

Перспективными являются более мощные печи с тепловой нагрузкой 40…100 МВт и более.

Коэффициент полезного действия печи характеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количества полезно используемого тепла Qпол к общему количеству тепла Qобщ, которое вы­деляется при полном сгорании топлива. Полезно использованным считается тепло, воспринятое всеми нагреваемыми продуктами (потоками): сырьем, перегреваемым в печи паром и в некоторых случаях воздухом, нагреваемым в рекуператорах (воздухоподогревателях).

Значение коэффициента полезного действия зависит от полноты сгорания топлива, а также от потерь тепла через обмуровку печи и с уходящими в дымовую трубу газами.

Трубчатые печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, имеют КПД в пределах 0,65…0,87.

Повышение коэффициента полезного действия печи за счет более полного использования тепла дымовых газов возможно до значения, определяемого их минимальной температурой. Как правило, температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру, должна быть выше начальной температуры нагреваемого сырья не менее чем на 120…180 °С.

Эксплуатационные свойства каждой печи наряду с перечисленными показателями характеризуются:

• §    теплонапряженностью поверхности нагрева;
• §    тепловым напряжением топочного объема;
• §    гидравлическим режимом в трубном змеевике при установившейся работе.

От комплекса этих показателей зависят эффективность работы трубчатых печей и срок их службы.

Показателей печей, конечно, много, но я взяла из них самые основные, от которых зависит их работа.

Домашняя работа 

1.      Представьте, что вы работаете на заводе технологом. На газофракционирующую установку нужно установить печь для нагрева сырья до 300°С с полезной тепловой нагрузкой 8 МВт и коэффициентом полезного действия 0,7. В данной печи в определенных участках трубного змеевика должны обеспечиваться условия для протекания направленной реакции. При этом на сооружение этой печи нужно затратить минимальное количество финансовых средств. Сделайте выбор печи по каталогу. Объясните свой выбор.

Ответ: по назначению - реакционно-нагревательная, по способу передачи тепла – радиационная. 

2.      Заполните таблицу:

Таблица Донны Огл ЗХУ (знаю - хочу знать - узнал)

Что я знаю Что я хочу узнать Что мы узнали