4.3. Печи и их классификация. Устройство. Применение в нефтепереработке и нефтехимии.
ТРУБЧАТЫЕ ПЕЧИ
Назначение трубчатых печей
Трубчатые печи предназначены для огневого нагрева, испарения и разложения нефти и вторичных продуктов ее переработки. В трубчатых печах сжигается жидкое и газообразное топливо. Распыл мазута обычно осуществляется паром или воздухом.
Газы сгорания из камеры радиации поступают в камеру конвекции, откуда направляются в утилизатор тепла дымовых газов (воздухоподогреватель, котел-утилизатор) и через дымоход по дымовой трубе уходят в атмосферу.
Змеевик трубчатой печи в большинстве случаев составляется из прямых труб, соединенных между собой калачами. Нагреваемая среда одним или несколькими потоками поступает в трубы конвективного змеевика, затем в трубы радиантных экранов и, нагретая до необходимой температуры, выходит из печи.
В промышленности применяют трубчатые печи с поверхностью нагрева радиантных труб 15—2000 м2. Теплопроизводительность трубчатых печей составляет от 0,12 до 240 МВт, а производительность по нагреваемой среде достигает 8-105 кг/ч. Температура нагреваемой среды на входе и выходе из печи в зависимости от технологического процесса изменяется в широком диапазоне — от 70 до 900 °С, а давление — от 0 до 30 МПа.
В большинстве случаев трубчатые печи одного типоразмера могут быть использованы в различных технологических процессах. В таких печах, называемых печами общего назначения, типовая конструкция не меняется, а трубный змеевик разрабатывается в соответствии с конкретными требованиями данного технологического процесса. В случае же трубчатых печей специального назначения и конструкция, и змеевик могут быть использованы только для одного процесса.
Классификация типовых трубчатых печей
Трубчатые печи в зависимости от производительности, температуры и давления нагреваемой среды на входе и выходе, вида топлива, физико-химических свойств нагреваемой среды и равномерности нагрева, а также от других особенностей технологического процесса могут различаться как по конструкции самой печи, так и по конструкции ее трубного змеевика.
Трубчатые печи различных типоразмеров, но с равными поверхностями нагрева радиантных труб, могут отличаться следующими основными признаками:
- формой — ширококамерные, узкокамерные, цилиндрические, кольцевые и др.;
- относительным расположением осей факела и труб — параллельное, перпендикулярное;
- расположением труб радиации и конвекции — вертикальное, горизонтальное, винтовое и др.;
- расположением конвекционной камеры относительно радиантной — верхнее, нижнее, боковое, среднее;
- способом сжигания топлива — беспламенное с щелевыми или туннельными горелками или с резервным жидким топливом, со свободным или настильным пламенем, с дифференциальным подводом воздуха или газа по высоте факела;
- числом секций или камер в зоне радиации;
- длиной радиантных и конвекционных труб;
- видом обмуровки — подвесной кирпич, легковесный кирпич, бетон легковесный блочный, торкрет-бетон, волокнистые материалы или блоки;
- типом применяемых горелок.
Применение в нефтепереработке и нефтехимии
Трубчатая печь является аппаратом, предназначенным для передачи сырью тепла, выделяющегося при сжигании топлива, непосредственно в этом же аппарате.
Трубчатые печи широко распространены в нефтеперерабатывающей промышленности, они являются составной частью многих заводских установок и применяются для различных технологических процессов, таких, как перегонка нефти и мазута, термический и каталитический крекинги, очистка масел и др.
В начале развития нефтеперерабатывающей промышленности для нагрева сырья использовались кубы; однако они имеют много существенных недостатков, поэтому в настоящее время применяются ограниченно.
Трубчатые печи получили широкое распространение благодаря следующим особенностям.
- В трубчатых печах осуществляется принцип однократного испарения, что позволяет обеспечить более глубокий отгон при данной, конечной температуре нагрева сырья или иметь более низкую температуру нагрева для достижения заданного отгона; последнее обстоятельство ведет к меньшему расходу топлива.
- Они отличаются высокой тепловой эффективностью, так как в печах значительная часть тепла передастся излучением, а вследствие сравнительно высокой скорости движения дымовых газов и конвекцией.
- По сравнению с кубами, трубчатые печи являются более компактными аппаратами и обеспечивают более полное использование тепла; коэффициент полезного действия их значительно выше.
- Трубчатые печи могут сооружаться высокой тепловой мощности.
- Продолжительность пребывания сырья в зоне высоких температур в трубчатых печах не превышает нескольких минут, что уменьшает возможность разложения сырья и коксоотложения в трубах и таким образом позволяет нагревать сырье при необходимости до более высокой температуры.
- Печи удобны в эксплуатации, процесс легче автоматизируется, для обслуживания печей требуется меньший по численности персонал.
- В трубчатых печах в зоне нагрева находится единовременно относительно небольшое количество нефтепродукта, поэтому такие аппараты представляют меньшую пожарную опасность. В случае прогара труб возможность пожара легче устраняется.
Устройство трубчатой печи
Трубчатая печь состоит из шахты 1 (где помещена трубчатка 2), топочной камеры 3 и выносной топки 4 (где сжигается топливо). Для понижения температуры газов в топочном пространстве по каналу 5 при помощи вентилятора 8 нагнетается воздух. В топочной камере горячие газы поднимаются снизу вверх и через окно 6 поступают в шахту 1, где, проходят сверху вниз, отдают свое тепло трубчатке и уходят в боров 7, откуда газы далее выбрасываются в атмосферу.