Радиантная зона печи что это

Печи радиантно-конвективного типа

Печи радиантно-конвективного типа нашли наибольшее применение. На рисунке 2.2 показаны радиантно-конвективные печи с нижним отводом дымовых газов и горизонтальным расположением труб.

Печь, изображенная на рисунке 2.2,а используется как реакционно-нагревательная. Верхний потолочный экран выполнен двухрядным. Второй ряд труб используется в качестве реакционной зоны.

Для понижения температуры дымовых газов перед конвективным змеевиком предусмотрена рециркуляция дымовых газов, частично забираемых из газохода дымососом.

В нагревательных печах потолочный, подовый и боковой экраны обычно выполняют однорядным (кроме экрана двухстороннего облучения). Конструктивной отличительной особенностью печи на рисунке 2.2,б является наличие горизонтальной стены, отделяющей радиантную камеру от конвективной.

В двухкамерной печи с наклонным сводом (рисунок 2.2,в) и однорядными потолочным и подовым экранами имеется общая камера конвекции. Назначение наклонного свода – выравнивание тепловых нагрузок потолочного экрана. Печь применяется для переработки одновременно двух продуктов с различными режимами нагрева или двух самостоятельно регулируемых потоков. При малых мощностях строятся однокамерные печи с одним наклонным сводом.

1 – форсунка; 2 – радиантные трубы; 3 – конвективные трубы; 4 – дымоход;

5 – свод; 6 – воздухоподогреватель

Рисунок 2.2 – Печи радиантно-конвективного типа с горизонтальным расположением труб, приспособленные для работы на жидком и газообразном топливе (поперечные разрезы)

На рисунке 2.2,д изображена шестипоточная трубчатая печь с нижним расположением конвективной камеры. Продукты сгорания топлива проходят через однорядный, приподнятый от пода печи экран, разветвляются и с двух противоположных сторон поступают в конвективный пучок труб. Опоры подового экрана прикрепляются к решеткам конвективного пучка.

В печи, изображенной на рисунке 2.2,е, продукты сгорания топлива проходят через двухрядный потолочный экран и поступают в конвективный пучок труб, расположенный в верхней части печи. На верхнем ряду потолочных труб с зазорами уложен фасонный огнеупорный кирпич, способствующий лучшему омыванию газами второго ряда труб. Печь предназначена для нагрева одного либо двух потоков продукта.

В печах (рисунок 2.2,а, б, в) ось форсунок перпендикулярна к оси радиантных труб. В печах (рисунок 2.2,д, е, г, ж) оси форсунок и труб параллельны, что приводит к нежелательному неравномерному распределению теплонапряжения по длине труб.

Четырехкамерная печь (рисунок 2.2,ж) предназначена для нагрева двух или большего числа потоков нагреваемого продукта. Продукты сгорания проходят через однорядный потолочный экран, на котором с зазорами уложен фасонный огнеупорный кирпич.

На рисунке 2.3,а, б изображены узкокамерные печи с вертикальным расположением оси факела. Эти печи работают на газообразном либо комбинированном газожидкостном топливе, так как расположение форсунок для жидкого топлива в средней части пода затруднило бы их обслуживание. Верхнее расположение конвективной камеры снижает сопротивление газохода, что позволяет уменьшить высоту дымовой трубы до 10…20 м. Тяга осуществляется одной или несколькими трубами, установленными над конвекционной камерой на расстоянии 3…6 м друг от друга. Кроме того, верхнее расположение конвективной камеры обеспечивает плавное без завихрений естественное (снизу вверх)движение продуктов сгорания.

Отличительной конструктивной особенностью печи на рисунке 2.3,б является наличие разделительной стены 5. После сжигания топлива часть факела настилается на разделительную стену, которая начинает излучать тепло. Это печи с объемно-настильным факелом.

Изображенные на рисунке 2.3,в, г печи имеют двухрядный экран двухстороннего облучения и нижнее (рисунок 2.3,в) либо верхнее расположение конвективной камеры. Оси горелок печи (рисунок 2.3,в) расположены под некоторым углом, за счет чего часть пламени настилается на боковые стены печи, начинающие излучать тепло. Это печи с настильным факелом.

Нижнее расположение конвективной камеры предполагает движение продуктов сгорания топлива сверху вниз. Незначительное разрежение в верхней части камеры приводит к циркуляции газов, возникновению завихрений, что увеличивает теплонапряжение верхних труб конвективного змеевика.

1 – газовые горелки; 2 – радиантные 1 – форсунка; 2 – трубный змеевик

трубы; 3 – конвективные трубы; 4 – выход 3 – конвективный пучок труб;

газов из печи; 5 – разделительная стена 4 – дымовая труба

Рисунок 2.3 – Печи радиантно-конвективного Рисунок 2.4 – Трубчатая печь радиант-

типа с горизонтальным расположением труб но-конвективного типа с однорядным

экраном двухстороннего обогрева и вертикальным расположением труб

Печь, изображенная на рисунке 2.4, имеет вертикальное расположение змеевика труб и однорядный экран двухстороннего обогрева. В печи – восемь рядов труб по четыре с каждой стороны печи. Расстояние между рядами – 3 м. Между каждыми двумя рядами труб по всей высоте печи, а также между крайними рядами труб и торцовыми стенами установлены форсунки на расстоянии 800…1000 мм друг от друга.

Необходимость высотного сооружения для ремонта труб увеличивает удельный расход металла (расход металла на единицу теплопроизводительности печи).

На рисунке 2.5 приведены принципиальные схемы вертикальных печей с излучающими стенами из панельных горелок беспламенного типа. Излучающие стены располагают вблизи трубного экрана на расстоянии 0,6…1,0 м. Минимальное расстояние определяется необходимостью иметь проход для осмотра и ремонта труб и керамики горелок. В панельных горелках происходит сгорание газового топлива, в результате панель нагревается и становится источником излучения.

Газы сгорания, выйдя из горелок, проходят через трубный экран и поступают в конвективный пучок. Теплоотдача в радиантной камере осуществляется излучением от раскаленных стен и газов, а также конвекцией от газов.

В печах с двухрядным экраном двухстороннего обогрева можно проводить одновременный нагрев четырех продуктов, однако при увеличении числа потоков более двух трудно обеспечить соответствие допускаемых и фактических теплонапряжений.

Печь, изображенная на рисунке 2.5,в, имеет две конвективные камеры, что значительно уменьшает влияние теплоотдачи конвекцией от газов к экрану.

Излучающие стены печи (рисунок 2.5,г) составлены из чередующихся рядов горелок и обычной кладки примерно той же высоты, что высота горелки. Кроме центрального двухрядного трубного экрана двухстороннего обогрева в печи через каждый ряд горелок на уровне кладки установлены боковые двухрядные экраны. Они получают меньше тепла радиацией, чем центральный экран, однако это компенсируется теплоотдачей от газов при прохождении их к конвективному пучку. В остальном печь ничем не отличается от печи (рисунок 2.5,а). Теплотехнические показатели рассматриваемой печи по равномерности нагрева труб по их длине и окружности равноценны с печами (рисунок 2.5,а), но уступают им в возможности тонкой регулировки теплоотдачи по трубному экрану.

1 – трубный змеевик;2 – излучающая стена;3 – коллектор газа; а – печь с верхним расположением конвективного пучка; б – печь с нижним расположением конвективного пучка; в – печь с двумя нижними конвективными пучками; г – печь с дополнительными боковыми экранами

Рисунок 2.5 – Печи с двухрядным экраном двухстороннего обогрева и горизонтальным расположением труб

Печь, изображенная на рисунке 2.6,а, имеет однорядный зигзагообразный горизонтальный экран. Излучающие стены составляются из чередующихся рядов горелок и кладки. Высота каждого ряда кладки – 500 … 600 мм, т.е. примерно равна или несколько выше высоты горелки.

Печь, изображенная на рисунке 2.6,а уступает печам, приведенным на рисунке 2.5,а, б, в, г, в возможности осуществления тонкой регулировки теплоотдачи по трубному экрану.

При однопоточном движении нагреваемого продукта все трубы радиантного змеевика соединяются только трубными двойниками. При двухпоточном движении продукта на n рядов труб приходится (n – 1) соединений с угловыми двойниками.

Печь (рисунок 2.6,б) имеет несколько однорядных экранов, расположенных параллельно друг другу под углом 13° к горизонту. Величина выбранного угла наклона соответствует максимальному коэффициенту равномерности нагрева по окружности трубы. Между трубными экранами устанавливается по одному ряду горелок, чередующихся с кладкой, собранной на подвесных кронштейнах. Расстояние между излучающими стенами равно 2,4 м. Оно соответствует максимальному значению коэффициента равномерности нагрева окружности трубы.

В печах этого типа регулировка теплонапряжения по трубному экрану осуществляется изменением теплопроизводительности соответствующего ряда горелок. Однако здесь труднее осуществить тонкую регулировку теплоотдачи, чем в печах приведенных на рисунке 2.5,а, б, г.

Печь (рисунок 2.6,в) отличается от печи на (рисунке 2.5,а) тем, что вместо двухрядного в ней установлен однорядный экран двухстороннего обогрева.

1 – трубный змеевик; 2 – излучающая стена; 3 – коллектор топливного газа

Рисунок 2.6 – Печи с однорядным экраном двухстороннего обогрева и горизонтальным расположением труб

На рисунке 2.7 показаны печи с однорядным настенным экраном и с боковым или центральным расположением конвективного пучка. В печи

(рисунок 2.7,а) газы в радиантной камере движутся сверху вниз, а в конвективной – снизу вверх. Дымовая труба устанавливается в верхней части печи над конвективным пучком труб. В печи на (рисунке 2.7,б) поток газов в радиантной камере естественный, снизу вверх, что предпочтительнее по сравнению с печью на рисунке 2.7,а.

1 – трубный змеевик; 2 – излучающая стена из горелок; 3 – коллектор газа; 4 – конвективная камера; а – печь с боковым расположением конвективной камеры и нисходящим потоком газов в радиантной камере; б – печь с боковым расположением конвективной камеры и восходящим потоком газов в радиантной камере; в – печь с центральным расположением конвективной камеры и восходящим потоком газов в радиантной камере; г – печь двухъярусная с центральным расположением конвективной камеры

Рисунок 2.7 – Печи с однорядным настенным экраном и горизонтальным расположением труб

Печь, изображенная на рисунке 2.8, состоит из двух секций и отличается от других типов печей вертикальным расположением труб. Дымовая труба находится между секциями и непосредственно соединена с конвективными камерами. Для более равномерного нагрева конвективных труб соединение дымовой трубы и камер осуществляется по всей высоте трубы. Одна секция этой печи отличается от конструкции печи на (рисунке 2.5,г) лишь вертикальным расположением труб.

1 – трубный змеевик; 2 – излучающая стена; 3 – дымовая труба

Рисунок 2.8 – Печь с двухрядным экраном двустороннего обогрева и вертикальным расположением труб (план)

В вертикальной печи, изображенной на рисунке 2.9,а, применение экрана двустороннего облучения сочетается с использованием принципа настильного пламени. Печи этого типа могут быть однокамерными либо многокамерными. Форсунки обычно располагаются под сводом печи, а камера конвекции вынесена вниз.

Рисунок 2.9 – Вертикальные печи с экраном двустороннего облучения

Разновидностью печи с экраном двустороннего облучения является вертикальная печь с газовыми горелками беспламенного горения, изготовленными из специальных сортов керамики, катализирующих процесс горения. Печь представляет собой узкую камеру с экраном двустороннего облучения, в боковых стенах которой установлено большое количество форсунок из керамики (рисунок 2.9,б). Такая конструкция печи делает ее гибкой, так как позволяет регулировать в широких пределах тепловые нагрузки как по высоте, так и по длине экранов.

Цилиндрические вертикальные трубчатые печи имеют змеевик из труб, расположенных вертикально в один или два ряда у внутренней поверхности стенки. Конвективная камера располагается вверху и ее трубы могут быть оребренными (коэффициент оребрения равен 3,2 … 3,5). В таких печах используют комбинированное газомазутное топливо.

Принципиальная схема и технические характеристики некоторых цилиндрических печей приведены в приложении Б [2].

Источник

Трубчатые печи: конструкция и характеристики

Назначение

Трубчатая печь является аппаратом предназначенным для передачи нагреваемому продукту тепла выделяющегося при сжигании топлива в топочной камере печи.

Рис.1 – Трубчатая печь

Характеристики

Основными характеристиками трубчатых печей являются: производительность печи, количество сырья, нагреваемое в трудных змеевеках в единицу времени.

Полезная тепловая нагрузка – это количество тепла переданного в печи сырью МВатт, ГКалл в час. Она зависит от тепловой мощности и размеров печи.

Коэффициент полезного действия печи и экономичность ее эксплуатации выражается отношением количества полезно используемого тепла к общему количеству тепла, которое выделяется при полном сгорании топлива.

Принцип работы

Наибольшее практическое применение на НПЗ получили радиантно – конвекционные печи. Они имеют две отделенные друг от друга секции.

В радиантной секции – тепло передается за счет радиационной теплопередачи путем поглощения у чистого тепла.

Рис.2 – Радиантная секция

В конвекционной секции – тепло передается за счет конвективной передачи тепла путем омывания поверхности труб дымовыми газами.

Внутри печи расположен многократный изогнутый стальной трубопровод змеевик, по которому непрерывно прокачивается нагреваемой смесь. Смесь подается в конвекционную секцию после чего проходит радианную секцию. Жидкое и газообразное топливо сжигают в горелках радиантной камеры.

В результате повышается температура дымовых газов и светящегося факела представляющего собой раскаленные частицы горячего топлива. Тепловые лучи падают на наружные поверхности труб и внутренние поверхности стен радиантной камеры печи.

Нагретые поверхности стен в свою очередь излучают тепло, которые также поглощается поверхностями радиантных труб. Большая часть используемого тепла передается в радиантные секции остальное в конвекционные секции.

Дымовые газы проходят конвекционную секцию, омывают находящиеся там трубы отдавая тепло. Эффективность передачи тепла конвекцией обусловлено скоростью движения дымовых газов. Пройдя конвекционную камеру дымовые газы уходят в дымовую трубу.

Конструкция

Рассмотрим конструкцию на примере радиантно – конвекционной печи. Печь представляет собой сдвоенный блок из двух печей вертикально факельного типа объединенных общей дымовой трубой установленной на потолочной раме.

Каркас

Нагрузка от веса печных труб, двойников, кровли площадок и лестниц в большинстве конструкций воспри­нимается каркасом, состоящим из стоек, ферм и связующих элементов. В зависимости от размеров печи принимается та или иная система каркаса.

Каркас каждой из печей входящих в блок выполнен в виде 6 пролетной пространственной конструкции состоящий из п-образных рам установленных на фундаментные опоры и связанных между собой сводовой и подовой рамами.

Каркасы обеих печей связаны горизонтальными балками по высоте радиантных камер, торцевыми балками потолочный рамы. Дымовая труба шибером устанавливается на потолочную раму.

Всегда предусматривают защиту каркаса от излиш­него перегрева путем применения тепловой изоляции или оста­вления зазоров между стойкой каркаса и обмуровкой.

Змеевик

Нагреваемый продукт движется в змее­вике, расположенном в п е чи. Змеевик состоит из труб и соеди­нительных частей. Различают однопоточные, двухпоточные и многопоточные змеевики.

Соедините льные части — двойники (ре турбенды) и калачи дают возможность очищать внутренние по­верхности труб от отложений солей и различных загрязнений, осматривать их и замерять толщины стенок труб в различных местах змеевика.

При полном отсутствии загрязнения внутрен­ней поверхности змеевика и наличии надежных способов кон­троля толщины стенки трубы возможно применение цельно­сварного змеевика (без ретурбендов).

Змеевик изготовляют из гладких бесшовных труб с толщиной стенок от 4 до 30 мм в за­висимости от температуры, давления и диаметра. В некоторых конвекционных печах для деструктивной гидрогенизации с целью увеличения поверхности нагрева применяют толстостен­ные трубы из легированной стали с ребристой насадкой из угле­родистой стали.

Выбирая материал труб, нужно учитывать разность темпе­ратур при передаче тепла через ряд тепловых сопротивлений. Во время эксплуатаций печи эти сопротивления не остаются по­стоянными и в какой-то период температура стенки трубы по­вышается до некоторого предела, когда дальнейшая работа мо­жет привести к аварии.

В данном примере, все сырьевые змеевики горизонтального типа. Радиантные и конвективные змеевики каждой печи, входящих в блок, 4-х поточные. Радиантные змеевики размещены вдоль фронтовых стен радиантных камер по одному потоку с каждого фронта. Направление потока снизу вверх.

Рис.4 – Змеевики печи

На сводовую раму установлено три блока конвекционных труб. Трубы конвективного змеевика размещены в блоке в шахматном порядке. Входные и выходные трубы змеевика уплотнены в торцевых панелях и крышках, а также в торцевых конвекционных решетках.

Трубные решетки

Трубные решетки яв­ляются опорами для труб продуктового змеевика.

Трубные решетки, омывае­мые дымовыми газами с температурой до 800° С, изготовляют из серого чугуна марки СЧ 21-40, а иногда из листовой стали.

В зависимости от количества опирающихся труб трубные решетки радиантной секции делятся на двух-, трех-, четырех-, пяти- и шеститрубные. Решетки покрывают слоем термоизо­ляции.

Трубные подвески

Трубные подвески поддерживают радиантные трубы в про­лете между трубными решетками и предотвращают их прови­сание.

Трубные подвески устанавливают внутри топочной камеры, где температура дымовых газов достигают 1100° С.

Панели

Обмуровка выполнена в форме панели. Каждая панель состоит из короба лист пяти миллиметровой усиленной ребрами жесткости с бортами заполняего легким жаростойким бетоном приготовленного из сухой смеси на высоком глиноземистом цементе с вермикулитово – керамзитовым наполнителем.

Горелки

Короба герметично по периметру сварены между собой и с каркасом. В каждой печи установлены по 12 газомазутных горелок. На каждой основной горелке установленные сигнализаторы наличия пламени и постоянно действующая пилотная горелка.

На фронтовых стенах установлены по 12 гляделок по числу горел. С каждого торца каждой печи блока расположены двери-лазы и по одному взрывному клапану – взрывному окно.

Предохранительное окно топочной камеры – пред­назначено для ослабления действия силы взрыва, а также для инспекции топочной камеры. Рамы и дверцы изготовляют из се­рого чугуна СЧ 15-32, ось из стали марки Ст. 3.

Смотровое окно – служит для наблюдений за горел­ками в период эксплуатации печи и за состоянием труб ради­антной секции. Материал корпуса и крышки — серый чугун СЧ 15-32, рукоятки и оси–сталь марки Ст. 3.

Шибер

Шибер слу­жит для регулирования тя­ги. Материал для лопасти шибера — серый чугун СЧ 15-32.

Лестницы и площадки

Система лестниц и площадок обслуживания включает: три яруса замкнутых площадок вокруг блока печей, 5 ярусов торцевых площадок для обслуживания блоков камер конвекции и торцевых гляделок. Основные площадки соединены маршевыми лестницами.

Рис.6 – Система лестниц

Схемы трубчатых печей

Ниже приведены распространенные схемы отечественных трубчатых печей.

Печи типа СС

Печи типа СС – секционные с горизонтально расположенным змеевиком, отдельно стоящей конвекционной камерой, встроенным воздухоподогревателем и свободного вертикально-факельного сжигания топлива. Трубный змеевик каждой секции состоит из двух или трех транспортабельных пакетов заводского изготовления. Змеевик каждой секции самонесущий и устанавливается непосредственно на поду печи.

Печи типа ЦС – цилиндрические с пристенным расположением труб змеевика в одной камере радиации и свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного топлива. Печи выполняются в двух вариантах: без камеры конвекции и с камерой конвекции (рис. XXI-12).

Цилиндрическая камера радиации установлена на столбчатом фундаменте для удобства обслуживания газовых горелок, размещенных в поду печи. Радиантный змеевик собран из вертикальных труб на приваренных калачах; в центре пода печи установлена газомазутная горелка. Змеевики упираются на под печи, вход и выход продукта осуществляется сверху.

Печь типа ЦД4

Печь типа ЦД4, продольный разрез которой показан на рис. XXI-13, является радиантно-конвекционной, у которой по оси камеры радиации имеется рассекатель-распределитель в виде пирамиды с вогнутыми гранями, представляющими собой настильные стены для факелов горелок, установленных в поду печи.

Рассекатель-распределитель разбивает камеру радиации на несколько независимых зон теплообмена (см. рис. XXI-13, их четыре) с целью возможной регулировки теплонапряженности по длине радиантного змеевика. Внутренняя полость каркаса рассекателя разбита на отдельные воздуховоды; в кладке грани рассекателя по высоте грани есть каналы прямоугольного сечения для подвода вторичного воздуха к настильному факелу каждой грани. Каждый воздуховод оснащен поворотным шибером, управляемым с площадки обслуживания.

В кладке граней рассекателя на двух ярусах по высоте граней расположены каналы прямоугольного сечения для подвода вторичного воздуха из воздуховодов к настильному факелу каждой грани. Изменяя подачу воздуха через каналы, можно регулировать степень выгорания топлива в настильном факеле, что позволяет выравнивать теплонапряженность по высоте труб в камере радиации.

Радиантный подвесной змеевик состоит из труб, расположенных у стен цилиндрической камеры. Настенные радиантные трубы размещены в один ряд и имеют одностороннее облучение, а радиальные с двусторонним облучением размещены в два ряда.

Печи типа КС

Печи типа КС – цилиндрические с кольцевой камерой конвекции, встроенным воздухоподогревателем, вертикальными трубными змеевиками в камерах радиации и конвекции и свободного вертикально-факельного сжигания топлива (рис. XXI-14). Комбинированные горелки расположены в поду печи. На стенах камеры радиации установлен одно- или двухрядный настенный трубный экран. Конвективный змеевик так же, как и воздухоподогреватель, набирают секциями и располагают в кольцевой камере конвекции, установленной соосно с цилиндрической радиантной камерой.

Печи типа КД4

Печи типа КД4 – цилиндрические четырехсекционные с кольцевой камерой конвекции, встроенным воздухоподогревателем, дифференциальным подводом воздуха по высоте факела, вертикальным расположением змеевика радиантных и конвекционных труб, настильным сжиганием
комбинированного топлива.
Печи выполняются в двух конструктивных исполнениях: с дымовой трубой, установленной на печи или стоящей отдельно.

Источник