Однокамерная трубчатая печь одностороннего облучения

Аппараты с внешним теплообменном.

К этой группе относятся трубчатые печи широко применяются в качестве нагревательных устройств, а также термических реакторов. При пиролизе температура в трубчатых печах зависит от природы перерабатываемого сырья и задач процесса. Время реагирования в трубчатых печах от 0,5-8,5 с. При увеличении времени регулирования усиливается образование кокса, т.к. процесс пиролиза протекает с увеличением объема их желательно проводить при малом давлении. На практике давление на входе в печь составляет 0,4 МПа. Скорость движения газа. В конце трубчатого змеевика может достигать 180-200 м/с. Такая высокая скорость необходима для увеличения производительности, а также улучшения теплоотдачи при турбулентном движении скорости газов и уменьшении коксобразования, т.к. при турбулентном движении тоньше ламинарный слой газа у стенки, а следовательно меньше объем в котором происходит интенсивное коксобразование.

Трубчатая печь состоит из двух камер. Радиантной и конвекционной. В конвекционной камере служащей для подогрева сырья, 65% всей теплоты передается конвекцией 35% излучение отдомовых газов. Радиантная камера практически выполяет роль реакционной части печи в ней 90% теплоты передается излучением и 10% конвекцией.

На рис. 3.4 сырье проходит последовательно конвекционную камеру поз.2 и радиантную камеру поз.1 Противотоком движутся ему дымовые газы. Факел имеет температуру 1300-1600°С. Дымовые газы имеют температуру 700-800 °С выходящий из конвекционной камеры газ имеет температуру 350-500°С такая высокая температура отходящих газов необходима для поддержания высокого температурного напора в конвекционной камере и для создания необходимой тяги дымовой трубы поз.3. Двухкамерная печь приведена на рис. 3.5. В настоящее время эта печь принята в качестве типовой. Печь имеет 2 радианные камеры поз.1 и общую конвекционную камеру. Сырье движется двумя параллельными потоками. Односторонние облучение труб обуславливает неравномерность прогрева по окружности рис. 3.8 и как следствие выход труб из-за прогара. Этот недостаток частично преодолен в печи двухстороннего прогрева рис. 3.6. В этой радиантной камере трубы расположены в шахматном порядке и получают теплоту излучения с двухсторон.

Многокамерные печи двухстороннего типа для увеличения производительности могут иметь любое число камер рис.3.7. В этом случае экономичнее занимается производственная площадь по сравнению с увеличением количества печей, т.е. они расположены в одном корпусе. Для осуществления процессов с повышенной температурой используют печи с вертикальными трубами рис. 3.10-3.12. В таких печах содержатся секции вертикальных трубчатых змеевиков размещенных в центре радиантной камеры и обогреваемых с двух сторон беспламенными горелками расположенными в боковых стенках на расстоянии 0,9-1,0 м от змеевиков. В конвекционной камере трубы располагаются горизонтально. При вертикальном расположении удается повысить теплонапряженность труб с 40 до 70 кВт/м².

Преимущество таких печей:

1. Исключается прогиб труб из-за температурных удлинений труб

2. Трубы имеют возможность свободно расширятся вниз

3. Трубные опоры или подвесы рис.3.11 находятся в верхней части рис.3.12 поз.2 находятся в верхней части в зоне низких температур, т.к. они расположены далеко от горелок и поэтому могут изготавливаться из недорогих материалов

4. Печь имеет малые теплопотери

Недостатки:

1. Сложность удаления кокса

2. Сложность опорожнения печей при остановке на ремонт

Основным элементом печи является трубчатый змеевик рис.3.13. Он состоит из труб длинной 6, 12, 18 м и соединительных элементов 3.14, 3.15. Чем длиннее трубы, тем ниже гидравлическое сопротивление печи и меньше сварных швов являющихся слабым местом трубчатого змеевика. Диаметр труб от 60-200 мм. Трубы меньшего диаметра имеют большую удельную поверхность теплоотдачи, поэтому в необходимых случаях вместо увеличения диаметра труб, применяют многопоточные печи от 4 до 24 потоков. В качестве топлива для печей используются метано-водородная фракция получаемая как побочный продукт производства, природный газ и различные газообразные топлива, а также мазут.

К основным конструктивным элементам печи относят горелки. Горелки должны обеспечить требуемый подвод количества газа и воздуха, их перелив, получение устойчивого пламени, высокой эффективности сжигания, т.е. высокий КПД. Смешения газов может происходить либо в самой горелки рис. 3.18 либо после выхода струи топлива в поточное пространство рис. 3.17 либо и там и там 3.19. В горелке имеются смесительные камеры рис. 3.18.

Для лучшего смешения осуществляется:

1. Многотрубный подвод

2. Тангенциальный ввод одного из реагентов

3. За счет инжекции воздуха

Чем полнее смешение, тем полнее сгорание и короче факел, тем меньше требуется избыток воздуха. При смешении в топке, т.е. подачи в горелки только горючего газа сжигание наиболее неполное. Поэтому распространение получили горелки с предварительным смешение горючего газа с воздухом в корпусе горелки. Также горелки могут быть инжекционного типа, т.е. когда воздух засасывает струей горячего газа или с принудительной подачей воздуха.

Инжекционные горелки очень просты по конструкции и находят широкое применение. Беспламенные панельные горелки которые широко используются являются инжекционными рис. 3.21, 3.22 в них газо-воздушная смесь сжигается не полным факелом, а виде маленьких факелов, расположенных равномерно по площади панели горелки. На фоне раскаленной панели эти факелы не видны. Особенность панельной горелки состоит в том, что теплота от панели передается излучением, а не факелом. Что выравнивает прогрев расстоянии от панели до труб составляет от 0,6-1,0 м.

В радиальных чашеобразных акустических горелках рис. 3.23. Топливный газ перемешивается с инжектируемым воздухом. Топливная смесь за счет центробежных сил разворачивается в дискообразный факел. Дискообразный факел соседних горелок накладывается один на другой и образуют настильное излучающее пламя. Акустические горелки, по сравнению с панельными, проще в эксплуатации реже забиваются примесями и реже выходят из строя. Требуемое число горелок также меньше.

Горелки для сжигания жидкого топлива обычно называются форсунками. Воздух подается под давлением. Различают форсунки низкого давления от 3-6 кПа и форсунки высокого давления рис.3.24, 3.25 больше 6кПа.

Мазут вводится под давлением от 150-250 кПа диаметр сопловых отверстий для впрыска мазута в среднем составляет от 2-6 мм.

Достоинства трубчатых печей:

1. Простота конструкции

2. Легкость обслуживания и контроля

3. Малые капитальные затраты

Недостатки:

1. Использование дорогих жаропрочных и жаростойких сталей

2. Невысокие температуры процесса

3. Частые прогары труб и простой в ремонте из-за прогаров

4. Отложения кокса и частая регенерация. Выжиг кокса осуществляют через 500-800 часов работы паровоздушной смесью при температуре 650-750 °С в течении от 8-15 часов, либо кокс удаляется механическим путем с помощью специальных устройств.

5. Малая производительность ограниченная необходимостью подвода больших количеств теплоты при сохранении не высокого гидравлического сопротивления трубного змеевика.

Для расчета змеевика используется метод Обрядчикова.

1 Этап. Определяют скорость движения продуктов крекинга в змеевике в м/с. По формуле:

где ω₀ – скорость движения в трубчатой печи жидкого сырья при t=20 °С

ρ – плотность сырья при t=20 °С

- плотность парожидкостной смеси при температуре крекинга

2 Этап. Время пребывания сырья в зоне реакции определяется в секундах

а – выход продукта за однократный проход сырья, %

x – скорость реакции крекинга за который на практике применяют выход продукта в единицу времени, % /мин

3 Этап. Находят длину реакционного змеевика [м]:

Дата добавления: 2014-01-07