Основные типы печей

В промышленности применяется большое число различных конструкций и типоразмеров трубчатых печей. При выборе печи в основном следует учитывать вид топлива (газовое или комбинированное); требование технологического процесса к расположению труб камеры радиации (горизонтальное или вертикальное); необходимость дифференциального подвода тепла к трубам камеры радиации; количество регулируемых потоков; время пребывания продукта в печи или камере радиации. В настоящем кратком обзоре нет необходимости характеризовать печи всех известных типов. Рассмотрим только печи основных типов, имеющих широкое распространение.

На действующих установках нефтегазопереработки широко распространены шатровые печи и печи беспламенного горения, которые в настоящее время отнесены к печам устаревшей конструкции.

Шатровые печи (рис. XXI-6), имеющие две камеры радиации с наклонным сводом и одну камеру конвекции, расположенную в центре печи, применяются на установках АВТ производительностью 1,5 — 3,0 млн. т/год. Нагреваемое сырье поступает в конвекционную камеру и двумя потоками проходит через трубы. В печи имеются муфели, в которых размещаются форсунки. Горение топлива практически завершается в муфельном канале, и в топку поступают раскаленные продукты сгорания. Двухскатные печи шатрового типа имеют серьезные недостатки: они громоздки, металлоемки, КПД их не превышает 0,74, теплонапряженность камер низкая, дымовые газы покидают конвекционную камеру при сравнительно высокой температуре (450-500 °С).

В 60-е годы на АВТ и других технологических установках начали широко применяться печи беспламенного горения с излучающими стенками (рис. XXI-7). Беспламенные панельные горелки 1 расположены пятью рядами в каждой фронтальной стене камеры радиации. Каждый горизонтальный ряд имеет индивидуальный газовый коллектор, что создает возможность независимого регулирования теплопроизводительности горелок одного ряда и теплопередачи к соответствующему участку радиантного экрана 2. Печи беспламенного горения компактны, малогабаритны.

Рис. XXI-7. Трубчатая печь беспламенного горения с излучающими стенками:

1 - беспламенные панельные горелки; 2 — змеевик радиантных труб; 3 — змеевик конвекционных труб; 4 — футеровка; 5 — каркас; 6 —выхлопное окно; 7 — смотровое окно; 8 — люк-лаз; 9 — резервные горелки

В совершенствование и конструирование трубчатых печей нового типа, повышение их эффективности, типизацию и стандартизацию печного оборудования большой вклад сделан ВНИИнефтемашем, который создал и осуществил внедрение в промышленность трубчатых печей ряда типов, по которым издан каталог, позволяющий выбрать конструкцию и размеры типовой трубчатой печи для соответствующего технологического процесса.

При составлении каталога были приняты следующие условные обозначения: первая буква — конструктивное исполнение (Г — трубчатые печи с верхним отводом дымовых газов и горизонтальными радиантными трубами; В — трубчатые печис верхним отводом дымовых газов и вертикальными радиантными трубами; Ц — цилиндрические трубчатые печи с верхней камерой конвекции; К — цилиндрические трубчатые печи с кольцевой камерой конвекции; С — секционные трубчатые печи.); вторая буква — способ сжигания топлива (С — свободный факел; Н — настильный факел; Д — настильный факел с дифференциальным подводом воздуха по высоте факела). Цифра, стоящая после буквенного обозначения, означает число радиантных камер или секций, при отсутствии цифры печь однокамерная или односекционная.

Печи типа ГС — коробчатые с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным расположением труб в радиантной и конвекционной камерах и свободного вертикального сжигания комбинированного топлива (рис. XXI-8). Горелки расположены в один ряд в поду печи. Обслуживание горелок производится с одной стороны печи, что позволяет устанавливать рядом две камеры радиации (рис. XXI-9, печи типа ГС2).

а —ГС1—с вертикальным свободным факелом и подовыми горелками;

; / — горелки; 2 — трубы радиантной камеры; 3 — трубы кон­векционной камеры; 4 — горелки резервного жидкого топлива; 5 — штуцер для подачи воз­духа.

Печи типа ГС применяются на установках атмосферной и вакуумной перегонки нефти, вторичных процессов.

Рис. XXI-8. Схема трубчатой печи типа ГС:

1 — горелка; 2 — змеевик радиантных труб; 3 — змеевик конвекционных труб; 4 — воз­духоподогреватель; 5 — дымовая труба; 6 — лестничная площадка; 7 — футеровка; 8 — карка

Рис. ХХ1-9. Конструкция трубчатой печи типа ГС2:

1 — горелка; 2 — змеевик радиантных труб; 3 — каркас; 4 — футеровка; 5 — змеевик конвекционных труб; 6 — лестничная площадка; 7 — дымовая труба

Печи типа ГС2 предпочтительны на установках замедленного коксования, крекинг-процессов, где требуется нагрев нефтепродуктов с низкими значениями теплонапряженности поверхности нагрева (29 кВт/м²).

Печи типа ГН — коробчатые с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным настенным или центральным трубным экраном и объемно-настильного сжигания комбинированного топлива (вариант I) или настильного сжигания газового топлива на фронтальные стены (вариант II).

При исполнении печи по варианту I горелки расположены в два ряда на фронтальных стенах под углом 45° (рис. XXI-10). По оси печи расположена настильная стена, на которую направлены горящие факелы. Печь ГН2 имеет две камеры радиации и применяется для процессов, требующих "мягкий" режим нагрева (установки замедленного коксования, крекинг-процессы).

По варианту II горелки расположены ярусами на фронтальных стенах, а двухрядный горизонтальный экран — по оси печи. Тепло к экранам передается от фронтальных стен, на которые настилаются факелы веерных горелок. Данный тип печи предназначен для реконструкции существующих печей беспламенного горения, а также в процессах средней производительности, обеспеченных газовым топливом, в том числе с большим процентом водорода.

Рис Схема трубчатой печи типа ГН

1 — горелка; 2 — змеевик радиантных труб; 3 — настильная стенка; 4 — змеевик конвекционных труб; 5 — дымовая труба; б — лестничная площадка; 7 — футеровка; 8 — каркас

Печи типа ВС — узкокамерные секционные с верхним отводом дымовых газов и вертикальными трубами змеевика (рис. XXI-11). Производительность каждой секции 10—17 МВт. Вертикальные трубы радиантного змеевика расположены у всех четырех стен камеры. Газомазутные горелки расположены в поду камеры, обслуживание горелок с двух сторон. Предусмотрены четыре типоразмера этих печей, каждый типоразмер отличается количеством одинаковых камер радиации.

Над камерой радиации расположена камера конвекции прямоугольного сечения с горизонтальными гладкими трубами. У многосекционных трубчатых печей камеры радиации отдельных секций объединены в общем корпусе. Смежные секции отделены одна от другой двумя рядами труб радиантного змеевика двустороннего облучения. В крайних секциях у стен радиантные трубы размещены в один ряд.

Рис Конструкция трубчатой печи типа ВС 1-камера конвекции, 2- змеевик радиантных труб,

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.

Рис. XXI-12. Конструкция трубчатой печи типа ЦС:

1 — горелка; 2 — змеевик радиантных труб; 3 — каркас; 4 — футеровка; 5 — змеевик конвекционных труб. Потоки: / — продукт на входе; // — продукт на выходе

Печь типа ЦД4 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 — 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 — 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 (рис. XXI-15) или стоящей отдельно.

Дутьевые комбинированные горелки расположены в поду печи. Оси горелок наклонены в сторону рассекателя-распределителя, установленного в центре печи.

Рассекатель изготовлен в виде пирамиды с вогнутыми гранями, представляющими собой настильные стены для факелов горелок каждой камеры радиации. Рассекатель выполняет следующие функции: делит объем радиантной камеры на четыре автономные зоны теплообмена, что позволяет осуществлять дифференцированный подвод тепла по длине радиантного змеевика; является поверхностью настила факелов горелок, которые имеют стабильную толщину, что позволяет приблизить трубные экраны к горелкам и сократить объем камеры.

В печи осуществляется двухстадийное сжигание топлива. Первичный воздух (около 70 % объема) подается принудительно к горелкам, а остальное количество — по высоте настила, для чего в кладке граней расположены каналы прямоугольного сечения, а в каркасе рассекателя — отдельные воздуховоды, количество которых вдвое превышает количество граней. Каждый воздуховод оснащен поворотным шибером. Двухстадийное сжигание топлива дает возможность растянуть факелы по высоте граней и повысить равномерность излучения по высоте радиантных труб. Конвективный змеевик, как и воздухоподогреватель, набирают секциями и размещают в кольцевой камере конвекции, расположенной соосно с цилиндрической радиантной камере.