Форсунки в трубчатых печах

Машины и аппараты нефтегазопереработки копия 1

Лекция 11. назначение и типы печей, их классификация

1. Сравнение различных типов печей, основные направления в их развитии. Теплотехнические особенности нефтезаводских трубчатых печей, связь между теплотехническими и тепловыми показателями.

2. Теплонапряженность поверхности нагрева, топочного пространства, местные тепловые нагрузки в камерах радиации и конвекции.

3. Важнейшие составляющие трубчатых печей. Гарнитура печей, применяемые материалы.

4. Устройства для сжигания топлива (горелки, форсунки).

5. Процессы сгорания и теплопередачи в топке, теплопередача в конвекционной камере, выбор размеров камер конвекции и радиации.

6. Расчет трубчатых печей Определение полезной тепловой нагрузки печи и состояния сырья на выходе из печи. КПД печи и пути уменьшения расхода топлива. Гидравлический расчет печи, газовое сопротивление и тяга.

1. Теплонапряженность поверхности нагрева, топочного пространства, местные тепловые нагрузки в камерах радиации и конвекции

Основными теплотехническими показателями работы трубчатой печи являются теплопроизводительность, тепловой коэффициент полезного действия, теплонапряженность поверхности нагрева, тепловая напряженность топочного объема, температура дымовых газов в топке и на перевале, коэффициент прямой отдачи, коэффициент теплопередачи, температура дымовых газов на выходе из печи, коэффициент избытка воздуха.

Теплопроизводительность печи (полезная тепловая мощность) Qn – количество тепла, воспринимаемого сырьем в единицу времени. На современных трубчатых печах этот показатель достигает 7…60 МВт и 100 МВт на крупных установках.

Тепловой коэффициент полезного действия – отношение количества тепла, воспринимаемого сырьем Qn, к полному количеству тепла, выделяемому при сгорании топлива.

Тепловой коэффициент показывает эффективность использования тепла, образующегося при сгорании топлива. Величина η зависит от коэффициента избытка воздуха, температуры дымовых газов на выходе из печи, размеров печи, состояния тепловой изоляции и т.п. Тепловой коэффициент полезного действия современных трубчатых печей достигает 60…80 % (при использовании подогретого воздуха η ≈ 90%).

Теплонапряжение поверхности нагрева – количество тепла, переданного через единицу поверхности нагрева в единицу времени.

Теплонапряжение поверхности нагрева характеризует степень эффективности передачи тепла. Превышение q более предельной величины ведет к снижению механической прочности металла, повышению возможности образования окалины на наружной поверхности труб и отложению кокса на внутренней.

Средние значения теплонапряжения конвективной поверхности qк находятся в пределах от 8 до 17,5 кВт/м 2 .

Тепловое напряжение топочного объема – количество тепла, выделяемого при горении топлива в единице объема топки в единицу времени. В современных трубчатых печах эта величина составляет 40…80 кВт/м 3 и характеризует эффективность использования объема топки.

Температура дымовых газов на перевале Тп – температура, при которой дымовые газы поступают в конвективную камеру. Она показывает распределение тепла между радиантной и конвективной камерами и составляет 975…1175 К. Увеличение температуры дымовых газов на перевале может вызвать коксообразование и пригар радиантных труб.

Коэффициент прямой отдачи топки – отношение количества тепла, переданного радиантным трубам Qp, к общему полезному теплу, выделенному при сгорании топлива.

Значение коэффициента прямой отдачи находится в пределах от 0,4 до 0,6. Большему значению коэффициента µ соответствует (при прочих равных условиях) меньшая температура дымовых газов на перевале.

Коэффициент теплопередачи в конвективной камере кВт/(м 2 ·К) зависит от скорости движения дымовых газов в конвективной камере. С увеличением скорости движения дымовых газов коэффициент теплопередачи увеличивается и наоборот.

Коэффициент избытка воздуха α – отношение действительного расхода воздуха G к теоретически необходимому Go. Значение коэффициента α находится в пределах от 1,02 до 1,5 и зависит от вида топлива и способа его сжигания (меньшие значения – для газообразного топлива, большие – для жидкого).

Форсунки и горелки

Для сжигания жидкого и газообраз­ного топлива в нагревательных печах применяют форсунки с различными типами распыления:

  1. Па­ровым
  2. Воздушным
  3. Механическим

Паровое распыление

Применение пара для распыления топлива имеет ряд преимуществ и недостатков. К преимуществам следует отнести возможность сжигания топлива почти любой вязкости, простоту изготовления и надежность в эксплуатации, а к недостаткам — сравнительно большой расход пара (0,3—0,6 кг на 1 кг топлива), сильный шум при работе форсунки и большое содержание водяных паров в продуктах сгорания, что при сернистых топливах увеличивает коррозию нагреваемых поверхностей.

Из форсунок с паровым распылением основным типом является форсунка с внутренним смешением топлива и пара. Такой, например, является широко применяемая форсунка системы Шухова, на которую был выдан патент еще в 1880 г. Форсунки этой системы выпускаются различных размеров (номеров) с максимальным расходом сжигаемого топлива 120 кг/ч.

Форсунка системы Шухова

Воздушное распыление

Форсунки для жидкого топлива с воздушным распылением работают при низком (160—200 мм вод. ст.) давлении воздуха и обладают высокой производительностью (500—600 кг/ч). На рис. показана форсунка Оргэнергонефти, хорошо и бесшумно работающая на топливах различной вязкости.

Механическое распыление

Форсунки для жидкого топлива с механическим распылением работают экономично и бесшумно. В форсунках этого типа жид­кое топливо подается под давлением до 15 кГ/см2, распыление происходит при прохождении жидкости через узкое отверстие форсунки, а воздух поступает в струю распыленного топлива. Эти форсунки неприменимы для распыления вязких и смоли­стых топлив и требуют дорогостоящих устройств для подго­товки топлива (подо­греватели, фильтры).

Комбинированные форсунки

Комбинированные газонефтяные или га­зомазутные форсунки предназначены для сжигания жидкого или газообразного то­плива. На нефтеперерабатывающих заводах применяются ком­бинированные форсунки Гипронефтемаша производительностью от 70 до 160 кГ/ч по жидкому топливу и по газу до 100 м3/ч.

Комбинированная газонефтяная форсунка ГНФ-1М

Комбинированная газонефтяная форсунка ГНФ-1М. Жидкое топливо под давлением 8—10 кГ/см2 поступает по внутренней трубке 1 в камеру 2 и через отверстия 3 в спиральные каналы на наружной поверхности камеры. Пар под давлением около 10 кГ/см2 поступает по кольцевому про­странству, распыляет завихренное топливо, и паромазутная смесь попадает в топку. Отверстия и каналы можно продувать паром через игольчатый клапан 4. Газ поступает по кольцевому коллектору 5 через жиклеры 6 в топку. В жиклерах 6 просвер­лены центральный канал и одно или несколько выходных отвер­стий 7.

Комбинированная форсунка ГНФ-3

Комбинированная форсунка ГНФ-3 имеет большую производительность по жидкому топливу, рабо­тает при давлении жидкого топлива до 1,2 кГ/см2 и пара-до 0,5 кГ/см2.

Газомазутная форсунка ФГМ-4 работает с распы­лом воздуха при давлении до 300 мм вод. ст.

Газомазутная форсунка ФГМ-4

Газовые горелки, применяемые в промышленных печах, де­лятся на две группы:

  1. Беспламенные, с предварительным сме­шением воздуха и газа;
  2. Атмосферные, в которых газ и около половины воздуха, необходимого для горения, смешиваются до начала горения, а остальной воздух добавляется в процессе го­рения.

Беспламенные горелки

Беспламенная панельная горелка Гипронефтемаша показана на рисунке ниже. Газообразное топливо по трубопроводу 1 через сопло 2 поступает в смесительную камеру 3 инжектора 4. Воз­дух в смесительную камеру подсасывается через отверстия 5, величина которых изменяется регулятором 6. Из инжектора газовоздушная смесь, поступает в распределительную камеру 7, из которой по трубкам 8 поступает в тунели 9 в специальной керамике, являющейся катализатором горения.

Разработаны горелки типов а и б, имеющие излучающие поверхности двух размеров: тип а — 500×500 мм и тип б 605X605 мм для тепло- производительности от 55 до 1000 ккал/ч.
Многосопловая инжекционная газовая горелка показана на рис. 131. В этой горелке газообразное топливо по патрубку 2 поступает к соплу 1, имеющему форму трубки Вентури. Струя газа инжектирует из корпуса горелки воздух и смешивается с ним в трубке Вентури, играющей роль смесителя. Процесс го­рения начинается у устья сопла.

Беспламенные горелки являются более совершенными устрой­ствами для сжигания газообразного топлива и находят более широкое применение, чем атмосферные (инжекционные).

Трубчатые вращающиеся печи

Для термической обработки сыпучих материалов мелкого дробления без их расплавления применяются трубчатые вращающиеся печи. В большинстве своем они представляют собой длинную трубу из устойчивых к высоким температурам материалов, внутри которых, чаще всего встречно-параллельно, движется обрабатываемый материал и горячие газы.

Труба имеет наклон, из-за чего, при вращении, частички нагреваемого материала (шихты) поднимаются на небольшую высоту, падают, сдвигаются вниз. В процессе передвижения по трубе, шихта перемешивается, из-за чего каждая частичка равномерно нагревается. Дополнительное тепло материал получает от разогретого корпуса печи.

Трубчатые печи благодаря высокому коэффициенту теплообмена между продуктами сгорания топлива и нагреваемым веществом нашли широкое применение в различных производственных процессах. С их помощью производится сушка материала с удалением химически связанной влаги. В трубчатых печах производят спекание различных веществ с целью создания новых материалов. Подобные устройства незаменимы в металлургии, для обработки глинозема (спекание и кальцинация) в процессе производства алюминия.

Читайте также  Автомобильные фитинги для пневматики


Рис. 1 – Печь для спекания бокситов

Классическим примером трубчатой вращающейся печи является печь, предназначенная для спекания бокситов – материала, содержащего алюминий. Печь состоит из нескольких основных узлов:

— барабан;
— механизм, обеспечивающий вращение;
— опоры роликового типа;
— топливная головка;
— загрузочная камера.

Основной составляющей печи является вращающийся барабан. Его диаметр может варьироваться в пределах от 2 до 3,8 м, длина может достигать 150 м. Барабан футеруется кирпичом. Для футеровки применяется высокоглиноземный или шамотный кирпич.

Нагреваемый материал, шихта, в сухом или насыщенном влагой (40-42%) виде помещается в верхнюю (холодную) камеру. В результате вращения печи шихта медленно движется к нижнему (горячему) концу. В то же время снизу поднимаются продукты горения топлива, высушивая и спекая материал. Продукт спекания, так называемый «спек» достигая нижнего конца трубы, высыпается в охладитель, расположенный под вращающейся печью.

Охладитель (холодильник) конструктивно выполнен в виде барабана длиной до 30 м, с внутренним диаметром до 2,5 м. Внутри охладителя спек охлаждается набегающим потоком воздуха или потоками воды, которой поливают барабан. В случае воздушного охлаждения, нагретый воздух направляется в печь, оптимизируя процесс сжигания топлива, что позволяет значительно увеличить КПД печи.

Топливом для печей может служить природный газ, мазут, угольная пыль. Камера с горелками или форсунками располагается у нижнего конца печи. Отработанные газы проходят несколько степеней очистки, прежде чем быть выброшенными в дымовые трубы. Они направляются в камеры, улавливающие пыль, минуя несколько электрофильтров.

Подготовленная и загруженная печь имеет очень большую массу. К примеру, полная масса печи с барабаном, длиной 70 м может достигать 400 т. Для того чтобы поддерживать трубу и обеспечивать ей возможность вращения используют специальные бандажи, опоясывающие кожух печи. Функцию опоры выполняют ролики, установленные на подшипниках качения.

Вращение барабана осуществляется с помощью мотора. Усилие передается через редуктор на венцовую шестерню, закрепленную на корпусе барабана. Частота вращения может регулироваться и, как правило, составляет от 0,6 до 2 оборотов в минуту.

Монтируется печь под углом к горизонтали. Угол составляет от 3 до 6 %. Для того чтобы не допустить смещения конструкции под воздействием собственного веса применяют упорные ролики. Их размещают горизонтально, бандажи упираются в них сбоку.

Нижний (2) горячий конец барабана присоединяется к топливной головке. Там же расположен канал по которому спек ссыпается в холодильник. Для удобства эксплуатации, топливная головка откатная. Барабан от топливной камеры отделяют лабиринтным уплотнением. Оно представляет собой вращающийся в коробке диск с отверстиями для форсунок.

Холодный (верхний) конец барабана подсоединен к загрузочной камере. Для загрузки сухой шихты используют жесткий патрубок. Жидкую пульпу сливают или распыляют с помощью форсунок. Чтобы избежать слеживания шихты, загрузочная камера оборудована специальным отбойником. Он представляет собой болванку (груз) из стали, висящую на гибком подвесе (цепи). Во время вращения барабана груз раскачивается, разбивая слежавшийся материал.

Рис. 2 – Тепловой баланс печи

Рассматривая график температурных показателей барабана можно выделить четыре участка со схожими характеристиками. Выделяют основные участки:

— зона сушки;
— зона кальцинации;
— зона спекания;
— зона охлаждения.

Самая высокая температура поддерживается в зоне спекания. Она может подниматься до 1600 °С. Температура отработанных газов на верхнем конце барабана печи снижается до 400-500 °С. Поддержание такого температурного режима гарантирует хорошее спекание и эффективную работу очищающих фильтров.

Расчетное количество тепла на килограмм спека должно находиться в пределах 6300 – 7100 кДж. Производительность, в случае использовании мокрой бокситовой шихты, будет составлять 12 и более тонн спека в час.

НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ

Трубчатая печь является аппаратом, предназначенным передачи для нагреваемому продукту тепла, выделяющегося сжигании при топлива в топочной камере печи. печи Трубчатые широко распространены в нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической, других и коксохимической отраслях промышленности, являются составной многих частью установок и применяются в различных технологических перегонка (процессах нефти, мазута, пиролиз, каталитический риформинг, крекинг, гидроочистка, очистка масел и др.).

Существуют конструкции различные трубчатых печей, отличающихся способом тепла передачи, количеством и формой топочных камер, секций числом (камер) в зоне радиации, относительным осей расположением факела и труб, способом сжигания типом, топлива облучения труб, числом потоков продукта нагреваемого, расположением конвекционной камеры относительно длиной, радиантной радиантных и конвекционных труб.

Основными трубчатых характеристиками печей являются производительность печи, тепловая полезная нагрузка, теплонапряженность поверхности нагрева и полезного коэффициент действия печи.

В промышленности применяют печи трубчатые с поверхностью нагрева радиантных труб 15-Теплопроизводительность м 2 . 2000 трубчатых печей различных конструкций 240 от 0,12 до изменяется МВт, а производительность по нагреваемой среде 105 8-достигает кг/ч. Температура нагреваемой среды на входе и печи из выходе в зависимости от технологического процесса изменяется в 900 от 70 до диапазоне °С, а давление — от 0,1 до 30 МПа. Для трубчатых КПД печей колеблется в пределах от 0,65 до 0,85.

Теплообмен в трубчатой Трубчатая

печи печь имеет камеры радиации и камере. В конвекции радиации (топочной камере), где топливо сжигается, размещена радиантная поверхность (экран), лучистое поглощающая тепло в основном за счет радиации.

В конвекции камере расположены конвекционные трубы, воспринимающие главным тепло образом при соприкосновении дымовых поверхностью с газов нагрева путем конвекции. Нагреваемый печи в продукт последовательно проходит через конвекционные и трубы радиантные, поглощая тепло. Обычно радиантная воспринимает поверхность большую часть тепла, выделяемого в при печи сгорании топлива. Лучистое тепло передается эффективно при охлаждении дымовых газов до 1200-1000 К. Снижение температуры дымовых газов до низких более значений часто бывает неоправданным, как так при этом радиантная поверхность пониженной с работает теплонапряженностью поверхности нагрева и требуется увеличить значительно поверхность радиантных труб. Эффективность конвекцией теплопередачи в меньшей степени зависит от температуры газов дымовых. Конвекционная поверхность использует тепло газов дымовых и может обеспечить их охлаждение до температуры, которой при значение коэффициента полезного действия будет аппарата экономически оправданным.

Если наличие поверхности конвекционной для нагрева сырья не является или обязательным размеры этой поверхности могут существенно быть уменьшены, то тепло дымовых газов быть может использовано для иных целей, для например подогрева воздуха или производства пара водяного. При небольшой производительности иногда печи применяют без конвекционной поверхности, более конструктивном в простые отношении, но обладающие невысоким коэффициентом действия полезного.

Рассмотрим механизм процесса передачи печи в тепла, состоящей из двух камер с настильным Характерной. пламенем особенностью этой печи является расположение наклонное в низу печи форсунок (горелок), соприкосновение обеспечивающих факела с поверхностью стены, размещенной в камеры середине радиации (рисунок 1.1).

В топочную камеру печи этой при помощи форсунки вводится топливо распыленное, а также необходимый для горения или нагретый холодный воздух. Высокая степень топлива дисперсности обеспечивает его интенсивное перемешивание с более и воздухом эффективное горение. Соприкосновение факела с настильной поверхностью стены обусловливает повышение ее температуры; происходит излучение не только от факела, но и от раскаленной стены. выделенное, Тепло при сгорании топлива, расходуется на температуры повышение дымовых газов и частиц горящего последние; топлива раскаляются и образуют светящийся факел. размер, Температура и конфигурация факела зависят от многих частности и, в факторов, от температуры и количества воздуха, подаваемого горения для топлива, способа подвода воздуха, нагрузки и конструкции форсунки, теплотворной способности топлива, форсуночного расхода пара, размера радиантной поверхности (экранирования степени топки) и др.

При повышении температуры увеличивается воздуха температура факела, повышается скорость сокращаются и горения размеры факела.

Размеры факела при и уменьшаются увеличении (до известного предела) количества поступающего, воздуха в топку, так как избыток ускоряет воздуха процесс горения топлива. При количестве недостаточном воздуха факел получается растянутым, полностью топливо не сгорает, что приводит к потере Чрезмерное. тепла количество воздуха недопустимо вследствие потерь повышенных тепла с отходящими дымовыми газами и интенсивного более окисления (окалинообразования) поверхности нагрева.

необходимый, Воздух для горения топлива, подводят к форсунки устью, т.е. к началу факела. В некоторых форсунках распыляется топливо воздухом, который в этом случае топку в вводится совместно с топливом.

Рисунок 1.1 — Схема трубчатой работы печи с объемно-настильным сжиганием форсунка

1 — топлива; 2 — настильная стенка; 3 — камера радиации (камера топочная); 4 — камера конвекции; 5 — дымовая труба; 6 — конвекционных змеевик труб; 7 — змеевик радиантных труб; 8 — Потоки.

Читайте также  Сделать токарный станок из труб

футеровка: I — вход сырья; II — выход сырья; топливо — III и воздух; IV — дымовые газы

В ряде внутренней во конструкций полости стен печей размещается для канал подачи так называемого вторичного позволяющий, воздуха подводить необходимый для горения длине по воздух факела, что повышает температуру стенки излучающей и способствует более равномерной передаче радиацией тепла.

В такой печи теплоизлучением передается от излучающей, факела стенки и трехатомных газов (двуокись водяной, углерода пар, диоксид серы), обладающих способностью избирательной поглощать и излучать лучи определенной волны длины. Часть лучей через пространство трубами между попадает на поверхность кладки, вдоль расположены которой эти трубы; эти лучи кладку разогревают, и она, в свою очередь, излучает; этом при часть энергии поглощается той поверхности частью труб, которая обращена к стенке Настильная. кладки стена, а также прочие стены которых, у кладки расположены трубы (экранированная часть или) кладки свободные от труб (незаэкранированные), принято вторичными называть излучателями.

Радиантные трубы получают только не тепло излучением, но также и от соприкосновения дымовых поверхностью с газов труб, имеющих более низкую теплопередача (температуру свободной конвекцией). Из всего количества воспринятого, тепла радиантными трубами, значительная часть (85-90 %) излучением передается, остальное конвекцией. Наружная поверхность свою в труб очередь излучает некоторое количество имеет, т.е. тепла место процесс взаимоизлучения, однако поверхности температура труб вследствие непрерывного отвода сырьем тепла, проходящим через радиантные трубы, ниже значительно температуры других источников излучения и итоге в поэтому взаимоизлучения через поверхность радиантных сырью труб передается небольшое количество тепла. В теплопередачи результате, осуществляемой в топочной камере, дымовые охлаждаются газы и поступают в камеру конвекции, где прямое их происходит соприкосновение с более холодной поверхностью труб конвекционных (вынужденная конвекция).

В камере конвекции тепла передача осуществляется также за счет радиации дымовых трехатомных газов и от излучения стенок кладки. количество Наибольшее тепла в камере конвекции передается конвекции путем; оно достигает 60-70 % общего количества воспринимаемого, тепла этими трубами. Передача тепла газов от излучением составляет 20-30 %; излучением стенок кладки камеры конвекционной передается в среднем около 10 % тепла.

фактором Основным, предопределяющим эффективность передачи тепла является, конвекцией скорость движения дымовых газов, при поэтому конструировании трубчатых печей стремятся наибольшее ее обеспечить значение. Это достигается размещением числа минимального труб в одном горизонтальном ряду и минимального выбором расстояния между осями труб. при Однако повышении скорости дымовых газов в конвекции камере увеличивается сопротивление потоку газов, ограничивает и что выбор величины скорости. С другой сокращение, стороны числа труб в одном горизонтальном приводит ряду к увеличению высоты камеры конвекции. обстоятельство Это также предопределяет выбор допустимой движения скорости дымовых газов в камере конвекции.

фактором Существенным, влияющим на эффективность передачи тепла, способ является размещения труб в камере конвекции. расположении При труб в шахматном порядке в связи с интенсивной более турбулентностью потока дымовых газов и обтекаемостью лучшей ими труб тепло передается чем, эффективнее при расположении коридорным способом (При 1.2). рисунок одинаковой скорости движения дымовых шахматное газов расположение труб обеспечивает по сравнению с более коридорным эффективную (на 20-30 %) передачу тепла.

Уменьшение труб диаметра также способствует более интенсивной тепла передаче, как за счет лучшей обтекаемости так, труб и в связи с возможностью более компактного их позволяющего, расположения создать более высокие скорости газов дымовых.

Однако необходимо иметь в виду, при что уменьшении диаметра печных труб скорость увеличивается сырья и, следовательно, повышается сопротивление нагреваемого перемещению потока. Для снижения сопротивления применении при печных труб меньшего диаметра нагреваемого движение продукта, как правило, осуществляется или двумя несколькими параллельными потоками.

Эффективность тепла передачи в камере конвекции может быть путем повышена оребрения наружной поверхности конвекционных так, труб как при этом увеличивается соприкосновения поверхность дымовых газов с трубами и обеспечивается большого передача количества тепла.

Передача тепла зависит конвекцией также от температурного напора, т.е. от разности между температур дымовыми газами и нагреваемым сырьем. величина Обычно температурного напора убывает в направлении дымовых движения газов. Так, при повышении сырья температуры на один градус дымовые газы Наибольший на 5-7 °С. охлаждаются температурный напор в камере конвекции при наблюдается входе дымовых газов в камеру, а при наименьший их выходе. Количество тепла, поглощаемого трубами конвективными, убывает также в направлении движения газов дымовых.

Рисунок 1.2 — Схема движения дымовых коридорное

а — газов расположение труб; б — шахматное расположение Доля

труб тепла, передаваемого излучением в камере значительно, конвекции меньше, чем в камере радиации, вследствие как более низкой температуры дымовых так, газов и из-за меньшей толщины излучаемого газового Эффективная. потока толщина газового слоя в камере предопределяется конвекции расстоянием между смежными рядами Снижение. труб температуры дымовых газов в направлении их естественно, движения, вызывает также и уменьшение передачи излучением тепла от них.

Конвекционные трубы, расположенные в рядах первых по ходу дымовых газов, получают тепла больше, как за счет конвекции, так и за излучения счет и поэтому в отдельных случаях их теплонапряженность быть может выше теплонапряженности радиантных труб.

ТОПЛИВНО-СЖИГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

Общие принципы устройства и работы топливно-сжигающих устройств, используе­мых в технологических печах, в основном не зависят от вида технологического процесса. Основными требованиями к топливно — сжигающим устройствам являются: обеспече­ние заданных режимов горения, экономичность распыливания (для жидкого топлива), полнота сжигания, малый уровень шума, технологич­ность изготовления, монтажа и ремонта. Кон­струкции таких устройств, используемых в промышленных печах, характеризуются чрез­вычайным разнообразием. По виду сжигаемого топлива их классифицируют на жидкостные (мазутные), газовые и комбинированные (газо­мазутные). В нефтеперерабатывающей про­мышленности большинство трубчатых печей оборудовано комбинированными газомазут­ными горелками. В остальных отраслях про­мышленности большее распространение нашли или газовые, или жидкостные топливно — сжигающие устройства.

Рис. 4.4.1. Схемы распыления топлива мазутными форсунками:

А — прямоструйной при давлении 1.. .2 МПа; б — центробежной с тангенциальным подводом горючего; в — центробежной со специальным завихрителем; г — ротационной; д, е-с распиливающей средой (водяным паром, воздухом) высокого д и низкого е давления; А — топливо; Б — воздух; В — пар

Топливно-сжигающие устройства жид­кого топлива. Жидкое топливо (мазут) горит в печах только после его перехода в парообраз­ное состояние, поскольку температура его вос­пламенения выше температуры кипения. По­этому мазут подается на сжигание в печь в распыленном состоянии. Для распыливания топлива используется перегретый водяной пар и (или) подогретый воздух. Для нормальной работы форсунок, работающих на мазуте, его вязкость перед горелкой не должна превышать 3°ВУ (условной вязкости), а температура рас — пыливающего пара должна быть выше темпе­ратуры насыщения паров воды не менее чем на 15. ..20 °С.

При распыливании мазут рассеивается в топочной камере в виде тумана. По способу подвода энергии различают форсунки с меха­ническим распыливанием (давление создается в мазутопроводе перед форсункой) и форсунки с воздушным или паровым распыливанием. Схе­мы распыления мазута форсунками показаны на рис. 4.4.1. Более подробный обзор мазутных горелок приведен в специальной литературе.

Топливно-сжигающие устройства газо­вого топлива. Для сжигания газового топлива чаще всего применяются два типа горелок (рис. 4.4.2):

Инжекционного типа, в которых газ сме­шивается с воздухом в смесительной камере перед входом в камеру сгорания;

Рис. 4.4.2. Схемы горелок для сжигания газа:

А — кинетическая инжекционная среднего давле­ния; б — с принудительной подачей воздуха и за­крученным потоком газа; в — диффузионная с при­нудительной подачей воздуха и подачей газа мел­кими струями; 1 — газовое сопло; 2 — регулирую­щая воздушная заслонка; 3 — смеситель; 4 — кера­мический насадок; 5 — лопаточный завихритель; б — газовый коллектор; 7 — обмуровка топки; А — воздух; Б — газ

В которых газ смешивается с воздухом в самой камере сгорания.

Рис. 4.4.3. Беспламенная панельная горелка:

/ — распределительная камера (короб); 2 — инжектор­ный смеситель газа, 3 — сопло; 4 регулирующая заслонка; 5 — газоподводящий патрубок; 6 — керами­ческие призмы. » теплоизоляционный слой (диато­мовая крошка), 8 болт. 9 гайка, 10 — теплоизоля­ционный слой (диатомовая крошка), 11- асбестовый шнур

Теплопроизводительность горелок регу­лируется изменением давления газа перед со­плом инжектора. Перечень наиболее совер­шенных горелок представлен в табл. 4.4.1. Бо­лее подробный обзор газовых горелок приве­ден в [4, 14, 22] и в специальной литературе.

Читайте также  Дроссели для запорной арматуры

Высокой эффективностью и широким распространением характеризуются беспла­менные панельные горелки (рис. 4.4.3). Такая горелка имеет распределительную камеру /, в переднюю часть которой вварены трубки для выхода газовоздушной смеси. На трубки наде­ты керамические призмы 6, каждая из которых снабжена четырьмя цилиндроконическими каналами (туннелями). Призмы образуют ке­рамическую панель размерами 500×500 или 605×605 мм, которая служит аккумулятором и излучателем теплоты. Короб и излучательная панель теплоизолированы относительно друг друга слоем диатомовой крошки 1. К задней стене короба крепится инжекторный смеситель газа 2, снабженный соплом 3, заслонкой 4 и газоподводящим патрубком 5. Соседние горелки

4.4.1. Комбинированные топливно-сжигающие устройства, соответствующие по комплексу показателей мировому уровню (подтверждено испытательным центром Росстандарта РФ)

Трубчатые вращающиеся печи

Переработка мелкого сыпучего материала без его рас­плавления с успехом производится в трубчатых вращающихся печах. В длинной футерованной трубе чаще всего противотоком движутся нагреваемый материал и про­дукты горения топлива. Движение материала происхо­дит благодаря небольшому наклону трубы в сторону выгрузки и вращению печи. При вращении материал поднимается на некоторую высоту и пересыпается вниз. При этом происходит хороший теплообмен с горячими газами все время обновляющейся поверхности материала. Теплообмену способствует также то, что материал, пересыпаясь, попадает на нагретую поверхность кладки за тот период, когда она свободна от слоя материала.

Все это определило высокую интенсивность теплообме­на в рабочем пространстве печи. Трубчатые вращающиеся печи используются для сушки различных материалов, удаления химически свя­занной влаги при высоких температурах обжига и для спекания материала с образованием новых соединений. Это определило их применение при производстве глинозема в алюминиевой промышленности (спекание и каль­цинация). Они нашли применение и при переработке материалов, содержащих свинец и цинк. При этом цинк отгоняется в виде окисла и улавливается из отходящих газов. Барабанные печи используются для обжига суль­фидных материалов.

На рис. 131 представлена печь для спекания алюми­нийсодержащего материала с образованием раствори­мого алюминиевого соединения. Основной элемент пе­чи— железный барабан 3 длиной до 150 м и диаметром 2,0—3,8 м. Барабан футеруется высокоглиноземистым или шамотным кирпичом. Печь работает по принципу противотока. Шихта сухая или мокрая в виде пульпы с содержанием влаги 40—42% поступает в барабан через торец 6 (холодный конец) и медленно перемещается к головной части 2 (горячий конец) навстречу газам. Из барабана продукт спекания—спек — ссыпается в холо­дильник, расположенный под печью и представляющий собой также барабан длиной до 30 м и диаметром до 2,5 м. В барабане спек охлаждается движущимся на­встречу воздухом или водой, орошающей холодильник сверху. При охлаждении спека воздухом последний про­сасывается через холодильник вентилятором (на рисун­ке не показан) и используется при сжигании топлива. Для нагрева печи применяют мазут, газ или угольную пыль. Форсунки или горелки располагают в головной части барабана. Дымовые газы, содержащие значитель­ное количество пыли, через дымоход 8 направляются на очистку в пылевые камеры, в электрофильтры и даже иногда в скрубберы. Только после этого дымовые газы с помощью дымососа отводятся в дымовую трубу. Фу­терованный и загруженный шихтой барабан имеет боль­шую массу (масса печи длиной 70 м около 400 т). С по­мощью специальных бандажей 4, закрепленных снару­жи кожуха, печь опирается на вращающиеся ролики 11 с бронзовыми подшипниками. Вращение производится от мотора 10 через редуктор и венцовую шестерню 5, укрепленную с помощью пружин на кожухе печи. Бара­бан вращается обычно с частотой 0,6—2 оборота в ми­нуту. Частоту вращения можно изменять, регулируя контроллером число оборотов мотора.

Печь монтируют с уклоном в 3—6%. Во избежание схода барабана с опор используются упорные ролики 12, расположенные горизонтально, в которые сбоку упи­рается бандаж.

Горячий конец печи входит в топливную (разгрузоч­ную) головку 1, устраиваемую обычно откатной. Между концом барабана и топливной головкой ставится лаби­ринтное уплотнение в виде диска 13, укрепленного на барабане и вращающегося в коробке, укрепленной на то­пливной головке. В передней стенке топливной головки имеются отверстия для горелок или форсунок. К голов­ке примыкает устье канала, по которому спек пересыпа­ется в холодильник.

Холодный конец печи входит в загрузочную коробку 7. Загружают сухую шихту посредством патрубка, проходящего через загрузочную коробку печи (на рисунке не показан). Пульпу в печь либо наливают, либо распыливают форсунками. Во избежание образования насты­лей на внутренней поверхности холодного конца бара­бана имеется отбойное приспособление 9, состоящее из стальной болванки, прикрепленной цепью к загрузочной головке. При вращении барабана болванка разбивает настыли.

На рис. 132 приведен график, характеризующий те­пловой режим печи. Согласно этому графику печной ба­рабан по длине может быть разбит на четыре зоны, а именно: зону сушки и обезвоживания (I), зону кальци­нации или разложения (II), зону спекания (III) и зону охлаждения (IV). Максимальная температура газов в зоне спекания, где она достигает 1600° С. При нормаль­ной работе печи температура отходящих газов в борове составляет 400—500° С. Этот график обеспечива­ет правильный режим спекания и нормальную работу электрофиль­тров.

Производительность печи при мокрой боксито­вой шихте 12 т/ч спека и выше. Главные факто­ры, влияющие на произ­водительность: толщина слоя материала в печи, частота вращения печи, влажность шихты и ее химический состав. Сред­ний удельный расход те­пла составляет 6300—7100 кДж на 1 кг спека. Ниже приводится тепловой баланс трубчатой печи спекания.

Повышение к. п. д. печи достигается оптимизацией условий сжигания топлива, более полным использовани­ем тепла спека для подогрева воздуха, используемого для сжигания топлива, лучшей тепловой изоляцией печи.

Основы расчета вращающихся трубчатых печей

Из расчетов горения топлива и теплового баланса печи на­ходят количество газов, образующихся в печи при средней ее температуре Vt, м 3 /с. Тогда внутренний диаметр печи (Dвн, м) может быть найден по формуле


где ωt — допустимая скорость движения газов в печи при средней ее температуре, м/с; скорость газов принимается в пределах 3—8 м/с. При влажной шихте скорость берется больше, при сухой и мелкой шихте во избежание большого пылеуноса — меньше.

Далее находят коэффициент заполнения сечения пе­чи материалом φ. Значение φ определяют из условия прохождения (транспорта) материала через печь при за­данной производительности по шихте (G, кг/ч):


где γ — насыпная масса материала в печи, кг/м 3 ;
ωм — скорость поступательного движения материа­ла, м/ч (ωм = 0,0963 Dвнβ/τ, где τ — длитель­ность оборота печи, ч; β— угол наклона печи к горизонту; τ и β берутся из заводской прак­тики) .

После вычисления φ находят размеры хорды откры­той поверхности шихты l1 и дуги l2 закрытой поверхно­сти материала (рис. 133) по площади заполнения сечения печи шихтой

Плотность теплового потока на открытую поверхность шихты (q’) рассчитывается по методике, описанной для пламенных печей [уравнения (9.1), (9.2) и др.]. Плотность теплового потока к шихте на закрытой части стенки печи (q”) по Д. А. Диомидовскому принято считать как переданное излучением и рассчитывать по уравнению:

где Tст и Tм — средние температуры стенки и материала.

Средняя температура материала принимается как среднеарифметическая температура материала в начале и конце печи Тм = (Т н м + Тм)/2.

Средняя температура футе­ровки берется как среднеариф­метическая средних температур газа и материала Тст = (Тг + Тм)/2.

При определении средней тем­пературы газов берется ее значе­ние в начале и конце печи.

Приведенная степень черноты (εприв) рассчитывается по фор­муле для параллельных поверх­ностей:

где εф и εм — степени черноты футеровки и материала соответственно.

Исходя из теплообмена в печи при известном полез­ном расходе тепла на 1 кг перерабатываемой шихты
(Qтехн, кДж/кг) можно найти необходимую длину пе­чи (м):


Полученные размеры печи корректируются по вре­мени пребывания материала в печи (ч):


Если τ меньше времени, рекомендуемого технологи­ческим режимом, то проводится корректировка величин, определяющих τ.

Для более точного определения размеров печи рас­чет следует вести для каждой зоны отдельно, тогда об­щая длина печи будет равна сумме длин отдельных зон.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: