Основные типы печей, особенности их конструкции

Классификация печей химической промышленности

Печи химической промышленности могут быть классифицированы по различным признакам. М.Ш. Исламовым предлагается классификация печей по производительной принадлежности (для производства серной кислоты, фосфорной кислоты, соляной кислоты и т.д.). В свою очередь они подразделяются по технологическому назначению, теплотехническим особенностям и конструктивным признакам.

По технологическому назначению, например печи сернокислотного производства подразделяется на печи обжига колчедана и печи сжигания сероводорода; печи периодического и непрерывного действия.

Классификация по технологическим особенностям включает различия по тепловому эффекту; по способу подвода теплоты (внутрь реакционного объема, например, печь с «кипящим слоем»); с подводом теплоты через поверхности теплообмена (например трубчатые печи).

Наконец, печи могут подразделяться по виду источника теплоты (топливные и электрические -дуговые сопротивления, индукционные и плазменные).

По тепловому режиму: радиационный и конвективный режимы характерны для печей-теплообменников; массообменный и электрический режим характерен для печей - теплогенераторов.

Технологические и теплотехнические процессы практически определяют конструктивные особенности печей.

Классификация печей по конструктивным особенностям:

- трубчатые печи: в свою очередь делятся на конвективные, радиационно-

конвективные, радиационные;

- печи с вращающимся барабаном: с непосредственным обогревом, с на

ружным обогревом, муфельные;

- печи с псевдожиженные слоем: однокамерные, многокамерные вертикальные, многокамерные секционированные;

- печи шахтные: однокамерные, многокамерные, муфельные;

- печи камерные: факельные, циклонные, аэрофонтанные, конвекторные;

- печи механические (подовые): многоподовые, одно-многоподовые, муфельные;

- печи туннельные: с печными волометками, с роликовым подом, конвейерные;

- ванные печи: отражательные, горшковые;

- разные: карусельные, ретортные, тигельные.

Трубчатые печи. Они широко распространены и применяются в таких процессах, как термический и каталитический крекинг, перегонка нефти, очистка масел и т.д. Отличаются высокой тепловой эффективностью, так как теплота передается трубчатой поверхности не только конвекцией, но и радиацией. Печь представляет собой непрерывный змеевик, по трубам которого прокачивают перерабатываемый продукт. Змеевик такой печи составлен из прямых труб, соединенных между собой калачами.

Щель между трубами составляет 1,8-2 d, где d - наружный диаметр трубы. Основным видом топлива является газ и мазут, распыление которого осуществляется паром. Горение длиннопламенное. КПД печи составляет 50-70% и 80% при утилизации теплоты уходящих газов. Тепловая мощность не превышает 27 кВт. Скорость дымовых газов в трубном пучке составляет 3-4 м/с при обычной естественной тяге, которая обеспечивается дымовой трубой высотой 40-50 м.

Высокой эффективностью отличаются трубчатые печи с излучающими стенками. Высокое значение КПД этих печей связано с работой горелок с малым коэффициентом избытка воздуха α_Т, что способствует снижению потерь в окружающую среду вследствие малых габаритов печи.

Печи с вращающимся барабаном имеют производительность 215 т/сут. Барабан, являющийся реакционной камерой печи, сваривается из листовой стали толщиной 32 мм, имеет диаметр 2,8 м, длину цилиндрической части 24,5 м и поверхность нагрева 205 м2. Нагрев смеси осуществляется передачей теплоты от дымовых газов через корпус барабана.

К типу камерных печей относятся циклонные печи для получения сажи. Печь состоит из камеры горения и реакционной камеры. В камере горения в двух точках по касательной к стенкам камеры.

В камере радиации (топочной камере) сжигается топливо, там же помещается радиантная поверхность (экран), поглощающая лучистое тепло. В камере конвекции расположены трубы, воспринимающие тепло путем конвекции-при соприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева.

Работу трубчатой печи характеризует следующие основные показатели: 1) производительность печи – количество сырья, нагреваемого в ней в единицу времени; 2) полезная тепловая нагрузка - количество теплоты, воспринимаемой сырьем в печи; 3) теплонапряженность поверхности нагрева – количество теплоты, переданной через 1м² поверхности нагрева в час; 4) КПД – часть полезно используемой теплоты от общего количества, выделенного при сгорании топлива.

Основными элементами конструкции трубчатых печей являются: фундамент, металлический каркас; огнеупорная футеровка; тепловая изоляция; оборудование для сжигания топлива; дымоходы; гарнитура (трубные подвески, опорные узлы, решетки и т.д.); вспомогательные устройства для обслуживания (площадки, лестницы, системы пароснабжения). Фундаменты сооружаются из железобетона, защищенного гидроизоляцией от грунтовых вод. Каркас состоит из отдельных рам из углеродистого стального проката. Футеровка предназначена для защиты каркаса от воздействия имеющих высокую температуру продуктов сгорания; она изготавливается из фасонных шамотных кирпичей и жаростойкого бетона.

Печные трубы изготавливается из легированных хромом, никелем и молибденом сталей.

Обычно принимают температуру дымовых газов, отходящих из конвекционной камеры на 100-150 ⁰С выше температуры сырья, поступающего в печь.

Нефтепродукт в трубах печи движется на входе в конвекционную камеру в пределах 0,5-2,5 м/сек, а при переработке газов и паров 20-150м/сек.

Имеются каналы для горелок. В камере создаются вращающиеся потоки пламени. В эти потоки с помощью форсунок впрыскивается нагретое сырье. В реакционной камере происходит разложение сырья и образование сажи. Процесс протекает с большой скоростью.

К механическим (подовым) печам относятся муфельные печи, предназначенные для производства хлористого водорода и попутно сульфата натрия. Теплота в печи передается через стенку муфеля. В качестве топлива может быть использован природный газ. Печь состоит из керамического муфеля, реактора, заключенного в огнеупорную футеровку, с каналами, прогреваемыми дымовыми газами.

Туннельная печь представляет собой туннель шириной 1390 мм и высотой 1260 мм. Внутри камеры по рельсовым путям проталкиваются вагонетки с катализатором. Теплоноситель - дымовые газы - из циклонной топки подается по двум вертикальным каналам. Дымовые газы отсасываются вентилятором в конце печи, часть их выбрасывается в атмосферу, часть подается на рециркуляцию для снижения температуры дымовых газов на входе в печь до 450С.

Рециркуляция газов позволяет не только снижать температуру на входе в печь, она является также эффективным методом регулирования температуры в топочных камерах тепло-, парогенераторов, печных установках и технологических аппаратах с целью обеспечения тепловых режимов работы.