Беспламенные панельные горелки типа ГБПш

Предназначены для сжигания в трубчатых печах газообразного топлива, не содержащего конденсата и механических примесей (рис. 2.91).

рис 2.91 Беспламенная панельная горелка типа ГБПш:

1 — стальная труба; 2 — эжектор; 3 — сопло; 4 — регулятор воздуха; 5 — изоляционная прослойка; 6 — корпус; 7 — керамические Призмы

На рис. приведена конструкция одной из беспламенных панельных горелок, составляющих излучающие стенки топок соответствующих печей. В сварную распределительную камеру 1 вмонтированы трубки 5, свободные концы которых входят в керамические призмы 6. Между призмами и стенкой камеры имеется изоляционный слой из диатомовой крошки.

Газовоздушная смесь подается в камеру по трубке инжектора 2. Газ поступает к соплу 3 из газопровода 8. Подача воздуха регулируется заслонкой 4 путем увеличения зазора между ее торцом и трубкой инжектора.

Выйдя из сопла со скоростью 200…400 м/с, струя газа подсасывает необходимое количество атмосферного воздуха. Газовоздушная смесь через инжектор поступает в распределительную камеру, а оттуда по трубкам 5 в керамические туннели.

Панель горелки собирается из керамических призм 6, зазор между призмами составляет 1…3 мм. В каждой призме имеется один, два, четыре или девять туннелей; длина туннеля зависит от его диаметра. В туннелях происходит нагрев газовоздушной смеси до температуры воспламенения и ее горение. Этому способствует высокая температура стенок туннелей, которая зависит от условий эксплуатации печи (производительности горелок и температуры стен трубных экранов).

Рис. 2.92. Беспламенная панельная горелка типа ГБПш:

1 — сварная распределительная камера; 2 — инжекторная труба; 3 — газовое сопло; 4 — воздушная регулирующая заслонка; 5 — трубки панельные; 6 — керамическая призма; 7 — изоляционный слой; 8 — газопроводная труба; 9 — крепление инжекторной трубы

Нормальная работа беспламенных панельных горелок с ровным фронтом горения и излучения обеспечивается при равенстве скоростей распространения пламени и истечения газовоздушной смеси. В трубках скорость смеси больше, чем в туннелях, а в туннелях скорость не должна быть меньше скорости распространения пламени. Следовательно, по существу смесь начинает гореть только после выхода ее из трубок в туннели. Однако практически возможно резкое снижение скорости смеси в трубках вследствие засорения сопел, инжекторов, самих трубок или значительного падения давления топливного газа. Исходя из этих соображений, следует избегать больших объемов распределительных камер, чтобы при проскоке пламени в них не происходили сильные хлопки.

Конструкция панельных горелок позволяет обеспечить равномерные нагрев и лучеиспускание на большой площади, что в конечном счете приводит к малым размерам печей при их высокой эффективности за счет значительной средней теплонапряженности поверхности нагрева (до 80 тыс. ккал/м2ч).

Кроме того, при необходимости горение можно регулировать так, чтобы каждый участок трубного экрана получал тепловое излучение в требуемом количестве; в печах с обычными горелками и форсунками это труднодостижимо.

Способы создания тяги в печах. Способы утилизации тепла уходящих газов.

Дымовая труба

Дымовая труба — это устройство, предназначенное для:

— создания необходимого разрежения в рабочей и топочной камерах печей;

— привода газовой печной среды в движение;

— последующего отвода газовой печной среды в атмосферу.

Дымовые трубы обеспечивают тягу, необходимую для работы трубчатых печей.

Дымовая труба является ответственным инженерным сооружением, работающим в чрезвычайно тяжелых условиях высоких ветровых нагрузок, температуры и агрессивного воздействия дымовых газов.

Трубы имеют основные конструктивные элементы: фундамент, цоколь, ствол, оголовок, зольное перекрытие, бункер, вводы боровов, антикоррозионную защиту, теплоизоляцию, футеровку, ходовую лестницу, молниезащиту, светофорные площадки.

Диаметр дымовой трубы должен быть таким, чтобы скорость движения газов в ней не превышала допустимого значения (4…6 м/с). Требуемая тяга в газовом тракте печи обусловлена разностью плотностей атмосферного воздуха и дымовых газов. Естественная тяга, создаваемая дымовой трубой, зависит от высоты трубы, температуры дымовых газов и температуры атмосферного воздуха. Разрежение в топке печи, создаваемое дымовой трубой, обычно составляет 15…20 мм вод.ст.

Современные печные комплексы оснащаются следующими трубами:

— кирпичными с максимальной высотой 150 м и допустимой температурой проходящей печной среды до 800 °С;

— железобетонными трубами с максимальной высотой 200 м и допустимой температурой газовой среды до 200 °С;

— металлическими футерованными трубами с максимальной высотой 60 м и допустимой температурой газовой среды до 800 °С.

Железобетонные трубы из обычного бетона при наличии футеровки и тепловой изоляции не должны нагреваться более 500 °С. Проектирование кирпичных и железобетонных труб осуществляется институтом ВНИПИТеплопроект.

Для выброса агрессивной печной среды из печей чаще всего применяются металлические трубы (нержавеющая сталь), собранные из отдельных царг высотой до 150 м, установленных на специальных опорных конструкциях, позволяющих заменить любую часть ствола трубы в случае выхода ее из строя.

Большая часть эксплуатируемых в настоящее время дымовых труб изготовлена из стали Ст3. Металлические трубы конической формы в соответствии с нормалями имеют высоту 30, 35 и 40 м при диаметре на выходе до 2000 мм и у основания — до 3200 мм. К фундаменту они крепятся фундаментными болтами (до 16 штук).

Частота колебаний дымовых труб в ветровом потоке совпадает с частотой их собственных колебаний. При определенных скоростях ветра трубы попадают в резонанс, что увеличивает амплитуды их ко лебаний и приводит к значительным динамическим напряжениям.

Нижнюю часть дымовых труб изнутри футеруют огнеупорным кирпичом. Высота футеровки зависит от температуры дымовых газов и обычно составляет не менее 10…15 м. Футеровка способствует затуханию колебаний стальных труб, поэтому ее нужно производить тщательно, с заполнением зазоров между ней и кожухом шлаком или инфузорной землей. При хорошо профутерованных по всей высоте трубах необходимость в расчалках отпадает; их следует ставить только на период монтажных работ.

Условия эксплуатации дымовых труб определяются возможной коррозией их тонких стенок дымовыми газами, а в случае прогаров печных труб или воспламенения сажи — перегревами до высоких температур. В настоящее время повсеместно вводятся в эксплуатацию теплостойкие железобетонные трубы. Во избежание возможного загорания сажи, накапливающейся на стенках труб, их периодически продувают острым паром.

Агрессивные дымовые газы, например, образуются при сжигании топлив, содержащих серу (мазут, угли и т. д.). При этом сера, содержащаяся в топливе, окисляется до сернистого ангидрида и частично переходит в серный андигидрид, при соединении которого с водяным паром, содержащимся в отводимых газах, образуются пары серной кислоты, которые, конденсируясь на поверхности стен газоходов и футеровки вызывают коррозию материалов – разрушение цементного камня в кладке.

Сернокислотная коррозия вызывает дефекты, характеризующиеся следующими признаками:

— разрушением защитного слоя в плитах покрытия;

— оголением арматуры;

— коррозией арматуры;

— коррозией стен;

— появлением неплотностей в стенах (трещин) и местах примыкания газоходов к трубе;

— коррозией крышек во взрывных клапанах и смотровых люках с образованием сквозных отверстий;

— выпучиванием кладки с наклоном верха стен;

— обрушением плит перекрытия;

— разрушением уплотнений в температурных швах;

— обводнением подземных газоходов грунтовыми водами вследствие разрушения гидроизоляции.

В процессе эксплуатации труб установок промышленных предприятий и тепловых электростанций необходимо систематически наблюдать за состоянием газоходов и дымовых труб. При обследовании определяется прочность затяжки стяжных колец, наличие вертикальных и горизонтальных трещин, состояние молниеприемников и токоотводов, оголовка, металлоконструкций светофорных площадок и ходовой лестницы, состояние футеровки и кладки ствола трубы.

Дымоходы (борова) соединяют выход из конвекционной камеры с дымовой трубой.

Борова — это футерованные каналы для транспортирования отходящей из печей газовой печной среды до выбросных труб. Конструкции боровов типизированы, и они выбираются в зависимости от количества газовой печной среды, ее температуры и химического состава. При температуре отходящих газов до 500 °С борова футеруются глиняным кирпичом марки 75, а при более высоких температурах – шамотным кирпичом класса В или Б на шамотном растворе с несущей конструкцией из глиняного кирпича.

В них предусматривают люки-лазы для осмотра и чистки при ремонтах. Все каналы дымоходов снабжают системой паротушения.

Для регулирования тяги на дымоходах или в самом низу дымовой трубы устанавливают шиберы.

Шиберы — плоские заслонки, частично прикрывающие сечение тракта, по которому проходят дымовые газы, предназначенные для достаточно плотного отключения печей от тяговой установки, а также для достижения легкого и чувствительного регулирования количества газовой печной среды, выходящей из печи, и их давления. При пожаре шибером прикрывают боров, что резко снижает тягу и интенсивность горения и предотвращает попадание пламени в дымовую трубу.

Шибер ставится при выходе отходящих газов из камеры печи и представляет собой чугунную, керамическую заслонку, опущенную в боров и подвешенную на тросе, перекинутом через блок с противовесом или непосредственно на барабан ручной или электрической лебедки. Шибера в боровах для зоны с температурой дымовых газов до 600 °С выполняются из чугуна. Для зоны с температурой выше 600 °С шибера для предотвращения коробления выполняются водоохлаждаемыми или керамическими.

Теплообменные аппараты. Общие сведения о процессе теплообмена. Требования предъявляемые к аппаратам. Классификация теплообменной аппаратуры.

Теплообменное оборудование

В большинстве процессов нефтегазопереработки используется нагрев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспорт.

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30 % общего расхода металла на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы этих аппаратов, а также освоению, методов их расчета необходимо уделять особое внимание.

Классификация теплообменных аппаратов и предъявляемые к ним требования

В аппаратах, где идет нагрев или охлаждение, происходит теплообмен между двумя потоками, при этом один из них нагревается, другой охлаждается. Поэтому их называют теплообменными аппаратами вне зависимости от того, что является целевым назначением аппарата – нагрев или охлаждение, какие потоки обмениваются теплом, происходит ли при этом только нагрев и охлаждение или же теплообмен сопровождается испарением или конденсацией.

Применительно к нефтеперерабатывающей промышленности, теплообменные аппараты классифицируются по таким основным признакам, как способ передачи тепла и назначение.

1. В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на следующие группы:

— поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется через поверхность, разделяющую эти среды;

— аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами происходит путем их соприкосновения. Для изготовления теплообменных аппаратов смешения требуется, как правило, меньше металла; кроме того, во многих случаях они обеспечивают более эффективный теплообмен. Однако, несмотря на эти преимущества, аппараты смешения часто нельзя использовать вследствие недопустимости прямого соприкосновения потоков.

2. В зависимости от назначения аппараты делятся на следующие группы:

— теплообменники, в которых один поток нагревается за счет использования тепла другого, получаемого в процессе и подлежащего охлаждению. В таких теплообменниках нагрев одного и охлаждение другого потока позволяет сократить расход подводимого извне тепла (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т. д.) и охлаждающего агента. К этой группе аппаратов относятся теплообменники для нагрева нефти на установке, осуществляемого за счет использования тепла отходящих с установки дистиллятов, остатка, а также промежуточного циркуляционного орошения. Сюда относятся также котлы-утилизаторы, где получают водяной пар за счет использования тепла нефтепродуктов, дымовых газов или катализатора на установках каталитического крекинга. К этой группе относятся и регенераторы холода;

— нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или нагрев и частичное испарение осуществляются за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов и специальных теплоносителей (водяной пар, пары углеводородов, специальные высококипящие жидкости и др.). В таких аппаратах нагрев или испарение одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочным и обусловливается необходимостью нагрева исходного холодного потока. Примером аппаратов этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепло водяного пара, кипятильники, при помощи которых в низ ректификационной колонны подводится тепло, необходимое для ректификации, и т. д.;

— холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения жидкого потока или конденсации и охлаждения паров с использованием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.). Охлаждение и конденсация в этих аппаратах являются целевыми процессами, а нагрев охлаждающего агента — побочным. К таким аппаратам относятся холодильники и конденсаторы любой нефтеперерабатывающей установки, предназначенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов.

При регенерации продукта его окончательное охлаждение до температуры, требуемой для безопасного транспорта и хранения, обычно завершается в холодильниках.

В зависимости от конкретных условий применения, к промышленным теплообменным аппаратам выдвигаются различные требования:

— обеспечение наиболее высокого коэффициента теплопередачи при возможно меньшем гидравлическом сопротивлении;

— компактность и наименьший расход материала;

— надежность и герметичность в сочетании с разборностью и доступностью поверхности теплообмена для механической очистки от загрязнения;

— унификация узлов и деталей;— технологичность механизированного изготовления широких рядов поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур, давлений и т. д.