Ахметов и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа (2006)

Благодаря отсутствию раствора каждый блок-кирпич легко воспринимает тепловые деформации и компенсирует их в пределах зазоров

взамках. Этому же способствует разгруженность кладки от собственного веса. Нагрузку от кладки почти целиком воспринимает металлический каркас печи. Замки-лабиринты в соединениях кирпичей обеспечиваютнадежнуюгерметизациюкладки,чтооченьважнодляснижения тепловыхпотерьчерезстеныиуменьшенияколичестваподсасываемого

втопку воздуха. Объем блочной кладки невелик вследствие малой толщины стен (до 250 мм).

Вертикальные стены печей беспламенного горения с излучающими стенами топок полностью или на отдельных участках составлены из керамических панелей. Панели могут чередоваться с кладкой из простых блоков. Керамические панели представляют собой конструктивный элемент горелок, прикрепляемых к каркасу печи. Уплотнения между отдельными горелками, а также между горелками и кладкой осуществляются асбестовой прокладкой или асбестовым шнуром.

Втехнике кладки печей следует отметить тенденцию к применению в качестве материала для обмуровки жаростойкого бетона. Железобетонные стены печи отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. Однако жаропрочность таких стен и их способность переносить резкие колебания температур пока еще полностью не изучены.

Вэксплуатации находятся печи из крупноблочного жаростойкого бетона, стены которых являются несущими. Это исключает необходимость в металлическом каркасе. В конструкциях некоторых печей, имеющих бетонную и блочную обмуровку, а также обычную обмуровку на растворе, предусмотрены воздушные каналы в стенах для охлаждения их естественной вентиляцией.

Долговечность кладки обеспечивается наряду с прочими условиями качеством заполнения температурных швов. Диаметр укладываемого

вшов асбестового шнура должен быть больше ширины шва не менее чем на 5 мм. Ширину температурных швов устанавливают из расчета 5…6 мм на 1 пог. м шамотной кладки.

Для повышения стойкости обмуровки к высоким температурам иногда применяют огнеупорные обмазки, которые наносят на ее внутреннюю поверхность. В качестве такой обмазки применяют раствор концентрата сульфитспиртовой барды. Применяют также обмазку, состоящую из шамотного порошка, глины и жидкого стекла. Однако технология нанесения обмазок сложна, поэтому широкого практического применения они не имеют.

171

В наиболее тяжелых температурных условиях работают перевальные стены, поэтому конструктивно они должны быть более прочными и долговечными. Их толщина обычно больше толщины контурных стен.

Под печи выкладывают из трех слоев: нижний слой из простого кирпичастелитсянабетоннуюпостельплашмя,безраствора;второйслой– из простого кирпича на цементно-глиняном растворе; третий слой (самый верхний) — из огнеупорного кирпича, положенного на ребро, с шамотно-глиняным раствором.

ПОДВЕСНЫЕСВОДЫ

Основными требованиями, предъявляемыми к подвесным сводам, являются долговечность и герметичность.

Долговечность сводов зависит от качества кирпича и надежности подвесок, которые необходимо предохранять от воздействия открытого пламени и высоких температур дымовых газов.

На рис. 2.83 приведена конструкция свода, составленного из попарно стыкованных кирпичей, подвешиваемых на крючьях к каркасу печи.

Рис. 2.83. Крепление кирпичей на своде печи:

1 — подвесной кирпич; 2 — изоляционный шнур; 3 — штукатурка; 4— изоляция; 5— обмуровка стен; 6 — подвесной крючок; 7 — удерживающие прутья; 8 — палец

Система заделки швов обеспечивает надежную герметичность свода и предохраняет штыри и крючья от прогорания. Наибольшей герметичностью и долговечностью отличаются широко применяемые в настоящее время подвесные своды, собранные из фасонных огнеупорных блоков на замках, зубчиках или со множеством лабиринтных сопряжений. На рис. 2.84 показана конструкция такого свода. Фасонные кирпичные блоки нанизывают на чугунные подвески, которые на болтах

172

прикреплены к балкам, связывающим нижние пояса ферм. Собранный из фасонных блоков подвесной свод для заделки зазоров в стыках заливают сверху раствором шамота с огнеупорной глиной и изолируют.

Рис. 2.84. Конструкция свода печи

ФУНДАМЕНТ

Фундамент проектируют с усилением под несущими стойками каркаса печи и сооружают из монолитного или сборного железобетона. Площадь опорной плиты рассчитывают с учетом нормативного допускаемого напряжения сжатия бетона.

Правильность расположения фундамента и его осей, а также высотныхопорныхотметокрегламентирована нормамипредельныхотклонений от проектных размеров: отклонение осей фундамента и размещения отверстий для фундаментных болтов ±10 мм; минимальный зазор для подливки между опорной плитой рамы и опорными плоскостями фундамента 25…30 мм. Для защиты бетона от разрушения грунтовыми водами предусматривают при возведении фундаментов дренажные приспособления и гидроизоляцию. Фундаменты конструктивно изолируют от воздействия высоких температур устройством каналов для циркуляциивоздуха,таккакцементбетонапри300…400°Стеряеткристаллическую воду, поэтому его прочность снижается.

173

МЕТАЛЛИЧЕСКИЙКАРКАС

Каркас представляет собой сборную конструкцию из отдельных рам или ферм, изготовленных из углеродистого стального проката.

Конфигурация каркаса соответствует форме трубчатой печи. Опорные стойки каждой фермы или рамы при помощи шарнирных узлов

иплит крепятся к фундаменту анкерными болтами. Узлы рам крупных печей с большими пролетами ферм имеют шарнирные соединения для компенсации линейного удлинения балок, возникающего при нагреве. В малых печах шарнирные узлы рам отсутствуют, а удлинения балок компенсируются их упругой деформацией (рис. 2.86а).

Фермы каркаса соединены между собой горизонтальными балками

ипрогонами для кровли. По нижнему поясу балок закреплены трубные подвески для продуктовых змеевиков, подвески и кронштейны для обмуровочных кирпичей (рис. 2.86б).

Механическомурасчетуподлежитсредняяфермапечи,какнаиболее нагруженная.

Рис. 2.86. Каркас печи

174

ОБОРУДОВАНИЕДЛЯСЖИГАНИЯТОПЛИВА

В качестве топлива для трубчатых печей нефтеперерабатывающих заводов используют жидкое нефтяное топливо (в основном мазут или другие продукты нефтепереработки) и нефтяной или природный газ.

Вид применяемого топлива определяет конструкцию и особенности оборудования для его сжигания.

Для сжигания топлива применяют горелки, работающие на жидком топливе, газообразном и комбинированные.

Конструкция горелок для трубчатых печей должна отвечать следующим требованиям:

—обеспечить стабильное равномерное распределение тепловой энергии по зонам печи и заданный температурный профиль по длине трубчатого змеевика;

—обеспечить полное сжигание топлива любого состава;

—горение должно быть устойчивым во всем диапазоне изменения расхода газа, т.е. происходить без отрыва пламени от выходной части горелки или проскока его в смеситель;

—иметь большую единичную теплопроизводительность, позволяющую размещать в топке ограниченное число горелок;

—отличаться простотой изготовления, сборки, монтажа в печь и возможностью ремонта без останова печи;

—обеспечивать эффективный и экономичный расход топлива, работать с минимальным избытком воздуха (ά = 1,05…1,1);

—быть конструктивно несложной и удобной для технического обслуживания;

—обеспечить безопасность эксплуатации и ремонта, а также сохранение чистоты окружающей среды, предотвращать загрязнение ее вредными выбросами с дымовыми газами;

—работать без значительного шумового давления с соблюдением установленных санитарных норм;

—обладать возможностью включения в систему автоматического управления тепловым процессом печи.

Комбинированные (газомазутные) горелки парового и воздушного распыливания

Комбинированными(газомазутными)горелкамиоборудованобольшинствосовременныхтрубчатыхпечей,применяемыхдлянагреважидких и газообразных сред. Эти горелки удобны в эксплуатации, так как переход от сжигания одного вида топлива к другому эксплуатационно несложен и осуществляется в короткий промежуток времени.

175

Горелки типа ГП

Горелки типа ГП (рис. 2.87) парового распыливания предназначены для сжигания газообразного или жидкого топлива (или того и другого одновременно) в горизонтальном или вертикальном положении при распылении водяным паром или сжатым компрессорным воздухом.

Горелки (рис. 2.88) состоят из трех основных узлов:

— жидкостного;

— газового;

— воздушного.

Газовый узел представляет собой торообразный коллектор с рассредоточенными по окружности отверстиями большего и меньшего размеров — диаметром 10 и 4 мм.

Газопроводсоединенскол-

Рис. 2.87. Горелка типа ГП

лектором резьбовым соединением.

Жидкостной узел состоит из двух частей – узла подачи жидкого топлива с регулирующим вентилем и узла ввода пара для распыливания. Жидкостной узел расположен по оси горелки и на выходе его имеется распыливающее сопло.

Рис. 2.88. Горелка типа ГП:

1 — газовый коллектор; 2 — корпус; 3 — реактор; 4 — воздушный завихритель; 6 — форсунка; 7 — шибер; 8 — сектор; 9 — газоподводящая труба

176

Воздушный узел состоит из двух частей корпуса с окнами, перекрываемыми регистром, через который проходит атмосферный воздух, и патрубка с фланцами для подачи воздуха от вентилятора.

Горелка работает следующим образом.

На жидком топливе — по наружной трубе вводится мазут, а водяной пар подается по внутренней, их расход регулируют запорной арматурой.Подогретаяпарожидкостнаяэмульсиянаправляетсяксоплу.Затем мелкодисперсная паромазутная эмульсия, образованная внутри узла, направляется двумя потоками к завихрителю горелки: один (внешний) направляется через отверстие распределителя, а другой (внутренний) – через рефлектор. Из горелки эмульсия распыляется в воздушные потоки, инжектируемые через воздушный узел. Образование то- пливо-воздушной смеси и ее воспламенение начинается в амбразуре камеры сгорания.

На газообразном топливе горелка работает следующим образом. Топливный газ через отверстие газового коллектора распределяется

вцентральныйзакрученныйипериферийныйпрямоточныйвоздушные потоки, инжектируемые в горелку через воздуховод и окна корпуса. Газовоздушная смесь воспламеняется и сгорает в амбразуре.Расход атмосферного воздуха регулируют шибером и регистром.

Конструкцией горелки предусмотрена возможность подачи в нее воздуха от вентилятора через воздуховод. Необходимость подачи воздуха в горелку может быть вызвана двумя причинами: недостаточным разряжением в топке, при котором не обеспечивается подсос необходимого количества воздуха, и использованием подогретого воздуха для сжигания топлива.

Техническая характеристика ГП-1

Производительность:

при работе на жидком топливе (Q = 39800 кДж/кг), кг/ч 180…216

177

Горелки типа ГП работают устойчиво при совместном сжигании жидкого и газообразного топлива (в любых соотношениях). При этом обеспечивается номинальная тепловая мощность горелки. На графиках приведены характеристики работы горелок.

Горелки типа ФГМ

Применяемые на нефтехимических заводах форсунки не полностью удовлетворяют требованиям изложенным выше. Получившие ранее широкое распространение паровые комбинированные форсунки типа ГНФ, хотя и надежны в работе, поскольку имеют большие отверстия для выхода парожидкостной смеси, но малоэкономичны.

ГНФ ВНИИнефтемашем взамен комбинированных форсунок созданы комбинированные газомазутные факельные горелки ФГМ (рис. 2.89). Они имеют высокие технико-эконо- мические показатели работы, т.к. для распыления топлива можно использовать подогретый в воздухоподо-

гревателях воздух невысо-

Рис. 2.89. Горелки типа ФГМ кого давления – до 0,3МПа.

Горелки типа ФГМ работают бесшумно и, в отличие от форсунок ГНФ с паровым распыливанием, дают более короткое пламя.

Горелки предназначены для сжигания жидкого или газообразного топлива и могут работать на обоих топливах одновременно.

На рис. 2.90 показана универсальная газомазутная форсунка ФГМ- 4 конструкции ВНИИнефтемаша. Она приспособлена для работы на низконапорном воздухе (200…300мм вод.ст.).

178

Форсунка снабжена специальным завихрителем 1 (кожух с лопатками), сообщающим потоку воздуха вращательное движение. Воздушный распыл топлива регулируется заслонкой 3, которая открывается рукояткой4,создавая кольцевой зазор между завихрителем и корпусом форсунки. Подача жидкого топлива регулируется вентилем 6 в парожидкостной камере 5. Часть форсунки для сжигания газа состоит из газового кольцевого коллектора9,в который ввернуты наконечники10. Воздух для горения газа поступает через расположенные на корпусе форсунки окна 7, прикрытые регистром 8.

Рис. 2.90. Горелки типа ФГМ: 1— завихритель; 2— креплениезавихрителя; 3—воздуш- ная заслонка; 4 — рукоятка заслонки; 5 — парожидкостная камера; 6 — топливный вентиль; 7 — воздушные окна; 9 — кольцевой газовый коллектор; 10 — наконечники газового коллектора

Для обеспечения бесперебойной работы горелок требуется соблюдение определенных условий. В топливной схеме должна быть предусмотрена фильтрация мазута, поступающего на горение, а также фильтрация газа, если в нем имеются механические примеси.

Схема обвязки горелок по мазуту должна быть рециркуляционной, позволяющей перепускать мазут через паромазутную головку или помимо нее в обратную линию печи.

Газовые горелки

В старых конструкциях трубчатых печей при больших обьемах топочных камер топливо сжигалось в длинном факеле, которому свойственно хаотическое распределение тепла, что приводит к местным перегревам трубчатого змеевика. Поэтому пришедшим им на смену узкокамерным печам понадобилась иная система сжигания топлива. С целью выравнивания теплонапряженности поверхности трубчатого

179

змеевика во ВНИИнефтемаше разработанны панельные горелки беспламенного сжигания топлива типа ГБПш.

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. 2.92 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).

180