 |
2. Содержание учебного элемента
|
|
|
|
2. Содержание учебного элемента
2. 1. Общие понятия
Технологическая печь - аппарат, предназначенный для передачи нагреваемому продукту тепла, выделяющегося при сжигании топлива непосредственно в этом аппарате.
Как правило, технологическая печь имеет камеру радиации, в которой размещен радиантный змеевик, и камеру конвекции, в которой размещен конвекционный змеевик.
В топку печи через горелочные устройства (ГУ) вводится топливо, через амбразуры и отверстия в кладке и каркасе вводится необходимый для сжигания топлива воздух.
Тепло, выделяемое при сжигании топлива, расходуется на повышение температуры дымовых газов и частиц горящего топлива, которые раскаляются и образуют горящий факел. Температура, размер и конфигурация факела зависит от температуры и количества воздуха, поступающего в печь, способа его подвода, конструкции и нагрузки по топливу ГУ, теплоты сгорания топлива, расхода распыляющего агента, степени экранирования кладки.
85-90% тепла, передаваемого радиантным трубам - лучистое тепло, 10-15% - передается им конвекцией.
Излучающая способность дымовых газов - величина переменная и зависит от температуры дымовых газов, концентрации трехатомных компонентов в них и толщины газового слоя. Теплопередача в камере радиации повышается с ростом температуры и концентрации в дымовых газах диоксида углерода, водяного пара и диоксида серы. В конкретной печи толщина газового слоя - величина постоянная.
Следовательно, излучательная способность газов в камере радиации конкретной печи зависит от температуры дымовых газов и концентрации трехатомных компонентов в них.
В камере конвекции 60-70% общего количества тепла, получаемого нагреваемым продуктом, передается конвекцией, 20-30% - излучением дымовых газов, до 10% тепла передается излучением кладки ограждающих стен печи. Основной фактор, определяющий эффективность передачи тепла конвекцией, это скорость дымовых газов в конвекционной камере.
|
|
|
В промышленности применяют трубчатые печи с поверхностью нагрева радиантных труб 15-2000 м2. Тепло производительность трубчатых печей составляет от 0, 12 до 240 МВт, а производительность по нагреваемой среде достигает 8-10 55 0 кг/ч. Температура нагреваемой среды на входе и выходе из печи в зависимости от технологического процесса изменяется в широком диапазоне - от 70 до 9000С, а давление от 0, 1 до 30 МПа.
Основные показатели, характеризующие работу печи:
- -производительность;
- полезная тепловая нагрузка;
- тепло напряженность поверхности нагрева и топочной камеры;
- коэффициент полезного действия;
- коэффициент избытка воздуха;
- потери тепла и их источники;
- количества и состав выбросов вредных веществ в атмосферу;
Производительность печи характеризуется количеством продукта, нагреваемого в печи в единицу времени и может быть измерена непосредственно.
Полезная тепловая нагрузка (тепловая мощность) - количество тепла, воспринимаемого нагретым продуктом в единицу времени (кДж/ч), и может быть определена расчетным методом по измеренным расходу и температурам на входе и выходе из печи нагреваемого продукта, и водяного пара, расходу и температурам на входе и выходе воздуха из воздухонагревателя и т. д.
Теплонапряженность поверхности нагрева или плотность теплового потока, это количество тепла, переданного нагреваемому продукту через м2 поверхности нагрева в единицу времени (Вт/ м2).
Данная величина определяется расчетным способом раздельно по радиантным и конвекционным трубам, так как они имеют разные допустимые значения этого показателя.
|
|
|
Теплонапряженность топочного пространства - количества тепла, выделяемого при сжигании топлива в единицу времени в расчете на м3объема топки (кДж/ м3), текущее значение этого показателя может быть определено расчетным способом с использованием микропроцессорного контроллера.
Коэффициент полезного действия печи - часть полезно используемого тепла от общего тепла, выделяемого при сжигании топлива. В настоящее время нет прямого способа измерения коэффициента полезного действия печи, но известны способы его расчета с помощью микропроцессорных устройств.
Коэффициент избытка воздуха. Для нормальной работы печи нужно обеспечить поступление в печь воздуха, что достигается за счет естественной или искусственной тяги. Первая создается дымовой трубой, вторая - дымососом.
Количество подаваемого воздуха зависит от многих факторов.
Теоретический (стехиометрический) расход воздуха - минимальное количество воздуха, требующееся для полного сгорания топлива, зависит от химического состава топлива. С повышением содержания углерода в топливе теоретический расход воздуха уменьшается.
Чем выше удельный вес топлива, тем меньше расход воздуха. При сжигании газообразного топлива требуется больше воздуха, чем для сжигания жидкого топлива. Следует обратить внимание, что расход воздуха для получения единицы полезного тепла при сжигании топлива практически не зависит от вида сжигания топлива.
Коэффициент избытка воздуха в топке технологической печи зависит от типа ГУ, способа сжигания топлива, требований по минимальному образованию вредных веществ и герметичности ограждающих стен печи.
Потери тепла при эксплуатации печи - существуют три источника потерь тепла:
- тепло, теряемое при химическом недожоге топлива;
- тепло, теряемое в окружающую среду через ограждающие стены;
- тепло, теряемое с уходящими дымовыми газами;
Тепло, теряемое при химическом недожоге топлива, в основном, зависит от работы печи и ее ГУ. При сравнительно высоких коэффициентах избытка воздуха, при которых, как правило, эксплуатируются технологические печи, тепло с химическим недожогом топлива практически не теряется.
Потери тепла в окружающую среду через ограждающие стены зависят от многих факторов: величины поверхности кладки, степени тепловой изоляции кладки, атмосферных условий (температуры воздуха, направления и скорости ветра, осадков и т. д. ).
|
|
|
По отечественным данным величина потерь тепла в окружающую среду оценивается в 7-11% от общего количества тепла, выделяемого при сжигании топлива; по зарубежным данным - 1-3%. Для определения тепло потерь в окружающую среду можно использовать непосредственное измерение температуры поверхности стен с помощью контактных термометров или инфракрасной съемки. Для сокращения этих потерь нужно обеспечивать хорошую теплоизолирующую кладку и наружную теплоизоляцию стен, например, минеральной ватой. Сокращение этих потерь не обеспечивает существенной экономии тепла.
Тепло, теряемое с уходящими дымовыми газами, - наиболее значимая составляющая часть потерь. Эти потери зависят от температуры и количества дымовых газов, сбрасываемых в атмосферу через дымовую трубу, составляют 60-80% общих потерь тепла. Так при коэффициенте избытка воздуха 1, 2-1, 0% -ная экономия тепла приводит к понижению температуры уходящих газов на 200С. При этом понижение коэффициента избытка воздуха очень выгодно при низком КПД печей, при повышенном КПД - менее выгодно. В экстремальном случае при 100% КПД избыток воздуха не имеет значения. Для снижения тепло потерь с уходящими дымовыми газами необходимо широко применять утилизацию тепла дымовых газов в котлах-утилизаторах и экономайзерах, и обеспечивать работу печи с оптимальным коэффициентом избытка воздуха для сокращения потока дымовых газов.
На наших заводах большое распространение получили печи с наклонными сводами, разработанные институтом " Гипронефтезаводы". Это так называемые двухскатные типовые печи теплопроизводительностью 5, 8, 16, 22, 30 МВт (Гкал/час). (рис. 1, 2).
Для отечественных установок каталитического риформинга, гидроочистки и ароматизации институтом " Ленгипрогаз" разработаны конструкции многокамерных печей с вертикальными змеевиками.
На рис. 3 показана печь комбинированной установки каталитического риформинга тепловой мощностью 18, 5 млг х ккал/ч.
 |
Вопросы к размышлению:
1. Что такое КПД печи?
2. Что такое коэффициент избытка воздуха?
3. Потери тепла.
|
|
|
