Что такое полезная тепловая нагрузка печи

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Основными показателями работы трубчатой печи являются производительность, полезная тепловая нагрузка, теплонапряжен-ность поверхности нагрева и топочного объема (расчетные и допус­каемые), площадь поверхности нагрева, КПД.

Производительность печи по сырью находят при расчете тепловых и материальных балансов установки. Она колеблется от 30—50 до 10—15 тыс. т/сут. Полезная тепловая нагрузка, или тепло­вая мощность, печи Qmnскладывается из теплот, затраченных на нагрев и испарение продукта и на перегрев водяного пара (при на­личии в печи пароперегревателя):

Здесь QH, QB— теплота, сообщаемая в печи продукту и водяному пару соответ­ственно, Вт (кДж/ч); L„, La— расход продукта и водяного пара, кг/ч; /,, /, — энтальпия продукта на входе и выходе из печи соответственно, кДж/кг (при наличии на выходе из печи паровой фазы /2 определяют с учетом доли отгона); Ju J2 — энтальпия водяного пара на входе и выходе из печи, кДж/кг.

Теплонапряженность площади поверхности нагрева определя­ется количеством теплоты, передаваемой через 1 м2 площади поверх­ности труб; она зависит от конструкции печи, вида нагреваемого сырья, необходимой температуры его нагрева и скорости в трубах. Допускаемая теплонапряженность радиантных трубчатых змееви­ков колеблется от 10 до 60 кВт/м2, а для конвекционных змеевиков составляет 10—18 кВт/м2.

Различают два коэффициента полезного действия печи:

КПД топливный — отношение общего количества поглощенно­го тепла к количеству тепла, полученному только от горения топли­ва, без учета физического тепла, вносимого с воздухом, водяным паром и топливом (рассчитывается по низшей теплотворной спо­собности топлива);

КПД термический — отношение общего количества поглощен­ного тепла к общему количеству тепла, выделившемуся при горе­нии топлива, с учетом теплоемкости воздуха, топлива и распыливающей среды (рассчитывается по располагаемому теплу топлива QE).

Топливный КПД современной печи должен быть не ниже 90 %; его величина зависит от полноты сгорания топлива, а также от по­терь тепла с уходящими продуктами сгорания и через обшивку кор­пуса печи:

где Q — низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг (кДж/нм3); qn, qyr, qHC— удельные (на единицу массы или объема топлива) потери тепла в окружа­ющую среду через обшивку корпуса печи, с уходящими продуктами сгорания и от неполноты сгорания топлива соответственно, кДж/кг (кДж/нм3).

В современной трубчатой печи относительные потери тепла через обшивку ее корпуса должны составлять не более:

1,5 % — для печи без воздухоподогревателя;

2,5 % — для печи с воздухоподогревателем.

Суммарные допускаемые подсосы через неплотности корпуса печи (сальники входных и выходных труб, гляделки, взрывные окна и др.) регламентированы в зависимости от вида используемого топ­лива и типа тяги.

Потери тепла с продуктами сгорания, покидающими печь, зави­сят от их температуры и избытка воздуха в них. Коэффициент из­бытка воздуха «а» в продуктах сгорания, покидающих печь, при оцен­ке потерь тепла с ними, принимается:

для печей, работающих на естественной тяге и на:

топливном газе а = 1,20,

жидком топливе а = 1,25;

для печей, работающих на принудительной тяге и на:

топливном газе а = 1,15,

жидком топливе а = 1,20.

Температура продуктов сгорания перед дымовой трубой прини­мается, в зависимости от вида топлива и содержания серы в нем (т. е. в зависимости от точки росы продуктов сгорания), на уровне примерно 120-170 °С.

Для охлаждения продуктов сгорания до 120—170 °С, как прави­ло, предуематриваются воздухоподогреватели, нагретый воздух из которых поступает в горелки печи.

Выбрав тип печи, находят диаметр труб и число потоков в печи. На российских НПЗ и НХЗ построены трубчатые печи различных типов: узкокамерные печи с верхним отводом дымовых газов и го­ризонтальным расположением труб; узкокамерные печи с нижним отводом дымовых газов и горизонтальным расположением труб; цилиндрические! трубчатые печи с вертикальным или винтовым (витым) змеевиком в топке, секционные и многокамерные трубча­тые печи.

Капитальные затраты на сооружение трубчатых печей с верти­кальным: расположением труб радиантного змеевика, как правило, ниже затрат на сооружение печей той же мощности, но с горизон­тальным расположением труб в камере радиации. При вертикаль­ном расположении труб суммарный расход высоколегированных жаропрочных сплавов для изготовления вертикальных подвесок (одной на каждые две соседние трубы), а также направляющих (в нижней и средней частях труб змеевика), как правило, ниже, чем для изготовления промежуточных опор горизонтальных труб. В последние годы проявилась устойчивая тенденция на использова­ние трубчатых печей с вертикальными змеевиками даже там, где нагреваемая среда склонна к коксованию (атмосферные и вакуум­ные печи установок АВТ, печи висбрекинга и,др.). В связи с осво­ением технологии паровоздушного выжига кокса змеевики трубча­тых печей выполняются безретурбендными, с применением круто­изогнутых отводов.

В современных трубчатых печах исключено использование го­релок беспламенного сжигания топлива в связи с:

невозможностью устойчивой работы на топливном газе пере­менного состава, поскольку индивидуальная настройка горелок на сжигание топливного газа по соотношению топливо : воздух осуще­ствляется только в период пусконаладочных работ на печи, после чего в регламент эксплуатации печи записывается давление по рядам горелок. Это означает, что установленное один раз соотноше­ние воздух : топливо остается неизменным в процессе эксплуатации печи, в том числе при изменении состава топлива, когда это соотно­шение должно быть изменено;

невозможностью работы в требуемом диапазоне рабочего регу­лирования горелок на нефтезаводском газе, содержащем водород. При снижении нагрузки имеет место обратный «проскок» пламени в распределительную камеру, сопровождающийся «хлопком» — ло­кальным взрывом газовоздушной смеси с «отстрелом» керамики с ниппелей горелки;

невозможностью герметизации временно отключаемых горелок;

чрезмерно большой зоной обслуживания;

На современных установках, включая установки пиролиза, вис-брекинга и др., используются вертикально-факельные трубчатые печи с подовым расположением горелок. В некоторых случаях, по требованию лицензиара, в трубчатых печах могут применяться настенные плоскопламенные горелки, обеспечивающие получение веерообразного или кругового настильного факела, располагающе­гося на предельно малом расстоянии от труб змеевика.

Тип печи выбирается по указанию лицензиара процесса; ката­логу производителей печей; опыту проектирования аналогичных установок; опыту эксплуатации ранее спроектированных печей.

При выборе типа печи следует иметь в виду, что каждому типу соответствует оптимальное число симметричных потоков. Если печь приспособлена для двух потоков (в случае, например, двух симметричных настенных экранов), применять однопоточный змеевик нежелательно.

Выбрав тип печи, приступают к определению диаметра труб и числа потоков. С этой целью рассчитывают необходимую пло­щадь поперечного сечения труб S (м2):

где р’с— плотность сырья при температуре входа в печь, кг/м3; w — оптимальная скорость движения нагреваемой среды (при движении маловязких жидкостей составляет 0,8-2,5 м/с, вязких продуктов — 0,5-1 м/с, газов под давлением — 8—15 м/с, водяного пара — 20—30 м/с).

Подсчитав S, подбирают диаметр труб и соответствующее этому диаметру число потоков.

При выборе диаметра трубы следует исходить из перечня труб, широко применяемых в трубчатых печах, в мм: 57 х 4; 76 х 5; 89 х 8; 102×8; 108×8; 114×8; 127 х 8; 159 х 8; 219 х 10; 273 х 10; 326 х 10.

Обычно для изготовления радиантного змеевика с испаряю­щимся в печи продуктом используются трубы нескольких (от двух до пяти) диаметров, что позволяет снизить гидравлическое сопро­тивление такого змеевика.

Число потоков испаряющегося в печи продукта должно быть минимальным. Не допускается изменять число потоков в пределах всего змеевика печи: от входного штуцера камеры конвекции до выходного штуцера камеры радиации.

Затем находят суммарную поверхность радиантных труб Нр (м2):

где Qp— теплота, передаваемая в радиантной камере (обычно составляет 75 % Опол); qp — теплонапряженность радиантных труб.

Общее количество полезной теплоты печи QП0Л распределяется между радиационной Qpи конвекционной QK0Hкамерами примерно следующим образом:

Ориентировочное значение теплонапряженности радиантных труб qр можно принять по эксплуатационным данным согласно таблице.

Таблица. Средняя допускаемая теплонапряженность поверхности радиантных труб различных типов трубчатых печей

Если отсутствует требование по времени пребывания нагревае­мого продукта в определенной зоне змеевика, общая длина труб одного потока радиантного змеевика L, (м) составит:

При компоновке радиантного змеевика узкокамерной печи с однорядными настенными экранами следует придерживаться ре­комендуемой величины отношения высоты топки h к ее ширине d (диаметру — для цилиндрической печи) в зависимости от тепловой мощности печи:

Теплонапряженность топочного объема при проектном тепло­выделении не должна превышать 125 кВт/м3 для печей, работаю­щих на жидком топливе, и 165 кВт/м3 — для печей, использующих газовое топливо

Зная тип печи, площадь поверхности нагрева радиантной каме­ры, диаметр труб и число потоков, проводят поверочный расчет печи, методика которого подробно изложена в литературе. Змееви­ки для трубчатых печей изготавливаются на Подольском машино­строительном заводе (ЗИО) в Московской области, на Новочеркас­ском машиностроительном заводе.

Насосы

Для выбора насоса необходимо располагать данными, характе­ризующими свойства жидкости и условия перекачивания: 1) темпе­ратура жидкости, °С; 2) плотность продукта при температуре пере­качивания, кг/м , 3) расход продукта, кг/ч; 4) вязкость при темпе­ратуре перекачивания, сСт; 5) давление (напор) во всасывающей линии, МПа или м ст. жидкости; 6) требуемое давление (напор) в нагнетательной линии насоса, МПа или м ст. жидкости; 7) корро­зионная агрессивность продукта.

Температуру, расход, плотность и вязкость жидкости находят в процессе технологического расчета установки; коррозионная агрессивность продукта сообщается научно-исследовательским ин­ститутом — разработчиком процесса или зарубежной компанией — лицензиаром.

Давление во всасывающей линии /гвс (м ст. жидкости) вычисля­ется по формуле

где н6 — барометрическое давление в сосуде, из которого поступает жидкость на насос, м ст. жидкости; hs— разница отметок между уровнем жидкости в сосуде, из которого поступает жидкость, и осью насоса, м; vBC — скорость во всасываю­щем патрубке насоса, м/с; g — ускорение свободного падения, м/с2; Л,,— гидрав­лическое сопротивление всасывающего трубопровода, м ст. жидкости.

Давление, которое необходимо обеспечить в нагнетательной линии насоса, hH(м ст. жидкости):

где HD — абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в сосуде, куда подается продукт, м ст. жидкости; hD — разница отметок между уровнем жидкости в сосуде, куда подается продукт, и осью насоса, м; vH — скорость в нагнетательном патрубке насоса, м/с; Аг — гидравлическое сопротивление на­гнетательного трубопровода, м ст. жидкости.

Рассчитав hHи /гвс, находят необходимый дифференциальный напор насоса:

Зная требуемые производительность и дифференциальный на­пор с учетом физико-химических свойств и коррозионной агрес­сивности перекачиваемого продукта, по каталогам и номенклатур­ным перечням машиностроительных заводов подбирают насос. Учитывая возможные отклонения реальной характеристики насоса от приведенной в каталоге, дифференциальный напор рекоменду­ется выбирать на 5—10 % выше полученного расчетным путем.

На НПЗ и НХЗ наиболее широко применяются центробежные нефтяные консольные насосы типа НК, нефтяные насосы НК, НГК, Н, НГ, НД и НГД, нормализованные центробежные нефтя­ные насосы НДв, НДс, НС, центробежные химические насосы X, АХ, ТХ, АХП, бессальниковые герметичные центробежные элект­ронасосы ХГ, дозировочные насосы НД.

В зависимости от конструкции и условий перекачивания насос может обеспечить всасывание жидкости из резервуара, располо­женного ниже оси всасывающего патрубка, или, наоборот, требо­вать подпора, т. е. превышения уровня жидкости в резервуаре над осью всасывающего патрубка. Величина допустимой высоты всасы­вания или минимального подпора рассчитывается по формуле

где ра— абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в резервуаре, МПа; рп— давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости, МПа; р — плотность подаваемой жидкости, кг/м3; И„ — гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода насоса, м ст. жидкости; Л/гдоп — допустимый кави-тационный запас насоса (приводится в каталогах и справочниках).

Мощность N (кВт), потребляемая, насосом:

где Q — объемная производительность насоса, м3/с; Н — дифференциальный напор, создаваемый выбранным насосом, м ст. жидкости; л — КПД насоса.

В связи с возможными перегрузками фактическую мощность электродвигателя насоса N3принимают несколько большей:

где К— коэффициент запаса (К= 1,2 при N до 50 кВт, К= 1,15 при N от 51 до-350 кВт, К = 1,1 при N выше 350 кВт).

Изготовителями центробежных насосов являются ОАО «Волго-граднефтемаш», Бобруйский машиностроительный завод (Беларусь), ОАО «Лебедянский машиностроительный завод, ОАО «ЭНА» (г. Щелко­во, Московская область), объединение «Насосэнергомаш» (г. Сумы, Ук­раина). Герметичные насосы изготавливаются объединением «Молдав-гидромаш» (г. Кишинев) и концерном «Российские насосы» (г. Москва).

Дозировочные плунжерные насосы выпускаются ОАО «НЕФТЕ-МАШ-САПКОН, концерном «Российские насосы», ОАО «Свесский насосный завод», а шестеренные насосы — объединением «Ливгидро-маш». За рубежом насосы изготавливают десятки различных компа­ний. Известность получили насосы компаний «Grainger», «Bell and Gossett», «Crane», «Deep Blue», «Griswold», «Alton Pumps» и др.

Особую группу представляют пароэжекторные насосы, предназ­наченные для создания вакуума. Насосы различаются по произво­дительности (от 1 до 1250 кг/ч), числу ступеней сжатия (от 2 до 5), типу межступенчатых конденсаторов (поверхностные или смеше­ния), давлению рабочего водяного пара (0,6 или 1,0 МПа), создава­емому остаточному давлению (от 0,13 до 26 кПа), расчетному содер­жанию конденсирующихся паров в отсасываемой смеси [от 0 до 40 % (мае.)],,материалу, из которого выполнен насос.

Основными изготовителями этого оборудования являются ОАО «Вакууммаш» (г. Казань) и ОАО «ВЕСКОМ» (пос. Бессоновка, Пензенская область).