ПЕЧЬ ТРУБЧАТАЯ
TUBULAR FURNACE

Изобретение относится к устройству трубчатой вертикальной печи с змеевиками, дымоходом и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности для переработки нефтепродуктов, химпродуктов и других продуктов.
Известна печь трубчатая (Патент RU №2385896, С1 10.04.2010), включающая радиантный змеевик, лучеотражательную обечайку, расположенную между обмуровкой печи и трубами радиантного змеевика, а в нижней части отдельно стоящей конвективной камеры, соединенной газоходом, выполненного из сегментных элементов в виде полутора, дополнительно установлены змеевики, соединенные с пустотелой дымовой трубой, уменьшающейся сечением к ее верхней части.
Однако такое устройство печи имеет ряд существенных недостатков.
Соединительный газоход между радиантной и конвективной камерами проходит сверху печи вниз к конвективной камере, расположенной снаружи печи. Это приводит к дополнительным потерям тепла в окружающую среду и сопротивлению дымовых газов. Газоход - чрезвычайно сложная, материалоемкая конструкция, состоящая из сегментных элементов и фланцевых соединений, требующих герметизации, с клапаном безопасности на газоходе (чаще такие клапана устанавливаются на крышке печи).
Недостаточная поверхность теплообмена радиантной камеры, снабженной только одним основным продуктовым змеевиком, и внизу печь снабжена дополнительными змеевиками для побочных продуктов. В печи не предусмотрена заслонка (клапан) пусковой и сезонной тяги, дымосос, пламеотбойник и места и метод их крепления.
Известна печь трубчатая (патент RU №2296926, С2 10.02.2007), включающая футерованный корпус, разделенный кольцевой перегородкой на радиантную и конвективную камеру с змеевиками, воздуховодами и дымовой трубы. Корпус печи в верхней части выполнен с крышкой, люком и отверстиями, в которые пропущены трубы конвективного и радиантного змеевиков, соединенных снаружи печи фланцами. Змеевики установлены на скользящих подвесах относительно кольцевой перегородки, а дымовая труба установлена на одном основании с корпусом печи и соединена с конвективной камерой двумя симметрично расположенными воздуховодами. Этот патент может быть прототипом для предлагаемого изобретения.
Недостатки этой печи
Дымоход, установленный на одном основании с печью, трудно обслуживается при эксплуатации опасных производственных объектов. При таком устройстве печи невозможно установить дополнительное оборудование (например регулируемую заслонку, дымосос, датчики и контрольно измерительные приборы) и провести его обвязку и обслуживание.
Дымовая труба с конвективной камерой соединена двумя симметрично расположенными длинными со многими коленами воздуховодами, с значительно большим сопротивлением дымовых газов при выходе в окружающую среду (в атмосферу), значительно проще соединить напрямую одним коротким патрубком. Корпус печи в верхней части выполнен с крышкой, люком и отверстиями для конвективного и радиантного змеевиков, соединенных снаружи печи фланцами. Значительно проще соединение этих змеевиков внутри самой печи путем сварки одной соединительной трубой, что уменьшает длину соединения и не требует герметизации дополнительных восьми фланцевых соединений с юбками для высокотемпературного продукта. При этом на практике обеспечивается монтаж, демонтаж змеевиков.
Установка крышки с люком по центру корпуса печи при прямом воздействии длинного прямого факела от форсунки газовой горелки может разрушить крышку печи, поэтому необходим в верхней части радиантного змеевика пламеотбойник, рассекающий газовый поток от центра корпуса печи к периферии.
Наружный (конвективный) змеевик через кольцевую перегородку закреплен на скользящих подвесах. Наиболее эффективно можно закрепить этот змеевик без скользящих подвесов, путем изготовления этого змеевика с минимальным зазором между трубами этого змеевика, которые опираются друг на друга, что позволяет дополнительно увеличить поверхность теплоотдачи змеевика или значительно сократить высоту печи и кольцевой перегородки и соответственно уменьшить металлоемкость и стоимость печи.
Целью предлагаемого изобретения является исключение перечисленных недостатков и повышение надежности эксплуатации печи, повышение КПД за счет использования тепла уходящих газов, улучшение экологии, снижение стоимости и повышение эффективности работы печи в целом.
Поставленная задача решается тем, что дымоход с вертикально установленным рекуперативным теплообменником трубчатой печи (далее рекуператор) установлен параллельно корпусу печи на отдельном от печи фундаменте на расстоянии от выходного штуцера печи до входного штуцера рекуператора, равном длине корпуса регулируемой заслонки и длине входного штуцера дымососа, и соединен с нижней частью корпуса печи патрубком диаметром, равным диаметру кожуха рекуператора, а внутри патрубка установлена регулируемая заслонка и датчики контрольно измерительных приборов, а выходной патрубок печи соединен с пространством печи, образованным между наружным змеевиком с минимальными зазорами между трубами и жаропрочной защитной обечайкой, футеровки корпуса печи, а внутренний змеевик снаружи снабжен лучеотражательной обечайкой, с бандажами жесткости на концах, закрепленной через стойки и кронштейны к поду и крышке печи, а в верхней части внутреннего змеевика установлен регулируемый пламяотбойник напротив выхлопного на съемной крышке печи, а рекуператор в нижней части межтрубного пространства снабжен входным штуцером от дымососа, а в нижней части его распредкамеры установлены входной и выходной штуцеры с соединительной трубой, последовательно соединенной внизу с наружным конвективным змеевиком, вверху с внутренним радиантным змеевиком и внизу с трубой и выходным штуцером, проходящим через отверстие в поде или корпусе печи к потребителям целевого продукта.
В результате такого технического решения достигается оптимальная компоновка печи, обеспечивается удобное надежное обслуживание и эксплуатация печи как опасного производственного объекта, представляется возможность установки дополнительного оборудования и эффективность печи в целом. Значительно упрощено конструктивное оформление печи, уменьшены трудозатраты и сопротивление дымовых газов за счет соединения одним прямым коротким патрубком конвективной камеры печи с дымоходом с рекуперативным теплообменником трубчатой печи и короткого соединения конвективного и радиантного змеевиков за счет сварки внутри змеевиков. Повышена надежность трубчатой печи. Для защиты крышки печи с фланцем от преждевременного разрушения прямого воздействия факела от форсунок горелки, включая наличие и удобную установку выхлопного клапана, предусмотрена их защита с помощью регулируемого пламяотбойника, рассекающего прямой поток от центра радиантной камеры. Наружный конвективный змеевик за счет изготовления его с минимальным зазором между трубами змеевика (трубы змеевика могут касаться между собой) не требует установки скользящих подвесов и при этом позволяет существенно уменьшить высоту змеевика лучеотражательной обечайки и увеличить поверхность теплопередачи.
Лучеотражательная жаростойкая обечайка, помимо того что служит для нагрева наружной поверхности внутреннего змеевика, выполняет роль разделения радиантной и конвективной камер печи, закрепляется жестко вверху и внизу печи с помощью бандажей жесткости, стоек и кронштейнов, проходящих через отверстия в крышке и поде печи. Рекуператор в нижней части межтрубного пространства дополнительно снабжен выходным штуцером для подключения дымососа, необходимом в случае изменения сезонной тяги, зависящей от температуры и давления окружающей среды, как в зимнее, так и летнее время в условиях различных климатических поясов. В нижней части распредкамеры рекуператора входной и выходной штуцеры с соединительной продуктовой трубой последовательно соединены с печью, внизу - с наружным конвективным змеевиком, вверху - внутренним радиантным змеевиком и внизу - с соединительной трубой и выходным штуцером, проходящим через отверстие в поде или корпусе печи к потребителям целевого продукта (обычно к ректификационной колонне).
Дымовые газы проходят межтрубное пространство рекуператора, дымоход с оголовком постепенно охлаждается на выходе из дымохода (до 300-350°С), что существенно улучшает экологическую обстановку в зоне печи.
Печь включает (Рис. 1) вертикальный корпус 1, футеровку 2, защитную высокотемпературную жаропрочную стальную обечайку 3, внизу корпуса печи крепится чаще всего автоматизированная газовая горелка 4 с форсункой для распыления сжигаемого топлива и системой наддува воздуха для обеспечения стабильного горения в печи. В верхней части внутреннего змеевика 7 установлен регулируемый пламеотбойник 5, напротив выхлопного клапана 6. Внутри печи установлены несколько витых цилиндрических или прямоугольных змеевиков 7, 8, разделенных специальной лучеоражающей обечайкой 9. Радиантный змеевик 7 в нескольких точках верхней части крепится кронштейнами 18 через отверстие в съемной крышке печи 21. Змеевики установлены коаксиально и образуют между собой и лучеотражательной обечайкой каналы для прохода дымовых газов, образующихся при сжигании топлива с помощью газовой горелки. Внизу пода печи устанавливается одна или несколько гляделок 10.
Между конвективной камерой печи 11 и рекуперативным теплообменником 12, установлен соединительный патрубок 13, в котором установлена регулируемая задвижка 14. К соединительному патрубку врезан входной патрубок дымососа 15 с задвижкой (или заглушкой) 16. В межтрубном пространстве рекуператора установлен входной штуцер 17, соединенный трубопроводом 23, с выходным штуцером дымососа. Верхняя часть дымохода 19 снабжена оголовком 20, способствующим разряжению газового потока при выходе его в атмосферу. В трубном пространстве рекуператора установлен выходной штуцер, соединенный трубопроводом 24 с входом в наружный змеевик 8.
Работа предлагаемого изобретения.
Исходный продукт поступает снизу во входной штуцер трубного пространства рекуператора, нагревается за счет уходящих дымовых газов до заданной температуры и поступает в выходной штуцер рекуператора, и через соединительный трубопровод 24, последовательно поступает в наружный змеевик печи 8 снизу, далее во внутренний змеевик печи 7 сверху вниз и через соединительный трубопровод 23 к выходному штуцеру печи к потребителям.
Нагрев продукта в печи осуществляется за счет сжигания топлива с помощью специальной горелки с форсункой в радиантной камере с лучеотражательной обечайкой с образованием лучистой энергии и высокотемпературных дымовых газов, поступающих в конвективную камеру и через соединительный патрубок 13, регулируемую заслонку 14 (или при необходимости дымосос) в межтрубное пространство рекуператора и дымоход. При работе дымососа задвижка 14 закрывается.
Поток высокотемпературных дымовых газов (с температурой около 800°C), проходя последовательно пространство каждого коаксиального змеевика печи, рекуператор, дымоход, оголовок, поступает в окружающую среду. Дымовые газы, проходя межтрубное пространство рекуперативного теплообменника, нагревают продукт в трубном пространстве и охлаждаются на выходе из дымохода до температуры ≈300-400°С, что существенно улучшает экологическую обстановку в зоне печи.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент RU 2364810 C1, от 11.03.2008, МПК F28D.
2. Патент RU 2385896 C1, от 17.07.2008, МПК C10G 9/20.
3. Патент RU 2296926 C2, от 17.03.2004, МПК F27B 5/00, С10G 9/20.