ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ БЕСПЛАМЕННОГО ГОРЕНИЯ

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, конкретнее к трубчатым печам для нагрева и термического разложения углеводородов и других продуктов.
В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности для нагрева и химических превращений различного сырья широко применяются трубчатые печи [1, 2]. Наиболее эффективными из них являются печи беспламенного горения с передачей тепла от раскаленных стен к продуктовому змеевику [1, 2, 3]. Боковые стены таких печей собраны из нескольких рядов беспламенных горелок различных типов [1-3]. Благодаря большой поверхности излучающих стен были достигнуты удовлетворительные показатели радиационного теплообмена и приемлемые габариты печей.
Согласно закону Стефана-Больцмана интенсивность лучистого теплообмена между излучающими и поглощающими поверхностями пропорциональна разности четвертых степеней температур и степени черноты этих поверхностей. Таким образом, интенсивность лучистого теплообмена можно изменять путем искусственного увеличения или уменьшения степени черноты теплообменных поверхностей.
Целью настоящего изобретения является интенсификация теплообмена в печи беспламенного горения путем изменения степени черноты как излучающих стен, так и продуктового змеевика.
Специальными исследованиями было установлено, что с повышением температуры степень черноты всех огнеупорных материалов снижается и в диапазоне температур 800-1000°С она составляет 0,5-0,7 (ε=0,5-0,7). Приблизительно такое же значение ε имеют и металлические трубы, покрывающиеся в процессе работы тонким слоем оксидов металла. В то же время
степень черноты некоторых материалов на основе оксидов металлов возрастает с повышением температуры и достигает значений ε=0,9-0,95.
С использованием этих научных предпосылок предложена высокотемпературная трубчатая печь с искусственным повышением степени черноты излучающих стен и трубчатых змеевиков. Разработаны специальные покрытия на основе алюмосиликатов, модифицированных оксидами металлов.
Поставленная цель (интенсификация теплообмена в радиационной камере печи) достигается тем, что поверхности излучающих стен и змеевиков покрываются составами с высокой степенью черноты при рабочих температурах.
Трубчатая печь беспламенного горения состоит из конвекционной зоны 1 и радиационной камеры 2, боковые стены которой выполнены из нескольких рядов радиационных горелок 3. Поверхность керамических блоков горелок, образующих радиационную камеру покрыта слоем материала 4 с высокой степенью черноты. Сгорание топлива происходит на этой зачерненной поверхности. Керамика раскаляется в зависимости от режима работы печи до 800-1100°С. Тепло, в основном радиацией, передается продуктовому змеевику 5, который также покрыт специальным составом с высокой степенью черноты. Зачернение излучающих стен и змеевиков может производиться в печах различного назначения.
Нагреваемый продукт подается в змеевик конвективной зоны, где он предварительно подогревается и поступает в радиационный змеевик. Как указывалось, тепло к нему передается от излучающих стен. Топливом служит углеводородный газ любого состава. В радиационном змеевике продукт нагревается до требуемой температуры. Например, если это печь для пиролиза углеводородов на олефины, то температура выходящего пирогаза составляет 800-870°С.
Искусственное повышение степени черноты интенсифицирует теплообмен, что приводит к повышению КПД печи и экономии топлива. Проведенные эксперименты показали, что экономия топлива достигает 10%. Кроме того, разработанные покрытия имеют высокую механическую прочность, и нанесение их на керамические поверхности существенно увеличивает срок службы последних.
Покрытия из тугоплавких металлов, наносимые на поверхность змеевика образуют химически связанную с металлом термически и механически прочную пленку, значительно снижающую коррозию металла. Срок службы змеевика увеличивается в 1,5-2,5 раза.
Таким образом, использование в печах механически и термически прочных покрытий с высокой степенью черноты дает большой экономический эффект.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Бахшиян Ц.А. Трубчатые печи с излучающими стенами топок. - М.: ГОСИНТИ, 1960. - 192 с.
2. Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л. и др. Пиролиз углеводородного сырья. - М.: Химия, 1987. - 240 с.
3. Сульжик Н.И., Степанов А.В. Ресурсосбережение в нефтехимических производствах. - Киев: Нора-принт, 2000. - 340 с.