Беспламенными горелками
Гипронефтемашем разработаны печи с излучающими стенами из беспламенных панельных горелок . Стены топки целиком составлены из беспламенных панельных горелок, вследствие чего горение топлива удается вести почти с теоретическим количеством воздуха и значительно интенсифицируется теплопередача. Кроме того, такие печи компактны, так как экран можно располагать на расстоянии 0,6—1 м от излучающих стен. Ряд таких печей эксплуатируется па наших заводах.
Размеры беспламенных панельных горелок 500×500 и 605 X XG05 мм. В зависимости от теплопроизводительности горелки из-
Теплопая мощность горелок беспламенных панельных в зависимости от парки составляет 0,04—0,32 МВт. Например, тепловая мощность горелки ГБПш-140 равна 0,16 МВт .
Более совершенными и экономичными являются трубчатые печи с излучающими стенками из беспламенных панельных горелок и двухсторонним облучением труб змеевика . Одна из таких печей конструкции Гипронефтемаш представлена на рис. 169; она работает на газообразном топливе, которое сжигается в горелках , выполненных в виде керамических призм 7 . При сжигании газа
Рис. 169. Печи с излучающими стенами из беспламенных панельных горелок.
В настоящее время широко внедряются в промышленность печи с излучающими стенами из беспламенных панельных горелок . Каждая горелка размером 500 X 500 X 230 мм имеет 100—169 туннелей диаметром 20 мм и выполнена из керамики, которая катализирует процесс горения. Газообразное топливо, поступающее в горелку, инжектирует необходимый для горения воздух, затем газовоздушная смесь поступает в распределительную, камеру горелки, а из нее в туннели. На 1 мъ излучающей поверхности приходится от
Трубчатые печи с излучающими стенами из панельных горелок имеют широкий диапазон теплопроизводитель-ности: от 6 до 20 млн. ккал/ч. Они применяются в качестве нагревательных и нагревательно-реакционных печей. Повышение теплопроизводительности в основном достигается увеличением длины печных труб с 6 до 18 м. Увеличение высоты печи нежелательно, так как затрудняет эксплуатацию беспламенных панельных горелок.
Стены радиантной камеры печи целиком собираются из беспламенных панельных горелок и находятся на расстоянии 600—1000 мм от трубного экрана, который может быть одно- и двухрядным.
Основная характеристика беспламенных панельных горелок Гипронефтемаша
Трубчатые печи с излучающими стенами из беспламенных панельных горелок с горизонтальным расположением труб и нижним отводом дымовых газов типа ББ и с верхним отводом дымовых газов типа ЗР целесообразно применять в следующих случаях: при использовании газообразного топлива; при большой разности температур на входе и выходе и высокой температуре нагрева продукта и высоких давлениях; при малом времени пребывания продукта в змеевике; в случаях, если число регулируемых потоков по трубному змеевику для одной печи не превышает двух.
Печь П-1 конструкции Гипронефтемаша — радиантно-конвек-ционного типа, с горизонтальным расположением труб, с излучающими стенами, из беспламенных панельных горелок типа ГБП-85. Число горелок — 40 шт. на каждой стороне печи. Конвекционная камера расположена над радиантной. Дымовые газы после конвекционной части выбрасываются в дымовую трубу, установленную на печн.
Монтаж трубчатых печей с излучающими стенками также начинают со сборки змеевиков камеры конвекции и двойного излучения. При этом вместо ретурбентов с вальцовочными соединениями применяют приварные двойники . На фундамент устанавливают блоки змеевиков двойного излучения, блоки конвекции и пароперегревателя, после чего монтируют каркас печи и панели с беспламенными горелками.
Обе колонны оборудовали самостоятельными пароэжекторными устройствами для создания вакуума. Огневые нагреватели выполнены из сборных блоков жароупорного железобетона и оборудованы беспламенными горелками. Насосы расположены на открытой площадке под постаментом блока ректификации. Размеры площадки 62 X SOjsJ
Трубчатые печи — вертикальные многокамерные с беспламенными горелками.
Для расчета принята печь с двухпоточным змеевиком; диаметр труб в радиантной камере равен 140X8 мм, в конвекционной камере—-114X8 мм. Печь оборудована панельными беспламенными горелками.
Позднее в пиролизных печах стали использоваться беспламенные горелки , позволившие увеличить интенсивность передачи теплоты радиантному змеевику. Средняя теплонапряженность радиантного змеевика при этом возросла до 126—134 тыс. кДж/, а производительность пиролизных печей достигла 6—10 т/ч по сырью . К числу первых печей с беспламенными горелками относится градиентная печь конструкции Гипрокаучука , которая и сейчас еще широко применяется на различных этиленовых установках. В этих печах большинство труб радиантного змеевика подвергается двухстороннему облучению, что повышает равномерность их нагрева. Однако расположение труб в виде горизонтального двухрядного экрана не дает возможности увеличить температуру процесса. Жесткость процесса в этих печах относительно невысока: Т = 770-5-800 °С, время контакта т = 0,7-5-1,5 с.
I/ благодаря значительно большей по сравнению с объемным факелом пламени степени черноты керамики, что позволяет примерно в два раза увеличить теплонапряженность поверхности труб; печи с беспламенными горелками работают при меньшем коэффициенте избытка воздуха , что позволяет снизить потери тепла с уходящими дымовыми газами; уменьшение объема трубчатой печи и ее поверхности и то обстоятельство, что часть стен занята горелками и тепло, которое терялось бы, расходуется на подогрев газовоздушной смеси, позволяет увеличить к.п.д. этих печей до 78—83% против 65—75% для печей с горелками пламенного типа. Важно и то обстоятельство, что расположение панельных горелок рядами позволяет раздельно регулировать обогрев труб различных рядов и тем самым устанавливать в одной трубчатой печи несколько независимо регулируемых секций, обслуживающих различные аппараты.
Известной трудностью при эксплуатации печей с беспламенными горелками оказывается большое число горелок, что усложняет запуск печи.
Источник
31. Горелочные устройства, применяемые в трубчатых печах. Классификация, устройство и принцип действия.
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) горелками оборудовано большинство современных трубчатых печей, применяемых для нагрева жидких 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.
Горелки типа ГП 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:
Газовый узел представляет собой торообразный коллектор с рассредоточенными по окружности отверстиями большего и меньшего размеров — диаметром 10 и 4 мм.
Газопровод соединен с коллектором 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.
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. Подогретая парожидкостная эмульсия направляется к соплу. 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 топливо-воздушной смеси и ее воспламенение начинается в амбразуре камеры сгорания.
На газообразном топливе горелка работает следующим образом.
Топливный газ через отверстие газового коллектора распределяется в центральный закрученный и периферийный прямоточный воздушные 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.
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.
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. Они имеют высокие технико-экономические показатели работы, т. к. для распыления топлива можно использовать подогретый в воздухоподогревателях воздух невысокого давления – до 0,3 МПа. 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 ФГМ4 конструкции ВНИИнефтемаша. Она приспособлена для работы на низконапорном воздухе (200…300 мм вод.ст.).
Форсунка снабжена специальным завихрителем 1 (кожух с лопатками), сообщающим потоку воздуха вращательное движение. Воздушный распыл топлива регулируется заслонкой 3, которая открывается рукояткой 4, 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 коллектора 9, в который ввернуты наконечники 10. Воздух для горения газа поступает через расположенные на корпусе форсунки окна 7, прикрытые регистром 8.
Горелки типа ФГМ: 1 — завихритель; 2 — крепление завихрителя; 3 — воздушная 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.
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 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. 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).
Рис. 2.92. Беспламенная панельная горелка типа ГБПш:
1 — сварная распределительная камера; 2 — инжекторная труба; 3 — газовое сопло; 4 — воздушная регулирующая заслонка; 5 — трубки панельные; 6 — керамическая призма; 7 — изоляционный слой; 8 — газопроводная труба; 9 — крепление инжекторной трубы
Нормальная работа беспламенных панельных горелок с ровным фронтом горения и излучения обеспечивается при равенстве скоростей распространения пламени и истечения газовоздушной смеси. В трубках скорость смеси больше, чем в туннелях, а в туннелях скорость не должна быть меньше скорости распространения пламени. Следовательно, по существу смесь начинает гореть только после выхода ее из трубок в туннели. Однако практически возможно резкое снижение скорости смеси в трубках вследствие засорения сопел, инжекторов, самих трубок или значительного падения давления топливного газа. Исходя из этих соображений, следует избегать больших объемов распределительных камер, чтобы при проскоке пламени в них не происходили сильные хлопки.
Конструкция панельных горелок позволяет обеспечить равномерные нагрев и лучеиспускание на большой площади, что в конечном счете приводит к малым размерам печей при их высокой эффективности за счет значительной средней теплонапряженности поверхности нагрева (до 80 тыс. ккал/м2ч).
Кроме того, при необходимости горение можно регулировать так, чтобы каждый участок трубного экрана получал тепловое излучение в требуемом количестве; в печах с обычными горелками и форсунками это труднодостижимо.
Источник
