Промышленная печь , также известная как прямой нагреватель или нагреватель с прямым огнем , представляет собой устройство, используемое для обеспечения тепла для промышленного процесса, обычно выше 400 градусов по Цельсию. [1] Они используются для обеспечения тепла для процесса или могут служить реактором , который обеспечивает тепло реакции. Конструкции печей различаются по своей функции, нагревательной нагрузке, типу топлива и способу введения воздуха для горения. Тепло вырабатывается промышленной печью путем смешивания топлива с воздухом или кислородом или из электрической энергии . Остаточное тепло будет выходить из печи в виде дымового газа . [1] Они спроектированы в соответствии с международными кодексами и стандартами, наиболее распространенными из которых являются ISO 13705 (Нефтяная и газовая промышленность — Огневые нагреватели для общего обслуживания нефтеперерабатывающих заводов) / Стандарт Американского института нефти (API) 560 (Огневые нагреватели для общего обслуживания нефтеперерабатывающих заводов). Типы промышленных печей включают печи периодического действия , металлургические печи , вакуумные печи и солнечные печи . Промышленные печи используются в таких областях, как химические реакции , кремация , переработка нефти и стекольное производство .
Топливо поступает в горелку и сжигается с воздухом, подаваемым из воздуходувки. В конкретной печи может быть более одной горелки, которые могут быть расположены в ячейках, которые нагревают определенный набор труб. Горелки также могут быть установлены на полу, на стене или на крыше в зависимости от конструкции. Пламя нагревает трубки, которые, в свою очередь, нагревают жидкость внутри в первой части печи, известной как радиационная секция или топка . В этой камере, где происходит горение, тепло передается в основном излучением трубкам вокруг огня в камере.
Нагреваемая жидкость проходит через трубы и, таким образом, нагревается до желаемой температуры. Газы, образующиеся при сгорании, называются дымовыми газами . После того, как дымовые газы покидают топку, большинство конструкций печей включают секцию конвекции , где извлекается больше тепла перед выпуском в атмосферу через дымовую трубу . (HTF = теплопередающая жидкость. Отрасли также используют свои печи для нагрева вторичной жидкости со специальными добавками, такими как антикоррозионные и высокоэффективные теплопередающие. Эта нагретая жидкость затем циркулирует по всему заводу в теплообменниках, чтобы использовать ее везде, где требуется тепло, вместо прямого нагрева производственной линии, поскольку продукт или материал могут быть летучими или склонными к растрескиванию при температуре печи.)
Лучистая секция — это место, где трубки получают почти все свое тепло посредством излучения пламени. В вертикальной цилиндрической печи трубки вертикальны. Трубки могут быть вертикальными или горизонтальными, располагаться вдоль огнеупорной стенки, посередине и т. д. или располагаться в ячейках. Для удержания изоляции вместе и на стенке печи используются шпильки. Они размещены на расстоянии около 1 фута (300 мм) друг от друга на этой фотографии внутренней части печи.
Трубки, показанные ниже, красновато-коричневые от коррозии , представляют собой трубки из углеродистой стали и проходят по высоте радиационной секции. Трубки находятся на расстоянии от изоляции, поэтому излучение может отражаться к задней части трубок для поддержания равномерной температуры стенок трубок. Направляющие трубок сверху, посередине и снизу удерживают трубки на месте.
Конвекционная секция расположена над радиационной секцией, где она более прохладная для рекуперации дополнительного тепла. Теплопередача здесь происходит посредством конвекции , и трубы оребрены для увеличения теплопередачи. Первые три ряда труб в нижней части конвекционной секции и в верхней части радиационной секции представляют собой область голых труб (без ребер) и известны как экранирующая секция («ударные трубы»), так названные потому, что они все еще подвергаются большому количеству излучения из топки, и они также действуют как экранирование труб конвекционной секции, которые обычно изготавливаются из менее стойкого материала от высоких температур в топке.
Зона лучистой секции непосредственно перед тем, как дымовой газ попадает в секцию экрана и в секцию конвекции, называется зоной моста. Переход — это труба, которая соединяет выход конвекционной секции с входом лучистой секции. Переходной трубопровод обычно располагается снаружи, чтобы можно было контролировать температуру и рассчитывать эффективность конвекционной секции. Смотровое стекло наверху позволяет персоналу видеть форму и рисунок пламени сверху и визуально проверять, происходит ли столкновение пламени. Столкновение пламени происходит, когда пламя касается труб и вызывает небольшие изолированные пятна очень высокой температуры.
Это ряд трубок горизонтального/вертикального типа шпилькового типа, соединенных на концах (с изгибами на 180°) или спиральной конструкции. Радиационный змеевик поглощает тепло посредством излучения. Они могут быть однопроходными или многопроходными в зависимости от допустимого падения давления на стороне процесса. Радиационные змеевики и изгибы размещены в радиационном коробе. Материалы радиационного змеевика варьируются от углеродистой стали для низкотемпературных условий до высоколегированной стали для высокотемпературных условий. Они поддерживаются боковыми стенками радиационного змеевика или подвешиваются к радиационной крыше. Материал этих опор, как правило, высоколегированная сталь. При проектировании радиационного змеевика следует позаботиться о том, чтобы сохранялось положение о расширении (в условиях высоких температур).
Горелка в вертикальной цилиндрической печи, как указано выше, расположена в полу и горит вверх. Некоторые печи имеют горелки с боковым огнем, например, в локомотивах поездов. Плитка горелки изготовлена из высокотемпературного огнеупора и является местом, где удерживается пламя. Воздушные регистры, расположенные под горелкой и на выходе из воздуходувки, представляют собой устройства с подвижными заслонками или лопатками, которые контролируют форму и рисунок пламени, распространяется ли оно или даже завихряется. Пламя не должно распространяться слишком сильно, так как это приведет к столкновению пламени. Воздушные регистры можно классифицировать как первичные, вторичные и, если применимо, третичные, в зависимости от того, когда в них вводится воздух.
Первичный воздушный регистр подает первичный воздух, который первым вводится в горелку. Вторичный воздух добавляется в дополнение к первичному воздуху. Горелки могут включать в себя предварительный смеситель для смешивания воздуха и топлива для лучшего сгорания перед введением в горелку. Некоторые горелки даже используют пар в качестве предварительной смеси для предварительного нагрева воздуха и создания лучшего смешивания топлива и нагретого воздуха. Пол печи в основном изготовлен из другого материала, чем стена, обычно из твердого литого огнеупора, чтобы техники могли ходить по полу во время обслуживания.
Печь можно зажечь с помощью небольшого пламени пилота или, в некоторых старых моделях, вручную. Большинство пламени пилота в настоящее время зажигаются трансформатором зажигания (похоже на свечи зажигания автомобиля). Пламя пилота, в свою очередь, зажигает основное пламя. Пламя пилота использует природный газ, в то время как основное пламя может использовать как дизельное топливо , так и природный газ. При использовании жидкого топлива используется распылитель, в противном случае жидкое топливо просто выльется на пол печи и станет опасностью. Использование пламени пилота для зажигания печи повышает безопасность и простоту по сравнению с использованием ручного метода зажигания (например, спичкой).
Сажеобдувочные аппараты находятся в конвекционной секции. Поскольку эта секция находится над радиационной секцией, а движение воздуха медленнее из-за ребер, сажа имеет тенденцию накапливаться здесь. Сажеобдувочные аппараты обычно выполняются, когда эффективность конвекционной секции снижается. Это можно рассчитать, посмотрев на изменение температуры от переходного трубопровода и на выходе из конвекционной секции.
Сажеобдувочные аппараты используют текучие среды, такие как вода, воздух или пар, для удаления отложений из труб. Обычно это делается во время технического обслуживания с включенным воздуходувным аппаратом. Существует несколько различных типов используемых сажеобдувочных аппаратов. Настенные воздуходувные аппараты роторного типа устанавливаются на стенках печи, выступающих между конвекционными трубами. Фурмы подключаются к источнику пара с отверстиями, просверленными в нем с интервалами по всей его длине. Когда он включен, он вращается и сдувает сажу с труб и через дымовую трубу.
Дымовая труба представляет собой цилиндрическую конструкцию в верхней части всех камер теплопередачи. Расположенный непосредственно под ней дымоход собирает дымовой газ и выводит его высоко в атмосферу, где он не представляет опасности для персонала.
Заслонка дымовой трубы , находящаяся внутри, работает как дроссельный клапан и регулирует тягу (разницу давления между впускным и выпускным воздухом) в печи, что является тем, что протягивает дымовой газ через секцию конвекции. Заслонка дымовой трубы также регулирует тепловые потери через дымовую трубу. Когда заслонка закрывается, количество тепла, выходящего из печи через дымовую трубу, уменьшается, но давление или тяга в печи увеличиваются, что создает риски для тех, кто работает рядом с ней, если в печи есть утечки воздуха, пламя может затем вырваться из топки или даже взорваться, если давление слишком велико.
Изоляция является важной частью печи, поскольку она повышает эффективность за счет минимизации утечки тепла из нагретой камеры. Для изоляции используются огнеупорные материалы, такие как огнеупорный кирпич , литые огнеупоры и керамическое волокно . Пол печи обычно представляет собой литые огнеупоры, в то время как те, что на стенах, прибиваются гвоздями или приклеиваются на место. Керамическое волокно обычно используется для свода и стен печи и сортируется по его плотности , а затем по его максимальному температурному номиналу. Например, 8# 2300 °F означает плотность 8 фунтов/фут3 с максимальным температурным номиналом 2300 °F. Фактический температурный номинал для керамического волокна немного ниже максимальной номинальной температуры. (т. е. 2300 °F подходит только до 2145 °F до постоянной линейной усадки).
Бетонные столбы являются фундаментом, на котором монтируется нагреватель. Их может быть четыре для нагревателей меньшего размера и до 24 для нагревателей большего размера. Проектирование столбов и всего фундамента выполняется на основе несущей способности грунта и сейсмических условий, преобладающих в данной местности. Фундаментные болты заливаются в фундамент после установки нагревателя.
Корпус нагревателя снабжен дверцами доступа в разных местах. Дверцы доступа должны использоваться только во время отключения нагревателя. Обычный размер дверцы доступа составляет 600x400 мм, что достаточно для перемещения людей/материалов в нагреватель и из него. Во время работы дверцы доступа надежно закреплены болтами с использованием герметичных высокотемпературных прокладок.
{{cite book}}: |author=имеет общее название ( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: |author=имеет общее название ( помощь ){{cite book}}: |author=имеет общее название ( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )