РЕАКЦИОННЫЕ ПЕЧИ

различных химических процессов при высокой температуре.
Основными процессами, осуществляемыми в

реакционных печах, являются:
пиролиз и термокрекинг
нефтяных фракций
попутных газов нефтепереработки
природных газов
-с целью получения непредельных углеводородов, имеющих самостоятельное значение или являющихся исходными продуктами для синтеза.

с внутренним теплообменом — регенеративные
с неподвижной насадкой,
с

движущимся инертным теплоносителем,
с псевдоожиженным инертным теплоносителем аппараты гомогенного типа (смешение реагентов с перегретым водяным паром или дымовыми газами)
2) аппараты с внешним теплообменом (трубчатые печи)
3) аппараты окислительного пиролиза
4) аппараты плазменного типа.

Важнейшие из них относятся к группам 2 и 3.

и термических реакторов.
При пиролизе температура в трубчатых печах зависит от

природы перерабатываемого сырья и задач процесса. Она может достигать 900 °С (например, при пиролизе углеводородов до ацетилена).
Время реагирования в трубчатых печах 0,5—8,5 с. Оптимальная массовая скорость газов 130—160 кг/(м2ч).
При увеличении времени реагирования усиливается образование кокса.

проводить при малом давлении.
На практике давление на входе в

печь доходит приблизительно до 0,4 МПа.
Скорость движения газов в конце трубчатого змеевика может достигать 180—200 м/с.
Такая высокая скорость необходима для
увеличения производительности,
улучшения теплоотдачи при турбулентном движении газов
уменьшения коксообразования, поскольку при турбулентном движении тоньше ламинарный слой газа у стенки ,а следовательно, меньше объем, в котором происходит интенсивное коксообразование.

радиантной и конвекционной.

В конвекционной камере, служащей для подогрева сырья, 65 % всей теплоты передается конвекцией и З5% излучением от дымовых газов.

Радиантная камера практически выполняет роль реакционной части печи. В ней 90 % теплоты передается излучением и 10 % конвекцией.

конвекционную и радиантную камеры,
противотоком движутся дымовые газы.
Факел имеет

температуру 1300—1600 СС,
дымовые газы на входе в конвекционную
камеру
700—800 °С, выходящий из конвекционной
камеры
газ 350— 500 °С.
Такая высокая температура отходящих газов
необходима для поддержания
высокого температурного напора
в конвекционной камере
и для создания необходимой тяги
дымовой трубы.
1 — радиантная камера
2 — конвекционная камера
3 — дымовая труба.

Топливный газ

Дымовой газ

Реакционная Реакционная
смесь смесь
Сырье

качестве типовой.

Печь имеет две радиантные камеры и общую конвекционную

камеру.

Сырье движется двумя параллельными потоками.

неравномерность прогрева их по окружности и, как следствие, выход труб

из строя в результате прогара.
Этот недостаток частично преодолен в печи двухстороннего облучения

Дымовой газ
сырье сырье








Реакционная масса

камер,
при этом по сравнению с увеличением
количества печей экономится

занимаемая производственная
площадь.
Печь собирается из нормализованных
элементов.
Соседние камеры отделяются одна
от другой двумя рядами труб,
установленных в шахматном порядке,
что обеспечивает двухстороннее
облучение этих труб. 1 — форсунки; 2 — трубы радиантной камеры;
3 — трубы конвек­ционной камеры.

конвекционной камеры от нагрева излучением факела.

Для повышения температуры процесса необходимо

исключить провисание труб и обеспечить прочность наиболее подверженных воздействию высоких температур элементов печи, таких как трубные подвески и опоры.
Этого удается достигнуть при вертикальном расположении труб.

в центре радиантной камеры и обогреваемых с двух

сторон беспламенными горелками, расположенными в боковых стенках на расстоянии 0,9—1,0 м от змеевиков.
В конвекционной камере трубы располагаются горизонтально. При вертикальном расположении удается повысить теплонапряженность труб с 40 до 70 кВт/м2.

температурных удлинений
трубы имеют возможность свободно расширяться вниз
трубные опоры (подвески) находятся

в верхней части в зоне низких температур, так как расположены далеко от горелок, и поэтому могут изготовляться из недорогих материалов
печь имеет малые теплопотери

Недостатком является сложность удаления кокса и опорожнения печей при остановке на ремонт.

одинакового размера.
Каждая секция имеет радиантную и конвекционную камеры. Необходимая

производительность печи обеспечивается набором секций, объединяемых общим дымовым трактом.
Секция представляет собой камеру коробчатой формы, футерованную изнутри жаропрочными бетонными панелями на базе легковесного материала — вспученного вермикулита

змеевика. Форсунки монтируются в поду.
Радиантные

камеры соседних секций отделяются одна от другой только двумя рядами труб змеевика, которые получают двухстороннее облучение.

в печи (2000-20000 кВт).
Теплонапряженность поверхности нагрева - это теплота,

предаваемое через 1 м2 поверхности нагрева труб.
КПД печи - это отношение количества тепла, полезно используемого печью к общему теплу, выделенному при сгорании топлива.

печи является трубчатый змеевик, состоящий из труб длиной

6; 12; 18 м и соединительных элементов.
Чем длиннее трубы, тем ниже гидравлическое сопротивление печи и меньше сварных швов, являющихся слабым местом трубчатого змеевика.
Трубы могут быть из:
углеродистых сталей 10 и 20,
низколегированных сталей типа Х5М
высоколегированных сталей Х18Н9Т, Х23Н18, Х25Н20 и т.д.

жаростойкость

и жаропрочность

Жаростойкость (окалиностойкость) — способность в нагретом состоянии сопротивляться химическому поверхностному разрушению,
Жаропрочность — способность работать под нагрузкой при повышенной температуре при обязательном сохранении жаростойкости.

до 930 °С при максимальной

температуре сырья 800-830 °С,

Трубы из стали Х25Н20 — до 1050 °С при максимальной
температуре сырья 850—950 °С.

Диаметр труб 60—200 мм. Трубы меньшего диаметра имеют большую удельную поверхность теплоотдачи. Поэтому в необходимых случаях вместо увеличения диаметра труб применяются многопоточные печи (от 4 до 24

вызвано агрессивностью топочных газов.
Разрушение печных деталей происходит не из-за

окалинообразования, а вследствие насыщения поверхности детали азотом, что придает металлу хрупкость.
Азот образует с хромом хрупкие соединения. Хромистые стали сильнее подвержены азотированию, чем хромоникелевые, и чем выше содержание никеля, тем выше стойкость стали.
При температуре до 650 °С агрессивная коррозия металла отсутствует.
При 900—1100 °С во избежание насыщения поверхности деталей азотом применяются стали с более высоким содержанием никеля.

побочный продукт производства, природный газ и различные газообразные топлива, мазут.
Агрессивность

топочных газов проявляется в образовании «оспин» — местных разрушений металла труб (от поверхностных до сквозных).
Особенно тяжелые условия создаются при использовании в качестве топлива мазута.
При использовании мазута стандартные жаростойкие стали могут применяться до температуры 650 °С.
при 650—800 °С могут использоваться ферритные стали Х17Т, Х25Т и др.,
при 800—950 °С необходимо применение специальных хромоникелевых сплавов Х50Н50, Х40Н60, Х60Н40.
при температуре более 950 °С надежная работа печи обеспечивается только при использовании газового топлива

когда возможна чистка труб от кокса без применения механических способов.

В нагревательных печах также
используются приварные калачи,
поскольку для этих печей нет
необходимости в чистке труб.
Калачи могут иметь более
значительную толщину стенки, Соединение труб:
а — штампованным калачом; б — литым калачом.
так как испытывают больший
эрозионный износ, чем трубы.

кокса.
Ретурбенды бывают
кованые
литые.
Для возможности вальцовки
и чистки труб устанавливаются

съемные пробки 2. Гнезда для
развальцовки труб имеют
одну или две канавки для
повышения плотности и
прочности соединения ретурбенда
с трубой. Габариты ретурбенда
зависят от диаметра соединяемых труб.
Ответственным местом ретурбенда является поверхность прилегания пробки к корпусу 1.
Эту поверхность необходимо предохранять от повреждений. Она не должна иметь выбоин, рисок и т. д.

открытая; б — закрытая.
Они находятся в более сложных условиях работы,

чем трубы, так как не охлаждаются потоком среды и нагреваются до 1100 °С.
Подвески располагаются в радиантной камере печи. Трубы конвекционной камеры подвешиваются на кронштейнах или трубных решетках. Аналогичные устройства используются для крепления труб подовых и боковых экранов.

q-удельный тепловой поток
2) Находят поверхность теплообмена


3) Рассчитывают длину

змеевика


где d – диаметр трубок в змеевиках
m – число параллельных змеевиков

по формуле

Состав продукта пиролиза зависит от времени контакта различных

видов сырья.
Существуют графики, по которым в зависимости от τ можно получить желаемое сырье.
По составу и температуре определяют скорость на входе из змеевика.
Подбирают такую скорость, чтобы она соответствовала скорости, рассчитанной по формуле.

позволяет получить необходимый состав продуктов.
6) Тепловые расчеты.
Определяют :
расход топлива;
длину

подогреваемой части змеевика.
7) Гидравлический расчет
Найденное гидравлическое сопротивление должно быть в интервале 0,2 – 0,3 МПа
8) Определяют высоту дымовой трубы
Hmin = 16 м.
эта труба должна быть на 3 м выше коньков зданий в радиусе 100 м.

их перемешивание;
получение устойчивого пламени;
высокую эффективность сжигания, т. е.

высокий к. п. д.
Смешение газов может происходить либо в самой горелке, либо после выхода струи топлива в топочное пространство. В горелке имеется смесительная камера, в которой для лучшего смешения осуществляется многотрубный подвод или тангенциальный ввод одного из реагентов.
Смешение может происходить также за счет инжекции воздуха.

объем воздуха,
При сжигании высококалорийных газов — 4—10 объемов воздуха.

Расход воздуха оказывает влияние и на смешение газа с воздухом.

Чем полнее смешение, тем полнее сгорание и короче факел, меньше требуемый избыток воздуха.
При смешении в топке (подача в горелку только горючего газа) сжигание наиболее неполно. Поэтому распространение получили горелки с предварительным смешением горючего газа с воздухом в корпусе горелки .
Такие горелки могут быть:
инжекционного типа (когда воздух засасывается струей горючего газа)
с принудительной подачей воздуха.

конструкции
находят широкое применение.
Регулирование расхода
воздуха осуществляется
специальной шайбой

2
1— сопло;
2 — регулировочная шайба;
3 —смеситель;
4— присоединительный фланец.

топливная смесь за счет центробежных сил разворачивается в дискообразный факел.

Факелы соседних горелок накладываются друг на друга и образуют излучающее пламя.

Горелка акустическая газомазутная ГП-1.7

газовоздушная смесь сжигается
не полным факелом, а в виде
маленьких

факелов, распределено равномерно по площади панели горелки. Туннели для подвода смеси
имеют небольшой диаметр(20мм) 1-керамическая панель
и длину (100-150мм). 2- смесительная камера
3- инжектор
В результате образуется множество факелов длинной 30-50 мм.

их в факельных горелках составляет 1-3 м.
Особенность панелей горелки

состоит в том, что теплота от панелей передается излучением, а не факелом, что выравнивает прогрев.
Расстояние от панелей до труб составляет 0,6-1,0 м.
Горелки для сжигания жидкого топлива обычно называют форсунками.
В форсунках для сжигания мазута расход его регулируется обычным шпинделем. Воздух не эжектируется, а подается под давлением 3-6 кПа для форсунок низкого давления и под большим давлением для форсунок среднего и высокого давления.
Мазут вводится под давлением 150-250 кПа.
Диаметр сопловых отверстий впрыска мазута в среднем равен 2-6 мм