НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1999 года по МПК F23C1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева технологических потоков в процессах нефтепереработки и нефтехимии.

Известна нагревательная печь для нагрева и испарения углеводородного сырья, содержащая камеру радиации и камеру конвекции с трубчатыми змеевиками [1].

Прототипом данного изобретения является нагревательная печь шатрового типа, содержащая две симметрично расположенные камеры радиации с трубчатыми змеевиками, разделенные между собой конвекционной камерой с пакетом труб, ограниченных по высоте камеры кладкой [2].

Недостатком данной конструкции нагревательной печи является высокое аэродинамическое сопротивление по газовому тракту печи, низкие эксплуатационные характеристики печи и относительно высокие эксплуатационные затраты при невысоком к.п.д. печи. В данной конструкции печи обслуживание пучка труб камеры конвекции крайне затруднено. Расположение камер радиаций и конвекции относительно друг дуга не позволяет достичь высокого к.п.д. использования топлива.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик нагреваемой печи за счет уменьшения аэродинамического сопротивления по газовому тракту, обеспечение беспрепятственного обслуживания всех труб печи и улучшение условий для сжигания топлива в печи, т.е. повышение к.п.д. его использования.

Поставленная цель достигается тем что в известной нагревательной печи, содержащей две симметрично расположенные камеры радиации с трубчатыми змеевиками, разделенные меду собой камерой конвекцией с пакетом труб, ограниченным по высоте кладкой, и горелочными амбразурами, основание пакета труб камеры конвекции расположено в горизонтальной плоскости осей горелочных амбразур, которые ориентированы под углом α к горизонтали, величина которого определяется из соотношения:
α = arctg((H_к/L_p)•f_т),
где H_к - высота пакета труб камеры конвекции;
L_р - глубина камеры радиации;
f_т - топливный фактор (определяется экспериментально, в зависимости от типа горелочного устройства и вида топлива),
а вершина пакета труб камеры конвекции сопряжена с вершинами камер радиации и над камерой конвекции выполнен газовый фонарь с боковым отводом дымовых газов, причем верхние панели газового фонаря выполнены откидными.

Для конструктивной жесткости и равномерного сбора дымовых газов верхние панели газового фонаря расположены относительно друг друга с образованием в вертикальной плоскости сечения трапеции.

Для равномерного распределения газов по газовому тракту печи газоход между камерами радиации и камерой конвекции выполнен кладкой с окнами для прохода газов в шахматном порядке.

Для удобства монтажа и демонтажа труб камер радиации одна торцевая стена камер выполнена в форме панельного модуля с вертикальной осью вращения и радиальной монорельсой в основании каждого модуля камер.

Для регулирования процесса сжигания топлива в камерах печи над горелочными амбразурами выполнены воздушные щели с регистрами для подачи воздуха через них под свод печи.

На фиг. 1 дан вариант заявляемой конструкции нагревательной печи с прямоугольной формой газового фонаря.

На фиг. 2 дан вариант заявляемой конструкции нагревательной печи с трапециевидной формой газового фонаря и кладкой газохода с отверстиями для прохода газа в шахматном порядке.

На фиг. 3 дан фрагмент нагревательной печи с открывающейся торцевой стенкой радиантной камеры.

Нагревательная печь состоит из двух симметрично расположенных камер радиации 1 и 2 с трубчатыми змеевиками 3 и камеры конвекции 4 с пакетом труб 5. Камера конвекции ограничена кладкой 6 с окнами 7 для прохода газов. Над пакетом труб 5 выше свода 8 печи расположен газовый фонарь 9. В боковой панели газового фонаря 9 смонтирована газоотводящая труба 10. Верхние панели 11 газового фонаря 9 выполнены откидными. С одной стороны печи торцевые стены 12 радиантных камер 1 и 2 выполнены открывающими по монорельсе 13 (фиг. 3). Фронтальные стены печи оборудованы горелочными амбразурами 14, расположенными под определенным углом α к поду печи. Над амбразурами 14 дополнительно могут быть выполнены окна 15 для подачи воздуха под свод 8 печи.

Расположение камер радиации 1, 2 и конвекции 4 относительно друг друга с образованием в печи "замкнутого сводового объема" и ориентация осей горелочных амбразур 14 (горелочных устройств) под углом α, определяемым из соотношения:
α = arctg((H_к/L_p)•f_т),
где H_к - высота пакета труб камеры конвекции;
L_p - глубина камеры радиации;
f_т - топливный фактор (определяемый топливным путем в зависимости от типа горелочного устройства и вида используемого топлива),
позволяет организовать волновую траекторию факела в радиантных топках печи. Такая траектория факелов способствует интенсивному перемешиванию продуктов горения и повышению к.п.д. использования топлива. При волновой траектории движения факела в печи возрастает доля рециркуляции дымовых газов в топке, что способствует также и частичному снижению окислов азота в уходящих дымовых газах.

Расположение основания пакета труб 5 камеры конвекции 4 горизонтальной плоскости осей амбразур 14, а вершины его в сопряжении с вершинами камер 1 и 2 делает доступным для обслуживания его с пода печи и способствует снижению аэродинамического сопротивления в газовом тракте печи. Выполнение же газового фонаря 9 с боковым газоходом 10 и откидными панелями 11 делает возможным выгрузку пакета труб 5 и с относительно небольшой высоты для обслуживания или замены. С этой же целью выполняются открывающимися торцы 16 камер радиации 1 и 2 по монорельсе 13.

Нагревательная речь работает следующим образом. Топливо подается через амбразуры 14 под углом α и сжигается в радиантных камерах 1 и 2. Для регулирования процесса горения подается вторичный воздух через окна 15. Дымовые газы через окна 7 поступают в камеру 4 и омывают пакет труб 5. Поступая далее в фонарь 9, дымовые газы через трубу 10 отводятся в вертикальную дымовую трубу и рассеиваются в атмосферу.

Таким образом, использование данного изобретения позволяет более эффективно по сравнению с прототипом использовать топливо за счет волнового его хода в радиантных топках печи (в прототипе это организовать невозможно), а также улучшить аэродинамические характеристики газового тракта печи и повысить эксплуатационные показатели печи (снизить трудозатраты на ее обслуживание). Выполнение в конструкции печи откидных панелей обеспечивает беспрепятственный доступ ко всем трубам печи, их выгрузку для ремонта или замены, т.е. эксплуатационные характеристики заявляемой печи по сравнению с прототипом выше, т.к. значительно сравниваются трудозатраты на обслуживание и ремонт печи.

Использованная литература
1. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1987, 304.

2. Каталог "Нефтяное оборудование", т. 4, М.: Гостройтехиздат, 1969 г., с. 7 - 10.

Использование: для нагрева технологических потоков в процессах нефтепереработки и нефтехимии. Сущность изoбpeтeния: нaгpeвaтeльнaя печь, содержащая две симметрично расположенные камеры радиации с трубчатыми змеевиками, разделенные между собой камерой конвекции с пакетом труб, ограниченных по высоте кладкой, и горелочные амбразуры во фронтальных стенах печи, отличающаяся тем, что основание пакета труб камеры конвекции расположено в горизонтальной плоскости осей горелочных амбразур, которые ориентированы под углом α к горизонтали величина угла определена из соотношения α = arctg((H_к/L_p)f_т), а вершина пакета труб камеры конвекции сопряжена с вершинами камер радиации и над камерой конвекции выполнен газовый фонарь прямоугольной формы с боковым отводом дымовых газов, причем верхние панели газового фонаря выполнены откидными, при этом они могут быть расположены относительно друг друга с образованием в вертикальной плоскости сечения трапеции, газоход между камерами радиации и конвекцией выполняется кладкой с окнами для прохода газов в шахматном порядке и торцевая стена камер радиации в форме панельного модуля с вертикальной осью вращения и радиальной монорельсой в основании каждого модуля камер. Технический результат: улучшение эксплуатационных характеристик нагревательной печи, обеспечение беспрепятственного обслуживания всех труб печи и улучшение условий для сжигания топлива в печи, т.е. повышение КПД его использования. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Нагревательная печь, содержащая две симметрично расположенные камеры радиации с трубчатыми змеевиками, разделенные между собой камерой конвекции с пакетом труб, ограниченных по высоте кладкой, и горелочные амбразуры во фронтальных стенах печи, отличающаяся тем, что основание пакета труб камеры конвекции расположено в горизонтальной плоскости осей горелочных амбразур, которые ориентированы под углом α к горизонтали, величина угла определена из соотношения
α = arctg((H_к/L_p)f_т),
где Н_к - высота пакета труб камеры конвекции;
L_р - глубина камеры радиации;
f_т - топливный фактор (определяется экспериментально в зависимости от типа горелочного устройства и вида топлива),
а вершина пакета труб камеры конвекции сопряжена с вершинами камер радиации и над камерой конвекции выполнен газовый фонарь прямоугольной формы с боковым отводом дымовых газов, причем верхние панели газового фонаря выполнены откидными. 2. Нагревательная печь по п.1, отличающаяся тем, что верхние панели газового фонаря расположены относительно друг друга с образованием в вертикальной плоскости сечения трапеции. 3. Нагревательная печь по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что газоход между камерами радиации и конвекции выполнен кладкой с окнами для прохода газов в шахматном порядке. 4. Нагревательная печь по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что одна торцевая стена камер радиации выполнена в форме панельного модуля с вертикальной осью вращения и радиальной монорельсой в основании каждого модуля камер.