Устройство и принцип работы трубчатых печей

Выбор типоразмера трубчатой печи

Цель: подобрать печь, удовлетворяющую исходным данным и рассчитанным ранее параметрам, и ознакомиться с ее характеристиками и конструкцией.

Выбор типоразмера трубчатой печи осуществляем по каталогу в зависимости от ее назначения, теплопроизводительности и вида используемого топлива.

В нашем случае назначение печи — нагрев и частичное испарение нефти, теплопроизводительность Q_т составляет 36,44 МВт, а топливом является мазут. Исходя из этих условий, выбираем трубчатую печь на комбинированном топливе (мазут + газ) СКГ1.

Таблица 2.

Техническая характеристика печи СКГ1.

Показатель	Значение
Радиантные трубы: поверхность нагрева, м2 рабочая длина, м	730 18
Количество средних секций n	7
Теплопроизводительность , МВт (Гкал/ч)	39,5 (34,1)
Допускаемая теплонапряженность радиантных труб, кВт/м2 (Мкал/м2ч)	40,6 (35)
Габаритные размеры (с площадками для обслуживания), м: длина L ширина высота	24,44 6 22
Масса, т: металла печи (без змеевика) футеровки	113,8 197

Печи типа СКГ1 — это печи свободного вертикальнофакельного сжигания топлива, коробчатая, с горизонтальным расположением труб змеевика в одной камере радиации. Горелки типа ГГМ-5 или ГП расположены в один ряд в поду печи. На каждой боковой стороне камеры радиации установлены однорядные настенные трубные экраны, которые облучаются рядом вертикальных факелов. Трубный экран может быть однорядным и двухрядным настенным.

Так как в печи сжигается комбинированное топливо, на печи предусмотрен газосборник, через который газы сгорания отводятся в отдельно стоящую дымовую трубу.

Обслуживание горелок производится с одной стороны печи, благодаря чему на общем фундаменте можно установить рядом две однокамерные печи, соединенные лестничной площадкой, и таким образом образовать как бы двухкамерную печь.

Конструкция печи типа СКГ1 показана на рис.2.

Рис.2. Трубчатая печь типа СКГ1:

1 — лестничные площадки; 2 — змеевик; 3 — каркас; 4 — футеровка; 5 — горелки.

Вывод: при выборе типоразмера печи учитывалось условие наибольшего приближения, т.е. из всех типоразмеров с теплопроизводительностью, большей расчетной, выбирали тот, у которого она минимальна (с небольшим запасом).

Режимы сушки

В процессе проведения сушки печь может работать в низкотемпературном, нормальном или высокотемпературном режиме.

Низкотемпературный и нормальный режим

Обработка древесины низкотемпературным способом осуществляется при 45°. Это наиболее мягкий метод, он сохраняет все первоначальные свойства дерева до мельчайших нюансов и считается технологией высокого качества. В конце процесса влажность древесины составляет порядка 20%, то есть такую сушку можно считать предварительной.

Что касается нормального режима, то он протекает при температуре до 90°. После сушки материал не меняет форм и размеров, слегка снижается яркость цвета, прочность. Это наиболее распространенная технология, применяемая для различных пород древесины.

Режим высоких температур

В этом режиме сушка происходит за счет действия перегретого пара (температура более 100°) или горячего воздуха. Высокотемпературный процесс сушки уменьшает прочность дерева, придает более темный оттенок, поэтому материал используется для создания второстепенных строительных и мебельных узлов. При этом сушка перегретым паром будет более щадящей, чем с применением воздуха.

—

CÑÑÐ°Ð½Ð¸ÑÐ° 2

С наклонным сводом

Под
радиационной теплопередачей понимают
поглощение лучистого тепла, под
конвективной – теплопередачу путем
омывания поверхностей труб дымовыми
газами.

В
радиантной камере основное количество
тепла передается радиацией и лишь
незначительное – конвекцией, а в
конвекционной камере – наоборот.

Мазут
или газ сжигается с помощью горелок,
расположенных на стенах или поду камеры
радиации. При этом образуется светящийся
факел, представляющий собой раскаленные
частицы горячего топлива, которые
нагревшись до 1300–1600 °С, излучают
тепло. Тепловые лучи падают на наружные
поверхности труб радиационной секции
и поглощаются, создавая так называемую
поглощающую поверхность. Также тепловые
лучи попадают и на внутренние поверхности
стен радиантной камеры печи. Нагретые
поверхности стен, в свою очередь, излучают
тепло, которое также поглощается
поверхностями радиантных труб.

При
этом поверхность футеровки радиационной
секции создает так называемою отражающую
поверхность, которая (теоретически) не
поглощает тепла, переданного ей газовой
средой печи, а только излучением передает
его на трубчатый змеевик. Если не
учитывать потери через кладку стен, то
при нормальной установившейся работе
печи внутренние поверхности стен печи
излучают столько тепла, сколько поглощают.

Продукты
сгорания топлива являются первичным и
главным источником тепла, поглощаемого
в радиационной секции трубчатых печей
– 60–80% всего используемого тепла в печи
передается в камере радиации, остальное
– в конвективной секции.

Трехатомные
газы, содержащиеся в дымовых газах
(водяной пар, двуокись углерода и
сернистый ангидрид), также поглощают и
излучают лучистую энергию в определенных
интервалах длин волн.

Количество
лучистого тепла, поглощаемого в радиантной
камере, зависит от поверхности факела,
его конфигурации и степени экранирования
топки. Большая поверхность факелов
способствует повышению эффективности
прямой передачи тепла поверхностям
труб. Увеличение поверхности кладки
также способствует возрастанию
эффективности передачи тепла в радиантной
камере.

Температура
газов, выходящих из радиационной секции,
обычно достаточно высока, и тепло этих
газов можно использовать далее в
конвективной части печи.

Газы
сгорания из камеры радиации, переваливаясь
через перевальную стену, поступают в
камеру конвекции. Камера конвекции
служит для использования физического
тепла продуктов сгорания, выходящих из
радиационной секции обычно с температурой
700–900 °С. В камере конвекции тепло к
сырью передается в основном конвекцией
и частично излучением трехатомных
компонентов дымовых газов. Далее дымовые
газы направляются в дымоход и по дымовой
трубе уходят в атмосферу.

Продукт,
который необходимо нагреть, одним или
несколькими потоками поступает в трубы
конвективного змеевика, проходит трубы
экранов камеры радиации и нагретый до
необходимой температуры, выходит из
печи.

Величина
конвективной секции, как правило,
подбирается с таким расчетом, чтобы
температура продуктов сгорания, выходящих
в боров, была почти на 150 °С выше, чем
температура нагреваемых веществ при
входе в печь. Поэтому тепловая нагрузка
труб в конвективной секции меньше, чем
в радиационной, что обусловлено низким
коэффициентом теплоотдачи со стороны
дымовых газов.

Эффективность
передачи тепла конвекцией обусловлена,
прежде всего, скоростью движения дымовых
газов в конвекционной камере. Стремление
к большим скоростям, однако, сдерживается
допустимыми величинами сопротивления
движению газов.

Для
более тесного обтекания труб дымовыми
газами и большей турбулизации потока
дымовых газов трубы в конвекционных
камерах размещают, как правило, в
шахматном порядке. В печах некоторых
конструкций применяют оребренные
конвекционные трубы с сильно развитой
поверхностью.

Почти
все печи, эксплуатируемые в настоящее
время на нефтеперерабатывающих заводах,
являются радиантно-конвекционными,
т.е. трубные змеевики размещены и в
конвекционной и в радиантной камерах.
При таком противоточном движении сырья
и продуктов сгорания топлива наиболее
полно используется тепло, полученное
при его сжигании.

—

CÑÑÐ°Ð½Ð¸ÑÐ° 1

ÐÐ¾Ð½ÑÑÑÑÐºÑÐ¸Ñ Ð¿ÐµÑÐ¸ ÑÐ¸Ð¿Ð° Ð¦Ð.
â

Физические и механические характеристики композитных cоставов Solcoat

Варианты составов	Green Solcoat	CroMag Solcoat	Black Solcoat	White Solcoat	Hi-e Solcoat	Hi-e Pipes
Внешний вид	Зеленый матовый	Светло зеленый гладкий	Черно серый гладкий	Светло серый гладкий	Темно зеленый гладкий	Зелено серый гладкий
Температура плавления	>1900	1800	700	1500	>1900	1870
Вязкость (4мм) 1)	13	11	11	13	14,6	14,6
Тепловое расширение	7.2 × 10-6 to 6.4×10-5	6.4×10-6 to 4.8×10-5	1.1 – 4.3×10-5	9.3×10-6 to 4.8×10-5	6.9×10-6 to 4.8×10-5	9.8 x10-5
Теплопроводность [Вт/м.K] при 300ºC 2)	0,088	0,088	0,189	0,083	0,089	0,089
Плотность после кальцинации [г/см3]	2,4	1,9	3,3	2,4	2,8	2,8
Потеря массы после нагревания до 750ºC
Коэффициент излучения (черноты)	0,92	0,9	0,32		0,98	0,98
Пористость
Устойчивость к тепловому удару [ºC/sec]	>600	>500	>200	>500	>800	>780
Адгезия
к металлу 3)	13 – 15	13 – 15	11 – 13	12 – 14	13 – 14	11 – 13
к керамике 3)	>40	>40	28 — 45	>40	>40	28 — 45
Абразивная стойкость
при 20ºC 4)	3,7 (100%)	3.6 (100%)	1,5 (100%) 6)	4,6 (100%)	3.8 (100%)	3.9 (100%) 6)
при 1000ºC 4,5)	3,5 (106%)	3.6 (105%)	1,2 (125%) 6)	4,4 (105%)	4.6 (105%)	4.6 (125%) 6)
Твердый компонент состава
Кажущаяся (насыпная) плотность [г/см3]	1,43	1,27	3	1,35	1,65	1,68
Внешний вид	Светло-зеленый порошок	Светло-зеленый порошок	Черный порошок	Светло-серый порошок	Темно-зеленый порошок	Серо-зеленый порошок

1) при 18ºC 2) на нагретой до красна проволоке 3) CSN EN 24624 4) ASTM C 704 – 94 5) ∆T= -980ºC 6) Начало при 700ºC, ∆T= -680ْC

—

CÑÑÐ°Ð½Ð¸ÑÐ° 2

Упрощенный расчет камеры радиации

Цель этого этапа расчета: определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.

Температуру продуктов сгорания, покидающих топку, находим методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение:

где q_р и q_рк — теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, ккал/м2ч;

H_р — поверхность нагрева радиантных труб, м2 (см. табл.2);

H_р/H_s — отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива; принимаем H_р/H_s = 3,05 ;

— средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

— коэффициент, для топок со свободным факелом = 1,2 ;

С_s = 4,96 ккал/м2чК — коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Суть расчета методом итераций заключается в том, что мы задаемся температурой продуктов сгорания Т_п, которая находится в пределах 10001200 К, и при этой температуре определяем все параметры, входящие в уравнение для расчета Т_п. Далее по этому уравнению вычисляется Т_п и сравнивается полученное значение с ранее принятым. Если они не совпадают, то расчет возобновляется с принятием Т_п, равной рассчитанной в предыдущей итерации. Расчет продолжается до тех пор, пока заданное и рассчитанное значения Т_п не совпадут с достаточной точностью.

Для первой итерации принимаем Т_п = 1000 К.

Средние массовые теплоемкости газов при данной температуре, кДж/кгК:

; ;

; ; .

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Т_п = 1000 К:

кДж/кг.

Максимальная температура продуктов сгорания определяется по формуле:

где Т — приведенная температура продуктов сгорания; Т = 313 К ;

_т = 0,96 — к.п.д. топки;

К.

Средние массовые теплоемкости газов при температуре Т_max, кДж/кгК:

; ;

; ; .

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Т_mах:

кДж/кг.

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Т_ух.:

кДж/кг.

Коэффициент прямой отдачи:

Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб:

ккал/м2ч.

Температура наружной стенки экрана вычисляется по формуле:

где ₂ = 6001000 ккал/м2чК — коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту; принимаем ₂ = 800 ккал/м2чК;

— толщина стенки трубы, = 0,008 м (2, табл.5);

= 30 ккал/мчК — коэффициент теплопроводности стенки трубы;

_зол./_зол. — отношение толщины к коэффициенту теплопроводности зольных отложений; для жидких топлив _зол./_зол.= 0,002 м2чК/ккал (2, с.43);

С — средняя температура нагреваемого продукта;

К.

Теплонапряженность поверхности радиантных труб, приходящаяся на долю свободной конвекции:

ккал/м2ч.

Итак, температура продуктов сгорания, покидающих топку:

К.

Как видим, рассчитанная Т_п не совпадает со значением, принятым в начале расчета, следовательно расчет повторяем, принимая Т_п = 1062,47 К.

Результаты расчетов представлены в виде таблицы.

Таблица 3.

№ итерации	I,	Тmах, К	Imax,	,	, К	,	Тп, К
2	16978,0	2197,5	45574,6	0,6952	24467,9	599,1	3870,3	1038,43
3	16415,4	2202,7	45712,2	0,7108	25016,9	601,0	3601,1	1046,12
4	16638,2	2200,7	45658,0	0,7046	24798,7	600,2	3707,5	1045,81

Рассчитываем количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

кДж/ч.

Рис.3. Схема камеры радиации трубчатой печи:

I — сырье (ввод); II — сырье (выход); III — продукты сгорания топлива; IV — топливо и воздух.

Выводы: 1) рассчитали температуру продуктов сгорания, покидающих топку, при помощи метода последовательного приближения; ее значение Т_п = 1045,81 К;

2) фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб при этом составила q_р = 24798,7 ккал/м2ч;

3) сравнивая полученное значение фактической теплонапряженности с допускаемым для данной печи q_доп.= 35 Мкал/м2ч (см. табл.2), можно сказать, что наша печь работает с недогрузкой.

Изготовление своими руками

Сушка древесины частным способом требует наличия специальной камеры, которую можно изготовить самостоятельно. Если предстоит строительство сушилки для дерева своими руками, то на участке земли нужно выделить площадь около 10 м2 под установку. Понадобится бетон для фундамента, материал и теплоизоляция для стен, монтажная пена, система вентиляции, котел и вспомогательное оборудование.

Этапы постройки

Возведение мини-сушилки состоит из последовательных этапов:

подготовка фундамента под установку;
возведение стен;
теплоизоляция;
монтаж крыши и дверей;
установка на потолке радиаторов и вентиляторов;
установка котла с соблюдением техники безопасности, подведение труб.

Такие работы будут оправданны при регулярном использовании готового объекта. Сушильную камеру необходимо будет полностью загружать и строго соблюдать технологию высушивания.

Сооружение фундамента

Площадка размечается с учетом длины пиломатериала и общей ширины укладываемых штабелей плюс припуск на загрузку около 30 см.

После разметки площадки ее нужно забетонировать таким образом, чтобы уровень пола камеры был выше уровня земли примерно на 10 см. Бетонную площадку делают с выступающими на полметра бортиками. Чтобы в сушильной камере не скапливалась вода, фундамент необходимо сделать с некоторым уклоном. Также следует предусмотреть заливку рельсов для подвоза тележки с изделиями.

Возведение стен

В качестве материала можно использовать кирпич, сэндвич-панели, железнодорожный контейнер. Самый распространенный материал – дерево. Из него изготавливают три стены, а четвертую желательно сделать из бетона.

Высота сушильной камеры для древесины складывается из высоты штабелей, припуска на загрузку 30 см и высоты вентиляторов и радиаторов. При постройке небольшой камеры высота рассчитывается с учетом заполнения всего объема.

Отопление установки предусматривает наличие источника тепловой энергии, поэтому при монтаже стен требуется соорудить пристройку для котла и его вспомогательного оборудования.

Утепление и монтаж крыши

Эффективным и экономичным материалом-теплоизолятором могут служить сухие стружки либо опилки, которые наносят на стены в виде смеси с цементом и антисептиком. Для сохранения тепла пол засыпают стружкой.

Крыша самодельного помещения монтируется с наклоном, чтобы снег не задерживался на ней. Затем устанавливаются двери методом подвешивания на двутавровой балке или распашные.

Установка оборудования

По ширине потолка следует вертикально выставить вентиляторы для равномерной подачи тепла. Следующий ряд будет состоять из радиаторов. Чтобы сохранить тепло в сушильной камере, предварительно нужно герметизировать щели монтажной пеной.

Подача тепла в радиаторы осуществляется от котла, который может работать на электричестве, жидком или твердом топливе. Обычно для отопления сушильной камеры выбирают дровяной котел. К котлу подводят трубы, затем ставят противовзрывной клапан, регулирующий работу оборудования.

Обязательная и правильная просушка в самодельной или приобретенной сушильной камере является надежной гарантией качества пиломатериала.

Понравилось? Оцените статью!