По форме камеры сгорания
1. Коробочные печи – топочные камеры выполнены прямоугольной формы (в плане);
2. Цилиндрические печи вертикальные и горизонтальные – топочные камеры имеют форму цилиндра.
Возможна классификация по другим признакам. Например, встречаются печи односкатные, двухскатные печи могут быть отнесены к вышеперечисленным типам (одно, двухкамерные).
Конструкции трубчатых печей
Рис.
Печь коробчатая конвекционного – радиантного типа.
Печь состоит из двух частей – конвекционной и радиантной. Конвекционная часть отделена от радиантной перевальной стенкой. В радиантной части камеры сгорания расположены радиантные трубы, воспринимающие тепло радиации от продуктов сгорания.
В конвекционную камеру печи газы поступают частично охлажденными, что способствует работе конвекционных труб в благоприятных условиях, не вызывающих прогаров труб. Использование радиантного тепла позволило значительно интенсифицировать работу поверхности нагрева, т.к. при одной и той же разности температур количество тепла, передаваемого радиацией при высоких температурах источник излучения, значительно больше количества тепла, передаваемого конвекцией (при радиации количество тепла, передаваемое радиацией пропорционально разности четверной степени температур; во втором случае – первой степени).
Применение печей конвекционного типа ограничено из – за частых прогаров труб в верхнем ряду труб камеры и из – за низкого коэффициента теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому потоку.
Поэтому печи радиантного типа получили очень широкое распространение, вытеснив печи конвекционного типа.
Распространены печи с наклонным сводом с полочными, подовыми экранами (наклонный свод должен был обеспечивать равномерную тепловую нагрузку потолочного экрана). В последние годы эти печи были модернизированы постановкой горелок нового типа (по сравнению с форсунками) - горелками беспламенного горения.
Получили распространение вертикальные (многокамерные) печи. Применение нескольких секций, работающих параллельно и независимо друг от друга, дает возможность:
1. Значительно повысить тепловую мощность агрегата;
2. Интенсифицировать процесс и увеличивать продолжительность межремонтного периода технологической установки, поскольку отдельные секции печи могут быть отключены для ремонта, очистки без остановки всей установки. Для современных укрупненных установок сооружаются печи с числом камер до семи и более при тепловой мощности каждой камеры 30 млн. ккал/час.
Рис.
Двухкамерная вертикальная печь с настенным боковым экраном характерна расположением форсунок в поде печи. Форсунки расположены под углом к перегородке, в результате чего факел бьет в перегородку и как бы прилипает к ней. Это явление принято называть настильным пламенем. Теплонапряженности поверхности в этих печах равномерны, мало меняются по длине и высоте печи.
В настоящее время более употребительны печи двустороннего облучения. В печах с обычными экранами, облученными с одной стороны, освещенная сторона трубы воспринимает значительно больше тепла, чем неосвещенная. При увеличении облучения труб этот недостаток исключается. Равномерное распределение тепла по окружности труб позволяет значительно эффективнее использовать поверхность нагрева.
В печах двустороннего нагрева трубы освещаются (облучаются) при помощи стенок, расположенных на расстоянии 600 – 1100 мм от змеевика по всей длине труб. Стенка состоит из излучающих панелей. Такое расположение панелей позволяет тонко регулировать температуру потока как по высоте, так и по длине труб (экранов).
Конструктивные элементы печей
Печи представляют собой сложный агрегат с большим количеством типоразмеров элементов. Все составные элементы печей могут быть подразделены на следующие группы:
1. Фундаменты;
2. Металлические каркасы;
3. Стенные своды;
4. Трубные змеевики;
5. Гарнитура;
6. Топливное оборудование;
7. Системы снабжения топливом, воздухом, паром.
8. Лестницы, площадки для обслуживания и ремонта;
9. Дымоходы и дымовые трубы;
10. Пароперегреватели и рекуператоры.
Эти элементы изменяются при переходе от одной конструкции к другой.
Фундаменты – обычно выполняются из монтажного или сборного железобетона, усилены под несущими колоннами – стойками каркаса. Стойки укреплены на фундаменте при помощи болтов. Если есть влияние грунтовых вод, они должны быть гидроизолированы. Опасны для бетона также выше 300 – 400°С – бетон разрушается.
Каркас печей. Нагрузка от трубных змеевиков, гарнитуры, подвесного свода, кровли, а в печах новых конструкций – и от стен печи передается на каркас – пространственную раму из стальных элементов. Все элементы каркаса ответственны за нормальную работу печи. Поэтому выход из строя хотя бы одного из элементов может привести к необходимости останова печи. Каркас состоит из стоек, ферм, связывающих элементов.
Трубный змеевик. Нагреваемый продукт движется в змеевике. Змеевик состоит из труб и соединительных частей. Он выполнен из бесшовных цельнотянутых труб от 60 до 152 мм, диной от 6 до 18 м в зависимости от конструкции трубной печи. Толщина стенок от 4 до 30 мм – в зависимости от температуры и давления в трубном пространстве.
Для змеевиков высокого давления (200 – 700 атм.) толщина стенок достигает 1/3 наружного диаметра труб. В некорозионной среде с температурой 450°С хорошо работает углеродистая сталь 10Т; 20Т. Трубы, работающие до 600°С и давлении 100 атм. В коррозионной среде (при переработке сернистых нефтей) можно изготавливать из стали марок Х5М, Х5ВФ. Более распространены трубы гладкостенные. Однако в некоторых случаях встречаются трубы оребренные. В этом случае площадь поверхности трубы увеличивается.
Концы печных труб в один змеевик соединяются при помощи печных двойников, съемных калачей и приварных двойников.
При переработке легких фракций не содержащих серы и не подвергающихся разложении, змеевик печи делают цельносварным. Его преимущество перед змеевиком с двойниками – простота конструкции, дешевизна, сокращение сроков монтажа, надежность в эксплуатации.