Элементы конструкции трубчатых печей

Конструктивно трубчатая печь состоит из следующих основных деталей и узлов: трубчатых змеевиков, огнеупорной футеровки и тепловой изоляции, фундамента и металлического каркаса, системы топливных трубопроводов и арматуры, оборудования для сжигания топлива, дымоходов и дымовой трубы, гарнитуры, а также вспомогательных устройств для обслуживания (площадок, лестниц, систем трубопроводов сжатого воздуха и др.).

Трубчатый змеевик является наиболее ответственной частью печи. Его собирают из горячекатаных бесшовных печных труб и соединительных частей.

Трубы могут соединяться в змеевики двумя способами: ретурбендами (соединение осуществляется посредством развальцовки концов труб в гнездах) калачами или двойниками (соединение производится с помощью сварки). Эти соединительные части дают возможность очищать внутренние поверхности труб от отложений солей и различных загрязнений, осматривать их и замерить толщину стенок труб в разных местах змеевика.

Змеевик печи может иметь и комбинированное исполнение: в конвективной камере или на начальной ее участке - сварной, а на всех остальных участках, имеющих большую теплонапряженность - на ретурбендах.

Ретурбенды представляют собой стальные литые или кованые короба, соединяющие трубы в змеевик. Направление потока в них меняется на прямо противоположный. Концы труб с ретурбендамы обычно выносят за пределы топки (в специальные ретурбендные камеры).

Существуют угловые ретурбенды, в которых направление движения потока изменяется под прямым углом. Их применяют при переходе змеевика из одной камеры в другую или из одного экрана на другой.

Двойники кованые открытые двухтрубные (рисунок 159, а) состоят из корпуса с четырьмя отверстиями, из которых два предназначены для крепления труб с развальцовкой, а два закрывают конусными пробками, которые прижимают болтами через траверсы, упирающиеся заплечиками в подковообразный выступление корпуса. К этому же типу двойников относятся и четырехтрубные двойники, выпускаемых с теми же основными размерами, за исключением длины элемента, которая определяется количеством отверстий (четыре отверстия для труб вместо двух).

Двойники кованые закрытого типа (рисунок 159, б) имеют в верхней части сплошной кольцевой упор для траверсы, а пробка имеет два небольших хвостовика.

Двойники литые (рисунок 159, в) имеют в верхней части корпуса два ушка с прорезями, которые служат упором для траверсы. Эти двойники изготавливают тех же серий и для тех же размеров труб и кованые открыты.

Особенностью двойников разборного типа является шаровой стык, что обеспечивает необходимую герметичность при относительно меньшем давлении, чем плоский стык. Плавное движение потока при повороте сокращает гидравлическое сопротивление.

При горизонтальном расположении труб змеевика в печи они либо опираются на кронштейны, либо помещены на подвесках, прикрепленных к каркасу печи. В конвекционных камерах, где трубы змеевика собраны в многорядный пучок, они опираются на трубные решетки, через которые пропущены трубы.

Змеевик с вертикальными трубами подвешивают к каркасу печи специальными подвесками.

Рисунок 159 - Печные двойники: а - двухтрубный кованый открытый; б - двухтрубный кованый закрытый; в – двухтрубныйлитой; г – угловой; 1 – корпус; 2 – пробка; 3 – траверса; 4 - нажимной болт

Огнеупорная футеровка печи - это конструкция из огнеупорных, кислотоупорных, теплоизоляционных и облицовочных материалов и изделий, предназначенная для защиты каркаса от воздействия высоких температур продуктов сгорания топлива и использования тепла в камерах печи. Для снижения потерь тепла через футеровку и создания безопасных условий эксплуатации печи с внешней стороны футеровка покрывается слоем теплоизоляции.

Конструкцию, а также огнеупорные материалы для футеровки выбирают в зависимости от технологических условий работы печи, температуры в различных частях ее и агрессивности топочных газов.

Футеровке (обмуровке) подвергают боковые стены, под, потолочный свод, перевальную стену и боров.

Футеровка может быть неподвесной, когда она выполняется в виде стены, и подвесной, которую в вертикальном и горизонтальном направлениях крепят на специальных подвесках и кронштейнах, соединенных с каркасом печи. Футеровку крепят к металлическим элементам каркаса печи штырями и шайбами.

Футеровка трубчатой ​​печи в зависимости от ее современности выполняется из таких материалов или их набора:

- Огнеупорного кирпича, фасонного кирпича и обычного кирпича повышенной прочности;

- Фасонного огнеупорно-изоляционного кирпича;

- Жаропрочного изоляционного бетона;- Жаропрочного изоляционного бетона и железобетона;

- Сборных теплоизоляционных плит и жаропрочного бетона;

- Армированных металлическими сетками из проволоки керамических панелей;

- Шамотно-волокнистых матов и матов из минеральной ваты.

Конструктивно футеровка печи может быть монолитной или блочной (панельной) (рисунок 160).

Рисунок 160 - Блочная конструкция стен трубчатой ​​печи: 1 - элемент блочной футеровки; 2 - несущие горизонтальные швеллеры; 3 - кронштейны для блоков

Своды трубчатых печей поддерживается специальными подвесками. На рисунке 161 приведена конструкция сведения, составленного из попарно состыкованных кирпичей, подвешиваются на крюках к каркасу печи.

Наибольшей герметичностью и долговечностью отличаются широко применены в настоящее время подвесные сведения, собранные из фасонных огнеупорных блоков на замках, зубчиках или множеством лабиринтных соединений (рисунок 162).

Рисунок 161 - Крепление кирпича на своде печи: 1 - подвесной кирпич; 2 - изоляционный шнур; 3 – штукатурка; 4 – изоляция; 5 - футеровка стен; 6 - подвесной крюк; 7 - содержащие прутья; 8 – палец

Рисунок 162 - Подвесные сведения: а - с секционным креплением кирпича; б - с индивидуальной подвеской; в - комбинированная подвеска; 1 - фасонный кирпич; 2 - конструкция подвески

Каркас печи представляет собой систему вертикальных колонн, связанных между собой горизонтальными и наклонными балками, которые образуют жесткую пространственную конструкцию из отдельных рам или ферм.

Каркас печи воспринимает нагрузки от трубного змеевика, трубных решеток и подвесок, кровли, подвесного свода и стен печи, обслуживающих площадок и других элементов. Во многих типах печей на каркасе монтируют дымовые трубы и вспомогательные устройства.

Фундамент печи сооружают из монолитного или сборного железобетона и конструктивно изолируют от воздействия высоких температур. На фундамент через несущие стойки каркаса печи опирается вся масса печи. Для защиты бетона от разрушения грунтовыми водами предусматривают при возведении фундаментов дренажные устройства и гидроизоляцию.

Система топливных трубопроводов и арматуры включает оборудование для подготовки, хранения и подачи топлива к горелкам. Для нормальной работы печей необходимо топливо стабильного состава, без балласта (золы, загрязнений механическими примесями и влаги).

Жидкое топливо подается к печам технологических установок по двум схемам: местным или центральным топливоснабжения.

При местном топливоснабжения на каждой технологической установке монтируют мерные топливные баки, рассчитанные на 8-10-часовую потребность работы печей. При централизованном топливоснабжения жидкое топливо хранят и готовят для подачи к печам в резервуарах топливного парка предприятия. По главным циркуляционным трубопроводам, которые имеют надежную тепловую изоляцию и паровой обогрев, подогретое топливо закачивается непосредственно к печам.

Для сжигания жидкого топлива служат форсунки, а для газообразного топлива - горелки.

В трубчатых печах применяют также форсунки, рассчитанные на жидкое и газообразное топливо.

В качестве топлива для трубчатых печей нефтеперерабатывающих заводов используют жидкое нефтяное топливо (в основном мазут и другие продукты нефтепереработки) и нефтяной или природный газ.

Вид топлива, которое применяется, определяет конструкцию и особенности оборудования для его сжигания.

Жидкое топливо распыляют водяным паром, сжатым воздухом или механически. В трубчатых печах нашли применение в основном два первых способа распыления жидкого топлива.

Рисунок 163 - Форсунка с паровым распылением: I - пар; II - жидкое топливо

Рисунок 164 - Форсунка с воздушным распылением: I - воздух; II - жидкое топливо; III - пар (аварийный)

Рисунок 165 - Беспламенная панельная горелка типа ГБПш: 1 - сварная распределительная камера; 2 - инжекторная труба; 3 - газовое сопло; 4-воздушная регулирующая заслонка; 5 - панельные трубки; 6 - керамическая призма; 7 - изоляционный слой; 8 - газопроводная труба; 9 - крепление инжекторной трубы

Рисунок 166 - Беспламенная щелевая горелка типа ГБЩ: 1 - короб, 2 - инжектор, 3 - огнеупорная изоляция; I – газ

Рисунок 167 - Горелка веерная настильного типа ГВН: 1 – инжектор; 2 – смеситель; 3 - распределительная головка; 4 - регулирующий диск вторичного воздуха; 5 - фланцевое соединение; 6 – сопло; 7 - регулирующий диск первичного воздуха; I - газ; II - первичный воздух; III - вторичное воздуха

Рисунок 168 - Форсунка типа ГП: 1 – корпус; 2 - газовый коллектор; 3 – регистр; 4 - лопатка завихрителя; 5 - форсунка мазутная; 6 - поворотный шибер; 7 - газоподводящая труба; I - газ; II - мазут; III - водяной пар; IV - первичный воздух ; V - вторичный воздух

Рисунок 169 - Форсунка типа ГУ: 1 - эмульсионно-вихревая ультразвуковая форсунка; 2 – воздуховод; 3 - газовая пилотная горелка; 4 - воздушный завихритель; 5 – шибер; 6 - газовая часть форсунки; I - газ; II - пар; III - воздух; IV - газ на пилотную горелку;

Рисунок 170 - Комбинированная газонефтяная форсунка типа ГНФ:1 – трубка; 2 – камера; 3 – отверстие; 4 - игольчатый клапан; 5 - кольцевой коллектор; 6 – жиклер; 7 - выходное отверстие; I - нефтяной газ; II - мазут; III - пар

Рисунок 171 - Комбинированная форсунка типа ФГМ: 1 – завихритель; 2 - крепление завихрителя; 3 - воздушная заслонка; 4 - рукоятка заслонки; 5 - парожидкостная камера; 6 - топливный вентиль; 7 - воздушные окна; 8 - кольцевой газовый коллектор; 9 - наконечники газового коллектора; I - жидкое топливо; II - пар; III – воздух

Дымовая труба выполняет две основные функции - создает необходимую естественную или искусственную тягу в топке печи и отводит вредные дымовые газы (содержащие оксиды углерода, азота и серы и углеводороды) на большую высоту для лучшего их рассеивания в атмосфере.

Естественная тяга создается одними только дымовыми трубами, а искусственная - дымососами (вентиляторами), которые смонтированы дополнительно к имеющимся дымоходов, когда разрежение, создаваемое одними только дымовыми трубами, недостаточно для преодоления всех сопротивлений на пути движения потока идут топочных газов.

Дымовые трубы имеют основные конструктивные элементы: фундамент, цоколь, ствол, оголовок, зольные перекрытия, бункер, вводы боровов, антикоррозионная защита, теплоизоляция, футеровку, лестницы, молниезащита, светофорные площадки.

По своей конструкции и компоновке с печью дымовые трубы бывают трех типов - металлические индивидуальные, металлические общие и железобетонные.

Индивидуальные металлические дымовые трубы обслуживают обычно одну печь и устанавливаются либо непосредственно на печи (если конвективная камера расположена над топкой), или рядом с печью (если дымовые газы отводятся через газоход под подом печи).

Общие металлические дымовые трубы устанавливаются на земле для обслуживания группы печей (2-4 печи), независимо от направления вывода дымовых газов из печи. В этом случае система отвода дымовых газов из каждой печи объединяется в общий газоход (под землей или над печами) и по нему газы вводятся в дымовую трубу.

Дымоход (боров) - это футерованный канал для транспортировки газового печного среды, которое выходит из печей. Дымоход соединяет выход из конвекционной камеры с дымовой трубой.

Конструкции дымоходов типизированные, и они выбираются в зависимости от количества газового печного среды, ее температуры и химического состава. В них предусматривают люки-лазы для осмотра и чистки при ремонтах.

Для регулирования тяги на дымоходах или в самом низу дымовой трубы устанавливают шиберы - плоские задвижки, частично перекрывающие сечение тракта, по которому проходят дымовые газы.

К гарнитуре трубчатых печей относятся детали, предназначенные для содержания труб от провисания, для сборки блоков футеровки стен и подвесных сводов, а также обзорные и меры окна и площадки.

Детали для содержания труб от провисания отличаются многообразием форм и конструкций, которые зависят от расположения экранов, длины и веса труб, температурных режимов и т. д.

Число рядов этих деталей зависит от веса и длины каждой трубы и условий, в которых она работает.

Трубные решетки и подвески служат для поддержания труб радиантных и конвекционной секций.

Их крепят к специально выполненной для этой цели участке фундамента печи.

Для печей трубные решетки изготавливают трех типов: трубные решетки радиантных секции, устанавливаемые в торцах печи (рисунок 172); трубные решетки конвективной секции, устанавливаемые в торцах печи (рисунок 173); трубные решетки конвективной секции, устанавливаемые внутри печи (рисунок 174).

В зависимости от количества труб трубные решетки радиантных секции делятся на двух-, трех-, четырех-, пяти-и шеститрубные.

Рисунок 172 - Трубная решетка: а - две трубы, б - на четыре трубы; в - на пять труб

Рисунок 173 - Трубная решетка конвекционной секции

Рисунок 174 - Трубная решетка конвекционной секции

Трубные подвески поддерживают радиантных труб в пролете между трубными решетками и предотвращают их провисание. Их прикрепляют к элементам каркаса.

Трубные подвески бывают цельнолитые или неразборные и составляющие или разборные.

По конструкции их подразделяют на глухие, или закрытые, и открытые (рисунок 175). Недостатком применения глухих подвесок есть необходимость вырезки труб в случае изменения дефектной подвески.

Рисунок 175 - Подвеска для труб: а - открытая б – закрытая

По количеству поддерживаемых рядов труб подвески бывают однорядные и двухрядные. Для поддержания боковых экранных печных труб применяют разборные или неразборные кронштейны.

Трубные подвески для двухскатных типовых трубчатых печей делятся на два типа: тип I - подвески, расположенные на наклонном участке сведения (рисунок 176, а), тип II - подвески, расположенные на горизонтальном участке сведения (рисунок 176, б) или прилегающие к нему (рисунок 176, в).

Рисунок 176 - Трубные подвески для двухскатных трубчатых подогревателей: а - для наклонного участка свода; б - для горизонтального участка свода; в - для наклонного участка, прилегающего к горизонтальному участку свода

Размеры и форма подвесок для кирпича определяются их местоположением и числом подвешиваемых кирпичей.

Рисунок 177 - Подвески для кирпича: а – нижняя; б - верхняя; в - для свода

Кронштейны используют для крепления труб бокового экрана. Кронштейны крепятся к элементам каркаса.

Смотровые окна (рисунок 178) используются для планового осмотра трубчатых печей.

Рисунок 178 - Смотровое окно

Предохранительные (взрывные) окна отличаются от смотровых большими размерами (рисунок 179). Они предназначены для ослабления силы хлопка (взрыва) в топке печи в случае нарушения нормального режима, для инспекции топочной камеры, при ремонтах ими пользуются как лазами, через которые персонал проникает внутрь печи.

Рисунок 179 - Предохранительное (взрывное) окно