Трубчатая печь
Полезная модель используется для нагрева нефти и нефтепродуктов до рабочей технологической температуры. Трубчатая печь, содержит корпус 1 с радиантной и конвективной камерами, размещенный в корпусе продуктовый змеевик 8, прямые участки труб 9 которого расположены горизонтально и, по меньшей мере, одну горелку, Отличие предлагаемой трубчатой печи заключается в том, что корпус 1 печи выполнен горизонтальным с футерованными изнутри огнеупорным материалом торцевыми стенками 2, 3, продуктовый змеевик 8 выполнен из, по меньшей мере, одного ряда труб 9, расположенных по окружности с зазором между соседними трубами не более 3 мм и с, по меньшей мере, одним окном 12 между трубами для прохода дымовых газов, между внутренней поверхностью продуктового змеевика 8 и внутренней поверхностью торцевых стенок 2, 3 образована радиантная камера 10, а между наружной поверхностью змеевика 8 и боковыми стенками 4 корпуса - конвективная камера 11, у, по меньшей мере, одной торцевой стенки корпуса по его оси расположена топочная камера 17 с футерованным изнутри огнеупорным материалом туннелем 18, выходное отверстие 26 которого соединено с торцевой стенкой радиантной камеры, а входное - с, по меньшей мере, одной горелкой 20. Корпус 1 печи может быть выполнен цилиндрической формы со съемными торцевыми крышками 5, 6, и съемной верхней частью корпуса 7. В
вариантах осуществления змеевик может быть выполнен двухконтурным и возвратно-петлевым, а печь может быть снабжена опорами 13 для змеевика, выполненными в форме кольца или внутреннего 14 и наружного 15 обручей, соединенных перемычками 16. На внутренней поверхности кольца или внутреннем обруче располагают трубы. При трехрядном змеевике наружный ряд труб змеевика располагается между обручами и перемычками. Трубчатая печь отличается более высокой эффективностью работы, высокой теплопроизводительностью, малыми габаритами и металлоемкостью, простотой монтажных и ремонтных работ, более длинными межремонтными периодами.
Полезная модель относится к нефтяному и химическому машиностроению и может быть использована для нагрева нефти, нефтяных эмульсий, нефтепродуктов до рабочей технологической температуры.
Известна трубчатая печь (а.с. СССР №348592, МПК C 10 G 9/20, публ. 23.08.72 г.). Она содержит вертикальный цилиндрический корпус с радиантной и конвективной камерами, отделенными друг от друга перегородкой, причем конвективная камера расположена в центре корпуса. В радиантной камере размещен продуктовый змеевик, прямые участки труб которого расположены вертикально и по концентрическим окружностям. В радиантной камере расположены подовые горелочные устройства, представляющие собой изогнутые по дуге форсунки, причем они расположены между трубами продуктового змеевика.
Известная печь имеет ряд недостатков: недостаточно высокая теплопроизводительность, малый межремонтный период из-за недолговечности труб, сложность монтажных и ремонтных работ, сложность конструкции, большие габариты и металлоемкость.
В качестве наиболее близкого аналога выбрана трубчатая печь, приведенная в пат. Российской Федерации №2202591 (МПК C 10 G 9/20, публ. 20.04.03 г.).
Она содержит корпус с радиантной и двумя конвективными камерами. В радиантной камере расположены вдоль стен два продуктовых змеевика, прямые участки труб которых, выполнены горизонтальными. Каждый змеевик выполнен трехрядным, а между первым и вторым от оси корпуса рядами труб расположены навесные перегородки. В поду радиантной камеры установлены газовые короткофакельные горелки.
К недостаткам этой печи можно отнести невысокую теплопроизводительность, малый межремонтный период из-за недолговечности труб, сложность монтажных и ремонтных работ. Она отличается сложной конструкцией, большими габаритами и высокой металлоемкостью.
Задачей полезной модели является создание конструкции трубчатой печи, обеспечивающей эффективную работу за счет высокой теплопроизводительности, имеющей малый межремонтный период за счет увеличения долговечности труб, обеспечивающей упрощение монтажных и ремонтных работ, а также небольшие габариты и более низкую металлоемкость.
Технический результат: высокая теплопроизводительность, повышение долговечности труб, упрощение монтажных и ремонтных работ, снижение габаритов и металлоемкости печи.
Для достижения указанного технического результата в трубчатой печи, содержащей корпус с радиантной и конвективной камерами, размещенный в корпусе продуктовый змеевик, прямые участки труб которого расположены
горизонтально, и, по меньшей мере, одну горелку, корпус печи выполнен горизонтальным с футерованными изнутри огнеупорным материалом торцевыми стенками, змеевик выполнен из, по меньшей мере, одного ряда труб, расположенных по окружности с зазором между соседними трубами не более 3 мм и с, по меньшей мере, одним окном между трубами для прохода дымовых газов, причем радиантная камера образована между внутренней поверхностью змеевика и внутренней поверхностью торцевых стенок, а конвективная камера - между наружной поверхностью змеевика и боковыми стенками корпуса, у, по меньшей мере, одной торцевой стенки корпуса по его оси расположена топочная камера с футерованным изнутри огнеупорным материалом туннелем, выходное отверстие которого соединено с торцевой стенкой радиантной камеры, а входное - с, по меньшей мере, одной горелкой.
Преимущественно корпус печи выполнен цилиндрической формы. Помимо этого печь может быть выполнена со съемными торцевыми крышками, внутренняя поверхность которых футерована огнеупорным материалом, а верхняя часть корпуса также может быть выполнена съемной. В предпочтительном варианте осуществления трубчатая печь снабжена, по меньшей мере, двумя опорами для змеевика, которые выполнены в виде кольца, причем трубы змеевика установлены на внутренней поверхности кольца, или в виде наружного и внутреннего обручей, соединенных перемычками,, причем трубы змеевика установлены на внутренней поверхности внутреннего обруча.
Продуктовый змеевик может быть выполнен двухконтурным и возвратно-петлевым.
В преимущественном варианте осуществления продуктовый змеевик выполнен трехрядным, причем трубы наружного и внутреннего ряда труб расположены в шахматном порядке, а печь может быть снабжена, по меньшей мере, двумя опорами для труб, выполненными в виде наружного и внутреннего обручей, соединенных перемычками, причем трубы наружного ряда размещены между наружным и внутренним обручами между перемычками.
Кроме того, печь может быть снабжена воздухоподогревателем, установленным перед дымовой трубой, соединенным воздуховодом с горелками.
Помимо этого, горелки, соединенные с одним тоннелем топочной камеры, могут быть размещены в отдельном здании.
На фиг.1 изображена трубчатая печь с продольным разрезом, вариант; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - трубчатая печь с продольным разрезом, вариант; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 изображена опора змеевика, вариант.
Печь трубчатая содержит цилиндрический горизонтальный корпус 1, теплоизолированный базальтовым утеплителем, имеющий торцевые стенки 2, 3 и боковые стенки 4. Печь имеет съемные торцевые крышки 5, 6 и съемную верхнюю часть корпуса 7 для удобства монтажа змеевика и демонтажа змеевика при его ремонте или замене. Торцевые крышки 5, 6 изнутри
футерованы огнеупорным кирпичом. Внутри корпуса 1 размещен продуктовый змеевик 8, прямые участки труб 9 которого расположены горизонтально и по окружности. Трубы 9 одного ряда змеевика плотно упакованы. Зазор между соседними трубами 9 не более 3 мм. Между внутренней поверхностью продуктового змеевика 8 и внутренней поверхностью торцевых стенок 2, 3 образована радиантная камера 10, а между наружной поверхностью змеевика и боковыми стенками корпуса -конвективная камера 11. Для прохода дымовых газов из радиантной камеры в конвективную между трубами выполнено, по меньшей мере, одно окно 12. Змеевик 8 может быть выполнен из одного, двух (фиг.2) и трех рядов труб (фиг.4). Конструкция змеевика может быть двухконтурной (фиг.4), возвратно-петлевой. Большой размер змеевика обеспечивает равномерный нагрев труб змеевика при осевом входе дымовых газов, чем достигается долговечность змеевика. В зависимости от необходимой максимальной температуры нагрева применяется подключение змеевика прямоточное или противоточное (при температуре продукта до 80°С - прямоток, при температуре выше 80°С - противоток). При трехрядном выполнении змеевика трубы наружного и внутренних рядов расположены в шахматном порядке.
Трубы змеевика опираются на, по меньшей мере две опоры 13. Опоры могут быть выполнены в виде кольца (не показано). Трубы змеевика 8 при этом опираются на внутреннюю поверхность кольца. В варианте осуществления каждая опора состоит из внутреннего 14 и наружного 15
обручей, соединенных перемычками 16. Эти опоры хорошо поддерживают змеевик, который скользит по ним при тепловом удлинении, и очень упрощают монтаж и демонтаж змеевика при ремонте. При трехрядном выполнении змеевика трубы наружного ряда располагаются между перемычками 16 и между обручами 14, 15, а трубы среднего ряда на внутреннем обруче 14.
С одного (фиг.1) или двух (фиг.3) торцевых стенок корпуса по его оси расположена топочная камера 17, представляющая собой стальной цилиндрический горизонтальный корпус с туннелем 18, футерованным изнутри кирпичом. Топочная камера 17 установлена на ложементе рамы-подставки 19. При тепловых удлинениях она скользит на ложементе рамы-подставки 19. На входе в туннель 18 топочной камеры установлена, по меньшей мере, одна горелка 20. Выходное отверстие 26 туннеля топочной камеры расположено в торцевой стенке корпуса 1. Воздух к горелке подает вентилятор 21 по воздуховоду 22. Воздух может быть предварительно подогрет в воздухоподогревателе 23, расположенном между конвективной камерой и дымовой трубой 24. Горелки 20 могут устанавливаться для любых видов топлива (газ, дизельное топливо, нефть, мазут, комбинированное топливо). Горелка 20 устанавливается в блочно-модульном здании 25. В этом здании устанавливаются и различные приборы.
Печь работает следующим образом. В змеевик 8 печи подают нефть или нефтепродукты. Розжиг горелок 20 производят с пульта дистанционного управления (не показан). К горелке в здание 25 в зимнее время подают
подогретый в воздухоподогревателе 23 воздух вентилятором 21 по воздуховоду 22. К горелке 20 подают также топливо. В туннеле 18 топочной камеры 17 топливо и воздух горят при оптимальных условиях и малых потерях теплоты. В объеме туннеля 18 выделяется много энергии, которая идет на разогрев его футерованной поверхности. Через небольшое в сравнении с длиной туннеля выходное отверстие 26 туннеля проходит весь тепловой поток излучения его внутренней поверхности. Лучеиспускательная способность выходного отверстия 26 близка к излучательной способности абсолютно горячего тела. В результате интенсивность теплоотдачи радиацией значительно выше, чем у простого факела в «прототипе», т.е. вырастает теплопроизводительность. Кроме того, тепловой радиационный поток излучают нагретые торцевые стенки корпуса. Указанное расположение прямых участков труб змеевика горизонтально и по окружности, большой размер змеевика обеспечивает хорошую теплопередачу, равномерный нагрев труб и продукта в трубах. Температура дымовых газов в радиантной камере 1200-1600°С. Через окна 12 поток дымовых газов попадает из радиантной камеры 10 в конвективную камеру 11, где дымовые газы передают тепло продукту конвекцией, что снижает температуру уходящих газов и повышает к.п.д. печи. Затем дымовые газы подогревают воздух в воздухоподогревателе 23 и выбрасываются в дымовую трубу 21 с температурой около 300°С.
Предлагаемая трубчатая печь имеет к.п.д. на 15% выше, чем у известных печей, теплосъем с единицы поверхности выше на 30%, а
межремонтный период увеличивается до 2-х раз, она имеет небольшие размеры и металлоемкость в сравнении с известными трубчатыми печами.
1. Трубчатая печь, содержащая корпус с радиантной и конвективной камерами, размещенный в корпусе продуктовый змеевик, прямые участки труб которого расположены горизонтально и, по меньшей мере, одну горелку, отличающийся тем, что корпус печи выполнен горизонтальным с футерованными изнутри огнеупорным материалом торцевыми стенками, продуктовый змеевик выполнен из, по меньшей мере, одного ряда труб, расположенных по окружности с зазором между соседними трубами не более 3 мм и с, по меньшей мере, одним окном между трубами для прохода дымовых газов, радиантная камера образована между внутренней поверхностью продуктового змеевика и внутренней поверхностью торцевых стенок, а конвективная камера образована между наружной поверхностью змеевика и боковыми стенками корпуса, у, по меньшей мере, одной торцевой стенки корпуса по его оси расположена топочная камера с футерованным изнутри огнеупорным материалом туннелем, выходное отверстие которого соединено с радиантной камерой, а входное - с, по меньшей мере, одной горелкой.
2. Трубчатая печь по п.1, отличающаяся тем, что корпус печи выполнен цилиндрической формы.
3. Трубчатая печь по п.1, отличающаяся тем, что выполнена со съемными торцевыми крышками, внутренняя поверхность которых футерована огнеупорным материалом.
4. Трубчатая печь по п.3, отличающаяся тем, что корпус печи выполнен цилиндрической формы.
5. Трубчатая печь по п.1, отличающаяся тем, что верхняя часть корпуса выполнена съемной.
6. Трубчатая печь по п.5, отличающаяся тем, что корпус печи выполнен цилиндрической формы.
7. Трубчатая печь по п.5, отличающаяся тем, что выполнена со съемными торцевыми крышками, внутренняя поверхность которых футерована огнеупорным материалом.
8. Трубчатая печь по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что снабжена, по меньшей мере, двумя опорами для змеевика, выполненными в виде кольца, причем трубы змеевика установлены на внутренней поверхности кольца.
9. Трубчатая печь по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что снабжена, по меньшей мере, двумя опорами, выполненными в виде наружного и внутреннего обручей, соединенных перемычками, причем труба установлена на внутренней поверхности внутреннего обруча.
10. Трубчатая печь по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что продуктовый змеевик выполнен двухконтурным и возвратно-петлевым.
11. Трубчатая печь по п.10, отличающаяся тем, что снабжена, по меньшей мере, двумя опорами для змеевика, выполненными в виде кольца, причем трубы змеевика установлены на внутренней поверхности кольца.
12. Трубчатая печь по п.10, отличающаяся тем, что снабжена, по меньшей мере, двумя опорами, выполненными в виде наружного и внутреннего обручей, соединенных перемычками, причем труба установлена на внутренней поверхности внутреннего обруча.
13. Трубчатая печь по п.10, отличающаяся тем, что продуктовый змеевик выполнен трехрядным, причем трубы наружного и внутреннего ряда труб расположены в шахматном порядке.
14. Трубчатая печь по п.13, отличающаяся тем, что снабжена, по меньшей мере, двумя опорами для труб, выполненными в виде наружного и внутреннего обручей, соединенными перемычками, причем трубы наружного ряда размещены между наружным и внутренним обручами между перемычками.
15. Трубчатая печь по любому из пп.1-7, 11-14, отличающаяся тем, что снабжена воздухоподогревателем, установленным перед дымовой трубой, соединенным воздуховодом с горелками.
16. Трубчатая печь по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что горелки, соединенные с одним тоннелем топочной камеры, установлены в отдельном здании воздуховодом с горелками.
17. Трубчатая печь по любому из пп.11-14, отличающаяся тем, что горелки, соединенные с одним тоннелем топочной камеры, установлены в отдельном здании.
18. Трубчатая печь по п.16, отличающаяся тем, что снабжена воздухоподогревателем, установленным перед дымовой трубой, соединенным воздуховодом с горелками.
