Теплообменное оборудование

Так как компрессор ФВ-6 имеет два цилиндра, коленчатый вал -- два колена, расположенных под углом 180, то в одном из двух цилиндров одновременно происходит процесс всасывания, а в другом -- сжатие и нагнетание.

Компрессоры других типов рассмотрены в разделе «гидро-, пневмопривод»

Испарители

испаритель холодильный компрессионный охлаждение

Испарители -- это теплообменные аппараты, в которых происходит теплообмен между охлаждаемой средой и кипящим холодильным агентом. При этом температура охлаждаемой среды понижается или поддерживается на определенном уровне, а холодильный агент меняет фазовое состояние.

Испарители классифицируют по следующим признакам:

-- по виду холодильного агента: хладоновые, аммиачные;

-- по виду охлаждаемой среды: для охлаждения воздуха, рассола, воды;

--по конструктивному исполнению: листотрубные, трубчато-змеевиковые, кожухотрубные, кожухозмеевиковые и др.;

-- по циркуляции охлаждаемой среды: с естественной и принудительной циркуляцией;

-- по характеру заполнения жидким холодильным агентом: сухого типа и затопленного.

Если жидкий холодильный агент подается снизу в испаритель, а пары отсасываются сверху, то это испаритель затопленного типа, так как поверхность труб соприкасается с жидким хладоном.

Если жидкий холодильный агент подается в испаритель сверху, а отсасывается компрессором снизу -- сухого типа, так как часть труб не покрыта холодильным агентом.

Испаритель типа ИРСН

Испаритель ИРСН -- ребристый, сухого типа, настенный (рис.25) выполнен в виде плоского змеевика с оребрением.

Промышленность выпускает испарители типа ИРСН нескольких размеров, отличающихся длиной труб и площадью теплопередаюгцей поверхности: ИРСН-4,7; ИРСН-10; ИРСН-12,5. Цифра -- это площадь теплопередающей поверхности.

Конструкция ИРСН представляет собой двухрядный змеевик, прямые участки которого соединены калачами (4).

Жидкий холодильный агент подается через верхний штуцер (2), а пары отсасываются компрессором через нижний штуцер (1). Оребрение увеличивает теплопередающую поверхность.

Процесс, протекающий в испарителе. Жидкий холодильный агент из конденсатора через регулирующий вентиль поступает в испаритель через верхний штуцер. Проходя по змеевикам, хладагент кипит (испаряется) за счет отбора тепла от воздуха охлаждаемого объема. Образующиеся пары отсасываются компрессором.

Рис. 25 Испаритель ИРСН: а -- общий вид; б -- схема; 1 -- нижний штуцер; 2 -- верхний штуцер; 3 -- оребренные трубы; 4 --калачи

Воздухоохладитель

Воздухоохладитель -- это теплообменный аппарат, служащий для охлаждения и обеспечения принудительной циркуляции охлажденного воздуха.

Воздухоохладитель представляет собой змеевик, размещенный внутри корпуса. Корпус открыт с обеих сторон, одна из которых снабжена диффузором с осевым вентилятором.

Процесс, происходящий в воздухоохладителе. Жидкий хладагент в змеевике кипит, отбирая тепло от воздушного потока, который подается осевым вентилятором из охлаждаемого объема в корпус воздухоохладителя. Проходя через змеевик, воздух охлаждается и вновь поступает в охлаждаемый объем. Образующиеся пары хладагента из змеевика воздухоохладителя отсасываются компрессором.

Испаритель для охлаждения рассола

Для охлаждения рассола используются кожухотрубные испарители типа.

Испаритель для охлаждения рассола выполнен в виде цилиндрического корпуса (1) с приваренными к нему с обеих торцевых сторон трубными решетками (3), в которых закреплены трубки малого диаметра (2) с оребрением для увеличения поверхности охлаждения. На внутренней стороне боковых крышек предусмотрены перегородки (5) для изменения направления движения рассола.

Одна из крышек имеет штуцер (7) для выхода охлажденного рассола и штуцер (8) для заполнения межтрубного пространства отепленным рассолом из рассольных батарей.

Рис. 26 Схема кожухотрубного испарителя: 1 -- цилиндрический корпус; 2 -- трубки малого диаметра; 3 -- трубные решетки; 4 -- боковые крышки; 5 -- перегородки боковых крышек; 6 -- штуцер для входа жидкого хладагента; 7 -- штуцер отвода охлажденного рассола; 8 -- штуцер поступления отепленного рассола; 9 -- штуцер для отсасывания паров хладагента

Процессы, происходящие в испарителе. Жидкий холодильный агент вводится в межтрубное пространство, по трубкам которого протекает рассол. В результате теплообмена рассол охлаждается, а за счет отбора тепла холодильный агент кипит, меняя фазовое состояние. Охлажденный рассол насосом подается в рассольные батареи, охлаждает воздушную среду холодильной камеры, в результате теплообмена нагревается и вновь поступает в испаритель.

При работе испарительных батарей воздух, соприкасаясь с их холодными поверхностями, охлаждается, влажность воздуха при этом снижается. Избыток влаги в виде слоя инея (особенно в пограничном слое) оседает на поверхности испарителя, что ухудшает работу.

Холодопроизводительность испарителей зависит от разности температур между поверхностью испарителя и воздухом охлаждаемой среды.

Поверхность испарителей определяется по формуле

где Q₀ - тепловая нагрузка на испаритель, Вт;

К -- коэффициент теплопередачи, Вт/м² * град.;

t° -- разность температур, С.

КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсаторы -- это теплообменные аппараты, в которых от паров холодильного агента отводится тепло, воспринятое в испарителе, компрессоре, трубопроводах, на стороне низкого давления. Количество тепла, отводимое конденсатором от холодильного агента в единицу времени, называется тепловой нагрузкой конденсатора. Тепло отводится окружающей среде: воздуху или воде. Производительность конденсатора зависит от скорости движения окружающей среды, чистоты теплопередающей поверхности, скорости отвода жидкого холодильного агента, наличия воздуха в конденсаторе.

Наличие водяного камня, масла на поверхности конденсатора снижает теплопередачу, так как они оказывают ей сопротивление; воздух увеличивает температуру и давление конденсации.

Конденсаторы с воздушным охлаждением

Конденсаторы с воздушным принудительным охлаждением входят в состав холодильных агрегатов типа ВС, ВН, моноблочных холодильных машин МХК-1000, 1МВВ и др.

Конденсаторы с воздушным охлаждением (рис.27) выполнены в виде 3--5-рядных плоских змеевиков, последовательно соединенных калачами. Чем выше холодопроизводительность агрегата, выше тепловая нагрузка, тем больше рядов плоских змеевиков. Змеевики выполняются из оребренных бесшовных труб. Оребрение увеличивает поверхность охлаждения.

Сверху и снизу змеевики, соединенные калачами (2), объединены коллекторами (4 и 5), По верхнему коллектору (4) в конденсатор нагнетаются компрессором сжатые пары холодильного агента, а через нижний коллектор (5) отводится жидкий холодильный агент в ресивер (6).

Плоские змеевики (секции) заключены в стальной лист -- корпус с цилиндрической обечайкой для осевого вентилятора, установленного на валу электродвигателя. Вентилятор создает сильный поперечный поток воздуха, поступающий через конденсатор к электродвигателю.

Процесс, протекающий в конденсаторе. Сжатые пары холодильного агента нагнетаются компрессором через паровой коллектор (4). Проходя по змеевикам, обдуваемым воздушным потоком, пары охлаждаются и конденсируются.

Жидкий холодильный агент стекает вниз и через жидкостной коллектор (5) отводится в ресивер.

Рис. 27 Конденсатор с воздушным охлаждением: 1 -- секция змеевика (плоский змеевик); 2 -- калачи; 3 -- ребра; 4 -- коллектор входа паров холодильного агента; 5 -- коллектор выхода жидкого холодильного агента; 6 -- ресивер; 7 -- вентиль; 8 -- фильтр

конденсаторы с естественным воздушным охлаждением бытовых холодильников

В бытовых холодильниках применяют листо-трубные конденсаторы. Они изготовлены из двух алюминиевых листов, которые после нанесения на их поверхность специальной краской меток, подвергают прокатке под высоким давлением, после чего листы объединяются в единую конструкцию. Затем водой или воздухом под высоким давлением листы продувают. В местах, где была нанесена краска, образуется канал для прохождения холодильного агента; проволочно-трубные конденсаторы изготавливают из медных трубок в виде змеевика с оребрением из стальной проволоки.

Конденсаторы с водяным охлаждением

Различают кожухотрубные и кожухозмеевиковые конденсаторы.

Конденсатор кожухотрубный (рис.28) представляет собой цилиндрический корпус (4) с приваренными к нему с торцов трубными решетками (2). В отверстиях трубных решеток закреплены оребренные трубки малого диаметра (3). Таким образом внутренняя полость цилиндрического корпуса разделена на две части -- межтрубную, предназначенную для холодильного агента, и трубную -- для прохождения воды.

Внутренняя поверхность боковых крышек имеет перегородки, обеспечивающие последовательное прохождение воды. Вода поступает по нижнему штуцеру (7), а отепленная вода выходит через верхний штуцер (6).

На внешней стороне корпуса предусмотрены патрубки: верхний -- для нагнетания сжатых паров холодильного агента и нижний -- для отвода жидкого холодильного агента после его стекания в сборник (8). На конденсаторе размещен и предохранительный клапан.

Рис. 28 Кожухотрубный конденсатор: а -- конструкция, б -- вид слева (разрез); и 5 -- боковые крышки; 2 -- трубные решетки; 3 -- трубки оребренные; 4 -- корпус конденсатора; 6 и 7 -- штуцеры; 8 -- сборник жидкого холодильного агента; 9 -- регулирующий вентиль

Процесс, происходящий в конденсаторе.

Компрессор отсасывает пары из испарителя, сжимает их до давления конденсации и через верхний патрубок нагнетает во внутренний объем корпуса конденсатора -- межстенное пространство. Соприкасаясь с оребренными трубками, по которым протекает вода, пары охлаждаются, конденсируются и стекают в сборник (8), откуда через регулирующий вентиль вновь поступают в испаритель.

Конденсатор кожухозмеевиковый

Кожухозмеевиковый конденсатор (рис.29) состоит из цилиндрического корпуса (4), выполненного в виде трубы большого диаметра.

С одной стороны к корпусу приварено сферическое донышко (8). На противоположной стороне предусмотрен фланец (3) для крепления трубной решетки (2), в отверстиях которой закреплены U-образные трубки (6) малого диаметра с оребрением. Крышка (1) трубной решетки имеет два штуцера: один для входа воды, второй -- для выхода отепленной воды.

Рис. 29 Конденсатор кожухозмеевиковый: а -- продольный разрез, б -- вед слева; 1 -- крышка; 2 -- трубная решетка; 3 -- фланец; 4 -- корпус цилиндрический; 5 -- патрубок для входа паров холодильного агента; 6 -- U-образные трубки; 7 -- оребрение; 8 -- сферическое дно корпуса; 9 -- сборник жидкого холодильного агента; 10 -- пробка; 11 -- запорный вентиль

В нижней части корпуса предусмотрены патрубки: верхний (5) -- для нагнетания сжатых паров холодильного агента, нижний патрубок с запорным вентилем (11) -- для отвода жидкого холодильного агента через регулирующий вентиль в испаритель. Кроме этого в нижней части корпуса размещена пробка (10) со сквозным отверстием, заполненным легкоплавким сплавом (температура плавления составляет 65--70 °С) для выпуска жидкого холодильного агента в случае создания аварийной ситуации. Жидкий холодильный агент стекает в нижнюю часть корпуса и сборник (9).

Процесс, происходящий в кожухозмеевиковом конденсаторе, аналогичен процессу в кожухотрубном конденсаторе.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

Вспомогательными аппаратами холодильных машин называют такие, которые обеспечивают эффективный процесс получения искусственного холода. К вспомогательным аппаратам холодильных машин относятся ресиверы, теплообменники, фильтры, осушители, фильтры-осушители.

Ресивер -- это сборник жидкого агента. Ресивер представляет собой стальной цилиндрический сосуд со сферическими донышками (рис.30). С внешней стороны корпуса ресивера предусмотрены две трубки -- одна для поступления жидкого холодильного агента из конденсатора, вторая с запорным вентилем для подачи жидкого хладагента через регулирующий вентиль в испаритель. В корпусе ресивера расположена заборная трубка, соединенная с жидкостным запорным вентилем. Внутри труб размещен механический сетчатый фильтр.

В эксплуатации используют холодильные агрегаты с конденсаторами с воздушным охлаждением, смонтированные на корпусе горизонтально расположенного ресивера. Однако для большей компактности в агрегатах типа ВС и ВН ресиверы расположены вертикально. На представленной схеме изображен ресивер и его составные элементы.

Рис. 30 Ресивер холодильных агрегатов с открытым компрессором: 1 -- механический (сетчатый) фильтр; 2 -- заборная трубка; 3 -- корпус ресивера; 4 -- жидкостный запорный вентиль

Фильтр предназначен для удаления из циркулирующего холодильного агента механических примесей. Он состоит из латунной медной трубки.

Места размещения фильтров: во всасывающей полости компрессоров типа ФВ, ФВБС.

Осушители и фильтры-осушители

Влага, попавшая в герметичную систему холодильной машины, по которой циркулирует холодильный агент, приводит к образованию ледяных пробок, что нарушает нормальную работу установки.

Поглотителями воды (влаги), попавшей в холодильную систему, являются силикагель и цеолит. Наибольшей способностью поглощать влагу обладает цеолит.

Если сетчатый фильтр объединен с осушителем, то такое объединение называют фильтром-осушителем (рис.31 ).

Фильтр-осушитель устанавливается на трубопроводе между ресивером и регулирующим вентилем.

Рис. 31 Схема фильтра-осушителя: 1 -- накидная гайка; 2 -- заглушка; 3 и 8 -- штуцер; 4 -- сетка; 5 -- решетка; 6 -- корпус; 7 -- цеолит; 9 -- прокладка

Фильтр-осушитель состоит из цилиндрического корпуса-трубки (6), снабженного штуцерами (3 и 8) для входа и выхода жидкого хладагента. В торцах корпуса-трубки установлены сетки (4) и решетки (5). Внутреннее пространство корпуса-трубки заполнено цеолитом.

Жидкий холодильный агент, проходя через фильтр-осушитель, подвергается фильтрации (улавливается механическая примесь), а присутствующая влага поглощается цеолитом. Далее жидкий хладов поступает в регулирующий вентиль и испаритель.

ПЕЧИ

Промышленные печи - устройства с камерой, огражденной от окружающей среды, предназначенные для получения материалов и изделий при тепловом воздействии на исходные вещества. Теплота выделяется в результате горения топлива или превращения электрической (реже солнечной) энергии. Основные части печи: теплогенератор (источник тепла); рабочая камера, в которой находятся материалы или изделия; теплоотборник, служащий для охлаждения изделий после их термической обработки; устройства для подвода топлива или электрической энергии, а также для отвода продуктов сгорания; механизмы для загрузки, транспортировки через печи и выгрузки материалов или изделий; система автоматического управления работой печи; строительные конструкции (фундамент, футеровка для ограждения рабочей камеры от окружающей среды, каркас для обеспечения необходимой прочности и крепления горелок или форсунок, кожух для герметизации печи и обеспечения ее прочности); устройства для утилизации тепла и продуктов сгорания топлива (рекуператоры, регенераторы). В большинстве печей теплогенераторы и теплоотборники совмещены с рабочей камерой.

Классификация. Печи классифицируют по термотехнологическим, теплотехническим и механическим характеристикам, а также с учетом конструктивных особенностей, состояния и свойств печной среды (смеси веществ в рабочей камере кроме исходных материалов и целевых продуктов). По термотехнологическим признакам печи подразделяют на физические, в которых получение продукта основано на целенаправленных физических превращениях исходных материалов без химического взаимодействия между ними, и химические, в которых получение продукта основано на целенаправленных химических взаимодействиях между исходными материалами. По характеру течения термотехнологического процесса во времени различают печи периодического и печи непрерывного действия.

По теплотехническим признакам печи подразделяют следующим образом. В зависимости от источника тепла выделяют экзотермические (или пламенные), электротермические (или электрические), оптические (в т.ч. гелиотермические, или солнечные) и смешанные печи. В экзотермических печах источником тепла могут быть исходные материалы, вводимое топливо (газообразное, жидкое либо твердое) или и то и другое одновременно. Электротермические печи подразделяют на печи сопротивления, дуговые, дуговые печи сопротивления, электроннолучевые и индукционные. Различают также печи с теплогенерацией в рабочей камере и вне ее, со встроенными рекуператорами или без них, а также проходные (однократные) и рециркуляционные (многократные), в которых газообразный теплоноситель в рабочей камере используется соответственно один или много раз. В зависимости от вида теплообмена выделяют конвекционные, радиационные, кондуктивные и смешанные печи.

По механическим признакам печи подразделяются следующим образом:

по способу транспортировки исходных материалов и полученных продуктов - на конвейерные, роликовые, рольганговые, вагонеточные и др.;

по характеру движения газовых потоков в рабочих камерах - на печи с криволинейными (круговыми, циклонными и др.) или прямолинейными потоками;

по взаимной ориентации потоков исходных материалов и продуктов - на прямоточные, противоточные и перекрестные.

Различают печи контролируемого и неконтролируемого химического состава, вакуумные или работающие под давлением. Печи бывают с газовой, жидкой, твердой или смешанной печной средой. Последняя состоит из продуктов сгорания топлива, отходов физ. и химических превращений исходных материалов и из специально вводимых компонентов, необходимых для защиты исходных материалов и продуктов от нежелательных химических воздействий.

По конструктивным признакам печи подразделяются на шахтные, туннельные, кольцевые, ретортные, муфельные, тигельные, горшковые, ванные, трубчатые, полочные, камерные, вращающиеся, колпачковые, ямные, секционные, многоподовые с пульсирующим или шагающим подом и т.д.

Основные показатели работы печи - производительность, тепловая мощность, кпд. Производительность обычно измеряют количеством исходного материала (сырья), проходящего через нее в единицу времени, или количеством продукта, получаемого за определенное время, и выражается в т/ч или т/сут. Тепловая мощность, или полезная тепловая нагрузка (иногда наззывается также теплопроизводительностью), соответствует количеству тепла, воспринимаемого сырьем в печи в единицу времени; выражается в МВт. Кпд показывает, насколько эффективно используется тепло, получаемое при сжигании топлива, и составляет обычно 0,6-0,8.

Процессы, протекающие в печи. В рабочей камере одновременно осуществляются термотехнологические, теплотехнические и механические процессы, в которых участвуют исходные материалы, продукты, печная среда и футеровка. К механическим процессам относятся перемещение в рабочей камере исходных материалов, продуктов и печной среды, которые должны создавать в рабочей камере оптимальные условия для осуществления термотехнологических процессов.

Термотехнологические процессы весьма разнообразны. К физическим процессам, в частности, относятся:

1) тепловая активация металлов и сплавов, которую проводят, например, для их подготовки к послед. пластической деформации (ковке, прокату, волочению и др.);

2) термическая обработка исходных материалов - способ изменения их структуры и свойств в заданном направлении путем их нагревания и охлаждения с определенным режимом изменения температур во времени и по объему печи; например, отпуск и нормализация стали заключаются в нагреве ее до температур соответствующих ниже нижней критической или выше (на 20-50 ⁰C) верхней критической, выдерживании при этих температурах и последующем охлаждении, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости стали;

3) плавление исходных материалов, осуществляемое для последующего придания металлам и сплавам заданных форм, получения сплавов и твердых растворов заданного химического состава и физических свойств, термического рафинирования расплавленных металлов, направленной кристаллизации и зонной плавки при выращивании монокристаллов и глубокой очистки металлов и т.д.;

4) испарение исходных материалов, осуществляемое для селективного разделения расплавов и при первичной переработке нефти;

5) термическое обезвоживание жидких отходов - эффективный способ снижения загрязнения окружающей среды, в результате которого получают твердый сухой остаток в виде порошка или гранул.

К химичеким термотехнологическим процессам относятся, в частности, крекинг, коксование, пиролиз, варка стекла, термохим. рафинирование (очистка от примесей) металлов, возгонка (перевод вещества из твердого состояния в газообразное, напремер, при получении желтого фосфора), термосинтез (получение при высоких температурах CaC₂, CS₂ и др.), термическое разложение сложных химических веществ (используется, например, при получении кальцинированной соды, технического углерода), высокотемпературная деструкция углеводородного сырья (например, для получения из нефти низших олефинов и жидких продуктов пиролиза - бензола, толуола и др.), термическое обезвреживание отходов (распад их на нейтральные к окружающей среде вещества), а также обжиг, сжигание, выплавка, химико-термическая обработка металлов.

Конструкции печи. В зависимости от целей и характера термотехнологических процессов конструкции печи имеют свои особенности. В качестве примера на рис. 32 приведена схема герметизированной электрической ванной печи, предназначенной для получения желтого фосфора. Она имеет круглую форму и футерована углеграфитными блоками, а верхняя часть стенки - шамотными кирпичами. Основной конструктивный элемент этой печи - ванна 6. В ней осуществляются превращения исходных материалов и получается желтый фосфор, который возгоняется и выводится из печи. В боковых стенках ванны установлены летки 10 для выпуска шлака и феррофосфора. Ванна заключена в металлический кожух 4, который обеспечивает ее мех. прочность и герметичность. Ванна сверху закрывается сводом 8 из жаропрочного железобетона; на своде установлена электроизоляционная газонепроницаемая металлическая крышка 3. На своде и крышке имеются отверстия для прохода электродов 7, течек (отверстий) 2 для подачи исходных материалов и отводов газообразных продуктов. Передача электроэнергии электродам, удерживание, регулирование их положения в ванне осуществляется с помощью электрододержателей 1 печи непрерывно охлаждается водой.

Рис. 32 Электрич. руднотермич. печь для получения фосфора: 1 -электрододер-жатель; 2-течки; 3-крышка; 4-кожух ванны; 5-водоохлаждение ванны; 6-ванна; 7-электроды; 8-свод; 9 - трансформатор; 10-летка

Рис. 33 Вращающаяся печь: 1-откатная головка; 2-горелка; 3-барабан; 4-бандаж; 5-венцовая шестерня; 6-пыльная камера; 7-наклонная течка; 8-опорная станция; 9-опорно-упорная станция; 10-механизм привода

На рис. 33 приведена схема вращающейся печи, в которой осуществляется обжиг сыпучих материалов (шамота, магнезита, доломита, керамзита, боксита, марганцевой, цинковой и др. руд, киновари и т.д.). Эта печь имеет цилиндрическую рабочую камеру - барабан 3, выполненный из огнеупорного кирпича и заключенный в стальной корпус, на котором установлены бандажы 4 и венцовая шестерня 5. Бандажами печь устанавливается на упорные и опорные ролики, которые смонтированы на металлических рамах и находятся на бетонном фундаменте (опорно-упорная станция 9). Загрузка исходного материала производится по наклонной течке 7, расположенной в пыльной камере 6, а разгрузка осуществляется через откатную головку 1, в которой установлена горелка (или форсунка) 2 для сжигания топлива. Перемещение исходного материала вдоль продольной оси печи осуществляется благодаря вращению корпуса, установленного под углом 2-4° к горизонту. Во вращение печь приводится специальным механизмом привода 10. В месте соединения корпуса печи с пыльной камерой и откатной головкой установлены уплотняющие устройства. В рабочей камере некоторых печей имеются внутрипечные теплообменники для интенсификации обжига. В нашей стране эксплуатируются вращающиеся печи диаметром от 1 до 7 м и длиной от 12 до 230 м.

На рис. 34 приведена схема многоподовой печи, предназначенной для обжига сыпучих материалов (сульфидов металлов, магнезита, извести, золото- и серебросодержащих руд и т.д.). Она выполнена из огнеупорных и теплоизоляционных материалов; снаружи заключена в стальной кожух. Топливом в ней может служить мазут или природный газ. Рабочая камера имеет форму вертикального цилиндра, разделенного горизонтально расположенными подами 1 на нескольких кольцевых реакционных камер с различными температурными режимами. На подах имеются отверстия 2, расположенные попеременно на периферии или в центре, для пропускания исходного материала и печных газов. Перемещение по подам с одновременным перемешиванием обжигаемого материала осуществляется перегребающим устройством, состоящим из центрального пустотелого вала 6 и закрепленных в нем рукояток с гребками 5 (механическими мешалками). Центральный вал и рукоятки охлаждаются воздухом, подаваемым от вентилятора 7. Этот воздух затем может быть использован для сжигания топлива. Перегребающее устройство приводится во вращение механизмом привода 8, состоящим из электромотора и специального редуктора, расположенного под печью.

Рис. 34 Многоподовая печь на мазутном и газовом топливе: 1 - поды, 2 - отверстия, 3, 7 - вентиляторы, 4 - шнек, 5 - гребки, 6 - вал, 8 - механизм приводы, 9 - мазутная топка, 10 - горелки

Исходный материал загружают на верхний под через шнек 4 и гребками перемещают до отверстия на нем. Через него материал подается вниз - на следующий под, совершая сложный зигзагообразный путь по всем подам, и выгружается внизу печи.

На некоторых кольцевых камерах снаружи печи установлены горелки 10 для сжигания газообразного топлива (топливного газа). Полученные дымовые газы в смеси с газами, которые выделяются при протекании термотехнологических процессов, являются теплоносителями. Они движутся по рабочим камерам вверх и выводятся из печи.

Мазутное топливо сжигается в специальной отдельно стоящей топке 9, и образовавшиеся газы по футерованной трубе подаются в печи. Диаметр промышленных печей обычно 1,6-6,8 м, число подов 4-16, общая поверхность подов составляет 6,5-370 м².

В нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности наиболее широко используются трубчатые печи. Они предназначены для огневого нагрева (до 300⁰C), испарения и перегрева (при 300-500 ^oC) газообразных и жидких сред, а также для проведения высокотемпературных процессов деструкции углеводородного сырья (при т-ре ~ 900⁰C). Соответственно различают нагревательные (применяемые, например, дляпроизводства масел), нагревательно-испарительные (для первичной переработки нефти) и нагревательно-испарительно-реакционные (применяемые для получения низших олефинов, бензола, толуола и др.) трубчатые печи.

Основным элемент этих печей является трубчатый змеевик, в котором движется нагреваемая среда (исходный материал). Змеевик изготовляют из жаропрочных труб диаметром 57-426 мм длиной до 24 м и толщиной стенок 4-22 мм; поверхность нагрева составляет 15-2000 м².

Подавляющее большинство трубчатых печей имеют две камеры конвекционную (или конвективную) и радиационную (или радиантную), и называются радиационно-конвекционными, или радиантно-конвективными. Обычно исходный материал поступает сначала в конвекционную камеру, где он нагревается вследствие конвекции, а затем в змеевик радиацинной камеры, который обогревается специальными горелками. Трубчатые печи могут быть разной формы - коробчатые, широко- и узкокамерные, цилиндрические, кольцевые, секционные, одно- и многокамерные. Змеевики в них бывают горизонтальные, вертикальные, винтовые и коллекторные. Конвекционные камеры размещаются относительно радиационной камеры сверху, снизу, сбоку или в середине. Трубчатые печи различаются также положением горелок для жидкого и газообразного топлива или устройств для сжигания твердого топлива (боковое, настенное, подовое, сводное и т.д.), отводом продуктов сгорания топлива (дымовых газов) из печи, числом радиационных и конвекционных камер, видом огнеупорной обмуровки и теплоизоляции (огнеупорный шамотный кирпич, блочный жаропрочный бетон, легковесные шамотноволокнистые плиты и т. д.).

Важнейшими показателями работы трубчатых печи кроме тепловой мощности, производительности по сырью и кпд являются теплонапряженность поверхности нагрева, гидравлические потери напора потоков сырья в трубчатом змеевике. Теплонапряженность поверхности нагрева характеризует, насколько эффективно используются трубчатые змеевики для нагрева сырья, и определяется количеством тепла, передаваемым через 1 м² поверхности змеевика за 1 ч. Гидравлические потери напора в змеевике зависят от скорости движения сырья, вязкости, длины печных труб, их диаметра, чистоты внутренней поверхности, сопротивлений в местах соединения труб. При деструктивной переработке нефтяного сырья жестко устанавливаются такие параметры, как температура, давление, время контакта (время пребывания сырья в змеевике). Производительность трубчатых печей в случае переработки нефти при атмосферном давлении достигает 8000 т/сут, кпд-92%; допускаемая теплонапряженность для нагревательных и нагревательно-испарительно-реакционных трубчатых печей составляет 17-58 и 80 кВт/м² соотв.; тепловая мощность варьирует от 0,12 до 250 МВт. Трубчатые печи большой мощности обладают рядом преимуществ по сравнению с печами малой мощности: относительно небольшие капиталовложения, простота технического обслуживания, лучшие технико-экономические показатели, компактность, низкая материалоемкость и т.д.

В качестве примера на рис. 35 приведена схема радиационно-конвекционной трубчатой печи нефтеперерабатывающей установки. Печь состоит из радиационной камеры 5, футерованной легковесным жаростойким бетоном, цельносварного трубчатого змеевика 6, подовой горелки 7 для жидкого или газообразного топлива. Верхнее расположение конвекционной камеры 1 и дымовой трубы 8 обеспечивает прямоточное удаление продуктов сгорания топлива с минимальными гидравлическими потерями напора в змеевике.

Вопросы для самопроверки

1.Какие аппараты холодильных машин относят к теплообменным?

2.Каково назначение испарителей холодильных машин?

3.Каково назначение конденсаторов холодильных машин?

4.Назовите фазовые переходы рабочего вещества холодильной машины, происходящие в испарителе, конденсаторе и воздухоохладителе.

5.Конструктивные особенности рекуперативных теплообменников

6. Конструктивные особенности регенеративных теплообменников

7.На чем основан принцип действия смесительных теплообменников

8.Почему змеевики теплообменник аппаратов оребряют?

9.Какие факторы влияют на эффективность работы конденсаторов?

10.Каким основным требованиям должны удовлетворять конденсаторы?

11.В чем отличие конденсатора с водяным охлаждением от испарителя для охлаждения рассола?

12.Какие испарители называют испарителями сухого типа?

13.Для какой цели в боковых крышках испарителей для охлаждения рассола и конденсаторов с водяным охлаждением предусмотрены перегородки?

14.Каково назначение и особенность устройства ресиверов?

15.Для какой цели в холодильной системе используют фильтры?

16.Как влияет на работу холодильной машины влага, попавшая в герметичную систему?

17.Для какой цели используют осушители?

18.Чем вызвана необходимость использования холодильных машин двухступенчатого сжатия?

19.Объясните принцип работы двухступенчатой холодильной машины.

20. Привести классификацию промышленных печей

21. Какие процессы могут происходить в печах

22. Конструктивное исполнение электрорудной печи

23. Конструктивные особенности многоподовой печи

24. Принцип действия вращающейся печи

Размещено на Allbest.ru

...