8.8. Характеристика трубчатых печей

Эксплуатационными характеристиками трубчатых печей являются производительность, тепловая мощность, теплонапряженность поверхности нагрева, гидравлическое сопротивление змеевика, к.п.д. печи.

Производительность печи выражается количеством сырья (технологического потока), проходящего через змеевик печи в единицу времени.

Тепловая мощность печи (или полезная тепловая нагрузка) выражается количеством тепла, которое получает тепловой поток, нагреваемый в печи в единицу времени, в МВт. Тепловая мощность может изменяться в широких пределах за счет интенсификации процесса горения в топке или изменения производительности печи по сырью. Расчетная (паспортная) тепловая мощность технологических печей достигает 58 МВт, а в некоторых – до 90 МВт.

Теплонапряженность поверхности нагрева – это удельный тепловой поток через стенки труб змеевика. Среднее значение теплонапряженности определяется количеством тепла, передаваемого через 1 м² поверхности труб змеевика за 1 ч. Величина теплонапряженности поверхности нагрева отражает эффективность передачи тепла через поверхность нагрева. Чем больше тепловая напряженность поверхности нагрева, тем мень­ших размеров требуется печь для передачи заданного количества тепла. Однако слишком высокая теплонапряженность поверхности нагрева может вызвать коксование продукта и прогар труб, так как при этом чрезмерно повышается температура стенки трубы.

Теплонапряженность радиантных труб неодинакова по окружности трубы змеевика: со стороны, обращенной в топку, она в 2-3 раза выше, чем со стороны, обращенной к футеровке, поэтому ее принимают средней по всей окружности. Интенсивность теплового потока определяет характер нагрева. При очень высокой интенсивности возрастают перепад температур в стенке трубы и перепад температур между ее внутренней поверхностью и приграничным слоем нагреваемого потока. Это в свою оче­редь ведет к тому, что температура потока у стенки трубы может возрастать до недопустимо высоких значений, и наступает термическое разложение углеводородов в приграничном слое, ведущее к интенсивному отложению кокса на стенке трубы. Коксовые отложения, имея значительно более высокое термическое сопротивление, чем сталь, еще больше увеличивают перепад температур в стенке трубы, т.е. температуру на ее внешней поверхности, что в результате приводит к прогару трубы. Поэтому существуют значения допустимых теплонапряженностей радиантных труб в зависимости от того, какой поток и до какого состояния нагревается.

Температура стенки трубы зависит также от температуры сырья и скорости его движения. Чем ниже температура сырья и выше скорость его движения, тем большую теплонапряженность поверхности труб можно допустить.

Вид нагреваемого продукта также оказывает существенное влияние на допустимую величину теплонапряженности поверх­ности труб. Чем более тяжелое сырье подвергается нагреву, тем меньше допускается теплонапряженность труб.

Гидравлическое сопротивление змеевика является величиной расчётной и зависит от скорости движения в нем сырья, вязкости нагреваемого потока, длины змеевика.

К.п.д. печи – это показатель эффективности использования тепла сжигаемого в ней топлива. При полном сгорании топлива к.п.д. зависит от коэффициента избытка воздуха, температуры уходящих из печи дымовых газов и потерь тепла в окружающую среду через стены печи. Поэтому для поддержания высокого к.п.д. усиливают теплоизоляцию, устанавливают утилизаторы тепла дымовых газов и главное – герметизируют печь для исключения больших подсосов воздуха через щели и поддержания коэффициента избытка воздуха в топке не выше 1,2. Значения к.п.д. современных печей составляют 0,75-0,85. Установлена зависимость при прочих равных условиях – чем выше температуры дымовых газов, тем ниже к.п.д. печи.