Дооборудования печей П-1 и П-2 установки АВТ-1

Вследствие упругости  водяного пара капля эмульсии превращается в своеобразный снаряд, который под действием расширяющегося водяного пара разрывается на более мелкие частицы. Это явление названо микровзрывом. Дополнительное дробление капель под действием такого рода микровзрыва не только ускоряет процесс превращения топлива в пары, т.к. увеличивается поверхность испарения, но и улучшает процесс перемешивания горючего с кислородом воздуха и в целом интенсифицирует процесс горения топлива.

При использовании жидкого топлива в виде водотопливных эмульсий содержание NOх в дымовых газах обычно снижается на 20-30%, также значительно снижается содержание сажи. Однако, при добавке к мазуту 10% воды к.п.д. котла снижается на 0,7%.

В разных работах для снижения вредных выбросов рекомендуется различное соотношение между количествами мазута и воды в эмульсии.

6) Применение специальных  горелок:

Основными факторами, от которых зависит величина выбросов оксидов азота, являются характеристика топлива и конструкция топочного устройства, определяющая уровень температур, а также концентрацию кислорода на начальном участке факела.

Для подавления оксидов азота чаще всего  применяются следующие первичные методы:

• ступенчатое сжигание применительно к отдельной горелке;
• рециркуляция дымовых газов;
• ступенчатое сжигание применительно к топочной камере в целом.

Первый из перечисленных методов состоит в использовании вихревых горелок, в которых вторичный воздух делится на два потока. Подмешивание наружного потока к воспламенившемуся топливу происходит за пределами начального участка факела, что и приводит к подавлению образования NOх.

Рециркуляция дымовых газов снижает образование оксидов азота за счёт двух факторов: уменьшение пика температур в ядре горения и снижения действующей концентрации кислорода на начальном участке факела.

Всё большее распространение приобретают схемы ступенчатого сжигания. Препятствием для увеличения “ступенчатости” подачи воздуха является появление за котлом продуктов неполного сгорания и других загрязнителей атмосферы, для устранения которых приходится повышать.

Варианты ступенчатого сжигания имеют одну главную особенность: часть воздуха поступает в топку не вместе с топливом, а вводится в промежуточную зону факела. В последние годы всё больше внимания уделяют более сложной схеме. Здесь кроме ступенчатой подачи воздуха имеются дополнительные горелки, в которые небольшая часть топлива подаётся газами рециркуляции. Выше этих дополнительных горелок размещают ряд воздушных сопл для дожигания продуктов неполного сгорания, образующихся в факеле дополнительных горелок.

Разработка мероприятий по снижению NOx необходимо рассматривать индивидуально для каждой печи. [6]

1.4. Воздухоподогреватели  трубчатых печей 

В целях экономии топлива трубчатые печи укомплектовывают воздухоподогревателями для подогрева воздуха, который используют для сжигания топлива. При подаче нагретого воздуха к горелкам процесс горения топлива интенсифицируется, увеличивается температура топочных газов и возрастает передача тепла к трубчатым змеевикам излучением. Подогрев воздуха выгоден еще и потому, что позволяет сжигать топливо с минимальным избытком воздуха и уменьшить образование диоксида серы из топлива, содержащего сернистые соединения. При небольшом коэффициенте избытка воздуха (1,05-1,07) только 3% диоксида серы переходит в триоксид, в то время как при 1,2 происходит окисление до 20% диоксида серы. Чтобы уменьшить коррозию оборудования, содержание кислорода в продуктах сгорания не должно превышать 0,5-1,5%.

По сравнению с котлами-утилизаторами воздухоподогреватели обладают преимуществами: более простой конструкцией, они менее сложны и более безопасны в эксплуатации. Однако и для их применения требуются значительные капитальные вложения, которые обусловлены необходимостью иметь большую теплообменную поверхность и использовать для изготовления аппаратов коррозионностойкие дорогостоящие материалы. Кроме того, применение в печном агрегате воздухоподогревателя приводит к снижению конечной температуры уходящих из печи топочных газов, росту аэродинамического сопротивления в дымовом тракте, а также уменьшению тяги в печи. Для ее повышения необходимо либо устанавливать достаточно мощные дымососы, либо сооружать более высокую дымовую трубу, футерованную кислотостойкими материалами.

Воздухоподогреватель нормально эксплуатируется, если температура поверхности нагрева выше точки росы уходящих дымовых газов на 10-15°С. В этом случае удается избежать конденсации влаги на охлажденных элементах конструкции аппарата и образования диоксида серы. Температура точки росы зависит от содержания серы в котельном топливе и сероводорода в производственном газе. При содержании в котельном топливе 1% серы температура точки росы топочных газов повышается до 130 °С; с увеличением содержания серы на один процент эта температура возрастает приблизительно на 4 °С. При сжигании башкирских мазутов (4% серы) температура точки росы составляет 148-152 °С. Для мазутов, которые содержат сернистые соединения, указанную температуру можно снизить, если на сжигание подавать небольшой избыток воздуха. Уменьшение подачи воздуха с 1,47 до 1,07 сопровождается понижением температуры точки росы топочных газов с 145 до 126 °С.

Несовершенство конструкции горелок печей и котлов для сжигания топлива и недостаточная герметичность топок не позволяют пока работать при малых избытках воздуха. Поэтому считают, что температура трубок воздухоподогревателей должна быть выше температуры точки росы агрессивных дымовых газов, т.е. не ниже 130 °С. Для этого применяют предварительный или промежуточный подогрев холодного воздуха или специальные схемы компоновок поверхности нагрева. Имеются аппараты, конструктивно оформленные так, что поверхность теплообмена со стороны дымовых газов значительно больше, чем со стороны атмосферного воздуха, поэтому секции воздухоподогревателей компонуют из труб с разным коэффициентом оребрения, увеличивающимся к холодному концу (к месту входа холодного воздуха), и таким образом температура стенки труб приближается к температуре дымовых газов. По такому принципу сконструированы воздухоподогреватели Башоргэнергонефти из чугунных ребристых и ребристо-зубчатых труб с хорошими эксплуатационными показателями.

На предприятиях в блоке с печами эксплуатируются воздухоподогреватели следующих типов:

-    трубчатые рекуперативные (ВТР) конструкции Гипронефтемаша (ВНИИнефтемаша), работающие с циркуляцией части  нагретого воздуха;

-    стальные трубчатые  конструкции Гипронефтезаводов (ВНИПИнеф-ти) с предварительным подогревом  атмосферного воздуха в калориферах горячей водой или отработанным паром;

-    комбинированные  из чугунных ребристых и ребристо-зубчатых  труб конструкции Башоргэнергонефти.

Воздухоподогреватель типа ВТР включает в себя две вертикальные трубчатые секции, размещаемые на общей раме. Трубки секций изготовлены из углеродистой стали, имеют размер 51х 1,5 мм и длину 5 м. Сверху на каждой секции смонтирован переточный короб, верхняя крышка которого состоит из шести частей, легко открывающихся при чистке труб. Поскольку воздухоподогреватель является двухсекционным, условия работы трубок улучшаются. При нагреве исключаются коробление трубок и высокие температурные напряжения в местах соединения их с трубной решеткой; кроме того, обеспечивается правильное соотношение между скоростями топочных газов и воздуха при относительно небольшой длине трубок. К секциям обеих сторон присоединены раструбы. На вход ном раструбе, внутри которого имеются распределительные элементы, крепится смесительная камера.

Топочные газы подводятся в нижнюю часть секции, по вертикально расположенным трубкам поступают в короб, затем движутся во вторую секцию и направляются в дымоходы. Холодный воздух воздуходувкой нагнетается сначала в смесительную камеру, где смешивается с горячим воздухом рециркуляции, нагреваясь до 80 °С, а затем по распределительным элементам раструба равномерно проходит в межтрубное пространство секций. Нагретый топочными газами воздух выходит через раструб на противоположной стороне в воздуховод, поступает в коллектор и далее к горелкам. Часть горячего воздуха (до 40%) через патрубок по байпасному воздуховоду направляется воздуходувкой на рециркуляцию.

Количество подаваемого рециркулята в зависимости от температуры окружающего воздуха должно изменяться так, чтобы температура стенок воздухоподогревателя была не ниже 130 °С. Это достигается автоматическим регулированием через поворотную заслонку, снабженную исполнительным механизмом, электрическая схема которого соединена с термопарой, установленной на поверхности трубок воздухоподогревателя. При температуре атмосферного воздуха ниже -15 °С часть подаваемого дутьевым вентилятором холодного воздуха должна направляться в печь, минуя воздухоподогреватель, по резервной байпасной воздушной линии, где имеется заслонка, открываемая при необходимости вручную. Той же линией следует пользоваться при растопке печи для быстрого разогрева трубки воздухоподогревателя.

При конструировании воздухоподогревателя ВТР исходили из условий: скорость топочных газов 10 м/с; скорость воздуха 5 м/с; температура топочных газов 400 °С (на входе) и 200 °С (на выходе); температура на выходе из воздухоподогревателя 215 "С; температура окружающего воздуха 15 °С; расчетный коэффициент теплопередачи 23,2 Вт/(м2-К); количество рециркулируемого воздуха 40% от объема воздуха, проходящего через воздухоподогреватель.

Потери напора в воздухоподогревателе ВТР составляют: по газовому тракту 1,2 кПа, по воздушному - 0,8 кПа, по линии рециркуляции 0,5 кПа. Расчеты показывают, что эти потери значительно меньше, чем в воздухоподогревателях других конструкций при той же мощности. Наличие больших местных сопротивлений приводит к необходимости включать в схемы обслуживания воздухоподогревателей дутьевые воздуходувки и дымососы.

Принципиально иное решение, связанное с подогревом воздуха топочными газами, предложено в воздухоподогревателе конструкции Башорг-энергонефти. Секции аппарата собраны из чугунных труб двух типов: ребристых (оребрение только с внешней стороны) и ребристо-зубчатых (с внешней стороны оребрение, с внутренней - зубцы). Секции из чугунных труб компонуются так, чтобы теплообменная поверхность со стороны топочных газов была в несколько раз больше, чем со стороны холодного воздуха. Это позволяет иметь повышенную температуру стенки со стороны топочных газов (выше точки росы) и избегать конденсации серной кислоты.

Воздухоподогреватель - двухходовой аппарат по топочным газам и четырехходовой по воздуху. Топочные газы входят снизу в часть аппарата, состоящую из секций ребристо-зубчатых труб, поднимаются по межтрубному пространству и затем опускаются по секциям экономайзерных труб. Воздух, двигаясь противотоком к газам, входит сначала в нижнюю секцию этих труб, потом переходит в вышележащую секцию 'и далее поступает последовательно в верхнюю и нижнюю секции из ребристо-зубчатых труб.

Опытные образцы воздухоподогревателя конструкции Башоргэнер-гонефти испытывались на одном из НПЗ. Результаты испытаний подтвердили ранее выполненные расчеты и показали достаточную надежность аппаратов в эксплуатации. Однако широкое применение их на нефтеперерабатывающих заводах сдерживается вследствие значительных габаритных размеров и большой массы конструкции, трудностей очистки от отложений, больших аэродинамических потерь напора, сложности и трудоемкости ремонта.

Достаточной надежностью эксплуатации обладает воздухоподогреватель фирмы "Дека", позволяющий охлаждать дымовые газы до 110-120 °С. В первой по ходу дымовых газов секции установлены чугунные трубы четырехугольной формы с оребрением наружной и внутренней поверхностей. Во второй секции установлены чугунные трубы только с наружным оребрением. Низкотемпературная секция аппарата состоит из боросиликатных стеклянных труб, отличающихся малым коэффициентом термического расширения и стойкостью к резким изменениям температуры. Трубы опираются на чугунные решетки. Гнезда решетки, куда вставлены трубы, уплотнены тефлоновыми манжетами. В свою очередь, чугунные решетки защищены листовым тефлоном в зоне, имеющей температуру, близкую к температуре точки росы дымовых газов. В период эксплуатации воздухоподогревателя трубы периодически промывают водой, температура которой отличается приблизительно на 100 °С от рабочей температуры материала труб. По данным фирмы, срок службы аппарата 10-20 лет.

Для повышения температуры стенки трубы воздух предварительно подогревают в калориферах горячей водой или паром низкого давления. Это дает возможность снизить температуру уходящих дымовых газов до 170-180°С без конденсации влаги, что позволяет иметь высокий тепловой КПД печи (90%). Следует заметить, что применение калориферов не всегда экономически оправданно, так как требуется вводить теплоноситель со стороны, отчего степень утилизации тепла дымовых газов снижается. Воздух можно подогревать технологическими потоками продуктов, если их тепло не предназначено для других целей. В частности, для подачи в трубчатые печи можно использовать воздух, нагретый до температуры 80-100 °С в аппаратах воздушного охлаждения (типа АВО). Такое решение позволяет предотвратить (или значительно уменьшить) коррозию основных элементов конструкции воздухоподогревателей и снизить энергозатраты на 2%. Для этого необходимо объединить АВО с печами в один блок, что возможно только на стадии проектирования установки.

Разработка и внедрение агрегатов, являющихся одновременно холодильниками технологических потоков и подогревателями воздуха для печей, дает возможность снизить капитальные затраты, сделать установку более компактной и сократить расход энергоресурсов. Тенденция к увеличению единичных мощностей трубчатых печей делает неэкономичным применение трубчатых воздухоподогревателей, теплообменная поверхность которых возрастает до огромных размеров. Более перспективными представляются применяемые в промышленности регенеративные воздухоподогреватели с вращающимся ротором, перемещающейся лентой и движущимся теплоносителем.