RU2140434C1

RU2140434C1 - Tubular furnace for fire heating of oil products

Info

Publication number: RU2140434C1
Application number: RU98106530A
Authority: RU
Inventors: В.В. Федоренко
Original assignee: Федоренко Валентин Валентинович
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-10-27

Abstract

FIELD: oil processing industry branches. SUBSTANCE: furnace includes radiant and convective coils, air heater and twin portion made of elliptical tubes. Small axes of sections of radiant tubes are arranged normally relative to lining; large axes of sections of convective tubes and air heater are arranged along flow of flue gases. Perforated false bottom is placed over furnace hearth. Inner layer of lining is made of material with high heat conductivity. Uniformly heated radiant tubes have increased factors of heat emission by irradiation in radiant chamber and heat emission by convection inside and outside tubes of both coils and air heater. EFFECT: enhanced heat generation, lowered metal consumption in furnace, increased service life period of coils due to reduced coke formation, lowered content of harmful outbursts and exhaust flue gases due to decreased temperature of burning fuel torches. 4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, а именно к трубчатым печам для огневого нагрева нефтепродуктов без контакта с продуктами горения топлива. The invention relates to the oil refining industry, namely to tubular furnaces for fire heating of oil products without contact with the combustion products of the fuel.

Известна трубчатая печь по а.с. СССР N 1118667, кл. C 10 G 9/20, 1984 г. , содержащая футерованный корпус, ряд горелок, радиантную и конвективную камеры, радиантный змеевик из ряда труб и конвективный змеевик из рядов горизонтальных труб, попарно соединенных двойниками (отводами), и воздухоподогреватель в виде горизонтального трубного пучка. Known tube furnace by.with. USSR N 1118667, class C 10 G 9/20, 1984, containing a lined body, a series of burners, a radiant and convection chambers, a radiant coil from a series of pipes and a convective coil from a series of horizontal pipes pairwise connected by twins (bends), and an air heater in the form of a horizontal tube bundle .

Недостатками печи являются перегрев части труб радиантного змеевика, сопровождающийся повышенным коксообразованием в трубах и снижением надежности работы оборудования, вследствие размещения ряда горизонтальных труб в вертикальной плоскости симметрии радиантной камеры прямоугольного сечения и расположения ряда горелок в несколько ярусов на ее боковых стенках, затруднения при проведении ремонтных работ в загроможденной змеевиком радиантной камере, сложности крепления радиантных труб большой протяженности в зоне высокой температуры и соединения труб конвективного змеевика при переменном шаге труб. The disadvantages of the furnace are overheating of part of the pipes of the radiant coil, accompanied by increased coke formation in the pipes and a decrease in the reliability of the equipment, due to the placement of a number of horizontal pipes in the vertical plane of symmetry of the rectangular radiant chamber and the location of a number of burners in several tiers on its side walls, difficulties during repair work in a radiant chamber cluttered by a coil, the difficulties of fastening large-length radiant pipes in a high temperature zone s and pipe connections convective coil for alternating step pipes.

Известна также трубчатая печь по а.с. СССР N 779381, кл. C 10 G 9/20, 1977 г., содержащая футерованный корпус, ряд длиннофакельных горелок в поду, однорядный радиантный змеевик вдоль стенок радиантной камеры с равномерным распределением тепловой мощности по радиантным трубам для предотвращения перегрева отдельных труб, узлы для интенсификации конвективной составляющей коэффициента теплообмена в радиантной камере и одновременного снижения содержания вредных примесей в дымовых газах. Also known is a tube furnace by a.s. USSR N 779381, class C 10 G 9/20, 1977, containing a lined body, a series of long torch burners in the hearth, a single-row radiant coil along the walls of the radiant chamber with a uniform distribution of heat power along the radiant pipes to prevent overheating of individual pipes, units for intensifying the convective component of the heat transfer coefficient in radiant chamber and at the same time reducing the content of harmful impurities in flue gases.

Недостатками известной печи являются ненадежность ее работы вследствие возможного разрушения футеровки и змеевиков из-за вибрации, создаваемой большим числом одновременно работающих вентиляторов, необходимость изготовления крыльчатки и вала вентиляторов из специальной высоколегированной стали, недолговечность работы частично ошипованных радиантных труб в зоне высоких температур. The disadvantages of the known furnace are the unreliability of its operation due to the possible destruction of the lining and coils due to the vibration created by a large number of simultaneously working fans, the need to manufacture the impeller and fan shaft from special high alloy steel, the short life of partially studded radiant pipes in the high temperature zone.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является трубчатая печь, приведенная в каталоге Трубчатые печи. Каталог ЦИНТИхимнефтемаш, М. , 1990 г., с. 23, содержащая футерованный корпус, длиннофакельные горелки в поду, радиантный змеевик из ряда труб, центры сечений которых размещены на равном расстоянии друг от друга вблизи футеровки, конвективный змеевик и воздухоподогреватель над ним из горизонтальных рядов труб, смещенных относительно друг друга, двойники круглого сечения для соединения в определенном порядке концов соседних труб в радиантном или конвективном змеевиках с образованием одного или нескольких потоков для прохода нефтепродуктов по трубам змеевиков в виде газосырьевой смеси (ГСС). Closest to the technical nature of the proposed is a tubular furnace, listed in the catalog Tubular furnaces. Catalog TsINTIkhimneftemash, M., 1990, p. 23, comprising a lined body, long-torch burners in the hearth, a radiant coil of a series of pipes, the cross-section centers of which are located at equal distances from each other near the lining, a convective coil and an air heater above it from horizontal rows of pipes displaced relative to each other, twins of circular cross section for connecting in a certain order the ends of adjacent pipes in a radiant or convective coils with the formation of one or more flows for the passage of oil products through the pipes of the coils in the form of gas th mixture (GSS).

Недостатками прототипа являются относительно низкое теплонапряжение радиантного змеевика при одностороннем облучении круглых труб, небольшая величина коэффициента теплоотдачи конвекцией снаружи и внутри труб обоих змеевиков и воздухоподогревателя из-за большого межцентрового расстояния между круглыми трубами, вызванного технологическими ограничениями при изготовлении двойников, и относительно большого эквивалентного диаметра сечения (наружного и внутреннего), свойственного круглым трубам, содержание большого количества вредных примесей в отходящих дымовых газах из-за высокой температуры, развивающейся в горящих факелах при сжигании топлива в горелках. The disadvantages of the prototype are the relatively low heat stress of the radiant coil during unilateral irradiation of round pipes, the small coefficient of heat transfer by convection outside and inside the pipes of both coils and the air heater due to the large center-to-center distance between the round pipes, caused by technological limitations in the manufacture of doubles, and the relatively large equivalent cross-section diameter (external and internal), characteristic of round pipes, the contents of large quantities are harmful x impurities in the exhaust flue gases due to the high temperature developing in burning flares when burning fuel in burners.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая трубчатая печь для огневого нагрева нефтепродуктов отличается тем, что трубы змеевиков, воздухоподогревателя и часть двойников конвективного змеевика выполнены эллиптического сечения, малые оси сечений радиантных труб расположены по нормали к внутренней поверхности футеровки, большие оси сечений конвективных труб и труб воздухоподогревателя размещены вдоль потока дымовых газов, например вертикально, причем между нижними двойниками радиантного змеевика и подом радиантной камеры размещено ложное днище с рядом отверстий в месте примыкания ее к футеровке и над горелками, а внутренний слой футеровки выполнен из материала с теплопроводностью, на порядок превышающей теплопроводность основного слоя футеровки. Таким образом, заявляемая печь соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive tube furnace for fire heating of oil products is characterized in that the pipes of the coils, the air heater and part of the doubles of the convective coil are made of elliptical section, the small axis of the sections of the radiant pipes are normal to the inner surface of the lining, the large axis of the sections of the convective pipes and air heater pipes are placed along the flue gas stream, for example vertically, and between the lower doubles of the radiant coil and the radian hearth hydrochloric chamber taken false bottom with a number of holes in place of its junction with the liner and above the burners, and an inner liner layer made of a material having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity on the order of the main liner layer. Thus, the inventive furnace meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия". Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify in them the features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "Significant differences".

Целью изобретения является повышение эффективности теплопередачи от дымовых газов к газосырьевой смеси в обоих змеевиках и к воздуху в воздухоподогревателе, ведущей к уменьшению металлоемкости печи, снижение уровня загрязнения окружающей среды. The aim of the invention is to increase the efficiency of heat transfer from flue gases to the gas mixture in both coils and to the air in the air heater, leading to a decrease in the furnace metal consumption, and a decrease in the level of environmental pollution.

Указанная цель достигается тем, что в трубчатой печи для огневого нагрева нефтепродуктов, содержащей корпус, футеровку, горелки в поду, радиантный змеевик из ряда труб, центры сечений которых размещены на равном расстоянии друг от друга вблизи футеровки, конвективный змеевик и воздухоподогреватель над ним из рядов труб, смещенных относительно друг друга, двойники для соединения концов соседних труб змеевиков, отличающаяся тем, что трубы змеевиков, воздухоподогревателя и часть двойников конвективного змеевика выполнены эллиптического сечения, малые оси сечений радиантных труб расположены по нормали к внутренней поверхности футеровки, большие оси сечений конвективных труб и труб воздухоподогревателя размещены вдоль потока дымовых газов, например вертикально, причем между нижними двойниками радиантного змеевика и подом радиантной камеры размещено ложное днище с рядом отверстий в месте примыкания ее к футеровке и над горелками, а внутренний слой футеровки выполнен из материала с теплопроводностью, на порядок превышающей теплопроводность основного слоя футеровки. This goal is achieved by the fact that in a tubular furnace for fire heating of petroleum products containing a housing, a lining, burners in the hearth, a radiant coil from a series of pipes, the cross-section centers of which are located at an equal distance from each other near the lining, a convective coil and an air heater above it from the rows pipes displaced relative to each other, twins for connecting the ends of adjacent pipes of the coils, characterized in that the pipes of the coils, air heater and part of the twins of the convective coil are made elliptical with cross sections, the small axes of the sections of the radiant pipes are normal to the inner surface of the lining, the large axes of the sections of the convective pipes and the pipes of the air heater are placed along the flue gas stream, for example vertically, and a false bottom is placed between the lower twins of the radiant coil and the bottom of the radiant chamber with a number of holes in place adjoining it to the lining and above the burners, and the inner layer of the lining is made of a material with thermal conductivity, an order of magnitude higher than the thermal conductivity of the main layer of the lining.

Интенсификация теплопередачи в предлагаемой печи достигается за счет одновременного увеличения всех составляющих коэффициента теплопередачи от дымовых газов к газосырьевой смеси: коэффициента теплоотдачи излучением, коэффициентов теплоотдачи конвекцией снаружи и внутри труб, а также теплопроводности, с помощью новых конструктивных решений, одновременно направленных на снижение содержания вредных примесей в отходящих дымовых газах. The intensification of heat transfer in the proposed furnace is achieved by simultaneously increasing all the components of the heat transfer coefficient from flue gases to gas mixture: radiation heat transfer coefficient, heat transfer coefficients by convection outside and inside the pipes, as well as heat conductivity, using new design solutions that are simultaneously aimed at reducing the content of harmful impurities in the exhaust flue gases.

При реализации предлагаемой печи корпус и металлоконструкции существующих печей остаются без изменений, есть опыт производства эллиптических труб в других отраслях техники, потребуется новая оснастка для изготовления двойников из круглых и эллиптических труб, а выполнение огнеупорных блоков из двухслойной футеровки для радиантной камеры и огнеупорных плит для ложного днища не представляет технологической сложности. In the implementation of the proposed furnace, the casing and metal structures of existing furnaces remain unchanged, there is experience in the production of elliptical pipes in other branches of technology, new equipment will be needed to make doubles from round and elliptical pipes, and the implementation of refractory blocks from a two-layer lining for a radiant chamber and refractory plates for false bottoms does not represent technological complexity.

На фиг. 1 изображена трубчатая печь для огневого нагрева нефтепродуктов (например, вертикальная цилиндрическая), продольный разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 2 - поперечный разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 4 - поперечный разрез Г-Г на фиг. 1. In FIG. 1 shows a tubular furnace for fire heating of petroleum products (for example, a vertical cylindrical), a longitudinal section AA in FIG. 2; in FIG. 2 is a transverse section bB in FIG. 1; in FIG. 3 is a transverse section bb of FIG. 1; in FIG. 4 is a transverse section GG in FIG. 1.

Печь содержит футерованный изнутри корпус 1, двухслойную футеровку, содержащую наружный (основной) 2 и внутренний 3 вертикальные цилиндрические слои, радиантную камеру 4 в нижней части и конвективную камеру 5 в верхней части печи. В известной печи шаг труб (расстояние между осями радиантных или конвективных труб, а также между центрами сечений входного и выходного отверстий соединяющих их двойников), равен S • D, где D - наружный диаметр трубы, а S - относительное расстояние между осями труб, причем в соответствии с технологическими возможностями оборудования для изготовления двойников, для наиболее часто применяемых радиантных или конвективных труб с D = 152 мм принято S = 1,81, а с D = 108 мм принято S = 1,85. The furnace contains an inside lined case 1, a two-layer lining containing an outer (main) 2 and an inner 3 vertical cylindrical layers, a radiant chamber 4 at the bottom and a convection chamber 5 at the top of the furnace. In the known furnace, the pipe pitch (the distance between the axes of the radiant or convective pipes, as well as between the centers of the cross sections of the inlet and outlet openings of the twins connecting them), is S • D, where D is the outer diameter of the pipe and S is the relative distance between the pipe axes, and in accordance with the technological capabilities of the equipment for the manufacture of twins, for the most commonly used radiant or convective pipes with D = 152 mm, S = 1.81 is adopted, and with D = 108 mm, S = 1.85.

При таком шаге труб средняя величина теплонапряжения поверхности однорядного радиантного змеевика из вертикальных круглых труб, к каждой трубе которого подведена одинаковая тепловая мощность, передаваемая в основном излучением, не превышает 30000 ккал/(м² • ч), но известно, что коэффициент равномерности распределения теплового потока по периметру сечения отдельной радиантной трубы не превосходит 0,55, а по высоте трубы - 0,8.With such a step of the pipes, the average heat stress of the surface of a single-row radiant coil of vertical round pipes, to each pipe of which the same thermal power is supplied, transmitted mainly by radiation, does not exceed 30,000 kcal / (m ² • h), but it is known that the uniformity coefficient of the distribution of thermal flow along the perimeter of the cross section of a single radiant pipe does not exceed 0.55, and along the pipe height - 0.8.

Интенсификация теплопередачи в радиантной камере с помощью изменения шага труб нецелесообразна, поскольку уменьшение шага труб ведет к снижению эффективности работы отдельной радиантной трубы, увеличению числа труб в змеевике и резкому повышению металлоемкости радиантного змеевика при незначительном повышении теплопроизводительности, а увеличение шага труб повышает эффективность работы отдельной радиантной трубы, но значительно снижает теплопроизводительность из-за уменьшения числа труб в радиантном змеевике. В то же время уменьшение шага труб в конвективной камере ведет к уменьшению площади ее проходного сечения, что интенсифицирует теплоотдачу от дымовых газов к стенке конвективного змеевика за счет увеличения скорости дымовых газов, но уменьшению шага труб препятствуют возможности оборудования для изготовления двойников. The intensification of heat transfer in a radiant chamber by changing the pipe pitch is impractical, since reducing the pipe pitch leads to a decrease in the efficiency of a single radiant pipe, an increase in the number of pipes in the coil and a sharp increase in the metal consumption of the radiant coil with a slight increase in heat output, and an increase in pipe pitch increases the efficiency of a separate radiant pipes, but significantly reduces heat production due to a decrease in the number of pipes in the radiant coil. At the same time, a decrease in the pitch of the pipes in the convection chamber leads to a decrease in the area of its passage section, which intensifies the heat transfer from the flue gases to the wall of the convective coil due to an increase in the speed of the flue gases, but the possibility of equipment for manufacturing doubles hinder the decrease in the pitch of the pipes.

Увеличить теплонапряжение радиантных труб при сохранении принятого шага целесообразно путем изменения формы труб, для чего в радиантной камере 4 вблизи от внутреннего слоя 3 футеровки размещен однорядный радиантный змеевик 6 в виде ряда вертикальных радиантных труб 7 эллиптических сечений, центры которых расположены по окружности с одинаковым шагом, причем малые оси сечений радиантных труб расположены по нормали к внутреннему слою 3 футеровки, а большие оси - по сторонам правильного многоугольника, причем немного ближе к футеровке, чем соответствующий диаметр круглой трубы, при сохранении расстояния между трубами радиантного змеевика и футеровкой. It is advisable to increase the heat stress of radiant tubes while maintaining the adopted step by changing the shape of the tubes, for which a single-row radiant coil 6 is placed in the radiant chamber 4 near the inner layer 3 of the lining, in the form of a series of vertical radiant tubes 7 of elliptical sections, the centers of which are located around the circle with the same pitch, moreover, the small axes of the sections of the radiant pipes are normal to the inner layer 3 of the lining, and the large axes are located on the sides of the regular polygon, and slightly closer to the lining than Resp diameter circular tube, while maintaining the distance between the tubes and radiant coil lining.

В зависимости от выбранного отношения длин малой и большой полуосей эллипса и выбранной длины периметра сечения эллипса, возможно выполнение радиантных труб 7 различной формы и размера, но для сопоставления работы радиантных змеевиков из эллиптических и круглых труб необходимо принять для них одинаковые шаг труб, длину труб и длину наружного периметра сечения труб. При равенстве длин наружного периметра сечений эллиптической и круглой труб связь между параметрами эллипса и диаметром круглой трубы такова: длина большой полуоси эллипса A = D/(1,5(k + 1) -

), длина малой полуоси эллипса B = k • A, где k - отношение длин малой и большой полуосей эллипса (0 < k = B/A < 1,0).Depending on the selected ratio of the lengths of the minor and major axes of the ellipse and the selected length of the perimeter of the cross section of the ellipse, it is possible to produce radiant tubes 7 of various shapes and sizes, but to compare the work of the radiant coils from elliptical and round pipes, it is necessary to take the same pipe pitch, pipe length and the length of the outer perimeter of the pipe section. If the lengths of the outer perimeter of the sections of the elliptical and round pipes are equal, the relationship between the parameters of the ellipse and the diameter of the round pipe is as follows: the length of the semimajor axis of the ellipse A = D / (1,5 (k + 1) -

), the length of the minor axis of the ellipse B = k • A, where k is the ratio of the lengths of the minor and major axes of the ellipse (0 <k = B / A <1,0).

Для предлагаемой печи может быть принята радиантная труба 7 эллиптического сечения, у которой, например, при k = 0,5 эквивалентный диаметр проходного сечения уменьшен в 1,24 раза по сравнению с круглой трубой, а также уменьшена величина площади проходного сечения трубы. For the proposed furnace, a radiant tube 7 of an elliptical cross section can be adopted, for which, for example, at k = 0.5, the equivalent diameter of the passage section is reduced by 1.24 times compared to a round pipe, and the size of the area of the pipe passage section is also reduced.

Определенным числу, форме и расположению эллиптических труб 7 однорядного радиантного змеевика 6 соответствует определенный угловой коэффициент (коэффициент облученности труб, характеризующий эффективность облучения радиантных труб со стороны горящих факелов и нагретой поверхности футеровки радиантной камеры). A certain number, shape and location of elliptical tubes 7 of a single-row radiant coil 6 corresponds to a certain angular coefficient (tube irradiation coefficient characterizing the efficiency of irradiation of radiant tubes from the side of burning torches and the heated surface of the lining of the radiant chamber).

При предложенных форме и расположении радиантных труб 7 они в наименьшей степени экранируют футеровку, что ведет в наибольшему увеличению углового коэффициента и расчетной площади поверхности теплопередачи радиантного змеевика по сравнению со змеевиком из круглых труб или с другими вариантами расположения эллиптических труб. With the proposed shape and location of the radiant pipes 7, they screen the lining to the least extent, which leads to the greatest increase in the angular coefficient and the calculated heat transfer surface area of the radiant coil as compared with a round pipe coil or with other options for the location of elliptical pipes.

Хотя уменьшение k ведет к снижению допустимого рабочего давления среды в трубе 7 вследствие увеличения радиуса кривизны элементов эллиптической трубы, применяемые на практике толщины стенок труб (6 - 10 мм) позволят выдержать давление процессов нефтепереработки, а при необходимости трубы 7 в нескольких местах по длине могут быть укреплены бандажами. Although a decrease in k leads to a decrease in the allowable working pressure of the medium in the pipe 7 due to an increase in the radius of curvature of the elements of the elliptical pipe, the pipe wall thicknesses used in practice (6 - 10 mm) will withstand the pressure of oil refining processes, and if necessary, pipes 7 in several places along the length can be reinforced with bandages.

Радиантные трубы 7 эллиптического сечения поочередно соединены друг с другом вверху и внизу двойниками 8 круглого сечения, первоначально изготовленными из круглых труб с диаметром D, а затем снабженными с обеих сторон переходниками 9 с эллиптическими сечениями входных и выходных отверстий, причем в зависимости от числа труб в радиантном змеевике 6, малые оси сечений входных и выходных отверстий переходников 9 расположены под различными углами друг к другу, что обеспечивает соединение радиантных труб 7 эллиптического сечения между собой в печах разного диаметра, отличающихся числом раиантных труб в радиантных змеевиках. Возможен вариант поочередного соединения радиантных труб 7 эллиптического сечения двойниками 8, изготовленными из круглых труб с диаметром, меньшим длины малой оси эллипса (d < 2B, где d - диаметр ввариваемого двойника), и вваренными в заглушенные с обеих сторон торцы труб 7. Radiant tubes 7 of an elliptical section are alternately connected to each other at the top and bottom by twins 8 of circular cross section, originally made of round pipes with a diameter D, and then equipped with adapters 9 on both sides with elliptical sections of the inlet and outlet openings, depending on the number of pipes in radiant coil 6, the small axis of the sections of the inlet and outlet openings of the adapters 9 are located at different angles to each other, which ensures the connection of the radiant tubes 7 of an elliptical cross section to each other in echah different diameter, different number raiantnyh tubes in radiant coils. It is possible to alternately connect the radiant tubes 7 of an elliptical cross section with twins 8 made of round tubes with a diameter smaller than the length of the small axis of the ellipse (d <2B, where d is the diameter of the welded double) and welded into the ends of the tubes 7 sealed on both sides.

Радиантная 4 и конвективная 5 камеры футерованы огнеупорным материалом. При использовании в известной печи футеровки, изготовленной без применения внутреннего слоя 3, например, только из легковесного жароупорного бетона основного слоя 2 с теплопроводностью в рабочем режиме около 0,5 ккал/(м • ч • К), тепловые потери печи незначительны, но зато разность температур между облученной и необлученной поверхностью футеровки 2 (в просвете между трубами 7 и за этими трубами) может составлять несколько сотен градусов, что и приводит к неравномерному распределению теплового потока по периметру сечения отдельной радиантной трубы. Для увеличения доли теплового потока, передаваемого от горящих факелов и дымовых газов к футеровке, а от нее к необлученным (обращенным к футеровке) поверхностям труб 7, на внутреннюю поверхность наружного (основного) слоя 2 из легковесного жароупорного бетона нанесен тонкий слой более теплопроводного материала 3, который может быть изготовлен, например, из порошка карборунда, шамота в смеси с чугунной стружкой или других материалов с теплопроводностью, величина которой примерно на порядок превышает теплопроводность основного слоя 2. С возрастанием величины теплопроводности внутреннего слоя 3 увеличивается доля теплового потока, передаваемого от него облученным поверхностям труб 7. Radiant 4 and convective 5 chambers are lined with refractory material. When using a liner in a known furnace without an inner layer 3, for example, only of lightweight heat-resistant concrete of the base layer 2 with thermal conductivity in the operating mode of about 0.5 kcal / (m • h • K), the heat loss of the furnace is negligible, but the temperature difference between the irradiated and non-irradiated surface of the lining 2 (in the gap between the pipes 7 and behind these pipes) can be several hundred degrees, which leads to an uneven distribution of the heat flux along the perimeter of a separate radiant th pipes. To increase the fraction of heat flux transferred from burning torches and flue gases to the lining, and from it to the non-irradiated (facing the lining) surfaces of the pipes 7, a thin layer of more thermally conductive material 3 is applied to the inner surface of the outer (main) layer 2 of lightweight heat-resistant concrete , which can be made, for example, from carborundum powder, chamotte mixed with cast iron chips or other materials with thermal conductivity, the value of which is approximately an order of magnitude higher than the thermal conductivity of the base layer 2. by increasing the thermal conductivity of the inner layer 3, the fraction of the heat flux transferred from it to the irradiated pipe surfaces 7 increases.

Радиантная камера 4 снабжена длиннофакельными горелками (горелкой) 10, размещенными в центральной части пода 11 и служащими для сжигания газообразного или жидкого топлива в виде горящих факелов большой высоты. The radiant chamber 4 is equipped with long torches (burner) 10 located in the central part of the hearth 11 and used to burn gaseous or liquid fuel in the form of large burning torches.

Для усиления излучения от факелов к нижним участкам труб 7, улучшения условий обтекания их дымовыми газами и устранения застойных зон на периферии пода 11, между подом и нижними двойниками радиантного змеевика 6 размещено ложное днище 12, изготовленное из огнеупорных плит с низкой теплопроводностью, опирающихся на столбики. В ложном днище 12 над местами расположения горелок 10 выполнены круглые отверстия 13 с диаметрами, соответствующими углу раскрытия горящих факелов (около 26^o) и расстоянию между подом и ложным днищем, а в месте примыкания ложного днища 12 к футеровке оно снабжено рядом отверстий 14 произвольной формы для прохода дымовых газов. Для уменьшения гидравлического сопротивления отверстий 14 они выполнены с суммарной площадью проходных сечений, которая превышает суммарную площадь боковых поверхностей воображаемых обратных конусов, нижними основаниями которых являются выходные отверстия горелочных камней горелок 10, а верхними основаниями служат круглые отверстия 13 в ложном днище 12.To enhance the radiation from the flares to the lower sections of the pipes 7, to improve the conditions of flue gas flow around them and to eliminate stagnant zones on the periphery of the hearth 11, a false bottom 12 is placed between the hearth and lower twins of the radiant coil 6, made of refractory plates with low thermal conductivity, based on columns . In the false bottom 12 above the locations of the burners 10, round holes 13 are made with diameters corresponding to the angle of the opening of the burning torches (about 26 ^o ) and the distance between the hearth and the false bottom, and at the junction of the false bottom 12 to the lining it is equipped with a number of holes 14 of arbitrary shape for the passage of flue gases. To reduce the hydraulic resistance of the holes 14, they are made with a total area of passage sections that exceeds the total area of the side surfaces of imaginary inverse cones, the lower bases of which are the outlet openings of the burner stones of the burners 10, and the upper bases are round holes 13 in the false bottom 12.

Над сводом радиантной камеры печи расположена конвективная камера 5, служащая для передачи тепла с помощью конвекции от дымовых газов к газосырьевой смеси. В конвективной камере 5 расположен конвективный змеевик 15, выполненный из нескольких рядов горизонтально (точнее, поперек потока дымовых газов) размещенных конвективных труб 16 эллиптического сечения с расположением больших осей сечений труб вдоль потока дымовых газов, например вертикально при вертикальном расположении конвективной камеры. Длина периметра сечения конвективной трубы 16 может отличаться от соответствующей длины периметра сечения радиантной трубы 7. Трубы 16 в горизонтальных рядах поочередно соединены между собой двойниками 17 эллиптического сечения по всей длине двойника для того, чтобы уменьшить межцентровое расстояние для труб 16 по горизонтали по сравнению с межцентровым расстоянием для конвективных круглых труб прототипа. Межцентровое расстояние для труб 16 по горизонтали может быть принято равным не более 2B • S, где 2B < D, в соответствии с технологическими возможностями оборудования для изготовления двойников. Поскольку диаметр круглой трубы больше длины малой оси аналогичного эллипса, в конвективной камере 5 уменьшен просвет между трубами по горизонтали, а следовательно, и ее ширина на величину n • S • (D - 2B), где n - число труб в горизонтальном ряду. Трубы 16 соседних рядов конвективного змеевика 15 выполнены со смещением относительно друг друга и для унификации двойников соединены друг с другом с помощью двойников 8 круглого сечения с переходниками 9, отличающихся от переходников радиантной камеры лишь взаиморасположением малых осей сечения отверстий, при этом относительное межцентровое расстояние для труб 16, расположенных в соседних горизонтальных рядах конвективного змеевика 15, будет больше, чем расстояние между центрами сечений труб 16 по горизонтали. Above the arch of the radiant chamber of the furnace, there is a convective chamber 5, which serves to transfer heat by convection from flue gases to the gas mixture. In the convection chamber 5, there is a convective coil 15 made of several rows of elliptical convection pipes 16 horizontally (more precisely, across the flue gas stream) with the arrangement of the major axes of the pipe sections along the flue gas stream, for example vertically with a vertical convection chamber. The cross-sectional length of the convection pipe 16 may differ from the corresponding cross-sectional length of the radiant pipe 7. Pipes 16 in horizontal rows are alternately interconnected by twins 17 of an elliptical cross section along the entire length of the double in order to reduce the horizontal distance between the pipes 16 horizontally compared to the center-to-center distance for convective round tubes of the prototype. The horizontal center distance for the pipes 16 can be taken equal to not more than 2B • S, where 2B <D, in accordance with the technological capabilities of the equipment for the manufacture of twins. Since the diameter of a round pipe is greater than the length of the minor axis of a similar ellipse, in the convection chamber 5, the horizontal clearance between the pipes is reduced, and therefore its width is reduced by n • S • (D - 2B), where n is the number of pipes in the horizontal row. The pipes 16 of the adjacent rows of the convective coil 15 are offset relative to each other and, for the unification of the twins, are connected to each other using twins 8 of circular cross section with adapters 9, differing from the adapters of the radiant chamber only by the relative position of the small axes of the section of the holes, while the relative center distance for the pipes 16, located in adjacent horizontal rows of the convective coil 15, will be greater than the horizontal distance between the centers of the cross sections of the pipes 16.

Таким образом, центры сечений конвективных труб 16 предлагаемого конвективного змеевика 15 размещены по вершинам равнобедренных треугольников, например, с углом при вершине, равным 38,3^o при k = 0,5, в отличие от прототипа, в котором центры сечений круглых труб размещены по вершинам равносторонних треугольников. Возможен вариант соединения труб 16 соседних рядов конвективного змеевика 15 с помощью двойников 8, изготовленных из труб круглого сечения с диаметром d, меньшим длины малой оси эллипса, и вваренными в заглушенные с обеих сторон торцы труб 16. При этом относительное межцентровое расстояние для труб 16, расположенных в соседних горизонтальных рядах конвективного змеевика 15, может быть равным или меньше, чем расстояние между центрами сечений труб 16 по горизонтали, но при этом гидравлическое сопротивление двойников сильно увеличится из-за резкого увеличения скорости газосырьевой смеси и местных сопротивлений в двойниках.Thus, the centers of the sections of convective pipes 16 of the proposed convective coil 15 are placed at the vertices of isosceles triangles, for example, with an angle at the apex equal to 38.3 ^o at k = 0.5, in contrast to the prototype, in which the centers of the sections of round pipes are placed along vertices of equilateral triangles. It is possible to connect the pipes 16 of the adjacent rows of the convective coil 15 using twins 8 made of round pipes with a diameter d smaller than the length of the small axis of the ellipse and welded into the ends of the pipes welded on both sides 16. The relative center distance for the pipes 16, located in adjacent horizontal rows of the convective coil 15, may be equal to or less than the distance between the centers of the cross sections of the pipes 16 horizontally, but the hydraulic resistance of the twins will increase significantly due to a sharp to increase the speed gazosyrevoy mixture and local resistance to the twins.

Трубы 16 могут быть выполнены оребренными или ошипованными для увеличения приведенного (отнесенного к поверхности гладкой трубы) коэффициента теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубы. Вход потоков газосырьевой смеси в змеевики 6 и 15 и выход из них происходит через круглые отверстия в специальных отводах, соединенных с продуктовыми трубопроводами и снабженных переходниками 9 для подсоединения к эллиптическим трубам 7 и 16 обоих змеевиков. В известной печи при необходимости проведения процесса тепловой обработки нефтепродукта с высокой исходной температурой, над конвективным змеевиком дополнительно размещен воздухоподогреватель, например, двухходовой по движению воздуха внутри труб и одноходовой по движению дымовых газов в межтрубном пространстве, использующий тепло дымовых газов на выходе из конвективной камеры для нагрева воздуха, идущего на горение топлива, и выполненный, например, в виде пучка горизонтально расположенных круглых труб диаметром 40 мм и относительным шагом по горизонтали, равным 1,35. Pipes 16 can be made finned or studded to increase the reduced (referred to the surface of a smooth pipe) heat transfer coefficient from flue gases to the pipe wall. The gas-raw material mixture flows into the coils 6 and 15 and exits through circular holes in special bends connected to the product pipelines and equipped with adapters 9 for connecting both coils to the elliptical pipes 7 and 16. In a known furnace, if it is necessary to carry out a process of heat treatment of a petroleum product with a high initial temperature, an air heater is additionally placed above the convection coil, for example, a two-way air flow inside pipes and a one-way air flue gas movement in the annulus using flue gas heat at the exit of the convection chamber for heating the air going to the combustion of fuel, and made, for example, in the form of a bundle of horizontally arranged round pipes with a diameter of 40 mm and are relative m horizontal step equal to 1.35.

В предлагаемой печи трубный пучок воздухоподогревателя 18 выполнен из нескольких рядов горизонтально расположенных труб 19 эллиптического сечения с вертикальным расположением больших осей сечений труб и смещением осей труб соседних рядов относительно друг друга, причем длина периметра поперечного сечения трубы 19 может быть выбрана, например, равной длине периметра сечения круглой трубы в известном воздухоподогревателе. Поскольку избыточное рабочее давление в воздухоподогревателе 18 близко к нулю, то возможно выполнение эллиптической трубы 19 со сколь угодно малым отношением длины малой полуоси эллипса к длине его большой полуоси, так как выбор формы трубы зависит только от располагаемой величины напора, создаваемого вентилятором для подачи воздуха в горелки 10, который может быть потрачен на преодоление гидравлического сопротивления воздухоподогревателя 18 и горелки 10. In the proposed furnace tube bundle of the heater 18 is made of several rows of horizontally arranged pipes 19 of elliptical cross section with a vertical arrangement of the major axes of the pipe sections and the offset of the pipe axes of adjacent rows relative to each other, and the length of the perimeter of the cross section of the pipe 19 can be selected, for example, equal to the length of the perimeter sections of a round pipe in a known air heater. Since the excess working pressure in the air heater 18 is close to zero, it is possible to carry out an elliptical pipe 19 with an arbitrarily small ratio of the length of the minor axis of the ellipse to the length of its major axis, since the choice of the shape of the pipe depends only on the available pressure value created by the fan to supply air to burner 10, which can be spent on overcoming the hydraulic resistance of the air heater 18 and burner 10.

При этом межцентровое расстояние для труб 19 эллиптического сечения по горизонтали и длина малой оси сечения трубы могут быть приняты небольшими по величине и определяться лишь технологией крепления труб 19 в трубных досках, что позволит уменьшить суммарный просвет между трубами 19 по горизонтали и площадь проходного сечения трубного пространства воздухоподогревателя 18, а следовательно, одновременно увеличить скорость дымовых газов в межтрубном пространстве и воздуха в трубном пространстве воздухоподогревателя 18. In this case, the center-to-center distance for horizontal pipes 19 of elliptical cross section and the length of the minor axis of the pipe section can be taken small in size and determined only by the technology of fastening the pipes 19 in the pipe boards, which will reduce the total clearance between the pipes 19 horizontally and the passage area of the pipe space air heater 18, and therefore, simultaneously increase the speed of flue gases in the annulus and air in the tube space of the air heater 18.

Трубчатая печь для огневого нагрева нефтепродуктов прямоугольного сечения с однорядным радиантным змеевиком обладает большей теплопроизводительностью, чем вертикальная цилиндрическая трубчатая печь, так как цилиндрические трубчатые печи имеют сравнительно небольшой диаметр и поэтому поверхность радиантного змеевика, размещенного в них, много меньше, чем поверхность радиантного змеевика из труб большой протяженности, особенно в многосекционных печах прямоугольного сечения. A tubular furnace for fire heating of rectangular oil products with a single-row radiant coil has a higher heat output than a vertical cylindrical tube furnace, since cylindrical tube furnaces have a relatively small diameter and therefore the surface of the radiant coil placed in them is much smaller than the surface of the radiant coil from pipes long extent, especially in multi-section furnaces of rectangular section.

Трубчатая печь прямоугольного сечения отличается от вертикальной цилиндрической трубчатой печи тем, что футеровка содержит наружный 2 и внутренний 3 вертикальные плоские слои, ряд горелок 10 расположен в середине пода 11 по длине радиантной камеры 4, радиантные трубы 7 расположены с обеих сторон радиантной камеры горизонтально на равном расстоянии друг от друга вблизи футеровки и соединены друг с другом справа и слева двойниками 8 круглого сечения, снабженных переходниками 9 эллиптического сечения, причем малые оси сечений радиантных труб 7 эллиптического сечения расположены по нормали к внутреннему вертикальному плоскому слою 3, а большие оси сечений труб 7 эллиптического сечения расположены на одной прямой с каждой стороны радиантной камеры 4. Другие варианты размещения эллиптических труб 7 в печи прямоугольного сечения (поворот малых осей сечений труб относительно нормали или параллельный перенос больших осей соседних труб 7) неэффективны из-за снижения величины углового коэффициента. A rectangular tube furnace differs from a vertical cylindrical tube furnace in that the lining contains an outer 2 and an inner 3 vertical flat layers, a row of burners 10 is located in the middle of the hearth 11 along the length of the radiant chamber 4, radiant tubes 7 are horizontally equal on both sides of the radiant chamber distance from each other near the lining and are connected to each other on the right and left by twins 8 of circular cross section, equipped with adapters 9 of elliptical cross section, and the small axis of the cross sections of the radiant pipes 7 the elliptical sections are normal to the inner vertical flat layer 3, and the large axis of the pipe sections 7 of the elliptical section are located on one straight line on each side of the radiant chamber 4. Other options for placing elliptical pipes 7 in a rectangular furnace (rotation of the small axis of the pipe sections relative to the normal or parallel transfer of large axes of adjacent pipes 7) are ineffective due to a decrease in the angular coefficient.

В другом исполнении трубчатой печи прямоугольного сечения с однорядным радиантным змеевиком радиантные трубы 7 расположены со всех сторон радиантной камеры вертикально на равном расстоянии друг от друга вблизи футеровки и соединены друг с другом вверху и внизу двойниками, причем малые оси сечений радиантных труб 7 эллиптического сечения также расположены по нормали к внутренним вертикальным стенкам печи. In another embodiment of a rectangular tube furnace with a single-row radiant coil, the radiant tubes 7 are located on all sides of the radiant chamber vertically at an equal distance from each other near the lining and are connected to each other at the top and bottom by twins, and the small axis of the sections of the radiant tubes 7 of elliptical section are also located normal to the inner vertical walls of the furnace.

Печь работает следующим образом. The furnace operates as follows.

Газосырьевая смесь (ГСС) одним или несколькими параллельными потоками при определенной температуре, зависящей от типа нефтепродукта, поступает в верхний ряд труб конвективного змеевика 15, проходит последовательно в направлении сверху вниз несколько горизонтальных конвективных труб 16 эллиптического сечения, расположенных в разных рядах и соединенных между собой в одну нитку с помощью двойников 8 и 17, изменяя направление потока на 180^o при переходе из одной трубы в другую, и подогревается за счет тепла охлаждающихся при этом дымовых газов, движущихся в направлении снизу вверх в межтрубном пространстве конвективной камеры 5. При одинаковой производительности печи и числе труб в потоке гидродинамический режим устоявшегося движения газосырьевой смеси (число Рейнольдса) в эллиптической трубе такой же, как и в круглой трубе, что объясняется одновременным увеличением скорости газосырьевого потока при уменьшении площади проходного сечения и уменьшением эквивалентного диаметра проходного сечения эллиптической трубы. Это приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи от нагреваемой газосырьевой смеси к стенке трубы пропорционально уменьшению величины эквивалентного диаметра проходного сечения трубы, то есть примерно на 20 - 25% по сравнению с круглой трубой. Кроме этого, коэффициент теплоотдачи от нагреваемого продукта к стенке трубы увеличивается за счет удлинения участков гидродинамической стабилизации в эллиптических трубах до и после круглых двойников, как в конвективном, так и в радиантном змеевиках, в связи с увеличением площади проходного сечения змеевика при входе газосырьевой смеси из трубы в круглый двойник и уменьшением ее при выходе из круглого двойника в эллиптическую трубу по сравнению со змеевиком из круглых труб, соединенным круглыми двойниками того же диаметра.The gas-feed mixture (GSS) in one or several parallel flows at a certain temperature, depending on the type of oil product, enters the upper row of convective coil pipes 15, passes sequentially from top to bottom several horizontal convective pipes 16 of elliptical cross-section, located in different rows and interconnected in one thread with the help of doubles 8 and 17, changing the flow direction by 180 ^o when switching from one pipe to another, and is heated by the heat of the flue gases that are cooling at the same time, moving in the direction from the bottom up in the annular space of the convection chamber 5. With the same furnace productivity and the number of pipes in the flow, the hydrodynamic regime of the steady-state movement of the gas-raw material mixture (Reynolds number) in the elliptical pipe is the same as in the round pipe, which is explained by a simultaneous increase in the gas-gas stream velocity by reducing the area of the bore and reducing the equivalent diameter of the bore of the elliptical pipe. This leads to an increase in the heat transfer coefficient from the heated gas-raw material mixture to the pipe wall in proportion to a decrease in the equivalent diameter of the pipe bore, i.e. by about 20 - 25% compared with a round pipe. In addition, the heat transfer coefficient from the heated product to the pipe wall increases due to the elongation of the sections of hydrodynamic stabilization in elliptical pipes before and after round twins, both in convective and in radiant coils, due to an increase in the passage area of the coil at the entrance of the gas-raw mixture from pipes into a circular double and reducing it when exiting a circular double into an elliptical pipe in comparison with a coil from round pipes connected by round doubles of the same diameter.

Оба этих фактора приводят к дополнительному увеличению коэффициента теплоотдачи от газосырьевой смеси к стенке трубы в обоих змеевиках печи. Далее подогретая в конвективном змеевике 15 газосырьевая смесь через коллектор или напрямую одним или несколькими потоками поступает в радиантный змеевик 6 радиантной камеры 4, где она нагревается, двигаясь по радиантным трубам 7, соединенным в одну или несколько ниток с помощью двойников 8, и изменяя направление потока на 180^o при переходе из одной трубы в другую, причем в вертикальной трубчатой печи происходит подъемное и опускное движение газосырьевой смеси, а в печи прямоугольного сечения происходит движение газосырьевой смеси по горизонтали с общим направлением потока сверху вниз.Both of these factors lead to an additional increase in the heat transfer coefficient from the gas-raw material mixture to the pipe wall in both furnace coils. Then, the gas-raw material mixture heated in the convection coil 15 through the collector or directly into the radiant coil 6 of the radiant chamber 4, where it is heated, moving along radiant tubes 7 connected to one or several threads using twins 8, and changing the direction of flow 180 ^o when moving from one pipe to another, and in a vertical tubular furnace there is a lifting and lowering movement of the gas-raw material mixture, and in a furnace of rectangular cross section there is a movement of the gas-raw material mixture horizontally ntali with the general direction of flow from top to bottom.

Увеличение коэффициента теплоотдачи от газосырьевой смеси к стенке эллиптической трубы 7 за счет уменьшения эквивалентного диаметра проходного сечения трубы и дополнительной турбулизации потока при применении двойников круглого сечения ведет к уменьшению температуры внутренней стенки трубы 7 и более мягким условиям нагрева газосырьевой смеси, при которых несколько снижается коксообразование внутри труб, что при продолжительной работе печи уменьшает термическое сопротивление стенок радиантных труб 7 по сравнению с круглыми трубами прототипа. An increase in the heat transfer coefficient from the gas-raw material mixture to the wall of the elliptical pipe 7 due to a decrease in the equivalent diameter of the pipe bore and additional flow turbulence when using doubles of circular cross section leads to a decrease in the temperature of the inner wall of the pipe 7 and milder conditions for heating the gas-raw material mixture, which slightly decreases coke formation inside pipes, which during continuous operation of the furnace reduces the thermal resistance of the walls of the radiant pipes 7 in comparison with round pipes prototype.

После нагрева до требуемой температуры газосырьевая смесь выводится из печи через соответствующий коллектор. Газосырьевой смеси в радиантной камере передается примерно 75% всего количества тепла, воспринимаемого обоими змеевиками печи от сжигания в горелках 10 газообразного или жидкого топлива с небольшим коэффициентом избытка воздуха. При работе горелок 10 в радиантной камере 4 создается разрежение, позволяющее подсасывать окружающий воздух для горения топлива. При наличии в составе печи воздухоподогревателя 18, воздух подают с помощью вентилятора сначала в верхний, затем в нижний ход трубного пучка 19 воздухоподогревателя 18, после чего подогретый воздух направляют в воздушные регистры горелок 10. За счет уменьшения площади проходного сечения труб 19 в них резко увеличивается скорость воздуха, что, при одновременном уменьшении величины эквивалентного диаметра проходного сечения трубы 19, ведет к значительному увеличению коэффициента теплоотдачи от воздуха к стенке по сравнению с трубным пучком из круглых труб. After heating to the required temperature, the gas-raw material mixture is discharged from the furnace through an appropriate collector. About 75% of the total heat absorbed by both furnace coils from burning 10 gaseous or liquid fuels with a small coefficient of excess air is transferred to the gas-raw material mixture in the radiant chamber. During operation of the burners 10 in the radiant chamber 4, a vacuum is created, allowing suction of the surrounding air for burning fuel. If there is an air heater 18 in the furnace, the air is supplied with a fan first to the upper, then to the lower stroke of the tube bundle 19 of the air heater 18, after which the heated air is sent to the air registers of the burners 10. By decreasing the passage area of the pipes 19, they sharply increase air velocity, which, while reducing the equivalent diameter of the bore of the pipe 19, leads to a significant increase in the heat transfer coefficient from air to the wall compared to a tube bundle of round pipes.

Продукты сгорания топлива (дымовые газы) движутся в радиантной камере 4 в виде одного или нескольких факелов в направлении снизу вверх, излучают тепло на радиантные трубы 7 и на слой 3 в просветах между ними, охлаждаясь при этом до температуры 800 - 900^oC перед входом в конвективную камеру (на "перевале").The combustion products of the fuel (flue gases) move in the radiant chamber 4 in the form of one or more flares in the upward direction, radiate heat to the radiant tubes 7 and to the layer 3 in the gaps between them, while cooling to a temperature of 800 - 900 ^o C in front of into the convection chamber (on the "pass").

Основная часть теплового потока, излучаемая горящими факелами, попадает на обращенные к ним поверхности ряда вертикальных радиантных труб 7 эллиптического сечения змеевика 6, и передает им свое тепло. The main part of the heat flux emitted by burning torches falls on the surface of a series of vertical radiant tubes 7 of the elliptical section of the coil 6 facing them, and transfers their heat to them.

При применении в радиантном змеевике эллиптических труб достигается увеличение углового коэффициента как для вертикальной цилиндрической, так и для печи прямоугольного сечения, что способствует повышению средней величины теплонапряжения радиантного змеевика и теплопроизводительности по сравнению с радиантным змеевиком из круглых труб. When using elliptical pipes in a radiant coil, an increase in the angular coefficient is achieved for both a vertical cylindrical and a rectangular furnace, which contributes to an increase in the average heat stress of the radiant coil and heat production compared to a radiant coil from round pipes.

Меньшая часть теплового потока, излучаемая горящими факелами, попадает на теплопроводный слой 3 в просветы между трубами 7. Вследствие высокой теплопроводности слоя 3 температура внутренней поверхности теплопроводного слоя в просвете между трубами 7 снижается, а за трубами повышается по сравнению с температурой футеровки, выполненной только из легковесного жаропрочного бетона 2. Это вызывает усиление теплового потока, поступающего от горящих факелов, на теплопроводный слой 3, а от него на необлученные поверхности труб 7, что дополнительно увеличивает величину среднего теплонапряжения радиантных труб 7. На величину теплопотерь печи, главным образом зависящей от толщины и теплопроводности наружного слоя 2 футеровки, толщина теплопроводного слоя 3 мало влияет. A smaller part of the heat flux emitted by burning torches enters the heat-conducting layer 3 in the gaps between the pipes 7. Due to the high thermal conductivity of the layer 3, the temperature of the inner surface of the heat-conducting layer in the gap between the pipes 7 decreases and increases behind the pipes compared to the temperature of the lining made only from lightweight heat-resistant concrete 2. This causes an increase in the heat flux coming from burning torches to the heat-conducting layer 3, and from it to the non-irradiated surfaces of the pipes 7, which additionally increases the average heat stress of radiant pipes 7. The thickness of the heat-conducting layer 3 has little effect on the heat loss of the furnace, which mainly depends on the thickness and thermal conductivity of the outer layer 2 of the lining.

Известно, что в существующих печах теплонапряжение участков радиантных труб в нижней части радиантной камеры много меньше, чем теплонапряжение участков радиантных труб 7 в средней части радиантной камеры. Это вызвано, в основном, снижением излучения от начальных участков факелов из-за более низкой температуры в нижней части горящих факелов и возникновением застойных зон (кольцевых вихрей) в местах резкого изменения направления движения потоков дымовых газов, например, на периферии пода 11 и свода радиантной камеры 4. Поскольку ложное днище 12 расположено над подом 11 и обладает низкой теплопроводностью, то оно нагревается до более высокой температуры, чем под в известной печи, и тепловой поток от него и от нижних частей горящих факелов к радиантным трубам 7 более интенсивен, что дополнительно повышает теплонапряжение радиантных труб 7. Из всего объема дымовых газов, движущихся в радиантной камере, в конвективную камеру 5 поступает только тот объем продуктов сгорания, который образуется при сгорании топлива, а остальное количество газов (присоединенная масса) нисходящим потоком движется сверху вниз, в направлении от свода к поду за счет подсоса к горящим факелам, и циркулирует в радиантной камере 4 с образованием завихрений. It is known that in existing furnaces the heat stress of sections of radiant tubes in the lower part of the radiant chamber is much lower than the heat stress of sections of radiant tubes 7 in the middle of the radiant chamber. This is mainly due to a decrease in radiation from the initial sections of the flames due to the lower temperature in the lower part of the burning flares and the occurrence of stagnant zones (ring vortices) in places of a sharp change in the direction of movement of the flue gas flows, for example, on the periphery of the hearth 11 and the radiant arch chambers 4. Since the false bottom 12 is located above the hearth 11 and has a low thermal conductivity, it heats up to a higher temperature than under the well-known furnace, and the heat flux from it and from the lower parts of the burning torches to radians to the combustion pipes 7 is more intense, which additionally increases the heat stress of the radiant pipes 7. Of the total volume of flue gases moving in the radiant chamber, only the volume of combustion products that is formed when the fuel is burned enters the convection chamber 5, and the remaining amount of gases (connected mass) in a downward flow it moves from top to bottom, in the direction from the arch to the hearth due to suction to burning torches, and circulates in the radiant chamber 4 with the formation of vortices.

При отсутствии в радиантной камере ложного днища 12 в ней происходит неравномерный и рассредоточенный по всей высоте камеры подсос циркулирующих дымовых газов к горящим факелам, причем основной объем дымовых газов имеет относительно высокую температуру и движется в пространстве между радиантными трубами и горящими факелами, а в пространстве между футеровкой и радиантными трубами нисходящий поток дымовых газов невелик и движется с малой скоростью. In the absence of a false bottom 12 in the radiant chamber, the circulating flue gases to the burning torches are unevenly distributed throughout the height of the chamber and the main volume of flue gases has a relatively high temperature and moves in the space between the radiant tubes and the burning torches, and in the space between lining and radiant pipes, the downward flow of flue gases is small and moves at low speed.

При наличии ложного днища 12 с отверстиями 14 в пространство между внутренним теплопроводным слоем 3 и радиантными трубами 7 от "перевала" поступает больший объем дымовых газов, которые нисходящим потоком с большой скоростью относительно труб 7 движутся вниз по направлению к отверстиям 14, устраняя застойные зоны над подом 11 и интенсифицируя теплообмен в нижней части радиантной камеры 4. Это повышает коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенкам труб 7 и к теплопроводному слою 3, а следовательно, величину конвективной составляющей суммарного коэффициента теплоотдачи от дымовых газов к наружной поверхности труб 7. In the presence of a false bottom 12 with holes 14, a larger volume of flue gases enters the space between the inner heat-conducting layer 3 and the radiant tubes 7 from the “pass”, which move downward toward the holes 7 at a high speed relative to the tubes 7, eliminating stagnant zones above hearth 11 and intensifying heat transfer in the lower part of the radiant chamber 4. This increases the heat transfer coefficient from flue gases to the walls of the pipes 7 and to the heat-conducting layer 3, and therefore, the magnitude of the convective component th coefficient of heat transfer from the flue gases to the outside surface of the pipes 7.

Отдав часть своего тепла трубам 7, частично охлажденные дымовые газы проходят через отверстия 14 в ложном днище 12 и поступают в пространство между ложным днищем 12 и подом 11 радиантной камеры, после чего подсасываются с большой скоростью к основаниям факелов горящего топлива, понижая температурный уровень процесса горения и концентрацию окислителя в зоне, примыкающей к основаниям факелов, и растягивая процесс горения по высоте радиантной камеры 4 за счет смешения продуктов горения топлива с большим объемом охлажденных дымовых газов при пониженном содержании окислителя, что ведет к значительному уменьшению содержания оксидов азота в дымовых газах. Having given part of their heat to the pipes 7, partially cooled flue gases pass through the openings 14 in the false bottom 12 and enter the space between the false bottom 12 and the hearth 11 of the radiant chamber, and then they are sucked at high speed to the base of the burning fuel flames, lowering the temperature level of the combustion process and the concentration of the oxidizing agent in the zone adjacent to the base of the flare, and stretching the combustion process along the height of the radiant chamber 4 by mixing the combustion products of the fuel with a large volume of cooled flue gases izhennom oxidant content, which leads to a significant reduction of nitrogen oxides in flue gases.

Кроме того, при смешении большого количества охлажденных дымовых газов с продуктами горения топлива может быть несколько уменьшен коэффициент избытка воздуха, идущего на горение топлива, что также снижает содержание оксидов азота в дымовых газах. Понижение температуры факела в условиях интенсивного отвода тепла излучением на трубы при повышенном теплонапряжении радиантных труб 7, достигаемое с помощью применения эллиптической формы труб, теплопроводного слоя 3 футеровки и перфорированного ложного днища 12, приводит к уменьшению скорости образования оксидов азота и снижению содержания оксидов серы в дымовых газах, что значительно уменьшает загрязнение окружающей среды вредными выбросами по сравнению с прототипом. In addition, when mixing a large amount of chilled flue gas with fuel combustion products, the coefficient of excess air going to the fuel combustion can be slightly reduced, which also reduces the content of nitrogen oxides in the flue gas. Lowering the flame temperature under conditions of intense heat removal by radiation to the pipes with increased heat stress of the radiant pipes 7, achieved by using the elliptical shape of the pipes, the heat-conducting layer 3 of the lining and the perforated false bottom 12, leads to a decrease in the rate of formation of nitrogen oxides and a decrease in the content of sulfur oxides in the flue gases, which significantly reduces environmental pollution by harmful emissions compared to the prototype.

Из радиантной камеры 4 дымовые газы направляются в конвективную камеры 5, где отдают тепло газосырьевой смеси, поступающей в горизонтально расположенные конвективные трубы 16 эллиптического сечения конвективного змеевика 15. From the radiant chamber 4, the flue gases are directed to the convection chamber 5, where they give off heat to the gas-raw material mixture entering the horizontally arranged convective tubes 16 of the elliptical section of the convective coil 15.

В известной конвективной камере применение труб круглого сечения с принятым относительным шагом труб при большой ее ширине приводит к невысокому коэффициенту теплопередачи от дымовых газов к газосырьевой смеси в основном за счет низкой скорости дымовых газов. In the known convection chamber, the use of round pipes with an accepted relative pipe pitch with a large width leads to a low heat transfer coefficient from flue gases to the gas mixture, mainly due to the low speed of the flue gases.

При уменьшении расстояния между эллиптическими трубами 16 в горизонтальном ряду, ведущему к увеличению скорости дымовых газов в конвективной камере 5, уменьшении наружного и внутреннего эквивалентных диаметров конвективной трубы 16 эллиптического сечения достигается увеличение суммарного коэффициента теплопередачи в конвективной камере 5 на 30 - 40% по сравнению с конвективным змеевиком из круглых труб, что позволяет повысить термический КПД печи за счет понижения температуры отходящих дымовых газов при отсутствии в составе печи воздухоподогревателя 18, или уменьшить металлоемкость конвективного змеевика при его наличии. By reducing the distance between the elliptical tubes 16 in a horizontal row, leading to an increase in the speed of the flue gases in the convection chamber 5, a decrease in the outer and inner equivalent diameters of the convection tube 16 of the elliptical cross section, an increase in the total heat transfer coefficient in the convection chamber 5 by 30 - 40% compared with convection coil made of round pipes, which allows to increase the thermal efficiency of the furnace by lowering the temperature of the exhaust flue gases in the absence of air in the furnace odogrevatelya 18, or reduce the convective coil of metal when present.

Если тепловой обработке подвергается нефтепродукт с высокой исходной температурой, то дымовые газы после прохождения конвективного змеевика 15 имеют относительно высокую температуру, с которой они поступают в межтрубное пространство воздухоподогревателя 18, проходят его, охлаждаясь при этом, после чего удаляются в атмосферу при температуре 180 - 200^oC с помощью тяги, создаваемой дымовой трубой или вытяжным вентилятором. За счет увеличения скорости дымовых газов и воздуха в воздухоподогревателе 18 по сравнению с прототипом значительно увеличивается суммарный коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воздуху по сравнению с трубным пучком из круглых труб при одинаковой длине периметра поперечного сечения трубы, что позволяет повысить термический КПД печи за счет понижения температуры отходящих дымовых газов, или уменьшить металлоемкость воздухоподогревателя 18 при равенстве температуры отходящих дымовых газов в предлагаемой печи и прототипе.If a petroleum product with a high initial temperature is subjected to heat treatment, then the flue gases after passing through the convective coil 15 have a relatively high temperature, with which they enter the annular space of the air heater 18, pass it, while cooling, and then are removed to the atmosphere at a temperature of 180 - 200 ^o C using draft through a chimney or exhaust fan. Due to the increase in the speed of flue gases and air in the air heater 18 compared with the prototype, the total heat transfer coefficient from flue gases to air increases significantly compared to a tube bundle of round pipes with the same length of the perimeter of the cross section of the pipe, which allows to increase the thermal efficiency of the furnace by lowering the temperature of the exhaust flue gases, or reduce the metal consumption of the air heater 18 when the temperature of the exhaust flue gases in the proposed furnace and the prototype.

Таким образом, в предлагаемой трубчатой печи при сохранении режима равномерного обогрева всех радиантных труб интенсифицируется по сравнению с прототипом теплообмен излучением и конвекцией между дымовыми газами и нефтепродуктами снаружи и внутри эллиптических труб радиантного и конвективного змеевиков и воздухоподогревателя за счет изменения формы труб, состава футеровки, конструктивных решений, что значительно снижает удельную металлоемкость обоих змеевиков печи и воздухопогревателя, изготавливаемых из легированной стали, и приближает печь по теплонапряжению радиантных труб к печи с двухсторонним облучением труб, но без присущих этому типу печи недостатков, и превосходит ее по эффективности конвективного змеевика и воздухоподогревателя. Thus, in the proposed tube furnace, while maintaining the uniform heating of all radiant pipes, the heat transfer by radiation and convection between flue gases and oil products outside and inside the elliptical pipes of the radiant and convective coils and the air heater is intensified compared with the prototype due to a change in the shape of the pipes, composition of the lining, and structural solutions, which significantly reduces the specific metal consumption of both furnace coils and the air heater made of alloy steel, and at licking oven according to the heat-radiant tube furnace with double-sided irradiation pipe, but without the inherent disadvantages of this type of furnace, and its superior performance and convective coil air heater.

Применение труб эллиптического сечения в печи прямоугольного сечения с однорядным радиантным змеевиком из горизонтальных или вертикальных труб, размещенных вблизи футеровки, с использованием теплопроводного слоя футеровки и перфорированного ложного днища, также позволит увеличить среднее теплонапряжение радиантного змеевика, поскольку величина углового коэффициента для этого радиантного змеевика даже больше, чем для змеевика в цилиндрической печи. The use of elliptical tubes in a rectangular furnace with a single-row radiant coil made of horizontal or vertical tubes placed close to the lining, using the heat-conducting layer of the lining and the perforated false bottom, will also increase the average thermal stress of the radiant coil, since the angular coefficient for this radiant coil is even greater than for a coil in a cylindrical furnace.

В известной печи с двухрядным радиантным змеевиком при двухстороннем облучении труб применение труб эллиптического сечения также позволяет увеличить теплонапряжение труб радиантного змеевика вследствие повышения величины углового коэффициента по сравнению со змеевиком из круглых труб. In a known furnace with a double-row radiant coil with double-sided pipe irradiation, the use of elliptical tubes also allows to increase the heat stress of the radiant coil tubes due to an increase in the angular coefficient compared to a round tube coil.

Claims

1. A tubular furnace for fire heating of petroleum products, comprising a housing, lining, burners in the hearth, a radiant coil of a number of pipes, the cross-section centers of which are located at equal distances from each other near the lining, a convective coil and an air heater above it from rows of pipes displaced relative to each other other, twins for connecting the ends of adjacent pipes of the coils, characterized in that the pipes of the coils, the air heater and part of the twins of the convective coil are made of elliptical cross-section, the small axis of the cross-sections the pipes are located normal to the inner surface of the lining, the large axes of the sections of convective pipes and air heater pipes are placed along the flue gas stream, and a false bottom is placed between the lower twins of the radiant coil and the bottom of the radiant chamber with a number of holes at the junction of the lining and above the burners, and the inner layer of the lining is made of a material with thermal conductivity that is an order of magnitude higher than the thermal conductivity of the main layer of the lining.

2. The tube furnace according to claim 1, characterized in that the large axis of the cross-sections of convective pipes and air heater pipes are placed vertically.