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

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

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

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

На рис. 3 приведена схема многоподовой П., предназначенной для обжига сыпучих материалов (сульфидов металлов, магнезита, извести, золото - и серебросодержащих руд и т.д.). Она выполнена из огнеупорных и теплоизоляц. материалов; снаружи заключена в стальной кожух. Топливом в ней может служить мазут или природный газ. Рабочая камера имеет форму вертикального цилиндра, разделенного горизонтально расположенными подами 1 на неск. кольцевых реакц. камер с разл. температурными режимами. На подах имеются отверстия 2, расположенные попеременно на периферии или в центре, для пропускания исходного материала и печных газов. Перемещение по подам с одновременным перемешиванием обжигаемого материала осуществляется перегребающим устройством, состоящим из центрального пустотелого вала 6 и закрепленных в нем рукояток с гребками 5 (мех. мешалками). Центральный вал и рукоятки охлаждаются воздухом, подаваемым от вентилятора 7. Этот воздух затем м. б. использован для сжигания топлива. Перегребающее устройство приводится во вращение механизмом привода 8, состоящим из электромотора и спец. редуктора, расположенного под П.

Исходный материал загружают на верх. под через шнек 4 и гребками перемещают до отверстия на нем, через которое он подается вниз на след. под, совершая сложный зигзагообразный путь по всем подам, и выгружается внизу печи. На некоторых кольцевых камерах снаружи П. установлены горелки 10 для сжигания газообразного топлива (топливного газа), полученные дымовые газы в смеси с газами, к-рые выделяются при протекании термотехнол. процессов, являются теплоносителями, движутся по рабочим камерам вверх и выводятся из П. Мазутное топливо сжигается в спец. отдельно стоящей топке 9, и образовавшиеся газы по футеров. трубе подаются в П. Диаметр промышленных П. обычно 1,6-6,8 м, число подов 4-16, общая поверхность подов составляет 6,5-370 м ².

Доменная шахтная печь (рис. 4) предназначена для выплавки чугуна из железных руд. Главный термотехнол. процесс в ней восстановление оксидов железа. Основными частями печи являются колошник 1, шахта 2, распар 3, заплечники 4, горн 5, лещадь и железобетонный фундамент 22. Через спец. засыпной аппарат 6 в колошник загружают исходные шихтовые материалы и отводят образующиеся газы. Ниже колошника расположена шахта конич. формы, в к-рой материалы нагреваются, увеличиваются в объеме и опускаются вниз под действием собств. веса. Распар наиб. широкая цилиндрич. часть П., соединяющая шахту с заплечниками. В заплечниках происходит выгорание кокса и образование жидких продуктов плавки, т.е. уменьшение объема находящихся в П. B-B. Ниж. часть П. - горн делится на две зоны: верхнюю-фурменную, в к-рой установлены фурмы 9 для вдувания горячего воздуха и топлива, и нижнюю металлоприемник, где накапливаются жидкий чугун и шлак и затем выпускаются через летки 10, 11 по желобам 21 в ковш. Изнутри П. футерована высококачеств. огнеупорными материалами и заключена в стальной кожух 16. Для предохранения от разрушения футеровка охлаждается металлич. холодильниками 17 и 18, по к-рым постоянно циркулирует вода. 0 ^oC

В нефтехим. и нефтеперерабатывающей пром-сти наиб. широко используются трубчатые П. Они предназначены для огневого нагрева (до 300 ⁰C), испарения и перегрева (при 300-500 ^oC) газообразных и жидких сред, а также для проведения высокотемпературных процессов деструкции углеводородного сырья (при т-ре ~ 900 ⁰C). Соответственно различают нагревательные (применяемые, напр., для произ-ва масел), нагревательно-испарительные (для первичной переработки нефти) и нагревательно-испарительно-реак-ционные (применяемые для получения низших олефинов, бензола, толуола и др.) трубчатые П

Основной элемент этих П. трубчатый змеевик, в котором движется нагреваемая среда (исходный материал). Змеевик изготовляют из жаропрочных труб диаметром 57-426 мм. длиной до 24 м и толщиной стенок 4-22 мм; поверхность нагрева составляет 15-2000 м ².

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

Важнейшими показателями работы трубчатых П. кроме тепловой мощности, производительности по сырью и кпд являются теплонапряженность пов-сти нагрева, гидравлич. потери напора потоков сырья в трубчатом змеевике. Тепло-напряженность пов-сти нагрева характеризует, насколько эффективно используются трубчатые змеевики для нагрева сырья, и определяется кол-вом тепла, передаваемым через 1 м ² пов-сти змеевика за 1 ч. Гидравлич. потери напора в змеевике зависят от скорости движения сырья, вязкости, длины печных труб, их диаметра, чистоты внутр. пов-сти, сопротивлений в местах соединения труб. При деструктивной переработке нефтяного сырья жестко устанавливаются такие параметры, как т-ра, давление, время контакта (время пребывания сырья в змеевике). Производительность трубчатых П. в случае переработки нефти при атм. давлении достигает 8000 т/сут, кпд-92%; допускаемая теплонапряженность для нагревательных и нагревательно-испаритель-но-реакционных трубчатых П. составляет 17-58 и 80 кВт/м ² соотв.; тепловая мощность варьирует от 0,12 до 250 МВт. Трубчатые П. большой мощности обладают рядом преимуществ по сравнению с печами малой мощности: относительно небольшие капиталовложения, простота техн. обслуживания, лучшие техн. - экономич. показатели, компактность, низкая материалоемкость и т.д.

Усовершенствование конструкций трубчатых П. для деструктивной переработки нефтяного сырья в нефтехим. пром-сти имеет целью увеличение выхода продуктов при миним. расходе сырья и топливно-энергетич. ресурсов, повышение работоспособности и долговечности материального оформления, организацию автоматич. управления режимом работы. Один из путей - уменьшение длины и диаметра печных труб и изменение геометрии трубчатых змеевиков, что позволяет уменьшить время пребывания сырья в реакц. зоне, благодаря чему возрастает селективность процессов пиролиза и выход целевых продуктов.

В нефтеперерабатывающей и нефтехим. пром-сти используют трубчатые П. разл. конструкций. В качестве примера на рис. 5 приведена схема радиационно-конвекционной трубчатой П. нефтеперерабатывающей установки.П. состоит из радиац. камеры 5, футерованной легковесным жаростойким бетоном, цельносварного трубчатого змеевика 6, подовой горелки 7 для жидкого или газообразного топлива. Верх. расположение конвекц. камеры 1 и дымовой трубы 8 обеспечивает прямоточное удаление продуктов сгорания топлива с миним. гидравлич. потерями напора в змеевике.

Узкокамерная нагревательно-реакц. трубчатая П. для произ-ва этилена из нефтяного сырья (рис. 6) состоит из двух самостоят. отсеков-радиационной (1) и конвекционной (2) камер, объединенных одной дымовой трубой 4. Топливная система оснащена настенными акустич. газовыми горелками 5, обогревающими стенки топки и равномерно излучающими тепло на пирозмееви-ки 3. Кол-во топливного газа (и, следовательно, т-ра пиролиза) регулируется спец. клапанами 7, что позволяет экономно расходовать топливо, сократить вредные выбросы в атмосферу, упростить техн. обслуживание, увеличить долговечность материальной части. Исходный материал поступает в конвекц. камеру, где нагревается до 500-550 ⁰C, затем-в радиац. камеру, где происходит пиролиз при 800-850 ⁰C, и выходит из П. в за-калочно-испарит. аппарат (ЗИА) 10, служащий для охлаждения газов пиролиза и выработки водяного пара.

Схема печного агрегата установки миллисекундного пиролиза углеводородного сырья для произ-ва низших олефинов приведена на рис. 7. Время контакта в зоне р-ции составляет 0,05-0,1 с, что позволяет вести процесс при 900-930 ⁰C. Это обеспечивает достаточную селективность и высокий выход целевых продуктов. Исходное сырье поступает в конвекц. камеру 1 для подогрева, а затем-в радиац. камеру 2 через два автономных коллектора, расположенных в поду топки (на рис. не показаны). Эти коллекторы соединены с трубчатым змеевиком 3, представляющим собой ряд прямых вертикальных трубок, в к-рых происходит пиролиз. На выходе из агрегата оба потока объединяются и поступают в ЗИА. Обогрев в П. осуществляется подовыми горелками, пламя к-рых направлено на стены топки, излучающие равномерный тепловой поток на реакц. трубки.

Для хим. и физ. - хим. исследований и анализа, а также в препаративных целях широко используют лабораторные П. Большинство из них представляют собой электрические П. сопротивления. Они снабжены регулирующими устройствами, позволяющими выдерживать образцы при разл. режимах изменения т-ры, и контрольно-измерит. приборами для наблюдения за ходом процессов.

Лабораторные П. разнообразны по своим конструкциям; имеются, напр., П. с вращающимся барабаном, с кипящим слоем (КС; источником тепла в них м. б. топливо), П. с муфелем (т.е. с замкнутой камерой из шамота, керамики или др. огнеупорного материала, в к-рую помещают нагреваемое в-во). В зависимости от формы муфеля различают тигельные, трубчатые и шахтные П. Т-ра в муфельной П. обычно составляет 1000-1200 ⁰C, но может достигать и 1450 ⁰C.

В качестве примера на рис. 8 приведена схема муфельной электропечи сопротивления для нагрева до 1000 ⁰C. Ее прямоугольный корпус 7 выполнен из тонколистовой стали, в верх. части находится камера нагрева 6, в ниж. части-блок управления 5. В центре камеры нагрева размещен керамич. муфель 8, на к-рый намотан нагреват. элемент 9. Внутр. пов-сть муфеля образует рабочее пространство электропечи. Через отверстие 14 в задней части муфеля в рабочее пространство вводят регулирующую термопару. Пространство между муфелем и корпусом камеры нагрева заполнено теплоизоляцией 10. Загрузка электропечи производится через проем, закрываемый дверцей 12 с отверстием 13 для ввода контрольной термопары. Блок управления 5 электропечи служит для автоматич. поддержания заданной т-ры.

Размещено на Allbest.ru