Development and research of new fuel combustion system of pyrolysis furnace, based on burners of type AGG-3M

Full Text

Для трубчатых печей установок пиролиза сотрудниками СамГТУ разработана система сжигания топлива (ССТ), в которой проектные горелки (112 инжекционных горелок чешской фирмы «Хепос») заменены на 24 отечественные горелки вихревого типа АГГ-2М [1, 2, 5]. С целью увеличения равномерности обогрева пирозмеевиков небольшим количеством мощных горелок типа АГГ в период замены кладки печей на одной из установок ЭП-300 первоначальная схема коридорного расположения горелок на излучающих стенах топки была изменена на шахматное расположение горелок АГГ-2М на тех же отметках по высоте топочной камеры. Такая схема предполагает лучшее совмещение геометрии обогреваемых потоков с расположением противолежащих горелок. Эффективность этого мероприятия определялась теплотехническими обследованиями модернизированных печей. При обследовании снимались режимные параметры работы печей, определялся состав топлива и сырья, проводился анализ продуктов сгорания топлива с помощью переносного хроматографа TESTO-350 по высоте топки и дымовому тракту печей с определением качества сжигания топлива, температур в точках замеров, избытка воздуха и КПД печей, выполнены замеры температурных полей кладки и стенок змеевиков печи с целью определения равномерности обогрева теплопередающей поверхности модернизированными горелочными устройствами АГГ-2М. В период обследования лаборатория завода предоставила следующий состав сжигаемого в печах топлива, % об.: Н2 = 12,31; СН4 = 79,69; С2Н4 = 2,49; С2Н6 = 5,20; С3Н6 = 0,01; С3Н8 = 0,08; ∑С4 = 0,31, по которому расчетным путем определены: - плотность топливного газа - 0,692 кг/нм3; - теплота сгорания топливного газа - 35736 кДж/нм3. Режимные параметры работы печи F-08В при пиролизе бензина на момент обследования: - расход сырья - 9,3 т/ч (по потокам 2,5 - 2,4 - 2,1 - 2,3); - расход пара разбавления - 4,95 т/ч (по потокам 1,25 - 1,25 - 1,2 - 1,25); - расход топлива - 1,3 т/ч; - температура пирогаза на выходе из печи, ̊С - (830 ÷ 830-831 ÷ 832); - температура дымовых газов на выходе из печи, °С - (275 ÷ 298). Состояние печи и ССТ на момент обследования: - печь оборудована 24 горелками АГГ-2М, расположенными в шахматном порядке по высоте топки в 3 яруса; - горелки оснащены глушителями шума - регуляторами инжекции воздуха стандартной конструкции; - кладка и змеевики - без видимых дефектов; - состояние горелок - работоспособное, горение отлажено, атмосфера в топке чистая. Основные результаты обследования печи с новой схемой размещения горелок АГГ-2М на излучающих стенах представлены в табл. 1 и 2. Таблица 1 Результаты анализов проб дымовых газов печи пиролиза F-08В с шахматным расположением горелок АГГ-2М Точка отбора пробы Компонент дымового газа в печи О2, % об. СО2, % об. СО, ппм NOх, ппм DР, Па к.р.в. Температура, оС Нижний ярус 10,3 6,1 0 65 129 1,95 943 Средний ярус 5,3 8,9 0 85 102 1,34 1035 Верхний ярус 5,7 8,7 0 67 72 1,38 1053 Перевал 3,0 10,2 0 80 48 1,16 1035 На выходе из печи 8,9 6,8 0 55 200 1,74 298 КПД печи (без учета потерь тепла через кладку печи) составляет 82,2 %. Из табл. 1 видно, что температурный уровень в топке в районе нижнего яруса снижен почти на 100 °С из-за поступления избыточного воздуха через горелки нижнего яруса. На выходе из топки процесс выгорания топлива завершен с небольшим запасом по кислороду. Однако в камере конвекции наблюдаются дополнительные подсосы через неплотности в обшивке печи, что снижает КПД печи. Состояние разогрева кладки и стенки змеевиков печи характеризуется данными табл. 2. Таблица 2 Результаты пирометрии кладки и стенки (через дробь) выходных труб змеевика печи F-08В Отметка по высоте топки Температура, оС (змеевик/кладка) Поток H Поток G Поток F Поток E Верхний ярус 945/1010 950/1025 950/1010 950/1020 Средний ярус 955/1000 960/1040 955/1035 970/1050 Средний ярус 930/990 945/1010 950/1015 940/1040 Нижний ярус 905/940 920/970 925/960 910/950 Из табл. 2 видно, что нижний ярус кладки и нижняя часть змеевика недогреваются. Средняя часть имеет максимумы температур, которые снижаются в сводовой части печи. Такие температурные перекосы вызваны прежде всего различным разрежением по высоте топки и неотрегулированностью поступления воздуха через горелки, которое необходимо выполнять с помощью регуляторов инжекции, а также расположением мощных горелок типа АГГ (в проекте имеется вынужденное отклонение расположения горелок от равномерного для обхода металлоконструкций в местах их установки). В настоящее время выполненный по результатам многочисленных обследований печного блока анализ состояния и работы печей установки показал, что печи имеют большой физический износ и требуют модернизации кладки и системы сжигания топлива как не отвечающие современным требованиям по теплопроводу к реакционным трубам, надежности и безопасности при эксплуатации. Согласно рекомендациям разработчиков горелочных устройств типа АГГ [3] с целью устранения выявленных недостатков был разработан проект установки 54 горелок АГГ-3М (меньшей мощности, чем ранее установленные горелки АГГ-2М) по расчетной схеме их размещения [4]. Новые горелки переоборудованы регуляторами инжекции воздуха - глушителями шума более надежной конструкции, оснащены пилотными горелками ПГ-28М-КП, автоматической системой розжига и контроля наличия пламени. Одновременно с этими мероприятиями по проекту ООО «Алитер-Акси» произведена замена кладки печи на современные бетонные смеси, а также установлены поворотный шибер и штатный кислородомер на выходе дымовых газов из печи. Все эти мероприятия положительно сказались на работе печи, что подтверждается результатами теплотехнических обследований печи, выполненных на различных нагрузках по сырью в период ее работы с усовершенствованной системой. В период обследований состав сжигаемого в печи топлива был следующим, % об.: Н2 = 17,6; СН4 = 77,62; С2Н4 = 0,79; С2Н6 = 3,73; С3Н6 = 0,04; С3Н8 = 0,05; ∑С4 = 0,02; ∑С5 = 0,15; - плотность топливного газа - 0,639 кг/нм3; - теплота сгорания топлива - 32869 кдж/нм3 (51470 кДж/кг); - плотность сырья - 0,684 кг/м3. Основные теплотехнические показатели работы печи F-08В в режиме пиролиза бензина при сопоставимой нагрузке: - расход сырья - 9185 кг/ч (по потокам 2397 - 2051 - 2217 - 2520); - расход пара разбавления - 4834 кг/ч (по потокам 1225 - 1201 - 1200 - 1208); - расход топлива - 1077 кг/ч; - температура пирогаза на выходе из печи, °С - (826-826-826-825); - температура дымовых газов на выходе из печи °С - (316 ÷ 304). Результаты представлены в табл. 3 и 4. Таблица 3 Результаты анализов проб дымовых газов печи F-08В с новой ССТ Точка отбора пробы Компонент дымового газа в печи О2, % об. СО2, % об. СО, ппм NOх, ппм DР, Па к.р.в. Температура, оС Нижний ярус 4,6 9,0 0 51 73 1,26 1039 Средний ярус 2,9 10,0 0 54 24 1,16 1016 Верхний ярус 2,4 10,3 0 55 5 1,13 1035 На выходе из печи 8,9 6,8 0 55 200 1,74 298 КПД печи (без учета потерь тепла через кладку печи) - 84,8 %. Состояние разогрева кладки печи характеризуется следующими данными замеров оптическим пирометром: - температуры стенки выходных труб: поток H - 935 °С, поток G - 940 °С, поток F - 940 °С, поток E - 950 °С. Таблица 4 Результаты пирометрии кладки печи F-08В Отметка Температура кладки, оС Поток H Поток G Поток F Поток E Верхний ярус 1015 1010 1010 1010 Средний ярус 1040 1025 1005 1010 Нижний ярус 1035 1010 1010 1025 Под печи 1015 1000 1000 1010 Сравнивая результаты обследований печи F-08B, работающей с горелками АГГ-2М, с результатами обследований этой же печи после проведенных мероприятий по оснащению печи новой системой, видим, что при одинаковых технологических режимах пиролиза бензина КПД печи увеличился на 2,6 %, расход топлива снизился на 17 %, одновременно выровнено разрежение по высоте топки, температурный перепад на кладке печи уменьшился до 10÷30 °С как по длине топки, так и по высоте. По результатам проведенных обследований печи можно говорить об эффективности проведенных мероприятий по оснащению печи пиролиза установки ЭП-300 новой системой сжигания топлива с горелками типа АГГ-3М. Горелки обеспечивают технологический режим пиролиза углеводородной смеси с близкими к проектным значениям показателями, работают устойчиво, с равномерным обогревом кладки печи и сырьевых змеевиков (рис. 1). Конструктивно горелки АГГ-3М обеспечивают большую надежность в эксплуатации, легки в управлении и регулировке режима горения, обладают пониженным уровнем шума. Рис. 1. Температурный профиль змеевиков реконструированной печи F-08В и проектной печи F-03B (сравнение по потоку С) Работа горелок хорошо сочетается с выполненной кладкой из жаропрочного бетона. Картина работы горелок АГГ-3М в топке печи представлена на рис. 2. Рис. 2. Фрагмент внутренней части печи (топки) с установленными и работающими горелками типа АГГ-3М В целом по результатам работы новой ССТ печей установок ЭП-300 с горелками типа АГГ можно сделать следующие выводы: - уменьшение расхода топлива в печах пиролиза достигается за счет более высокой герметизации топки и снижения инжекции в печь холодного атмосферного воздуха (вследствие применения в топливной системе ограниченного числа высокопроизводительных горелок), а также в результате эффективного способа сжигания газа горелками АГГ-3М, обеспечивающего минимальный избыток воздуха на перевале печи (3÷10 % от стехиометрического). Процесс горения подготовленной смеси происходит на раскаленных стенках топки, которые катализируют реакции окисления и способствуют полному выгоранию всех горючих компонентов топлива. На действующих промышленных печах пиролиза с новой ССТ удельный расход топлива на 4÷10 % ниже; - улучшение работы топливной системы печи стабилизирует рабочие условия, позволяет вести процесс пиролиза в оптимальном режиме, с малым коксообразованием внутри пирозмеевиков и благоприятно отражается на работоспособности элементов конструкции печного агрегата (печных труб, опорных деталей, огнеупорной обмуровки и др.). В результате увеличиваются межремонтные рабочие циклы (пробеги) печи, повышается надежность и долговечность работы печного агрегата. За счет сокращения простоя печи на текущем ремонте, уменьшения объема ремонтных работ при выполнении капитального ремонта и т. п. ее рабочий цикл увеличивается в среднем на 500 часов; - простота конструкции горелок АГГ и недорогие материалы для их изготовления, высокая производительность и сравнительно небольшое их число в печах позволяют уменьшить расход средств на оснащение топливных систем горелками и далее при работе экономить затраты на ремонт и обслуживание.

About the authors

Alexandr S Pechnikov

Samara State Technical University

Email: PetchnikovAS@mail.ru
(Ph.D.(Techn.)), Associate Professor. 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100

Sergey A Pechnikov

Samara State Technical University

Head of the Technological Design Department of Gas Production Facilities of the Scientific and Technical Center «Integrated Development of Regional Hydrocarbon Resources», AO «Gazprom promgaz». 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100

References

Supplementary files