Трубчатая печь: устройство, принцип действия, виды, рекомендации по выбору

Устройство и принцип работы трубчатых печей

Корпус агрегата – это цилиндрическая основа, изготовленная из жаропрочной стали. Внутренняя поверхность защищена слоем футеровки. Максимальный диаметр – 5000 мм, а длина может достигать 200 м.

Устройство

Конструкция таких устройств аналогична со всеми нагревательными агрегатами, отличие только в цилиндрической форме топочного отсека. Для монтажа и изготовления печи понадобится:

для промышленной установки необходим отдельный фундамент, в его конструкции учитывается высокий уровень нагрева поверхностей. Лабораторные аппараты в такой конструкции не нуждаются;

наружный корпус агрегата. Это главная деталь, которая воспринимает нагрузку слоя футеровки, загружаемых деталей, различных устройств управления. Каркас собран на опорной раме, каждая стойка которой закреплена с помощью анкеров к основанию печи. Отдельные части корпуса соединяются с помощью ферм и шарниров, которые равномерно распределяют нагрузку от высоких температур и массы печи;

слой футеровки из огнеупорного шамотного кирпича, предохраняющий наружный корпус от высокого уровня нагрева и сохраняющий тепло в рабочем отсеке. На промышленных установках наружный слой футеровки закрывают теплоизоляционными листовыми материалами. Блоки слоя с маркировкой «А», «Б», «В» должны выдерживать температуру нагрева соответственно 17300, 16700, 15800. Для современных промышленных агрегатов допускается использование жаростойкого пенобетона;

устройство, отвечающее за уровень производительности агрегата – технологический змеевик. Его изготавливают из толстостенной горячекатаной бесшовной трубы. Это обусловлено условиями его работы в агрессивной среде с высоким уровнем нагрева. Горизонтальную конструкцию теплообменника крепят на кронштейнах или подвесах к основному каркасу печи. Вертикальная конвекционная конструкция заводится в специальные направляющие, где трубы заведены в отдельные отверстия;

нагревательные элементы предназначены для быстрого набора температуры в рабочей камере. Промышленные печи оснащаются разными видами горелок, работающими на газу или жидком топливе. Основная задача равномерное и быстрое распределение тепла по всей площади печи;

в качестве устройства, способствующего снижению потерь тепла, промышленные трубчатые агрегаты оснащаются утилизаторами тепловой энергии. Они нагревают поступающий воздух до температуры в 3000, благодаря чему значительно увеличивается производительность агрегата;

блок управления и безопасности. Используются различные термодатчики, которые управляют работой печи и препятствуют возникновению аварийных ситуаций;

система отвода отработанных газов в атмосферу по дымовой трубе, которая обеспечивает подачу кислорода в топку и выводит продукты горения.

Принцип работы

Основная работа таких устройств разбита на 2 этапа:

1. При сгорании топлива образующийся газ собирается в главном секторе топочного отсека. Выделяется большое количество тепла, и дым постепенно вытесняется в полость теплообменника с конвекционными трубами. Постепенно остывая, он вытесняется нагретым воздухом. Температура доводится до заданного уровня.
2. В конвекционные трубы снизу поступает холодный воздух, затем проходя по нагретым пучкам трубопроводных экранов, он разогревается до максимальной температуры и поддерживает оптимальный и заданный уровень нагрева трубчатой камеры печи. Детали проходят термическую обработку в несколько этапов и после окончания работы агрегата выдвигаются на тележке или другом виде оборудования.

Температура может постепенно понижаться в период перерыва в нагреве, все зависит от операции по обработке изделий, а детали остывая, получают определенные свойства и структуру. За работой печей следит автоматика с системой термодатчиков.

Самодельные конструкции потребуют от домашнего мастера контроля за процессами на глазок. Качество деталей после обработки должно соответствовать ГОСТу и основным характеристикам.

Классификация

Трубчатые печи подразделяются по нескольким свойствам:

теплотехническим;

технологическим;

конструкционным.

Разберем классификацию по этим подгруппам подробнее.

Теплотехнические свойства оборудования

В этой категории печи классифицируются:

1. По уровню полезной тепловой нагрузки: с большим уровнем нагрева; средним; малым.

2. По показателям температуры нагрева: высокотемпературная; низкотемпературная.

3. Методам передачи тепла деталям.

Классификация	Краткое описание оборудования
Конвективные	Самая испытанная конструкция, но в современных агрегатах такой принцип не используется. Исключение – оборудование для нагревания материалов с помощью температуры нагретого газа в теплообменнике.
Радиантные	Все конвекционные трубы проходят по стенам камеры сгорания топлива, и вещество разогревается до более высокого уровня. Площадь рабочей камеры в таких устройствах увеличена. Особое значение отдается именно камере сгорания, а не конвекционной системе трубопроводов. Радиантные агрегаты экономичны при производстве и в процессе работы.
Радиантно – конвективные	Эти смешанные устройства позволяют использовать температуру нагрева от прямого сгорания топлива и от поступающего горячего воздуха из системы конвекции. Такая схема используется во всех современных моделях.

Технологические свойства

По этим признакам, трубчатые агрегаты подразделяются:

1. Производительность оборудования: с большой мощностью; средней; маломощные печи.

2. Давление: атмосферные печи; вакуумные; с подачей воздуха под высоким давлением.

3. Назначение. Подразделены на нагревательные, которые предназначены для разогрева, обработки и испарения влаги и других материалов. Вторая категория – реакционные. Они предназначены для разогрева материалов до уровня плавления и изменения их свойств после обработки высокими температурами.

Конструкционные свойства

Признак	Классификация
Форма корпуса	Выпускаются нескольких форм: коробчатая ширококамерная; коробчатая с узкой камерой; кольцевая; секционная; с наклоненным сводом печи.
Количество камер радиации	С одной или двумя камерами сгорания газов и многокамерные агрегаты.
Положение трубчатого змеевика	Выпускаются с горизонтальным, вертикальным или винтовым положением этого устройства.
Расположение трубок в пучке	С шахматным или коридорным порядком установки труб.
Способ сжигания поступающего топлива	С факельным или беспламенным горением топлива в топке.
Способ подвода тепловой энергии к экрану	С одной или с двух сторон экрана.
Расположение форсунок	С боковым или подовым положением горелок.
Место установки конвекционных камер нагрева газов	Их можно устанавливать по боковым стенкам или непосредственно в центре топки. А по отношению в радиантным камерам – верхним, нижним, боковым или центральным.
Топливо	С газовыми горелками, с форсунками, работающими на жидком топливе и смешанные.

Трубчатые печи нефтеперерабатывающей промышленности могут подразделяться еще по целому ряду характеристик, но это уже информация для энергетиков.

Особенности эксплуатации

Весь цикл работы таких печей разбит на выполнение нескольких основных операций. Рассмотрим каждую подробнее.

Этапы работы	Описание выполняемых операций
Проверка и пуск оборудования	Эта операция разбита на несколько этапов: после завершения работ по монтажу проводятся гидравлические испытание системы трубопроводов, проводится предварительная сушка футеровки; проверка уровня тяги, системы управления и аварийного отключения подачи топлива. Шиберная заслонка должна быть полностью открытой; из топливной системы сливается возможный конденсат и проверяется ее готовность к работе; проверка насосов и регулировка потоков воздуха; подача топлива и зажигание пламени горелок. Контроль за работой форсунок и равномерном обогреве рабочей камеры.
Контроль и поддержание заданного режима работы печи	В этом вопросе важно обеспечить постепенный набор температуры в камере по 300 за час и распределить поток воздуха в конвекционной системе. Для этого может понадобиться потушить или запалить пламя в дополнительных форсунках. Температура доведена до заданного уровня, теперь в дело вступает автоматика, но контролировать ее работу все равно потребуется. Для этого через смотровые лючки контролируется величина и форма факела, за возможной деформацией отдельных трубок, состоянием слоя футеровки.
Остановка работы агрегата	При аварийной ситуации работа прерывается автоматически или ручным способом. Полностью перекрывается поступление топлива. Для нормального выключения потребуется выполнить ряд работ: постепенно понижается температура в камере и конвекционной системе. Для этого уменьшается подача газа, и отключаются несколько горелок или форсунок. Все время, пока температура в печи не понизится до 600 , по трубам поступает сырье, которое отводится по отдельным каналам; температура опустилась до минимального уровня, на канале сырья выходящего из печи устанавливается насос и из рабочего змеевика откачивается обрабатываемый материал; при понижении уровня давления вещества в змеевик подается водяной пар и в течение нескольких часов проводится зачистка труб рабочего змеевика. При выполнении всех работ обязательно проведение инструктажа по ТБ и обязательное соблюдение всех правил по обслуживанию опасной установки.

Производители

Купить такое оборудование лучше у официальных дилеров или заказать прямую поставку от завода изготовителя. Не советуем обращаться к непроверенным продавцам, предлагающих дорогостоящую технику в полцены, такая покупка может обернуться напрасной тратой денег.

Приведем несколько компаний производителей, одних из лидеров рынка такого оборудования:

питерская компания «Nabertherm» выпускает компактную технику для лабораторий и домашних мастерских, являющуюся оптимальным решением по соотношению цены и качества;

компания «Borel» производит прочные и производительные агрегаты для различных областей применения;

печи для специальных исследований от фирмы «THERMCONCEPT Dr. Fischer GmbH & Co. KG» из Германии. Официальный дистрибьютор – компания «THERMCONCEPT» осуществит подбор, доставку и монтаж промышленного оборудования;

универсальная трубчатая печь «SNOL 0,3/1250» как и вся техника этого производителя выполняет целый спектр термической обработки материалов в лабораторных и промышленных масштабах.

Вывод

Сфера применения трубчатых печей достаточно широкая – от проведения исследования качеств и свойств материала в небольшой научной лаборатории до использования в обработке нефти на нефтеперегонных предприятиях. Такая техника будет работать с высокой производительностью и уровнем КПД при правильном подборе и покупки качественной трубчатой печи у дистрибьюторов компании изготовителя техники.