Трубчатые печи
Трубчатая печь – это термотехнологическое высокотемпературное устройство с рабочей камерой, которое ограждено от окружающей атмосферы.
Трубчатая печь используется для нагрева углеводородного сырья теплоносителем, а также осуществления химических реакций за счет тепла, которое выделяется при сжигании топлива в аппарате. Трубчатая печь применяется в случае необходимости нагрева углеводородов до температур более высоких, чем те, которых можно достичь при помощи пара, то есть выше 230 градусов по Цельсию. В качестве топлива в ней могут использоваться отходы различных процессов.
Трубчатые печи широко распространены в нефтехимической промышленности, где они используются для высокотемпературного нагрева и реакционных превращений газообразных и жидких нефтепродуктов (крекинг, пиролиз).
Современная трубчатая печь представляет собой синхронно работающий печной комплекс, то есть совокупность, которая состоит из печи, средств обеспечения печного процесса и систем автоматизированного управления и регулирования печного процесса. Трубчатая печь работает следующим образом. Топливо сжигается горелками, которые располагаются на стенках камеры радиации. Оттуда газы поступают в камеру конвекции, направляются в дымоход и по дымовой трубе уходят в атмосферу. Продукт поступает в трубы конвективного змеевика, затем проходит трубы экранов радиационной камеры, нагревается до нужной температуры и выходит из печи. Основным технологическим приемом является тепловое воздействие на исходные материалы в рабочей камере печи.
Автоматизация трубчатых печей
Цель регулирования работы трубчатой печи заключается в поддержании постоянства температуры продукта на ее выходе. В данном случае возмущениями являются:
- Потери тепла в окружающую среду.
- Расход и температура исходного сырья.
- Температура и количество воздуха, который подается для сжигания топлива.
- Теплотворная способность топлива.
Данные возмущения компенсируются при помощи автоматической системы регулирования температуры продукта на выходе печи, управляющей подачей топлива в печь. Но трубчатые печи обладают запаздыванием по передаче тепла от дымовых газов через стенку змеевика к продукту проходящему по нему. Помимо этого, переходный процесс по каналу «расход топлива - температура продукта на выходе» длится несколько часов. Это обуславливает то, что при использовании одноконтурной системы автоматического регулирования динамическая ошибка и время регулирования достигают больших значений.
Улучшение качества регулирования температуры продукта может достигаться за счет применения системы каскадного регулирования, которая состоит из корректирующего регулятора (регулятора температуры продукта на выходе из печи), стабилизирующего регулятора, воздействующего на задание корректирующего регулятора и управляющего подачей топлива в печь. Стабилизирующий регулятор компенсирует возникающие возмущения, которые влияют на процесс сгорания топлива, до того, как они изменят температуру продукта. В случае наличия возмущения по расходу топлива и перегрузки печи по расходу нагреваемого продукта также используется вышеописанная схема регулирования, где стабилизирующий регулятор воздействует на регулятор соотношения расходов продуктов и топлива, который управляет подачей топлива в печь. В случае принудительной подачи первичного воздуха его оптимальный расход, при котором температура в топке достигает максимального значения, поддерживает регулятор соотношений топливный газ - воздух, которым обеспечивается заданное значение коэффициента избытка воздуха, определяющего интенсивность процесса сгорания. Если теплотворная способность топлива значительно изменяется, то на регулятор соотношений направляется корректирующий сигнал от стабилизирующего регулятора содержания кислорода в топочных газах. Благодаря этому обеспечивается полное сгорание топлива и высокий уровень качества регулирования. Самым сильным возмущением работы трубчатой печи является изменение давления топливного газа. Данное возмущение может компенсироваться за счет введения в автоматическую систему регулирования температуры дополнительного регулятора давления, на который задание подается от регулятора температуры в топочном пространстве.
