Koncepční návrh radiační komory a optimalizace ohřevné trubkové pece

Conceptual design of radiant chamber and preliminary optimization of process tubular furnaces

conference paper

Czech

Projekční návrh ohřevné trubkové pece lze rozdělit do tří základních fází řešení: (a) předběžný návrh pece, (b) detailní simulace tepelných a hydraulických pochodů v peci a upřesnění návrhu pece, (c) detailní řešení pece (pevnostní výpočty, výkresová dokumentace atd.). Prvotní fáze řešení pece (tedy fáze (a) předběžný návrh pece) obvykle přímo souvisí s nabídkovým řízením, pro nějž projekční organizace připravuje předběžný návrh pece včetně predikce ceny, obvykle na základě znalosti základních vstupních dat. V této fázi řešení je velmi vhodné, aby projektant disponoval ne příliš detailním, avšak na druhou stranu spolehlivým návrhovým postupem pro předběžný návrh pece spolu s ekonomickým zhodnocením návrhu. Nosným prvkem takového postupu je přitom předběžný návrh radiační komory, která tvoří dominantní část každé procesní trubkové radiačně-konvekční pece. Předložený příspěvek se zabývá právě koncepčním návrhem radiační komory procesní trubkové pece. Navržený postup řešení vychází z běžných projekčních metod (Lobo-Evans, Bělokoň), které lze pro běžné provozní případy vhodným způsobem zobecnit a zjednodušit, což umožní pro účely předběžného návrhu vhodně upravit formulaci základní rovnice pro přenos tepla v radiační komoře. Výsledný tvar rovnice pak umožňuje iteračním způsobem stanovit základní procesní i geometrické charakteristiky radiační komory pece zvoleného typu (válcová, šachtová). V návaznosti na standardní výpočet konvekční části pece a komína umožňuje vytvořená metoda provádět rychlé předběžné hodnocení vlivu základních konstrukčních a procesních parametrů pece (rozměry radiační komory a konvekční části pece, tepelné zatížení radiačních trubek, absorbované teplo v radiační a konvekční části, velikost komína spotřeba paliva) na celkové náklady. To dovoluje provést optimalizaci vhodného provedení procesní pece z hlediska investičních, provozních nebo celkových nákladů již ve fázi předběžného návrhu. Vyvinutou metodu lze rovněž výhodně použít při řešení pecí z hlediska jejich účinné integrace do procesů. Součástí příspěvku je ukázka aplikace vyvinutého postupu na praktický případ řešení koncepčního návrhu a optimalizace ohřevné trubkové pece pro jednotku atmosferické destilace ropy.

Design procedure of process tubular furnace (or fired heater) can be generally divided to three design stages: (a) preliminary design of furnace, (b) detail thermal and hydraulic simulation of furnace and final design solution, (c) mechanical solution of furnace (stress analysis, drawings preparation etc.) First design stage (i.e. stage (a) preliminary design of furnace and cost prediction) is usually connected with proposal for customer when only basic process and furnace design data are usually known. In this design stage it is for the furnace designer very suitable to have at ones disposal not too detail, however, reliable design method for preliminary furnace design and its cost evaluation. Procedure for preliminary design of radiant chamber is usually main part of such design method, because radiant chamber represents basic and dominant part of the today modern process tubular furnace. Conceptual (or preliminary) design of the radiant chamber creates main part of this contribution. Presented method is based on standard long time used design methods (Lobo-Evans method, Belokon method). It is shown, how these standard global design methods can be (for common-operating conditions) suitable generalised and simplified. It allows (for purpose of conceptual radiant chamber design) to arrange the basic heat transfer equation for radiant chamber. Derived form of heat transfer equation then allows obtaining basic process and geometrical radiant chamber characteristics of given furnace type (cylindrical, box, etc.) by iterative way. Developed radiant chamber calculating procedure connected with standard procedures for design of furnace convection part and stack (together with cost predictions) is used and the method for quick preliminary evaluation of influence of main design and process furnace parameters (dimensions of radiant chamber and convection part, average heat flux to radiant tubes, absorbed heat in radiant chamber and convection part of furnace, stack size, fuel consumption) on total costs was developed. It allows to optimise the furnace from investment, operating or total cost point of view still in the first (preliminary) design stage of furnace. Developed method can be also used for effective solution of furnace integration into process. Application of the developed method is demonstrated through a case study optimum design of furnace for crude atmospheric distillation unit.

Process tubular furnace, radiant chamber, optimization

JEGLA, Z.

1. 10. 2003

Srní, Šumava

80-86059-36-7

Jubilejní 50. konference chemického a procesního inženýrství CHISA 2003

1

10

10