Нефтеперерабатывающие и нефтехимические установки, как критически важные инфраструктуры в энергетической и химической промышленности, являются одними из крупнейших потребителей теплового оборудования, особенно горелка для нефтеперерабатывающего завода (далее — процессная горелка). Огневые подогреватели предназначены для нагрева технологических жидкостей, а реформеры — для обеспечения энергии эндотермических реакций. Процессная горелка должна не только обеспечивать необходимое количество тепла, но и быть экономичными по расходу топлива и уровню загрязнений. В данной статье рассматриваются и анализируются процессная горелка, используемая в нефтехимии и нефтепереработке, с особым акцентом на продукцию компании Rаadman.
Типы печей
В этом разделе рассматриваются различные типы печей, используемых на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях. Учитывая разнообразие этих печей, в них применяются различные виды процессных горелок, о которых будет описано далее.
Огневые нагреватели
В химических и нефтехимических установках огневые нагреватели используются как одно из ключевых устройств для обеспечения тепла, необходимого в технологических процессах. Эти установки предназначены для нагрева технологических жидкостей, включая потоки, содержащие углеводороды, до заданных температур. Передача тепла в огневые нагреватели осуществляется непосредственно через сгорание топлива; именно поэтому для них используется термин «файрхитер», что означает «нагреватель с прямым пламенем». Тип используемой горелки (процессная горелка) играет ключевую роль в контроле пламени, КПД и уровне выбросов.
Статья «Что такое огневой обогреватель?» дает всестороннее и полное объяснение огневого нагревателя, принципа его работы и различных вариантов использования этого устройства. Рекомендуем вам обязательно прочитать эту статью.
Риформерная печь
Риформеры являются ключевыми установками на нефтехимических предприятиях и отвечают за обеспечение необходимого тепла для проведения эндотермических реакций. Эти установки обычно используются для преобразования природного газа или других углеводородов в синтез-газ (Syngas), который включает водород, оксид углерода и диоксид углерода. Синтез-газ, производимый в риформерах, является основным сырьём для производства метанола, аммиака и других химических продуктов.
Процесс риформинга обычно проводится при высоких температурах (до 1000 градусов Цельсия) и требует эффективной и равномерной передачи тепла к трубам с сырьём. Эта передача тепла осуществляется с помощью горелок, установленных на стенах, потолке или полу печи. Тип и принцип работы горелки в риформере напрямую влияют на эффективность процесса и контроль выбросов.
Крекинг-печь
Крекинг-печи являются ключевым оборудованием на установках по производству олефинов и играют важную роль в нефтехимической промышленности. Эти печи предназначены для разложения тяжёлых углеводородных молекул, таких как нафты, этан, дизельное топливо и др., при высоких температурах, с целью превращения их в более лёгкие соединения, такие как этилен, пропилен и другие исходные материалы для производства пластмасс и химической продукции.
Процесс парового крекинга (Steam Cracking), являющийся наиболее распространённым, проводится при температурах от 750 до 850 градусов Цельсия. Из-за высокой чувствительности реакций и вероятности образования кокса или сажи, очень важно точное управление температурными условиями и равномерное распределение температуры. В этом контексте выбор процессная горелка, способной обеспечивать устойчивое, равномерное и малоэмиссионное пламя, играет решающую роль для оптимальной работы печи.
Печь восстановления серы (SRU)
Печи восстановления серы, используемые на установках по переработке серы (SRU), предназначены для преобразования кислотных газов в элементарную серу. В этом процессе газ, содержащий сероводород (H₂S), который присутствует в природном газе и побочных газах при переработке нефти, поступает в термический реактор, где в результате реакции горения часть его превращается в диоксид серы (SO₂). Затем эти два соединения вступают во взаимодействие на последующих этапах, образуя элементарную серу. Продвинутая конструкция системы горения в этих печах обеспечивает проведение реакций превращения сероводорода в элементарную серу при оптимальных тепловых и динамических условиях.
Печи SRU благодаря своей прочной конструкции обеспечивают не только высокий выход серы, но и предотвращают коррозию, вызванную кислотной точкой росы (Acid Dew Point), благодаря особой конструкции. Эти характеристики делают данное оборудование одним из ключевых элементов на нефтеперерабатывающих заводах для контроля серных загрязнителей и производства коммерческой серы.
Типы горелок
После рассмотрения различных типов печей, используемых на нефтехимических и нефтеперерабатывающих установках, теперь переходим к анализу горелок, применяемых в этих печах. Несмотря на различия в назначении и конструкции печей, горелки, используемые в этих установках, имеют относительно схожую конструкцию. В таких горелках обычно предусмотрено инженерное увеличение давления входящего газа, чтобы повысить скорость его выхода из сопла. Увеличение скорости газа в зоне сопла улучшает процесс смешивания топлива с воздухом, что, в свою очередь, создает необходимые условия для формирования стабильного и равномерного пламени.
Горелки огневого нагревателя
Горелки, используемые в огневые нагреватели, разрабатываются таким образом, чтобы обеспечить необходимое для процесса тепло с высокой эффективностью и минимальными выбросами загрязняющих веществ. Эти горелки обычно устанавливаются в днище или на стенках огневого нагревателя и сжигают топливо, производя тепловую энергию, необходимую для нагрева технологических жидкостей. По способу подачи воздуха для горения горелки для огневый нагревателей делятся на два типа: с естественным и с принудительным движением воздуха. В горелках с принудительным движением используется вентилятор для создания потока воздуха. В горелках с естественным движением воздуха необходимый для горения воздух поступает в огневой нагреватель за счет естественного всасывания. Всасывание происходит из-за разницы плотностей между горячими газами внутри печи и наружным воздухом, что создает поток воздуха внутрь.
Горелка RSun — одна из технологических горелок компании Raadman, разработанная для использования в огневых нагревателях в нефтеперерабатывающей промышленности. Эта горелка известна своим особым дизайном тайла. Тайл создает волнообразное пламя и увеличивает площадь контакта, что улучшает смешивание газов и, как следствие, снижает выбросы оксидов азота (NOx). Особая конструкция тайла в сочетании с поэтапной подачей топлива выводит горелку RSun в категорию горелок с очень низким уровнем NOx.
Эта процессная горелка способна работать с различными видами газового топлива, включая природный газ, газовые смеси с содержанием водорода до 70%, газ переработки и побочные газы нефтехимии. Входящий воздух в горелку может подаваться как с принудительным, так и с естественным потоком, а также в виде предварительно подогретого воздуха.
Помимо горелки Rsun, горелка RFlex также представлена компанией Raadman как один из двухтопливных продуктов для использования в огневых нагревателях. Эта процессная горелка способна работать как на природном газе, так и на дизельном топливе.
Излучающая настенная горелка
В системах горения, где требуется плоское и радиальное пламя, используются излучающие настенные горелки. Эти горелки устанавливаются на внутренние стены печей и, нагревая поверхность стены, передают тепло через механизм излучения к трубам с сырьем внутри печи. Работа таких горелок особенно эффективна в печах с ограниченным пространством горения, что делает их идеальным выбором для использования в риформерах и крекинг-печах.
Одна из излучающих настенных горелок, разработанных промышленной группой Raаdman, — горелка RShine, которая благодаря инженерному дизайну и оптимальной работе занимает особое место среди подобных горелок. Горелка RShine выпускается мощностью до 1 мегаватта и может работать с различными газовыми топливами, такими как природный газ, попутный газ, смеси с содержанием водорода и нефтеперерабатывающие отходящие газы. Особая конструкция обеспечивает симметричное пламя, равномерно нагревающее стенки печи.
Потолочная горелка
Потолочные горелки разработаны для применения в случаях, когда требуется формирование пламени сверху вниз. Эти горелки устанавливаются непосредственно в потолок печи и направляют пламя вниз. Они могут использоваться в пространствах, где с геометрической точки зрения невозможно установить горелку на стену или пол. По этой причине потолочные горелки являются подходящим выбором для установки в потолках печей нефтехимической промышленности, особенно в риформерах и крекинг-печах, и относятся к категории процессная горелка.
Процессная горелка модели R-Arc — одна из потолочных горелок промышленной группы Rаadman. Воздух, необходимый для горения, подается с помощью вентилятора FD, что позволяет точно контролировать соотношение воздуха и топлива и обеспечивать стабильность пламени. Эта процессная горелка может работать с широким спектром газообразных топлив, включая природный газ, попутный газ, смеси с содержанием водорода и отходящие газы нефтехимии. Процессная горелка модели R-Arc производится мощностью до 4 мегаватт, а их конструкция оптимизирована для обеспечения стабильного и равномерного пламени с минимальным уровнем загрязнений, особенно по выбросам оксидов азота (NOx).
Горелка для водотрубного котла
Одним из важных применений процессная горелка в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности является использование в водотрубных котлах. В этих установках тепло, вырабатываемое горелкой, передается на внешнюю поверхность труб, внутри которых циркулирует вода. В зависимости от конструкции котла, вода нагревается или превращается в пар.
Процессная горелка модели R-Hydro — это современный продукт промышленной группы Raadman, специально разработанный для установки в водотрубные котлы. Эта горелка способна использовать широкий спектр газообразных топлив, включая до 100% водород, природный газ, попутный газ и отходящие газы нефтехимии. Горелки R-Hydro с пламенем, адаптированным под камеру сгорания водотрубных котлов, которые обычно имеют большой диаметр и короткую длину, обеспечивают оптимальную работу и полностью удовлетворяют потребности отрасли страны в этой области. Процессная горелка модели R-Hydro производится мощностью до 40 мегаватт и благодаря использованию водорода имеет очень низкий уровень выбросов NOx.
Горелка для низкокалорийных газов (Low Calorific Value)
В некоторых промышленных процессах образуются потоки синтетических или регенерированных газов, которые характеризуются высокой температурой, низким давлением и, что самое важное, очень низкой теплотворной способностью. Из-за специфического состава эти газы не способны поддерживать стабильное горение в обычных условиях, и при неправильном использовании их энергия полностью теряется. Для сжигания этих низкокалорийных газов используется специальная процессная горекла, называемая Low Calorific Value Burner.
Эта процессная горекла разработана так, чтобы в сложных условиях горения обеспечивать стабильное и безопасное пламя и восстанавливать энергию, заключённую в низкокалорийных газах. Применение этого типа горелок включает сжигание газов, выходящих из блоков регенерации, модифицированных дымовых газов, а также побочных низкокалорийных газов в процессах нефтепереработки и нефтехимии.
Заключение: процессная горелка в оптимизации промышленных процессов
В нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности процессная горекла является неотъемлемой частью систем нагрева и играет ключевую роль в обеспечении безопасной, стабильной и эффективной работы тепловых процессов. Анализ использования горелок в различных типах печей — таких как огневые нагреватели, реформинговые печи, крекинг-печи, водотрубные котлы и установки по регенерации серы — показывает, что правильная процессная горелка влияет не только на тепловую эффективность, но и на контроль выбросов, снижение расхода топлива и увеличение срока службы оборудования. Кроме того, способность этих горелок работать с различными видами топлива, включая природный газ, газовые потоки с нефтеперерабатывающих установок, попутный газ, водородные смеси и даже низкокалорийные газы, подчеркивает необходимость технической гибкости и инженерно обоснованного проектирования.
В этом контексте промышленная группа Rаadman, производя горелки такие как RSun, RShine, R-Arc и R-Hydro, успешно удовлетворяет разнообразные потребности отечественных производственных отраслей. Эти продукты, ориентированные на снижение выбросов, оптимизацию формы пламени, возможность использования альтернативных топлив и применение инновационных решений, являются примером дальновидного подхода в области технологий сжигания.
