Расчёт трубчатой печи

          Проверка: 

    

 кг/кг. 

           Содержанием влаги в воздухе  пренебрегаем. 
 
 
 

          2.1.6. Найдем объемное количество продуктов сгорания (в ) на 1 кг топлива (при нормальных условиях): 

    

 м³/кг;

    

 м³/кг;

    

 м³/кг;

    

 м³/кг.

       Суммарный объем продуктов сгорания: 

    

 м³/кг. 

       Плотность продуктов сгорания  при   : 

    

 кг/м³.

    2.1.7. Определим энтальпию продуктов  сгорания на 1 кг топлива при  различных температурах по уравнению: 

    

 

       где Т – температура продуктов  сгорания, К;

             –средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, определяемые из таблицы (см. Приложение 7 [1.С.337]), кДж/(кг∙К). 

    

  кДж/кг;

    

 кДж/кг;

    

  кДж/кг;

    

 кДж/кг;

    

кДж/кг; 

    Результаты  расчетов сведены в таблицу 2. 

    Таблица 2

 
 

    По  данным этой таблицы строим график q – T (энтальпия продуктов сгорания – температура) – рисунок 10.

 

    Рисунок 1 - График зависимости температуры от энтальпии

    2.2 Расчет к.п.д. печи, ее полезная  и полная тепловая мощность, расход топлива

    К.п.д. печи найдем по формуле: 

    

, 

    где — потери  тепла  в окружающую среду, в долях от низшей теплоты сгорания топлива;

      — потери тепла с уходящими  дымовыми газами, в долях от низшей теплоты сгорания топлива.

    Примем, что      и температура дымовых газов, покидающих  конвекционную камеру печи, на   120  К выше температуры Т₁ сырья, поступающего в печь: 

    

К.

    При Т_ух = 512 К найдем по графику q – Т (рисунок 1) потерю тепла с уходящими дымовыми газами кДж/кг

      или в долях от низшей теплоты  сгорания топлива: 

    

. 

    Подставив  численные значения  величин  получим,  что  к.п.д. печи  

    

. 

    Полная  тепловая нагрузка печи Q_T 

    

, 

    где Q_полезн – полезное тепло печи, кДж/ч.

    Полезное  тепло  печи   (в  кДж/ч)   рассчитываем  по формуле:  

    

, 

    где G – производительность печи по сырью, кг/ч;

    e = 0,62 - массовая  доля отгона сырья на выходе из печи при Т₂ = 623 К (е можно определить по кривой однократного испарения сырья или аналитическим методом Трегубова [5, с. 174]; в данном расчете величина e задана);

      - энтальпия соответственно паровой и жидкой фаз сырья на выходе из печи при Т₂ = 613 К, кДж/кг;

      - энтальпия сырья на входе в печь при  Т₁ = 392 К, кДж/кг.

    По  таблицам энтальпий жидких нефтепродуктов и нефтяных паров (Приложение 2 и 3 [1.C.328]), зная плотности отбензиненной нефти, отгона и остатка однократного испарения, найдем: 

    

 кДж/кг;

    

 кДж/кг;

    

 кДж/кг.

    Тогда 

    

кДж/ч =16511,11 кВт. 

    Подставляя  в формулу соответствующие величины, получим 

    

 кДж/ч = 19539,78 кВт.

    Часовой расход топлива: 

    

 кг/ч 

    или

    

 м³/ч. 

    2.3 Расчет поверхности нагрева радиантных труб и размеров

    камеры радиации

    Поверхность нагрева радиантных труб (в м²) определяется по формуле: 

    

, 

    где Q_Р – количество тепла, переданного сырью в камере радиации, кВт;

          q_P – теплонапряжение радиантных труб, кВт/м².

    Количество  тепла, переданного сырью в камере радиации (прямая отдача топки), найдем из уравнения теплового баланса топки: 

    

,

    где η_т – коэффициент эффективности (к.п.д.) топки;

          - энтальпия дымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре Т_п, кДж/кг топлива.

    Примем  Т_п = 1023 К и определим по графику q – Т (рисунок 1) 

    

 кДж/кг топлива.

    Ранее было принято, что потери тепла в  окружающую среду равны 6 %. Пусть    4 % в том числе составляют потери тепла в топке. Тогда 

    

    и

    

 кДж/ч = 12617,96 кВт. 

    Примем  теплонапряжение радиантных труб q_p = 68 кВт/м² (дальнейшим расчетом подтвердим эту величину).

    Таким образом, поверхность нагрева радиантных труб будет равна: 

    

 м². 

    Определим температуру Т_к сырья на входе в радиантные трубы.

    Полагая  на  основе  опытных  и  расчетных  данных,  что  нефть в конвекционных трубах не испаряется, найдем ее энтальпию на входе в радиантные трубы из уравнения: 

    

 

    Следовательно 

    

 кДж/кг. 

    По  таблице энтальпий нефтепродуктов (Приложение 2 [1.C.328]) искомая температура Т_к = 468 К.

    Выбираем  трубы диаметром 127х8 мм с полезной длиной l_тр = 9,5 м (полная длина трубы с учетом заделки концов в трубные двойники  
равна 10 м).

    Число радиантных труб: 

    

. 

    Учитывая  опыт промышленности, принимаем печь беспламенного горения с двухрядным экраном двухстороннего облучения, с горизонтальным шахматным расположением труб и двумя нижними конвекционными секциями (рисунок 2).

    По  существующим нормам принимаем шаг  размещения экранных труб S = 0,25 м. Тогда расстояние между, вертикальными рядами радиантных труб: 

    

 м. 

    По  данным ВНИИНефтемаша [40, с.14] расстояние от излучающих стен до трубного экрана должно быть от 0,6 до 1,0 м. Принимаем это расстояние а_т = 1 м. В одном вертикальном ряду экрана разместим 21 трубу, в другом разместим 22 трубы. Тогда высота радиантной камеры (топки) составит (см. рисунок 2):

    

, 

    где   N'_P – число труб в одном вертикальном ряду;

             l_т = 0,25 м – расстояние от нижней и верхней труб вертикального ряда соответственно до пола и потолка печи. 

    

    Рисунок 1. Схема печи  с излучающими стенами топки 

    Подставив числовые значения величин, получим: 

    

 м.

    Ширина  радиантной камеры печи: 

    

м. 

    На  потолке левой и правой частей радиантной камеры размещаем по три трубы с шагом 0,25 м. Объем камеры радиации: 

    

м³. 

    Теплонапряжение топочного объема печи: 

    

 кВт/м³. 

    Для обеспечения равномерного обогрева каждой трубы экрана по окружности и по длине принимаем для проектируемой печи газовые   горелки   ВНИИНефтемаша   типа   ГБП2а   теплопроизводительностью q_Г = 69,78 кВт (60000 ккал/ч) [40, с.43]. Количество горелок: 

    

. 

    Принимаем для каждой из двух излучающих стен топки по 140 горелок: 20 горелок по длине излучающей стены и 7 горелок по высоте.

    Так как размер горелки 0,5х 0,5 м, то площадь каждой излучающей стены печи:

    

 м²,

    а двух стен 

    

 м².

 

     3.   ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЭКСЕРГИИ ПОТОКОВ, СОСТАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСОВ, РАЗРАБОТКА ДИАГРАММЫ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТОКОВ ЧЕРЕЗ     ТРУБЧАТУЮ ПЕЧЬ

    3.1. Определим массовые расходы топливного  газа, сырья, отгона, остатка, воздуха и уходящих газов:   

          Расход топливного газа: 

    

кг/ч = =0,37 кг/с. 

          Расход сырья: 

    

 т/сут = =23,15 кг/с. 

          Расход отгона: 

    

 кг/с. 

          Расход остатка: 

    

кг/c. 

          Расход воздуха: 

    

кг/с. 
 

          Расход уходящих газов: 

    

кг/с. 

    3.2. Эксергия поступающего воздуха