Расчет трубчатой печи

 

     

       3 Выбор типоразмера трубчатой печи 

         Выбор типоразмера трубчатой  печи осуществляется по каталогу  [3] в зависимости от ее теплопроизводительности, вида топлива. По каталогу выбираем печь типа БКГ2. 

         Техническая характеристика печи  типа БКГ2  

 
 

             4 Упрощенный расчет камеры радиации 

         Целью этого этапа расчета  является определение температуры  продуктов сгорания, покидающих  топку, и фактической теплонапряженности  поверхности радиантных труб. Названную  температуру ( ) находят методом итераций, используя уравнение  

 

где - теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, ккал/м²ч;

          - отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива;

      ;

     - средняя температура наружной  стенки радиантных труб, К;

              - коэффициент для топок с  настильным факелом ;

              - коэффициент лучеиспускания  абсолютно черного тела. 

         Зададим температуру продуктов сгорания .

         Максимальная температура продуктов сгорания определяется по формуле: 

, 

         где - приведенная температура;

             m_i – количество i-ого газа, образующегося при сгорании 1 кг топлива, кг/кг;

             С_i – средняя массовая теплоемкость i-ого продукта сгорания,      [1, стр. 7];

              - к. п. д. топки.

.

                    

                Определение коэффициента прямой отдачи: 

 

где I_max, I, I_ух, - теплосодержание продуктов сгорания соответственно при температурах Т_max,                T,   T_ух, рассчитывается по уравнению [П.з., стр.7] , кДж/кг: 

                         

       

. 

    Рассчитываем  фактическую теплонапряженность радиантных труб: 

;

    

. 

    Определяем  температуру наружной стенки экрана: 

,

где - коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту, примем    ;

- соответственно толщина и  коэффициент теплопроводности трубы;

   t_ср – средняя температура нагреваемого продукта;

        - для жидких топлив.  

 

.

      Вычисляем температуру продуктов сгорания, покидающих топку: 

.

    Так как расчетная величина не совпадает с заданной, то расчет возобновляется, при этом для последующей итерации принимаем рассчитанное значение .

         Результаты  итераций представлены в таблице 1. 

             

             Таблица 1– Расчет температуры продуктов, покидающих топку, методом итераций 

         Итак, рассчитанная величина

         Количество тепла, переданное продукту в камере радиации: 

;

 

        
 

        
 
 
 
 

5  Расчет диаметра  печных труб 

         На данном этапе по результатам расчета выбираются стандартные размеры труб (диаметр, толщина и шаг). При этом используется следующий алгоритм расчета.

         Определяется объемный расход  нагреваемого продукта:  

, 

где G_с– производительность печи по сырью, т/сут;

- плотность продукта при средней температуре t_ср, кг/м³. 

,

. 

. 

    Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением: 

,

    где n – число потоков;

W – допустимая линейная скорость продукта, м/с,

d_вн – расчетный внутренний диаметр трубы, м. 

    Оптимальная скорость при нагреве нефти может  быть принята  [2] Принимаем скорость линейную скорость нефти

    Из  уравнения  рассчитывается внутренний диаметр трубы: 

, 

    Конструкция выбранного типоразмера печи такова, что эффективнее разделить поток  сырья на кратное двум число потоков, поскольку в камере радиации установлена стена, делящая камеру на две.

    Разделим  поток сырья на два параллельных потока, что обусловлено не только конструкционными особенностями трубчатой печи, но и снижением общего гидравлического сопротивления. 

 
 
 

    Тогда фактическая скорость движения потока: 

 

         _{Вибираем стандартный dн по таблице 5:}

                                            _dн=0,152м.

                                              _{dвн=dн-2*0.008=0,152м.}

    При выборе диаметра печных труб, принимаем  по ГОСТу большее значение. Таким образом, увеличивается поверхность теплообмена и снижается гидравлическое сопротивление потоку сырья. С другой стороны, линейная скорость потока сырья будет ниже, следовательно, турбулентность потока тоже уменьшится. Это приведет к снижению коэффициента теплопередачи, т.е. интенсивность теплообмена будет ниже.

    Но  поскольку в камере радиации происходит испарение сырья, то поток нефти, двигающийся по змеевику сверху вниз, будет барботироваться парами, что  увеличит поверхность теплообмена (за счет поверхностей пузырьков пара).    

 

    6  Расчет камеры  конвекции 

         Целью данного этапа является  расчет поверхности конвекционных  труб и проведение анализа  эффективности работы камеры  конвекции.

         Поверхность конвекционных труб  определяется по уравнению 

 

         где Q_к – количество тепла, воспринятое конвекционными трубами, Вт;

 К – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту, ;

- средняя разность температур, К. 

         

 

         Средняя разность температур определяется по уравнению: 

, 

         где , - соответственно большая и меньшая разность температур, ^оС;

  - температура продукта на выходе из камеры конвекции, находится путем решения квадратичного уравнения, предварительно определив теплосодержание продукта при этой температуре: 

;

 

    Уравнение запишем в виде: