Расчет трубчатой печи для нагрева нефти в установке АВТ

 

Найдем объем продуктов  сгорания при нормальных условиях, образовавшихся при сгорании 1 кг топлива, по формуле:

V_i=   (11)

где m-масса соответствующего газа, образующегося при сгорании1 кг топлива,

 ρ-плотность данного  газа при н.у. кг/м³,

M_i-молярная масса данного газа кг/кмоль,

22,4-молярный объем м³/кмоль

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:

 

Результаты расчета заносим в таблицу:

Таблица 3.3

Объемы продуктов сгорания

Продукты сгорания	V продукта сгорания при  α=1,15
(CO2)	1,38
(H2O)	2,66
(N2)	10,24
(O2)	0,41
∑V	14,69
ρ0	1,24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет камеры радиации

Тепловой поток воспринятый  водяным паром в печи( полезная тепловая нагрузка):

(12)

Q_пол= кДж/ч

Энтальпия нефтяных паров была определена по формуле:

= (13)

Энтальпия нефтяных жидкостей в ходе расчета была найдена по формуле :

= (14)

Температура уходящих дымовых газов t_ух=270°С (543К). Потери тепла излучением в окружающую среду составят 7 %, причем % из них теряется в радиантной камере, а 1 % - в конвекционной. КПД топки η_т = 0,95.

Потерями тепла от химического  недожига, а также количеством  теплоты поступающего топлива и  воздуха пренебрегаем.

Найдём теплоёмкость и  энтальпию продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от 100°С (372 К) до 1500°С (1773 К), используя данные табл. 4.1:

Таблица 4.1

Средние удельные теплоёмкости газов с_р, кДж/(кг·К)

t, °С	O2	N2	CO2	H20	SO2
0	0,9148	1,0392	0,8148	1,8594	0,6083
100	0,9232	1,0404	0,8658	1,8728	0,6365
200	0,9353	1,0434	0,9102	1,8937	0,6634
300	0,9500	1,0488	0,9487	1,9292	0,6878
400	0,9651	1,0567	0,9877	1,9477	0,7090
500	0,9793	1,0660	1,0128	1,9778	0,7274
600	0,9927	1,0760	1,0396	2,0092	0,7434
700	1,0048	1,0869	1,0639	2,0419	0,7572
800	1,0157	1,0974	1,0852	2,0754	0,7692
1000	1,0305	1,1159	1,1225	2,1436	0,7891
1500	1,0990	1,1911	1,1895	2,4422	0,8235

 

Среднюю теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива находим по формуле:

 

Энтальпию продуктов сгорания можно определить на основе правила аддитивности:

(15)

Результаты расчета заносим  в табл. 4.2

 

Таблица 4.2

Энтальпия продуктов  сгорания

		Тепл-сть п. с., сt кДж/(кг К)	Энтальпия п.с.,Ht, кДж/кг
С	К	α=1,1	α=1,1
100	373	17,22995497   17,03991352   17,03991352	1722,995497
200	473	17,42999616	3485,999232
300	573	17,65647344	5296,942033
400	673	17,89539496	7158,157985
500	773	18,1199939	9059,996948
600	873	18,35904321 18,60180282	11015,42592 13021,26197
700	973	18,60180282	13021,26197
800	1073	18,83099865	15064,79892
1000	1273	19,24253251	19242,53251
1500	1773	20,67769404	31016,54106

 

По данным табл. 4.2 строим график зависимости H_t=f(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 4.1

Определим КПД печи:

(16)

где Н_ух – энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь, t_ух – температура уходящих дымовых газов, пкидающих топку, принимается на (100÷150) ̊С выше температуры сырья на входе в печь; q_пот – потери тепла излучением в окружающую среду, % или доли от Q_пол;

Расход топлива, кг/с:

  (17)

_{где Qпол – полезная тепловая нагрузка, Qр^н – низшая теплота сгорания, η-КПД печи.}

_{Расчет  кпд печи и расхода  топлива заносим  в таблицу 4.3:}

 

_{Таблица 4.3}

_{Кпд и  расход топлива}

Расчетные значения	α=1,15
B, кг/ч	339,6
ηп	0,743

         

      Задаемся температурой дымовых газов на перевале t=800⁰ С ( 1073К).

 

Максимальная расчетная  температура горения:

 

где средняя теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива при – масса продуктов сгорания, кг

Количество теплоты, воспринимаемое сырьем в радиантных трубах:

 

где энтальпия продуктов сгорания при температуре дямовых газов, покидающих топку, кДж/кг.

Количество теплоты, передаваемое сырью в камере конвекции:

 

Эквивалентная абсолютно  черная поверхность

 

Для нахождения теплонапряженности абсолютно черной поверхности  необходимо располагать температурами .

Температуру стенки экрана определяем из уравнения:

,

Где энтальпия сырья, покидающего трубы камеры конвекции, кДж/кг.

 

 

Температура наружной поверхности  труб

 

где температура сырья на выходе из печи, ˚ С; превышение температуры труб за счет загрязнений,

Результаты расчетов сводим в таблицу

 

 

Таблица 4.4

Расчет камеры радиации

α	˚С	Qр,Mдж	Qк,Мдж	Hs, м2	, кДж	,˚ С
1,15	2383,7	4755,4	2740,2	293	362,1	190	300

 

           При ,, теплонапряженность абсолютно черной поверхности для различных температур наружной поверхности радиантных труб имеет следующие значения:

Таблица 4.5

Теплонапряженность q_s, Вт/м²

Θ, 0С	200	400	600
qs, Вт/м2 при tmax=2146

 

          Строим вспомогательные графики, по которым находим теплонапряженность при 300: Вт/м²

 

                         Зависимость q_s=f(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    Рис 4.2

Задаемся степенью экранирования  кладки ψ=0,3.

Эквивалентная лучевоспринимающая поверхность

 

Величину  определяем по графику из [1].

Размер заэкранированной плоской поверхности, заменяющей трубы:

 

Где К – фактор формы, показывающий, какая доля тепла поглощается фактическими трубами от того количества, которое в тех же условиях поглощала бы полностью заэкранированная поверхность. Задаемся фактором формы К=0,87

Поверхность нагрева радиантных труб:

 

Длина трубы, которая непосредственно  омывается дымовыми газами:

 

Ширина экрана:

 

Число труб в радиантной камере:

 

где наружный диаметр трубы, м; расстояние между осями труб (шаг);

Поверхность радиантных труб:

 

Расчет радиантной поверхности  печи сводим в таблицу.

 

Таблица 4,6

Расчет радиантной поверхнсти

qs	Hs, м2	HS/Hл,м2	Hл , м2	H, м2	Fр, м2	lпол	,h м2	nр
1,2∙105	293	0,845	347	386	130,3	17,5	22	74

 

Исходя из полученного  значения поверхности нагрева радиантных труб, выбираем печь типа ГН2, шифр:  

С учетом фактических размеров радиантной камеры определяется общая поверхность кладки:

 

где площадь всех стен, ; площадь вода и свода, .

Действительная величина экранированной кладки (после принятия количества труб и размещения их в  камере радиации) H:

n_р∙ l_пол∙s

где s – шаг между трубами, s=2d

 

Уточненная эквивалентная  лучевоспринимающая поверхность:

 

Степень экранирования кладки:

 

Коэффициент теплоотдачи  свободной конвекцией от продуктов  сгорания к радиантным трубам

 

Температурная поправка теплопередачи  в топке:

 

где температурная поправка характеризует превышение предельной теплопередачи конвекцией над обратным излучением экрана ( или наоборот (

Аргумент излучения x:

 

 

По графику из [1] определяем характеристику излучения β_s

Определяют температуру  продуктов продуктов сгорания на выходе из топки:

 

Вычисляем коэффициент прямой отдачи

 

Уточняем количество теплоты  полученное радиантными трубами:

 

Тепловая напряженность  радиантных труб:

 

Поверочный расчет камеры радиации заносим в таблицу:

Таблица 4.6

Поверочный расчет камеры радиации

α		ψ	H, м2	Hл,м2	∆T	αк, Вт/(м2∙К)	x	β		μ	Qр, кДж	qр, кВт/м2
1,1	732,4	0,3	386	347	861,5	9,93	5,43	0,53	533,4	0,63	6,2∙106	2,8

 

Среднее допускаемое значение теплонапряженности радиантных труб до 50 кВт/м². Полученная величина находится в допустимых пределах, результаты приемлимы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет камеры  конвекции

Тепловая нагрузка камеры конвекции 

 

Температура сырья на выходе из труб конвекции

 

Величина среднего температурного напора определяется с учетом того, что в камере конвекции сырье  в трубах и дымовые газы движутся противотоком:

 

Температура наружной поверхности  трубы; принимается на больше средней температуры сырья, т.е.

 

Коэффициент теплопередачи:

 Вт/(м²∙К),

где 1,1 – коэффициент, учитывающий  передачу тепла радиацией от кладки; коэффициенты теплоотдачи соответственно конвекцией (вынужденной) и излучением от дымовых газов к конвекционным трубам,

Коэффициент теплоотдачи  излучением по формуле Нельсона:

Вт/(м²∙К),

Где средняя температура дымовых газов,

 

Массовая скорость движения дымовых газов:

 кг/(м²∙с)

где секундный расход дымовых газов, кг/с; живое сечение камеры конвекции,.

Секундный расход дымовых  газов

 кг/с

Задаемся расстоянием  между осями труб , числом труб в горизонтальном ряду , диаметром труб

Ширина камеры конвекции:

 Вт/(м²∙К)

 

 

 

Величина живого сечения  камеры конвекции:

м²

Коэффициент теплоотдачи  конвекцией от газов к трубам

 Вт/(м²∙К),

где E – коэффициент, зависящий от средней температуры дымовых газов, определяется по графику. [1] Е=21,5

Необходимая площадь поверхности  нагрева конвекционных труб:

 м²

Число труб в конвекционной  камере:

 

Теплонапряженность конвекционных  труб:

кДж/м²

Расчет камеры конвекции  заносим в таблицу:

Таблица 5.1

Расчет камеры конвекции

α	∆tср,C	tср	αл	αк	U	f	ak	K	Hk	nk	qk
1,1	187	375	7,27	5,23	0,14	7	1,012	13,75	296	54	2,57

 

Значение теплонапряженности конвекционных труб укладывается в  нормы для нагревательных печей.