Материал: Технологический расчет трубчатой печи для нагрева и частичного испарения нефти

Обслуживание горелок производится с двух сторон.

Вывод: при выборе типоразмера печи учитывалось условие наибольшего приближения, т.е. из всех типоразмеров с теплопроизводительностью, большей расчетной, выбирали тот, у которого она минимальна (с небольшим запасом).

2.4 Выбор горелок

Горелка типа ГП-2 предназначена для раздельного и совместного сжигания жидкого и газообразного топлива в трубчатых печах типов СКГ1, СКВ и СЦВ4 при распыливании водяным паром

Горелка состоит из газовой, жидкостной и воздушной частей, скомпонованных в единый агрегат

Таблица 3 - Техническая характеристика горелокГП-2.

.5 Расчет диаметра печных труб

Цель этапа: по результатам расчета выбрать стандартные размеры труб (диаметр, толщину и шаг).

Объемный расход нагреваемого продукта рассчитывается по формуле:

, (24)

где Gс - производительность печи по сырью, т/сут.;

rt - плотность продукта при средней температуре, кг/м3;

, (25)

где a - температурная поправка;

; (26)

 кг/м3.

Подставляя, получим:

 м3/с.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

, (27)

где n = 2 - число потоков;- допустимая линейная скорость продукта, W = 2 м/с [2, с.19];вн - расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из этого уравнения находим:

 м. (28)

Из стандартных значений [2, табл.5] выбираем диаметр трубы  м.

Таблица 4 - Характеристики печных труб и фитингов

Определяем фактическую линейную скорость нагреваемого продукта:

 м/с. (29)

Вывод: на данном этапе расчета вычислили диаметр печных труб, по нему выбрали стандартный диаметр, толщину и шаг труб, и, исходя из стандартного диаметра, рассчитали фактическую линейную скорость нагреваемого продукта.

.6 Упрощенный расчет камеры радиации

Цель этого этапа расчета: определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.

Температуру продуктов сгорания, покидающих топку, находим методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение:

, (30)

где qр и qрк - теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, ккал/м2×ч;р - поверхность нагрева радиантных труб, м2 (см. табл.2);р /Hs - отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива; принимаем Hр /Hs = 3,05 [2, с.17];

q - средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

Y - коэффициент, для топок со свободным факелом Y = 1,3 [2, с.42];

Сs = 4,96 ккал/м2×ч×К - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Суть расчета методом итераций заключается в том, что мы задаемся температурой продуктов сгорания Тп, которая находится в пределах 1000¸1200 К, и при этой температуре определяем все параметры, входящие в уравнение для расчета Тп. Далее по этому уравнению вычисляется Тп и сравнивается полученное значение с ранее принятым. Если они не совпадают, то расчет возобновляется с принятием Тп, равной рассчитанной в предыдущей итерации. Расчет продолжается до тех пор, пока заданное и рассчитанное значения Тп не совпадут с достаточной точностью.

Для первой итерации принимаем Тп = 1000 К.

Средние массовые теплоемкости газов при данной температуре, кДж/кг×К:

; ;

; ; .

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Тп = 1000 К:

; (31)

  кДж/кг.

Максимальная температура продуктов сгорания определяется по формуле:

, (32)

где Т0 - приведенная температура продуктов сгорания; Т0 = 313 К [2, с.15];

hт = 0,96 - к.п.д. топки;

 К.

Средние массовые теплоемкости газов при температуре Тmax, кДж/кг×К:

; ;

; ; .

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Тmах:

; (33)

 кДж/кг.

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Тух.:

 кДж/кг.

Коэффициент прямой отдачи:

. (34)

Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб:

 ккал/м2×ч. (35)

Температура наружной стенки экрана вычисляется по формуле:

, (36)

где a 2 = 600¸1000 ккал/м2×ч×К - коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту; принимаем a 2 = 800 ккал/м2×ч×К;

d - толщина стенки трубы, d = 0,008 м (2, табл.5);

l = 30 ккал/м×ч×К - коэффициент теплопроводности стенки трубы;

dзол. /l зол. - отношение толщины к коэффициенту теплопроводности зольных отложений; для жидких топлив dзол. /l зол. = 0,002 м2×ч×К/ккал (2, с.43);

0С - средняя температура нагреваемого продукта;

 К.

Теплонапряженность поверхности радиантных труб, приходящаяся на долю свободной конвекции:

; (37)

 ккал/м2×ч.

Итак, температура продуктов сгорания, покидающих топку:

 К.

Как видим, рассчитанная Тп не совпадает со значением, принятым в начале расчета, следовательно расчет повторяем, принимая Тп = 1047,48 К.

Результаты расчетов представлены в виде таблицы.

Таблица 5 - Результаты расчетов Тп

Рассчитываем количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

; (38)

 кДж/ч.

Выводы: 1) рассчитали температуру продуктов сгорания, покидающих топку, при помощи метода последовательного приближения; ее значение Тп = 1034,72 К;

) фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб при этом составила qр = 25624,35 ккал/м2×ч;

) сравнивая полученное значение фактической теплонапряженности с допускаемым для данной печи qдоп.= 35 Мкал/м2×ч (см. табл.2), можно сказать, что наша печь работает с недогрузкой.

.6 Расчет камеры конвекции

Цель данного этапа: расчет поверхности конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции.

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению:

, (39)

где Qк - количество тепла, воспринятое конвекционными трубами;- коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту;

Dtср - средняя разность температур.

 кДж/ч. (40)

Средняя разность температур определяется по формуле:

, (41)

где ,  - соответственно большая и меньшая разности температур;к - температура продукта на выходе из камеры конвекции, которая находится путем решения квадратичного уравнения вида:

, (42)

где а = 0,000405; b = 0,403; с - соответственно коэффициенты уравнения.

Коэффициент с вычисляется следующим образом:

, (43)

где - теплосодержание продукта при температуре tк:

 кДж/кг; (44)

.

Решению квадратичного уравнения удовлетворяет только значение одного корня, так как второй корень, принимающий отрицательное значение, не имеет физического смысла:

0С.

Находим большую, меньшую и среднюю разности температур:

 0С;

 0С;

 0С.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции определяется уравнением:

, (45)

где a1, a к, a р - соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов.

a р определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

, (46)

где tср - средняя температура дымовых газов в камере конвекции:

 К; (47)

 Вт/м2×град.

a к определяется следующим образом:

, (48)

где Е - коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого определяем методом линейной интерполяции, используя табличные данные зависимости его от tср; принимаем Е = 21,271 [2, табл.4];- наружный диаметр труб:

 м; (49)

U - массовая скорость движения газов, определяемая по формуле:

, (50)

где В - часовой расход топлива, кг/ч;- количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг;- свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции:

, (51)

где n = 2 - число труб в одном горизонтальном ряду;- расстояние между осями этих труб; S1 = 0,275 м (см. табл.4);р - рабочая длина конвекционных труб; lр = 24 м (см. табл.2);

а - характерный размер для камеры конвекции:

 м. (52)

 м2.

Рассчитываем массовую скорость движения газов:

 кг/м2×с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

 Вт/м2×град.

Коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту:

 Вт/м2×град.

Таким образом, поверхность конвекционных труб:

 м2.

Определяем число труб в камере конвекции:

 шт. (53)

Число труб по вертикали:

 шт. (54)

Высота пучка труб в камере конвекции определяется по формуле:

, (55)

где S2 - расстояние между горизонтальными рядами труб:

 м;

 м.

Рассчитаем среднюю теплонапряженность конвекционных труб:

 Вт/м2. (56)

Выводы: 1) рассчитали поверхность нагрева конвекционных труб, получив следующий результат: Нк = 670,87 м2;