Курсовая работа: Технологический расчет трубчатой печи

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшегообразования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Курсовой проект

на тему: «Технологический расчет трубчатой печи»

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

Сахаутдинов Р.А.,

студент гр. БТПи-15-03

Уфа - 2018

• Содержание

топливо трубчатый печь дымовой

• Введение
• 1. Исходные данные
• 2. Расчетная часть
• 2.1 Расчет процесса горения топлива
• 2.3 Выбор типоразмера трубчатой печи и горелки
• 2.4 Упрощенный расчет камеры радиации
• 2.5 Расчет диаметра печных труб
• 2.6 Расчет камеры конвекции
• 2.7 Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи
• 2.8 Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы
• Заключение
• Список использованной литературы
• Приложение

Введение

В большинстве процессов нефтеперерабатывающей промышленности используется нагрев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспортировка.

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30% общего расхода материалов на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы таких аппаратов, а также освоению их расчета необходимо уделять особое внимание.

Трубчатая печь является аппаратом, предназначенным для передачи нагреваемому продукту тепла, выделяющегося при сжигании топлива непосредственно в этом же аппарате.

Трубчатые печи широко распространены в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностях, они являются составной частью многих установок и применяются в различных технологических процесса, таких как перегонка и риформинг, гидроочистка и др.

Трубчатые печи получили широкое распространение благодаря своим особенностям. Их работа основывается на принципе однократного испарения, что обеспечивает либо более глубокое при данной температуре нагрев сырья, либо заданный отгон при более низкой температуре нагрева.

Трубчатая печь имеет две камеры: радиации и конвекции. В камере радиации, где сжигается топливо, размещена радиантная поверхность. Тепло поглощается в основном за счет радиации. В камере конвекции расположены трубы, воспринимающие тепло, главным образом, за счет конвекции _ при соприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева.

Если тепло дымовых газов может быть использовано для иных целей, например, для подогрева воздуха или для производства водяного пара, то либо наличие конвекционной поверхности не является обязательным, либо размеры этой поверхности могут быть существенно уменьшены. При небольшой производительности иногда применяют печи без конвекционной поверхности, более простые в конструктивном отношении, но обладающие невысоким коэффициентом полезного действия.

1. Исходные данные

2. Расчетная часть

2.1 Расчет процесса горения топлива

Целью этого этапа расчета является расчет низшей теплотворной способности топлива, количества и состава продуктов сгорания, теплосодержания продуктов сгорания.

Рассчитаем элементарный состав газового топлива, низшую теплотворную способность топлива, количество и состав продуктов сгорания, теплосодержание продуктов сгорания.

1) Определим элементарный состав газового топлива:

Содержание углерода

С=12 ,

Где n_Ci_ число атомов углерода в молекулах компонентов газового топлива;

xi - концентрация компонентов в топливе,% масс;

M_i_ молекулярные массы компонентов газового топлива, г/моль.

k - число компонентов в топливе;

С _ содержание углерода,% масс.

С=12 + + + + + ) =72,7% масс

Содержание водорода

H=,

Где n_Hi_ число атомов водорода в молекулах компонентов газового топлива;

xi - концентрация газовых компонентов топливе,% масс;

M_i_ молекулярные массы компонентов топлива;

k - число компонентов в топливе;

H_ содержание водорода,% масс.

H= ( + + + ++) = 21,9% масс

Содержание кислорода

O=16()=5,4

Cделаем проверку: 72,7 + 21,9+5,4 =100% масс.

Низшая теплотворная способность топлива определяется по уравнению Менделеева, кДж/кг:

, (1)

где W_ содержание влаги в топливе,% масс.

.

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, кг/кг:

(2)

.

Фактический расход воздуха, кг/кг:

, (3)

где б_ коэффициент избытка воздуха.

.

Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг:

, (4)

где W_ф_ расход форсуночного пара, кг/кг.

.

Количество газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кг/кг:

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

.

Проверка:

.

.

Проверка показала, что все произведенные расчеты верны.

Объемный расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, м³/кг:

(10)

.

Таким образом, в разделе был проведен расчет:

- низшей теплоты сгорания топлива:;

- состав продуктов сгорания;

- фактическое количество воздуха необходимого для полного сгорания топлива:L=16,68 кг/кг.

- количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:G=17,68кг/кг.

2.2 Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива

Согласно закону сохранения энергии уравнения теплового баланса для трубчатой печи выглядит так:

, (11)

где - статьи прихода и расхода тепла соответственно, кДж/кг.

Расчет теплового баланса ведется на 1 кг топлива.

Статьи расхода тепла:

, (12)

где - соответственно полезно воспринятое в печи сырьем, теряемое с уходящими из печи дымовыми газами, теряемое в окружающую среду тепло, кДж/кг.

Статьи прихода тепла:

, (13)

где - теплоемкости топлива, воздуха, форсуночного водяного пара соответственно, кДж/кг;

- температуры топлива, воздуха, форсуночного водяного пара соответственно, ^оС. Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:

Откуда определяется коэффициент полезного действия трубчатой печи:

, (14)

где - соответственно потери тепла с уходящими дымовыми газами и потери тепла в окружающую среду в долях от низшей теплотворной способности топлива.

Потери тепла в окружающую среду составляют 8%.

Температура уходящих дымовых газов, °С:

, (15)

где - температура нагреваемого продукта на входе в печь, °С

- разность температур теплоносителей на входе сырья в змеевик камеры конвекции, °С.

145+135=280 °С

=280+273=553 К.

При естественной тяге в печиt_yx не должна быть меньше 250 °С.

Расчет продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре производится по формуле:

, (16)

где - температура продуктов сгорания, К;

- средние массовые теплоемкости продуктов сгорания,

Значения средних массовых теплоемкостей продуктов сгорания находятся метод интерполяции [1,стр.7, таблица 2].

Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи, кДж/ч:

, (17)

где - производительность печи по сырью, кг/ч;

, , - соответственно теплосодержание паровой и жидкой фазы при температуре, жидкой фазы (сырья) при температуре, кДж/кг;

- доля отгона сырья на выходе из змеевика трубчатой печи.

Теплосодержание паров нефтепродуктов определяется по уравнению:

(18)

где - температура, при которой определяется теплосодержание нагреваемого продукта, °С.

Теплосодержание жидких нефтепродуктов определяется по уравнению:

Определение полной тепловой нагрузки печи:

; (20)

142186121 кДж/ч.

Часовой расход топлива рассчитывается по формуле:

; (21)

.

Тепловой баланс трубчатой печи

Таким образом, были рассчитаны:

- коэффициент полезного действия трубчатой печи ,

- полезная тепловая нагрузка печи =кДж/ч,

- часовой расход топлива В=кг/ч необходимый для работы печи в заданном режиме, с учетом потерь тепла в окружающую среду через неплотности и с уходящими дымовыми газами.

Коэффициент полезного действия удовлетворяет пределу значений КПД для трубчатых печей (от 0,65 до 0,85).

Обычно температуру уходящих из печи дымовых газов рекомендуется принимать на 100-150°С выше температуры сырья, поступающего в конвекционную часть печи. В данной работе температура уходящих газов равна = 280 °С. Данная температура выше 250 °С, что обеспечивает нормальную работу печи.

Разность температуры сырья, поступающего в камеру конвекции намного больше температуры отходящих дымовых газов, это способствует более эффективной передаче тепла в камере конвекции и, следовательно, требуется меньшая поверхность конвекционных труб.

2.3 Выбор типоразмера трубчатой печи и горелки

Выбор типоразмера трубчатой печи осуществляется по каталогу [3] в зависимости от ее назначения, теплопроизводительности, вида топлива.

Так как из задания известно, что топливом является, а в ходе расчетов стала известна теплопроизводительность Q_т =Гкал/ч, то по каталогу выбираем печь типа СКГ1.

Печь -- свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного топлива, коробчатая, с горизонтальным расположением труб змеевика в одной камере радиации. Горелки типа ГГМ-5 или ГП расположены в один ряд в поду печи. На каждой боковой стороне камеры радиации установлены однорядные настенные трубные экраны, которые облучаются рядом вертикальных факелов. Трубный экран может быть однорядным и двухрядным стенным.

При изменении теплопроизводительности горелок практически не меняется характер эпюры подводимых тепловых потоков на трубный экран.

Таблица 1. Техническая характеристика печи типа СКГ1