Курсовая работа: Технологический расчет трубчатой печи

2.4 Выбор горелок

Горелка ГГМ-5 предназначена для раздельного и совместного сжигания жидкого и газообразного топлива в трубчатых печах типов СКГ1, СКВ и СЦВ4 со свободным факелом при поступлении воздуха, необходимого для сгорания топлива, инжекцией активными газовыми и парожидкостными струями, а также за счет разрежения в топочном пространстве печи.

Газовая горелка расположена на внешней части корпуса горелки. Представляет собой систему, состоящую из газового кольцевого коллектора, на верхней дисковой части которого имеются 16 резьбовых отверстий для установки газовых сопл с паронитовыми прокладками. Соосно с соплами на расстоянии 60 мм от коллектора расположены 16 газовых инжекционных смесителей, соединенных сваркой с корпусом и наружной обечайкой. Газовая часть горелки имеет автономный регулятор воздуха.

Таблица 2. Техническая характеристика горелки ГГМ-5

Числогорелок, шт:

Принимаем количество горелок: n = 7шт

2.4 Упрощенный расчет камеры радиации

Трубчатая печь имеет камеры радиации и конвекции. В камере радиации (топочная камера), где сжигается топливо, размещена радиантная поверхность (экран), поглощающая тепло в основном за счет радиации.

В камере конвекции расположены трубы, воспринимающие тепло главным образом путем конвекции -- при соприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева.

Сырье последовательно проходит через конвекционные и радиантные трубы и поглощает тепло; обычно радиантная поверхность воспринимает большую часть тепла, выделяемого при сгорании топлива.

Упрощенный расчет камеры радиации заключается в определении температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.

Температуру продуктов сгорания находят методом итераций, используя уравнение

(22)

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

- отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива; =3,6 [2]

- средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

- коэффициент для топок со свободным факелом [1];

- коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, [1]

Алгоритм расчета температуры продуктов сгорания методом итераций:

1. Пусть температура продуктов сгорания 1100 К.

2. Определение теплоемкостей при выбранной температуре дымовых газов:

Таблица 3. Зависимость средней массовой темпоемкости газов при постоянном давлении с_Р [кДж/кг•К] от абсолютной температуры Т=1100К

3. Определение максимальной температуры продуктов сгорания:

, (23)

где - То - приведенная температура, Т_о=313 К, [1];

з_т - КПД топки; з_т =0,96, [1];

- количества газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива и теплоемкости продуктов сгорания, определяющиеся в программе на каждой итерации при Т_п;

Таблица 4. Зависимость средней массовой темпоемкости газов при постоянном давлении с_Р [кДж/кг•К] от абсолютной температуры Т=2413,834К

4. Определение теплосодержания продуктов сгорания (I, I_Тmax, I_Тух) при всех температурах (Т_п,Т_max,Т_ух) по формуле 23:

I=17619.138

=50931,696

=5578,0659

5. Определение коэффициента прямой отдачи:

(24)

6. Определение фактической теплонапряженностирадиантных труб q_Р, ккал/(м²•ч):

, (25)

где Н_р-поверхность нагрева радиантных труб, м²;

7. Определение температуры наружной стенки экрана и,К:

, (26)

где -- коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту,

б₂ =800 ккал/м²чК

- толщина стенки трубы, ;

-коэффициент теплопроводности трубы, ;

t_ср - средняя температура нагреваемого продукта.

=0,002_для жидких топлив.

8. Определение теплонапряженности свободной конвекции q_рк, кДж/м²•ч:

(27)

9. Определение температуры продуктов сгорания Тп, К по формуле (22):

Итак, расчетная величина не совпадает с заданной, значит расчет возобновляется. Значение Т_п для последующей итерации принимают рассчитанное значение Т_п в предыдущей итерации.

Результаты итераций представлены в таблице 5.

Таблица 5. Расчет температуры продуктов, покидающих топку, методом итераций

Таким образом, рассчитанная величина T_п =1098,0265

Количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

; (28)

82906220,38

В результате расчетов была найдена фактическая теплонапряженность

q_p=27599,0177ккал/(м²ч), сравнение которой с допустимой теплонапряженностьюq_pдоп=35000 ккал/(м²ч) позволяет оценить эффективность камеры радиации трубчатой печи типа СКГ1

Тот факт, что q_p<q_pдоп, свидетельствует о правильности выбора печи.

Эффективность камеры радиации составляет

==78,85%

Принципиальная схема расположения труб в камере радиации представлена на рисунке 1 в приложении.

2.5 Расчет диаметра печных труб

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

Определяется объемный расход нагреваемого продукта, м³/с:

, (29)

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

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

(30)

б_ температурная поправка.

.

.

.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

, (31)

где n - число потоков, n=2 [1];

W - допустимая линейная скорость продукта, W=2,0 м/с [1];

d_вн - расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из уравнения (41) рассчитывается внутренний диаметр трубы:

, (32)

.

Округляя значение расчетного диаметра трубы, учитывая толщину стенки, и выбирая в соответствие с этим остальные размеры труб, получим:

d_нар= 0,152м, d_вн= 0,152-2*0,008= 0,136м;

Фактическая скорость движения потока, м/с:

W_Ф= 4*V/(n*р*d²_вн), (33)

.

2.6 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 Qк - количество тепла, воспринятое конвекционными трубами, Вт;

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

- средняя разность температур, К.

116643512,7782906220,3833737292,39 .

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:

;

где a=0,000405, b=0,403 - соответственно коэффициенты уравнения;

,

113,8592;

Имеем уравнение

.

Решению уравнения удовлетворяет значение только одного корня

;

.

Составим схему теплообмена:

t_п=1098,0265^oCt_ух=280^оС

t_к=С t₁=145^oC

.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции рассчитывается по уравнению

где ,, - соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов, Вт/(м² К).

определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

где - средняя температура дымовых газов в камере конвекции (К), вычисляется по формуле

,

.

б_p = 0,0256•(_ 273)-2,33 = 11,0459 Вт/м²К;

определяется следующим образом:

,

где Е - коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого находится из справочных данных;

U - массовая скорость движения газов,;

d - наружный диаметр труб, м.

Е=21,8232 при средней температурев камере конвекции [1, стр. 9].

Массовая скорость движения газов определяется по формуле

где f - свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции, м².

,

где n - число труб в одном горизонтальном ряду;

d - наружный диаметр труб, м;

S₁-расстояние между осями труб в горизонтальном ряду

() [2, стр. 473] м;

- рабочая длина конвекционных труб, м;

- характерный размер для камеры конвекции, м.

Принимаем n=4, ; из технической характеристики печи =18 м.

;

;

.

.;

Определяем число труб в камере конвекции

,

. Принимаем 100.

Тогда фактическая поверхность нагрева будет равна

;

=100859,104

Число труб по вертикали

;

.

Высота пучка труб в камере конвекции

,

где - расстояние между горизонтальными рядами труб, определяемое как

(42)

=0,2382

.

Средняя теплонапряженность камеры конвекции равна

;

.

Допустимая теплонапряженность [1, стр.92].

=

В разделе рассчитана средняя теплонапряженностьи количество труб в камере конвекции N_к=100 и высотатрубного пучка h_к=5,7158м.

Принципиальная схема расположения труб в камере конвекции представлена на рисунке 3 в приложении.

2.7 Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

Целью гидравлического расчета является определение общего гидравлического сопротивления змеевика печи или давление сырья на входе в змеевик, который, в свою очередь, необходимо для выбора сырьевого насоса.

Давление сырья на входе в печь складывается из следующих составляющих:

где Р_К - давление сырья на выходе из змеевика печи;

- потери напора на участке испарения, участке нагрева радиантных труб, в конвекционных трубах соответственно, ата;

- статический напор, ата.

Потери напора на участке испарения:

,

где Р_Н - давление в начале участка испарения, ата.

Р_Н определяется методом итераций.

Зададим .

Тогда температура, соответствующая этому давлению при ОИ, равна

рассчитывается по формуле:

где А и В - расчетные коэффициенты.