где - коэффициент гидравлического сопротивления, для атмосферных печей [2, стр. 480], принимаем=0,024;

L₁ - секундный расход сырья по одному потоку, кг/с,

;

L₁==20,2546 кг/с

- плотность сырья при средней температуре на участке испарения:

- средняя температура продукта на участке испарения:

;

t_СРи==335;

- средняя плотность паров при давлении 9,81 Па, [2, стр.480];

l_И - длина участка испарения:

,

где - соответственно теплосодержание паро-жидкосной смеси на выходе из змеевика, сырья при температуре начала испарения, сырья на выходе из камеры конвекции, кДж/кг:

,

;

,

;

l_рад - эквивалентная длина радиантных труб, м,

где n_р - число радиантных труб, приходящихся на один поток:

;

.;

l_э - эквивалентная длина печного двойника,l_э50*d [2, стр. 481].

Принимаем.

l_э=50;

l_рад=43

843,7835

;

1250851,4465

Таблица 6. Расчет давления в начале участка испарения методом итераций.

Таким образом, давление в начале участка испарения равно

Р_н=1312375,052

ДР_и=1312375,052-200000=1112375,05

Потери напора на участке нагрева радиантных труб:

где - коэффициент гидравлического сопротивления, [2, стр. 483],примем;

- эквивалентная длина участка нагрева радиантных труб по одному потоку:

=-843,7835=249,45;

- плотность продукта при средней температуре (t_ср) на участке нагрева радиантных труб.

U - массовая скорость продукта в радиантных трубах на один поток:

Потери напора в конвекционных трубах для одного потока, ата:

где l_к - эквивалентная длина конвекционных труб, м:

,

n_к - число конвекционных труб в одном потоке:

=50;

=1272,4 м

- плотность продукта при средней температуре (t_ср) в конвекционных трубах, кг/м³:

.

,

Uк - массовая скорость продукта конвекционных трубах на один поток, кг/(м²):

.

.

Определение статического напора в змеевике печи:

,

где - высоты камер радиации и конвекции соответственно, м:

h_T = (43 _1)•0,2750 + 0,5•0,2750 + 2•0,25 = 12,1875 м.

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

Так как сырье подается сверху и течет вниз самотеком, то отрицательный берем его.

.

В разделе рассчитано общее гидравлическое сопротивление змеевика печи. Давление на входе в печь составляет 19,16атм.

Принципиальная схема змеевика трубчатой печи представлена на рисунке 2 в приложении.

2.8 Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы

Данный этап расчета предназначен для определения стандартного диаметра и высоты дымовой трубы.

Общее сопротивление всего газового тракта определяется выражением

(43)

где - разряжение в топочной камере, [2];

- потери напора в камере конвекции, [2];

- потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений;

- потери напора на трение в дымовой трубе.

(90)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений (внезапное расшире-ние (о₁), внезапное сужение (о₂), шибер или заслонка (о₃)), о₁ =0,02; о₂ = 0,04; о₃= 4;, [1]

W - линейная скорость продуктов сгорания, W=6 м/с, [2];

- плотность продуктов сгорания, кг/м³;

, (44)

где - соответственно потери напора при входе в трубу и выходе из нее,

потери напора на трение при движение газов в дымовой трубе:

(45)

где - коэффициенты местных сопротивлений при входе в трубу и выходе из нее, [1];

- плотность газов в трубе при средней температуре, кг/м³;

, (46)

где - коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по формуле Якимова.

, (46)

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях определяется уравнением

, 47)

где - сумма масс продуктов сгорания на 1 кг топлива, кг/кг;

- объемное количество продуктов сгорания на 1 кг топлива, м³/кг:

, (48)

.

=2,6659+1,9710+0,2547+12,8883=17,7799

.

Температура продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы определяется разностью:

, (49)

.

Средняя температура в дымовой трубе равна:

(50)

Плотность продуктов сгорания при любой заданной температуре (Т) определяется выражением:

; (51)

Диаметр дымовой трубы рассчитывается по формуле:

, (52)

где - число дымовых труб, , [1];

V - объемный расход продуктов сгорания при t_ух, м³/с:

, (53)

где В - часовой расход топлива, кг/ч.

.

Из ряда стандартных значений выбирается диаметр дымовой трубы [1].

.

Высота дымовой трубы может быть рассчитана методом итераций по уравнению

, (54)

где - плотность и температура воздуха, [1];

Потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений находится по формуле (90):

Пусть h=40 м, тогда по формуле (54):

;

Общее сопротивление всего газового тракта определяется по формуле (89):

;

.

Таким образом, итерация продолжается:

Итак, полученная величина h равна 28,8756м.

Тяга, создаваемая трубой несколько превышает найденное расчетом общее сопротивление потоку газов с тем, чтобы имелся некоторый запас, и была возможность регулировать тягу. Избыточное разряжение, создаваемое трубой, расходуется на преодоление сопротивления регулирующего шибера (заслонкой).

Согласно сделанным выводам следует увеличить длину трубы с учетом коэффициента запаса, равным 1,2 [2].

h= 28,8756*1,2=34,6507 м.

В разделе проведен расчет газового тракта трубчатой печи и определены основные размеры дымовой трубы: диаметр 2,4м, высота 34,6507м.

Схема дымовой трубы с естественной тягой представлена на рисунке 4 в приложении.

Заключение

В ходе работы был произведен выбор и расчет основных параметров трубчатой печи, режим работы которой определен в задании на курсовое проектирование.

В первом разделе был произведен расчет процесса горения топлива (газа), он показал, что для полного сгорания одного кг топлива необходимм³ воздуха.

Далее была рассчитана полезная тепловая нагрузка печи, т.е количество тепла, воспринимаемое сырьем в печи, 33,93= Гкал/ч, в соответствии с которой был выбран по каталогу трубчатых печей типоразмер СКГ1 730/18 теплопроизводительности 34,1 Гкал/ч

Необходимо отметить, что важнейшим показателем работы трубчатых печей является теплонапряженность поверхности нагрева радиантных труб, т.е количества тепла, переданного через единицу поверхности в единицу времени в камере радиации. В результате расчетов, это значение составило q_p= ккал/(м²ч), что меньше допустимой q_доп=35000 ккал/(м²ч), превышение которой влечет увеличение температуры дымовых газов, покидающих топку, а следовательно, и увеличения поверхности конвекционных труб, так же увеличатся потери тепла с уходящими газами, а значит и снизится к.п.д. печи и увеличится расход топлива, и в итоге - увеличение общей стоимости печи и удельных затрат на радиантные трубы. Эффективность камеры радиации составляет 78,85%

То есть рассчитанная теплонапряженность поверхности нагрева радиантных труб обеспечивает эффективную передачу заданного количества тепла.

Не менее важным показателем работы трубчатых печей является теплонапряженность поверхности нагрева конвекционных труб, т.е количества тепла, переданного через единицу поверхности в единицу времени в камере конвекции. В данной работе это значение (q_kср) равно Вт/м², что находится в допустимых пределах, следовательно, можно говорить о хорошей эффективности работы камеры конвекции.

Эффективность камеры конвекции составляет 81,24%.

Коэффициент полезного действия печи (то есть величина, характеризующая полезно используемую часть тепла, выделенную при сгорании топлива) равен з=82,0%.

Так же был составлен тепловой баланс трубчатой печи (к одному часу сжигания одного кг топлива): = 46622,95 кДж/кг.

К выбранной печи типа СКГ1 730/18были подобраны горелки типа ГГМ-5, предназначенные для сжигания газообразного или жидкого топлива (или того и другого одновременно), в количестве 10 шт.

Рассчитаны и подобраны по ГОСТ диаметры для печных труб:

d_нар = 0,152м и d_вн = 0,136м.

В результате гидравлического расчета змеевика трубчатой печи определено давление сырья на входе в змеевик Р₀=19,16атм, величина которого необходима для выбора сырьевого насоса.

Для нормальной работы трубчатой печи необходимо обеспечит движение газов через печь по всему газовому тракту и удаление продуктов сгорания в атмосферу на высоту, достаточную для соблюдения санитарных норм и приемлемую по допустимому загрязнению окружающей среды. В выбранной трубчатой печи эти условия обеспечиваются естественной тягой, создаваемую дымовой трубой, диаметром 2,4 м и высотой 33,6507м.

Список использованной литературы

1. Зиганшин Г.К. Технологический расчет трубчатой печи на ЭВМ. Методическое пособие клабораторным и практическим занятием, курсовому и дипломному проектированию.- Уфа.УГНТУ,1997.-с.68

2. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1982. -584 с.

3. Трубчатые печи: Каталог/ Составители В.Е. Бакшалов, В.Ф. Дребенцов, Т.Г. Калинина, Н.И. Сметанкина, Е.И. Ширман. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985. - 34 с.

4. Горелки для трубчатых печей: Каталог. Изд. 4-ое. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.

5. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1987. - 304 с.

6. Пичугин А.П. Переработка нефти. Прямая перегонка, термическийкре-кинг, коксование. - М.:Гостоптехиздат, 1960 г.

Приложение

1 - Радиантный змеевик; 2 - камера радиации; 3 - поток дымовых газов; 4 - сырьевой поток.

Рисунок 1. Принципиальная схема расположения труб в камере радиации.

Рисунок. 2. Принципиальная схема змеевика трубчатой печи (к гидравлическому расчету)

Рисунок 3. Принципиальная схема расположения труб в камере конвекции

Рисунок 4. Схема дымовой трубы с естественной тягой, поясняющая аэродинамический расчет

Рисунок 5. График зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры