Курсовая работа: Технологический расчет трубчатой печи

Печь - объемно - настильного сжигания топлива с двумя камерами радиации. Особенностью конструкции этой печи является наличие настильной стены, которая делит камеру радиации на две камеры с независимыми температурными условиями.

Для печи выбираем горелку ГВН - 0,75.

Таблица 3 - Техническая характеристика горелки ГВН - 0,75.

Горелка состоит из распределительной головки, корпуса, инжекционного смесителя, регуляторов первичного и вторичного воздуха.

Рассчитаем количество необходимых горелок:

( 3.1)

Горелки расположены с одного края, поэтому округляя имеем n_{горелок} = 8 шт.

4 Упрощенный расчет камеры радиации

Целью этого этапа расчета является определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб. Названную температуру () находят методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение

,( 4.1)

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

- отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива, принимаем равной 3,05;

- средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

- коэффициент для топок со свободным факелом =1,2; для топок с беспламенным сжиганием топлива ; для топок с настильным факелом =1,3, принимаем равную 1,3;

- коэффициент лучеиспскания абсолютно черного тела.

Определение коэффициента прямой отдачи:

,( 4.2)

где , I, - теплосодержание продуктов сгорания соответственно при температурах , , , кДж/кг;

( 4.3)

где =313 К;

- 0,96 - к.п.д. топки.

Рассчитываем фактическую теплонапряженность радиантных труб:

.(4.4)

Определяем температуру наружной стенки экрана:

,( 4.5)

где - коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту;

м, - соответственно толщина и коэффициент теплопроводности стенки трубы;

- для газообразных топлив;

- средняя температура нагреваемого продукта;

.( 4.6)

Суть метода итераций заключается в том, что мы задаем температуру сгорания (), которая находится в пределах от 1000 до 1200 К. При этой температуре задаются и определяются параметры, входящие в уравнение (4.1). По формуле (4.1) вычисляем (), если эта расчетная величина не совпадает с заданной точностью, то расчет возобновляется, при этом значение для последующей итерации принимают рассчитанное значение в предыдущей итерации.

Для первой итерации принимаем, что =1000 К.

Находим средние массовые теплоемкости газов при постоянном давлении при температуре 1000К.

Таблица 4 - Зависимость средней массовой теплоемкости газов при постоянном давлении [] от абсолютной температуры Т.

Определяем максимальную температуру () продуктов сгорания по формуле (4.3):

( 4.7)

Находим средние массовые теплоемкости газов при постоянном далвении при температуре 2376,69 К.

Таблица 5 - Зависимость средней массовой теплоемкости газов при постоянном давлении [] от абсолютной температуры Т.

Определяем теплосодержание продуктов сгорания (, I, ) соответственного при температурах , Т, по формуле (1.14):

кДж/кг( 4.8)

кДж/кг( 4.9)

Определяем коэффициент прямой отдачи:

( 4.10)

Рассчитываем фактическую теплонапряженность радиантных труб:

.( 4.11)

Определяем температуру наружной стенки экрана:

К.( 4.12)

Определяем теплонапряженность поверхности радиантных труб, приходящуюся на долю свободной конвекции:

.( 4.13)

Определяем температуру продуктов сгорания:

К( 4.14)

Рассчитанная температура не совпадает с заданной температурой, следовательно расчеты повторяются до тех пор пока .

Таблица 6 - Итерационный расчет температуры продуктов сгорания

Таким образом, температурой продуктов сгорания принимаем 890,2 К.

Рассчитываем количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

,( 4.15)

кДж/кг.( 4.16)

Итак, при помощи метода последовательного приближения была рассчитана температура сгорания продуктов, покидающих топку (890,2 К). Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб составила 30032 , что не превышает величину допустимой теплонапряженности радиантных труб 35000 . Эффективность работы камеры радиации трубчатой печи составила 85,8%.

Расчет диаметра печных труб

На данном этапе по результатам расчета выбираются стандартные размеры труб (диаметр, толщина и шаг).

При этом используется следующий алгоритм расчета.

Определяем объемный расход нагреваемого продукта:

,( 5.1)

где - производительность печи по сырью, т/ст;

- плотность продукта при средней температуре (), кг/м².

,( 5.2)

где - температурная поправка.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

( 5.3)

где n - число потоков (2), W - допустимая линейная скорость продукта, 2 м/с,

- расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из уравнения (5.3) рассчитывается внутренний диаметр трубы:

( 5.4)

В завершении расчета определяется фактическая линейная скорость продукта.

Определяем температурную поправку:

.( 5.5)

Определяем плотность продукта по формуле (5.2):

кг/м³.( 5.6)

Определяем объемный расход нагреваемого продукта по формуле (5.1):

м³/с.( 5.7)

Определяем внутренний диаметр трубы по формуле (5.4):

м.( 5.8)

Из стандартных значений выбираем диаметр трубы d_н = 0,127 м, толщину стенки принимаем равной м.

Определяем фактическую линейную скорость нагреваемого продукта:

,( 5.9)

м/с.( 5.10)

Hа данном этапе расчета вычислили диаметр печных труб, по нему выбрали стандартный диаметр 2 м, толщину м и для таких труб изготавливаются крутоизогнутые фитинги с шагом между осями труб 0,280 м и ретурбенты с шагом 0,275 м, исходя из стандартного диаметра, рассчитали фактическую линейную скорость нагреваемого продукта W_ФАКТ = 1,89 м/с.

Расчет камеры конвекции

Целью данного этапа являются расчет поверхностного конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции. Поставленная цель осуществляется в следующей последовательности.

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению:

,( 6.1)

где - количество тепла, воспринятое конвекционными трубами;

- коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту;

- средняя разность температур.

.( 6.2)

кДж/ч.( 6.3)

Средняя разность температур определяется по уравнению:

,( 6.4)

где , - соответственно большая и меньшая разность температур; - температура продукта на выходе из камеры конвекции находят путем решения квадратичного уравнения, предварительно определив теплосодержание продукта при этой температуре:

.( 6.5)

кДж/кг

,( 6.6)

где , ;

- соответственно коэффициенты уравнения.

( 6.7)

Решению уравнения удовлетворяет только значение одного корня

,( 6.8)

С.( 6.9)

второй корень не имеет физического смысла, так как принимает отрицательное значение.

Находим большую, меньшую и среднюю разности температур.

С,( 6.10)

С,( 6.11)

С.( 6.12)

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции рассчитывается по уравнению:

,( 6.13)

где , , - соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке конвекции излучением трехатомных газов.

определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

,( 6.14)

.( 6.15)

где - средняя температура дымовых газов в камере конвекции, вычисляется по формуле:

,( 6.16)

^oC.( 6.17)

определяется следующим образом:

,( 6.18)

где Е - коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого определяется методом линейной интерполяции (E = 20,26); d - наружный диаметр.

Массовая скорость движения газов определяется по формуле:

,( 6.19)

где f - свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции, которое определяется по уравнению:

,( 6.20)

где n - число труб в одном горизонтальном ряд, принимаем n равной 2; - расстояние между осями трубы в горизонтальном ряду (0,280 м); - характерный размер для камеры конвекции; d - наружный диаметр труб; lp - рабочая длина конвекционных труб (15 м).

м.( 6.21)

Определяем свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции по формуле (6.19):

м².( 6.22)

Определяем массовую скорость движения газов по формуле (6.18):

.( 6.23)

.( 6.24)

Определяем коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту по формуле (6.12):

Вт/м²град.( 6.25)

Определяем поверхность конвекционных труб по формуле (6.1):

м².( 6.26)

Определяем число труб в камере конвекции, округляя число труб до целого значения кратного n (числу труб в горизонтальном ряду):

,( 6.27)

шт.( 6.28)

С учетом округления рассчитывается фактическая поверхность конвекционных труб:

м².( 6.29)

Число труб по вертикали:

шт.( 6.30)

Высота пучка труб в камере конвекции:

,( 6.31)

где - расстояние между горизонтальными рядами труб, которое рассчитывается как:

м.( 6.32)

Рассчитываем среднюю теплонапряженность конвекционных труб:

,( 6.33)

Вт/м².( 6.34)

Таким образом, была рассчитана средняя теплонапряженность конвекционных труб Q_НК = 8810,8 Вт/м², количество труб в в камере конвекции равно 88 шт, высота трубного пучка составила 10,4 м.

Значение фактической теплонапряженности Q_НК = 8810,8 Вт/м² < 46000 Вт/^м2 , соответственно камера конвекции работает с недогрузкой.

Эффективность камеры составляет (8810,8/46000)100%=19,15%.

Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

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

Давление сырья на входе в печь складывается из следующих составляющих:

,( 7.1)

где , , , , - соответственно давление сырья на выходе из змеевика печи, значение которого приводится в исходных данных; потери напора: на участке испарения, на участке нагрева радиантных труб, в конвекционных трубах; статический напор.