Технологический расчет трубчатой печи 4 страница

рисунок 7.4 - Трубчатая печь типа ЦС 1 – дымовая труба; 2 – камера конвекции; 3 - выхлопное окно; 4 – каркас; 5 – футеровка; 6 - радиантный змеевик; 7 – конвективный змеевик.	рисунок 7.5 - Трубчатая печь типа ЦД4 1- камера конвекции; 2 – выхлопное окно; 3 – смотровое окно; 4 – змеевик радиантный; 5 - футеровка; 6 – каркас; 7 – камера для подвода вторичного воздуха; 8 – воздуховод; 9 – футеровка отражателя распределителя; 10 – форсунки.

Таблица 1- Техническая характеристика печей конструкции ГС

Показатель
Поверхность нагрева радиантных труб, м^2
Рабочая длина радиантных труб, м	6,5	9,5	12,5	15,5
Количество секций
Тепловая мощность, МВт*	14,1	20,6	26,8	33,3	39,5	45,7	51,9	59,16
Габаритные размеры (с площадками для обслуживания), м:
длина	12,76	15,68	18,6	21,52	24,44	27,36	29,38	27,36
ширина								15,2
высота
Масса, т:
металла печи (без змеевика)			81,3	97,6	113,8		146,4
футеровки	84,5	112,6	140,8				253,5

* Тепловая мощность при средней допустимой теплонапряженности радиантных труб 29,0 кВт/м²,

Таблица 7.2 - Техническая характеристика печей ГН (вариант I)

Показатель
Поверхность нагрева радиантных труб, м^2
Рабочая длина радиантных труб, м	6,5	9,5	12,5	15,5				22,5
Количество секций
Тепловая мощность, МВт*	10,6	15,4	20,3	25,2	29,2	34,1	39,0	34,8
Габаритные размеры (с площадками для обслуживания), м:
длина	12,76	15,68	18,6	21,52	24,44	27,36	29,38	32,5
ширина	6,0	6,0	6,0	6,0	6,0	6,0	6,0	17,7
высота	22,0	22,0	22,0	22,0	22,0	22,0	22,0	22,0
Масса, т:
металла печи (без змеевика)	50,0	65,0	81,3	97,6	113,8	130,0	146,4
футеровки

* Тепловая мощность при средней допустимой теплонапряженности радиантных труб 40,6 кВт/м²

Таблица 7.3 - Техническая характеристика печей ГН (вариант II)

Показатель
Поверхность нагрева радиантных труб, м^2
Рабочая длина радиантных труб, м
Количество секций
Тепловая мощность, МВт*	8,0	12,0	16,0	20,0	24,0
Габаритные размеры (с площадками для обслуживания), м:
длина	8,97	11,98	15,0	18,02	21,04
ширина	6,9	6,9	6,9	6,9	6,9
высота	23,4	23,4	23,4	23,4	23,4
Масса, т:
металла печи (без змеевика)	43,0	57,0	76,0	90,0	109,0
футеровки

* Тепловая мощность при средней допустимой теплонапряженности радиантных труб 40,6 кВт/м²

Таблица 7.4- Техническая характеристика печей конструкции ВС

Показатель
Поверхность нагрева радиантных труб, м^2
Рабочая длина радиантных труб, м	12,6	12,6	12,6	12,6
Количество секций
Тепловая мощность, МВт*	14,61	29,22	43,85	58,46
Габаритные размеры (с площадками для обслуживания), м:
длина	7,85	11,1	14,35	17,6
ширина	8,4	8,4	8,4	8,4
высота	20,0	20,0	20,0	20,0
Масса, т:
металла печи (без змеевика)	33,6	50,8	68,0	85,2
футеровки	42,5	81,7	120,9	160,0

* Тепловая мощность при средней допустимой теплонапряженности радиантных труб 31,3 кВт/м ²

Таблица 7.5- Техническая характеристика печей конструкции ЦС1

Показатель
Поверхность нагрева радиантных труб, м^2
Рабочая длина радиантных труб, м
Тепловая мощность, МВт *	0,74	1,44	1,41	3,15	3,15	3,71	4,92	5,8	7,24	9,9	12,99
Внутренний диаметр корпуса, м	1,8	2,1	2,1	2,8	2,8	2,8	3,6	3,6	3,6	5,0	5,0	5,5
Габаритные размеры, м:
длина	4,0	4,4	4,4	5,0	5,0	5,0	7,16	7,16	7,16	9,142	9,142	9,76
ширина	4,0	4,4	4,4	5,0	5,0	5,0	5,8	5,8	5,8	7,5	7,5	8,1
высота	30,4	31,7	21,9	28,0	28,0	26,0	27,2	28,2	30,3	36,72	39,72	43,1
Масса, т:
металла печи	7,0	7,5	7,3	10,0	10,8	11,5	16,2	20,7	23,2	44,0	48,0	55,2
футеровки	21,4	25,0	20,7	40,7	19,4	23,16	46,7	50,67	61,4	88,2	106,2	128,3

* Тепловая мощность при средней допустимой теплонапряженности радиантных труб 34,8 кВт/м ² ×ч

Таблица 7.6- Техническая характеристика печей конструкции ЦД4

Показатель
Поверхность нагрева радиантных труб, м^2
Рабочая длина радиантных труб, м
Тепловая мощность, МВт *	14,9	19,9	27,3	34,1
Внутренний диаметр корпуса, м, Dвн			6,4	6,4
Габаритные размеры (с площадками для обслуживания), м:
длина	7,3	7,3	9,4	9,4
ширина	7,3	7,3	9,4	9,4
высота			21,6
Масса, т:
металла печи (без змеевика)	64,7	66,5	88,7	92,3
футеровки	102,0	120,0	169,5	180,0

^· Тепловая мощность при средней допустимой теплонапряженности радиантных труб 40,6 кВт/м ²

12. Пример расчета трубчатой печи

12.1 Исходные данные. Рассчитать трубчатую печь для нагрева балаханской масляной нефти, если известно, что топливом служит мазут следующего элементного состава: углерод 84, водород 18, сера 3, кислород 1% масс.

Элементный состав топлива определяется по экспериментальным данным или расчетным путем [5, с. 486].

Сырье в количестве 150 т/ч с начальной температурой t _н =170 ⁰ C требуется нагреть до t _к =375 ⁰ C.

Давление на выходе из печи определяется из гидравлического расчета последующих аппаратов. Пусть в данном примере это давление P _к =0,265 МПа.

Исходные данные для расчета однократного испарения балаханской масляной нефти взятые из литературы [5, с.284] приведены в таблице 12.1.

Таблица 12.1 – Исходные данные для расчета однократного испарения балаханской масляной нефти

Компонент № п/п	Массовая доля в исходной смеси	Плотность	Температура кипения (t i), °С	Молекулярная масса (M i)
	0,0865	0,761
	0,0559	0,798
	0,0653	0,819
	0,0755	0,836
	0,0873	0,853
	0,1023	0,871
	0,1243	0,889
	0,4028	0,935
Сумма	1,0000

12.2 Решение. В зависимости от физических свойств нагреваемой нефти (нефтепродукта), конечной температуры нагрева и давления на выходе из печи рассчитываются доля отгона и относительные плотности паровой и жидкой части сырья [11]. Результаты расчетов однократного испарения нагреваемой нефти приведены в таблице 12.2. мольный и массовый составы исходного сырья, паровой и жидкой части сырья после однократного испарения приведены в таблице 12.9.3.

12.3 Полезную тепловую нагрузку определяем из уравнения (2.1)

=

=41,7 ∙ (1164 ∙ 0,5159+907 ∙ (1-0,5159)-359=28378 кВт.

12.4 Расчет процесса горения проводится по п. 9.3.

Таблица 12.2 –рассчитанные параметры однократного испарения нагреваемой нефти на выходе из печи.

Наименование параметра	Величина	Единица измерения
Массовая доля отгона	0,5159
Мольная доля отгона	0,7111
Давление	0,265	МПа
Температура	375,0	°C
Плотность жидкости	0,921	г/см^3
Плотность пара	0,834	г/см^3
Энтальпия жидкости		кДж/кг
Энтальпия пара		кДж/кг
Молекулярная масса сырья	254,2
Плотность сырья	0,874	г/см^3

Таблица 12.3* - мольный и массовый составы исходного сырья, паровой и жидкой части сырья после однократного испарения

Компонент № п/п	xL	Однократное испарение	t i ∙ yi	M i∙yi
xi	yi	Pi	xм	yм
	0,2000	0,0106	0,2770	6,947	0,0027	0,1652	31,8	30,4
	0,1000	0,0103	0,1364	3,497	0,0034	0,1050	22,5	19,3
	0,1000	0,0174	0,1336	2,039	0,0068	0,1202	27,0	22,2
	0,1000	0,0287	0,1290	1,192	0,0129	0,1343	30,6	24,8
	0,1000	0,0475	0,1213	0,677	0,0248	0,1461	32,9	26,9
	0,1000	0,0808	0,1078	0,354	0,0493	0,1520	33,4	28,0
	0,1000	0,1462	0,0812	0,147	0,1085	0,1392	29,0	25,7
	0,2000	0,6586	0,0137	0,006	0,7916	0,0380	6,9	7,0
Сумма	1,0000	1,0000	1,0000		1,0000	1,0000	214,4	184,4

* примечание. В таблице 12.3: x _L - мольный состав исходной смеси; x _{i -} мольный состав жидкой фазы; y _i - мольный состав паровой фазы; x _м - массовый состав жидкой фазы; y _м - массовый состав паровой фазы; P_i - Давление насыщенных паров, Мпа.

12.9.4.1 Низшая теплотворная способность топлива рассчитается по уравнению (9.3.1)

=

=339 ∙ 84+1030 ∙ 12+109 ∙ (3-1)=41054 кДж/кг.

12.9.4.2 Теоретический расход воздуха по уравнению (9.3.4)

= 14 кг/кг.

12.9.4.3 Теоретический объем воздуха по уравнению(9.3.5)

=10,8 м ³ /кг.

12.9.4.4 Состав продуктов горения по уравнениям (9.3.6) – (9.3.10). Принимаем из таблицы 9.3.1 коэффициент избытка воздуха в топке равный 1,4, и определим на выходе из камеры конвекции – 1,5. Принимаем расход форсуночного водяного пара из таблицы 9.3.2, Z _ф =0,4 кг/кг. Результаты расчета количеств компонентов при горении одного килограмма топлива сведены в таблицу 12.9.4.

Таблица 12.4 - количества компонентов горения одного килограмма топлива (N _i), в кмоль/кг

Компоненты	В топке	В камере конвекции
CO2	0,0700	0,0700
SO2	0,0009	0,0009
H2O	0,0822	0,0822
N2	0,5338	0,5719
O2	0,0405	0,0507
SF	0,7275	0,7757

12.5 Коэффициент полезного действия печи и топки, количество топлива рассчитываются по п. 9.3.

Принимаем температуру отходящих дымовых газов на 180 ⁰ выше температуры входящего нагреваемого продукта, тогда t ₂ = 170+180=350 ⁰ С.

Потери тепла с отходящими дымовыми газами определим по уравнению (9.4.3), где средняя молярная теплоемкость компонентов определится по уравнению (9.4.4) при средней температуре от t ₂ до t _в. Результаты расчетов средней молярной теплоемкости компонентов и уходящих дымовых газов сведены в таблицу 12.5.

Таблица 12.5 - Результаты расчетов средней молярной теплоемкости компонентов и уходящих из печи дымовых газов

Компоненты	C pmi, кДж/(кмоль∙град.)	N i ∙C pmi
CO2	40,2	2,81
SO2	43,3	0,04
H2O	35,4	2,91
N2	29,0	16,58
O2	29,9	1,52
Сумма		23,86

= 23,86 ∙ (350-10)=8113 кДж/кг.

Доля тепла, теряемая с уходящими дымовыми газами, определится по уравнению (9.4.2)

= = 0,198.

Коэффициент полезного действия печи определится по уравнению (9.4.1)

=1-(0,198+0+0+0,05)=0,752.

Коэффициент полезного действия топки

=1-(0+0+0,45)=0,955.

Дата добавления: 2015-07-20