Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива

2.2 Расчет коэффициента полезного действия печи, тепловой нагрузки и расхода топлива

Коэффициент полезного действия трубчатой печи:

,

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 q_пот. принимаем 6 % (0,06 в долях) от низшей теплотворной способности топлива, т.е. .

Температура уходящих дымовых газов определяется равенством:

, К,

где Т₁ – температура нагреваемого продукта на входе в печь, К;

DТ – разность температур теплоносителей на входе сырья в змеевик камеры конвекции; принимаем DТ = 120 К;

 К.

При этой температуре определяем потери тепла с уходящими газами:

кДж/кг.

Итак, определяем к.п.д. печи:

.

Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи производим по формуле:

,

где  – производительность печи по сырью, кг/ч;

, ,  – соответственно теплосодержания паровой и жидкой фазы при температуре Т₂, жидкой фазы (сырья) при температуре Т₁, кДж/кг;

e – доля отгона сырья на выходе из змеевика трубчатой печи.

Теплосодержание паров нефтепродуктов определяется по таблицам приложения [2]:

 кДж/кг.

Теплосодержаниt жидких нефтепродуктов определяется по таблицам приложения [2]:

 кДж/кг;

 кДж/кг.

Рассчитываем полезную тепловую нагрузку печи:

 .

Определяем полную тепловую нагрузку печи:

 = 21956 кВт.

Часовой расход топлива:

 кг/ч.

2.3 Расчет поверхности нагрева радиантных труб и размеров камеры радиации

Поверхность нагрева радиантных труб:

, м²,

где  - количество тепла, переданного нефти в камере радиации, кВт;

- теплонапряжение радиантных труб, кВт/м².

Количество тепла, переданное в камере радиации:

,

где  - кпд топки;

- энтальпия дымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре Тп, кДж/кг топлива.

Примем Тп=1100 К и по диаграмме определяем  кДж/кг топлива.

Ранее было принято, что потери тепла в окружающую среду составляют 6%. Пусть 4% из них составляют потери в топке. Тогда:

.

и  кДж/ч или 14512 кВт.

Примем теплонапряжение радиантных труб 67 кВт/м².

, м².

Выбираем трубы диаметром 127х8 мм с полезной длиной l_тр=9,5 м. число радиантных труб:

.

Принимаем печь беспламенного горения с двухрядным экраном двухстроннего облучения, с горизонтальным шахматным расположением труб и двумя нижними конвекционными секциями.

По существующим нормам принимаем шаг размещения экранных труб S=0,25 м, расстояние между вертикальными рядами радиантных труб S₁=0,215 м. расстояние от излучающих стен до экрана принимаем α_т=1 м [2].

Высота радиантной камеры:

, м

где  - число труб в одном вертикальном ряду,

 - расстояние от верхней и нижней труб вертикального ряда до пола и потолка соответственно, 0,25 м.

 м.

Ширина радиантной камеры:

 м.

Объем камеры радиации:

 м³.

Теплонапряжение топочного объема:

 кВт/м³.

Для обеспечения равномерного нагрева каждой трубы экрана по окружности и по длине принимаем для проектируемой печи газовые горелки ВНИИНефтехиммаша типа ГБП2а теплопроизводительностью =69,78 кВт.

Количество горелок:

.

Принимаем для каждой из двух излучающих стен топки по 160 горелок: 20 горелок по длине, 8 по высоте. Размер горелки 0,5х0,5 м, поэтому площадь излучающей стены печи:

R=(0,5·20)(0,5·8)=40 м^2,

А двух стен 80 м².

3. Эксергетический и тепловой баланс печи

3.1 Эксергетический баланс печи

,

где  – эксергия исходного топлива, кДж/кг;

 – эксергия атмосферного воздуха, кДж/кг;

–эксергия продуктов сгорания, кДж/кг;

,

где Т₀ – температура окружающего воздуха, К;

Т_к – температура горения, определяется по диаграмме температура – энтальпия, К:

кДж/кг

 – потери эксергии в окружающую среду, кДж/кг:

кДж/кг

 - потери эксергии вследствие необратимости процесса горения, кДж/кг, вычисляется из эксергетического баланса.

Эксергетический КПД печи:

.

Эксергетическая диаграмма представлена на рис. 2.3.

Рис. 2.2 – Эксергетическая диаграмма

3.2 Тепловой баланс печи

Уравнение теплового баланса для трубчатой печи выглядит так:

Расчет теплового баланса ведется на 1 кг топлива.

Статьи расхода тепла:

,

где q_пол., q_ух., q_пот. – соответственно полезно воспринятое в печи сырьем, теряемое с уходящими из печи дымовыми газами, теряемое в окружающую среду, кДж/кг.

Статьи прихода тепла:

,

где C_т, C_в, C_ф.п. – соответственно теплоемкости топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, кДж/кг;

T_т, T_в, T_ф.п. – температуры топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, К.

Явное тепло топлива, воздуха и водяного пара обычно невелико и ими часто в технических расчетах пренебрегают.

Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:

,

,

,

кДж/кг.

Диаграмма тепловых потоков представлена на рис. 2.3.

Рис. 2.3 – Тепловая диаграмма

Список использованных источников

1 Латыпов Р.Ш., Шарафиев Р.Ф. Техническая термодинамика и энерготехнология химических производств. – М.: Энергоатомиздат. – 1995. – 344 с.

2 Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Ленинград.: Химия. – 1974. – 344 с.