Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива

2.2 Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в печи (полезная тепловая нагрузка):

где G - количество перегреваемого водяного пара в единицу времени, кг/с;

H_вп1 и Н_вп2 - энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно, кДж/кг;

Вт.

Принимаем температуру уходящих дымовых газов равной 320 °С (593 К). Потери тепла излучением в окружающую среду составят 10 %, причем 9 % из них теряется в радиантной камере, а 1 % - в конвекционной. КПД топки η_т = 0,95.

Потерями тепла от химического недожога, а также количеством теплоты поступающего топлива и воздуха пренебрегаем.

Определим КПД печи:

где Н_ух - энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь, t_ух; температура уходящих дымовых газов принимается обычно на 100 - 150 °С выше начальной температуры сырья на входе в печь; q_пот - потери тепла излучением в окружающую среду, % или доли от Q_пол;

Расход топлива, кг/с:

 кг/с.

 

2.3 Расчет радиантной камеры и камеры конвекции

Задаемся температурой дымовых газов на перевале: t_п = 750 - 850 °С, принимаем

t_п = 800 °С (1073 К). Энтальпия продуктов сгорания при температуре на перевале

 

H_п = 21171,8 кДж/кг.

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в радиантных трубах:

где Н_п - энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов па перевале, кДж/кг;

η_т - коэффициент полезного действия топки; рекомендуется принимать его равным 0,95 - 0,98;

 Вт.

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в конвекционных трубах:

 Вт.

Энтальпия водяного пара на входе в радиантную секцию составит:

 кДж/кг.

Принимаем величину потерь давления в конвекционной камере ∆P_к = 0,1 МПа, тогда:

 

P_к = P - P_к,

P_к = 1,2 – 0,1 = 1,1 МПа.

Температура входа водяного пара в радиантную секцию t_к = 294 °С, тогда средняя температура наружной поверхности радиантных труб составит:

где Δt - разность между температурой наружной поверхности радиантных труб и температурой водяного пара (сырья), нагреваемого в трубах; Δt = 20 - 60 °С;

К.

Максимальная расчетная температура горения:

где t_o - приведенная температура исходной смеси топлива и воздуха; принимается равной температуре воздуха, подаваемого на горение;

с_п.с. - удельная теплоемкость продуктов сгорания при температуре t_п;

°С.

При t_max = 1772,8 °С и t_п = 800 °С теплонапряженность абсолютно черной поверхности q_s для различных температур наружной поверхности радиантных труб имеет следующие значения:

Θ, °С 200 400 600

q_s, Вт/м² 1,50 ∙ 10⁵ 1,30 ∙ 10⁵ 0,70 ∙ 10⁵

Строим вспомогательный график (рис. 2) см. Приложение, по которому находим теплонапряженность при Θ = 527 °С: q_s = 0,95 ∙ 10⁵ Вт/м².

Рассчитываем полный тепловой поток, внесенный в топку:

 Вт.

Предварительное значение площади эквивалентной абсолютно черной поверхности:

 м².

Принимаем степень экранирования кладки Ψ = 0,45 и для α = 1,25 находим, что

 

H_s/H_л = 0,73.

Величина эквивалентной плоской поверхности:

 м².

Принимаем однорядное размещение труб и шаг между ними:

 

S = 2d_н = 2 ∙ 0,152 = 0,304 м. Для этих значений фактор формы К = 0,87.

Величина заэкранированной поверхности кладки:

 м².

Поверхность нагрева радиантных труб:

 м².

Выбираем печь ББ2, ее параметры:

поверхность камеры радиации, м² 180

поверхность камеры конвекции, м² 180

рабочая длина печи, м 9

ширина камеры радиации, м 1,2

исполнение б

способ сжигания топлива беспламенное

горение

диаметр труб камеры радиации, мм 152×6

диаметр труб камеры конвекции, мм 114×6

Число труб в камере радиации:

где d_н - наружный диаметр труб в камере радиации, м;

l_пол - полезная длина радиантных труб, омываемая потоком дымовых газов, м,

 

l_пол = 9 – 0,42 = 8,2 м,

.

Теплонапряженность поверхности радиантных труб:

 Вт/м².

Определяем число труб камеры конвекции:

Располагаем их в шахматном порядке по 3 в одном горизонтальном ряду. Шаг между трубами S = 1,7d_н = 0,19 м.

Средняя разность температур определяем по формуле:

°С.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции:

 Вт/(м² ∙ К).

Теплонапряженность поверхности конвекционных труб определяем по формуле:

 Вт/м².