Коэффициент полезного действия трубчатой печи - доля тепла, полезно использованного в печи на нагрев нефтепродукта. При полном сгорании топлива КПД печи зависит от её конструкции, от потерь тепла с уходящими дымовыми газами и через кладку печи, от коэффициента избытка воздуха. Коэффициент полезного действия трубчатых печей обычно колеблется в пределах 0,6-0,8 и определяется по формуле:
,
где η - кпд печи,
- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг,
Тепловые потери через кладку печи составляют 4-8% от рабочей теплоты сгорания топлива.
qпот=0,05· =0,05·47810=2390,5 кДж/кг
Рассчитаем энтальпию сырья, поступающего из колонны К-62 на входе в печь:
- плотность сырья при 20°С , рассчитанная по составу потока: ρ20 = 0,8725 г/см3;
- плотность сырья при 15°С:
ρ15 = ρ20 + 5α,
где α - поправочный коэффициент, α = 0,000673;
ρ15 = 0,8759 г/см3;
- температура сырья на входе:
Тс = tс + 273 = 506 К;
- энтальпия сырья на входе:
IT = 519,85 кДж/кг
- энтальпия сырья на выходе, температура сырья а выходе 515 К:
IT = 543,7 кДж/кг
Рассчитаем энтальпию сырья, поступающего из колонны К-52 на входе в печь:
- плотность сырья при 20°С , рассчитанная по составу потока: ρ20 = 0,8703 г/см3;
- плотность сырья при 15°С:
ρ15 = ρ20 + 5α,
где α - поправочный коэффициент, α = 0,000673;
ρ15 = 0,8737 г/см3;
- температура сырья на входе:
Тс = tс + 273 = 530 К;
- энтальпия сырья на входе:
IT = 582,27 кДж/кг
- энтальпия сырья на выходе, температура сырья на выходе 535 К:
IT = 601,93 кДж/кг
Рассчитаем среднюю теплоемкость и энтальпию дымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре перевала 750°С ( 1023 К):
- теплоемкости дымовых газов при tп:
Ср (СО2) = 1,185 кДж/кг*К
Ср (Н2О) = 2,1145 кДж/кг*К
Ср (О2) = 1,03 кДж/кг*К
Ср (N2 ) = 1,115 кДж/кг*К
- средняя теплоемкость дымовых газов при температуре перевала:
= 26,35 кДж/кг*К
- энтальпия дымовых газов при температуре перевала:
qT = Cср tп,
q1223 = 26956,05кДж/кг.
Принимаем температуру уходящих газов на 100-150° С больше температуры входа сырья: tух = 333°С (606 К). Рассчитаем энтальпию уходящих газов при этой температуре:
- теплоемкости дымовых газов при tух [11]:
Ср (СО2) = 0,961 кДж/кг*К
Ср (Н2О) = 1,921 кДж/кг*К
Ср (О2) = 0,955 кДж/кг*К
Ср (N2 ) = 1,054 кДж/кг*К
- энтальпия уходящих газов:
qух = Σ Cp I ∙ mi ∙ tk,
qух = 13174,44 кДж/кг.
Таким образом, η - кпд печи равно
η =1-(2390,5+13174,44)/47810 = 0,674
Расход топлива (В, кг/ч) в печи вычисляется по формуле:
В = Qпол/Qрн ×h
В = 33494400/47810×0,674 = 1039 кг/ч
Расчет радиантных камер
Тепловая напряженность в радиантной и конвективной камерах не известна, поэтому задаемся условием (исходя из эмпирических данных), что 77% тепла передается в радиантной камере и 23% - в конвективной.
Тепло, передаваемое в камере радиации:
Qр = 0,77Qпр = 25790688кДж/ч.
Тепло, передаваемое в камере конвекции:
Qk = Qпр - Qр = 7703712кДж/ч.
Полезное количество тепла:
Qпол = Qр + Qk = 33494400 кДж/ч.
Плоская поверхность, эквивалентная поверхности радиатных труб для одного ряда:
Н = 2* Нр/π = 463,104 м2
Фактор формы, учитывающий неравномерность облучения поверхности труб и их затенение друг другом определяется по графику Хоттеля [7]:
К = 0,9.
Эффективная лучевоспринимающая поверхность:
Hл = H ∙ K = 416,8 м2.
Задаемся степенью экранирования кладки φ = 0,5 и рассчитываем суммарную неэкранированную поверхность кладки:
F = (1/φ - 1)·Нл = (1/0,5 -1)416,8 = 416,8м2
Максимальная расчетная температура горения вычисляется при средней теплоемкости продуктов горения:
tмакс = t0 + (Qрн ×hТ)/Cp ,
где ×hТ – КПД топки –принимаем 0,95.
tмакс = 20 + (47810 × 0,95)/26,35 = 1743,70С
Тмакс. = 2016,7 К
Значение эквивалентной абсолютно черной поверхности HS определяется, если известны степень черноты экрана εH и кладки εF, которые могут быть приняты равными 0,9 [1], а степень черноты поглощаемой среды εV вычисляют по уравнению, где α - коэффициент избытка воздуха:
εV = 2/(1+2,15 ·α)
εV = 0,473.
Функция y(t), используемая в формуле, в среднем равна 0,85[1]. Коэффициент b вычисляем по уравнению:
β =1/[1+ εV /(1- εV) ·εH ·ψ(t)]
b = 0,45.
Таким образом:
Нs = εV / φ(Т) · (εH · Нл + β · εF · F)
Hs = 302,678 м2
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи к радиантным трубам. Для этого задаемся средней температурой наружной поверхности радиантных труб (с последующей проверкой): tcт = 250°С (523 К). Коэффициент теплоотдачи:
ак = 2,1 
= 2,1 
= 9,93 Вт/(м2 ·°С)
Величина температурной поправки теплопередачи в топке:
∆T = ак · Hр.тр·(tмакс – tст) – σ·Hs·t0·10-8 / B*Cp+ак· Hр.тр= 323,6 K,
где σ - постоянная Стефана-Больцмана, σ = 5,67 Вт/(м2 ∙ К4);
Для расчета температуры на перевале необходимо вычислить характеристику излучения bS и аргумент излучения x:
Х= [10·HsCs/(BCp+ак·Нр)]· [ (tмакс – t0)/1000)3]
x = 2,407;
βs = 1/(0,25+[0,1875+(0,141+x)0,5]0,5) = 0,63
Тогда расчетная температура перевала tпр составит:
Тп = bs · ( tмакс – t0) = 0,63 · (2016,7 – 323,6) = 1066,65 К = 793,65°С
Невязка по температуре перевала:
Δt = 5,5 %
Коэффициент прямой отдачи:
m = ( tмакс – tп) / ( tмакс – t0) = 0,55
Количество тепла, полученного радиантными трубами:
Qр=В·Qрн·ηт·μ= 25954973 кДж/ч = 7209714 Вт
Невязка по количеству тепла:
Δ = 0,63%
Теплонапряженность радиантных труб:
qр.тр=Qр/Нр.тр=7209714/727,07= 9916,12 Вт/м2
Полезная поверхность одной трубы:
Fтр=π d l = 3,14· 14,6 · 0,152 = 5,05 м2
Число труб:
n = Нр.тр/ Fтр= 727,07 / 5,05 = 143,97 = 144 шт.
Дата: 2019-12-10, просмотров: 235.
