Печь перегрева водяного пара на установке производства стирола предназначена для повышения температуры насыщенного водяного пара до необходимой по технологии величины.
Источником теплоты является реакция окисления (горения) первичного топлива. Образующиеся при горении дымовые газы отдают свою теплоту в радиационной, а затем конвективной камерах сырьевому потоку (водяному пару). Перегретый водяной пар поступает к потребителю, а продукты сгорания покидают печь, имея достаточно высокую температуру (450-5000С).
Для повышения эффективности использования теплоты первичного топлива на выходе из печи установлена утилизационная установка, состоящая из котла-утилизатора, воздухоподогревателя и КТАНа.
Теплоносителем в КУ являются дымовые газы, покинувшие печь. В результате протекания процесса теплообмена в котле-утилизаторе температура дымовых газов снижается от t´1 до t´2. Питательная вода поступает в КУ с блока водоподготовки, пройдя необходимую очистку от солей жесткости и деарацию. На выходе из котла-утилизатора образуется водяной пар (нас.). Параметры работы КУ выбираются таким образом, чтобы температура полученного пара соответствовала температуре входа в печь, так как образовавшийся поток вводится в основной поток, поступающий с ТЭЦ. За КУ установлен воздухоподогреватель, служащий для подогрева воздуха, подаваемого в топку для обеспечения процесса горения.
После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается от t3 до температуры t4. Съем теплоты дымовых газов осуществляется двумя раздельными потоками воды. Один поток поступает в непосредственный контакт, а другой через стенку змеевика.
Перемещение продуктов сгорания осуществляется за счет дымососа, а воздуха – за счет работы вентилятора.
Температура водяного пара: t1-на входе в печь; t2-на выходе из печи.
Температура дымовых газов: tух - на выходе из печи; t1'- на входе в КУ; t2'- на выходе из КУ; t3’ - на входе в ВП; t4’-на выходе из ВП; t5’- на входе в скруббер; t6’- на выходе из скруббера.
Технологический расчет печи
Подготовка исходных данных по топливному газу и водяному пару
4.1.1. 
4.1.2. 
4.1.3. Молекулярная масса смеси газов в топливе:
Массовая доля газов в топливе:
; 
,
, 
, 
.
4.1.4. Удельная газовая постоянная для каждого из газов в смеси: 
.
,
4.1.5. Плотность топливного газа при н.у. и при рабочих условиях:
4.1.6. Удельный объем топливного газа:
.
4.1.7. Парциальное давление газов в смеси: 
4.1.8. Определение свойств водяного пара
Известно, что:
производительность печи по водяному пару G=4,5 кг/с,
давление пера на входе Р1=1.0 МПа ≈ 10 бар = 9,87ат,
температура пара на входе в печь t1=179ºС,
температура пара на выходе из печи t2=730ºС.
По таблице [1] определяем свойства кипящей воды и сухого насыщенного пара
Таблица 1
| t,ºC | Р=10 bar | ||
| 730 | ts=1790C | ||
|
| v′′=0,1980 |
| |
|
| h′′=2775,25 |
| |
|
| s′′=6,5990 |
| |
| v | h | s | |
| 0,4709 | 3988,61 | 8,3446 | |
Изменение энтальпии: 
Н – изменение энтальпии, приходящееся на 4,5кг.
Изменение энтропии: 
Расчётным методом определим энтальпию перегретого пара и сравним её значение с табличным.
Ошибка по энтальпии: 
Ошибка по температуре кипения: 
Изменение внутренней энергии: 
, 
Рассчитанные по полиномиальным уравнениям:
4.2. Расчет процесса горения в печи
4.2.1. Определение основных характеристик топлива:
Значения 
взяты из таблицы 1.
Таблица 1
Низшая теплота сгорания топлива
| Компонент |
|
| СН4 | 35.84 |
| С2Н6 | 63.8 |
| С3Н8 | 91,32 |
| С4Н10 | 118.73 |
| С5Н12 | 146.1 |
| СО2 | 12.65 |
, МДж/м3
4.2.2. Элементарный состав топлива определяем по формулам:
4.2.3. Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания единицы количества топлива 
, кг/кг, вычисляется по формуле:
, где:
α=1,16 – коэффициент избытка воздуха.
4.2.4. Количество продуктов сгорания:
или 
.
Рассчитаем объем продуктов сгорания 
, а также содержание каждого компонента в массовых ( 
) и объемных ( 
) долях по формулам:
, 
,
, 
Результаты расчетов представлены в таблице 2.
Таблица 2
| Наименование | CO2 | H2O | N2 | O2 | Σ |
| масса i-го комп. кг/кг | 1,5253 | 0,9259 | 7,8828 | 0,3093 | 10,64 |
| масс. %, | 14,3312 | 8,6991 | 74,0635 | 2,9061 | 100 |
| объем i-го комп., м3/кг | 0,7763 | 1,1512 | 6,3032 | 0,2165 | 8,4473 |
| объем. %, | 9,1905 | 13,6281 | 74,6181 | 2,5632 | 100 |
4.2.4. Рассчитаем энтальпию продуктов сгорания:
, где:
t – температура, К,
- теплоемкость i-го компонента, кДж/(кг٠К),
mi – масса i-го компонента, кг/кг
Результаты расчетов приведены в таблице 3.
Таблица 3
| t, 0C | T, K | ct , п.с., кДж/(кг٠К) | Ht , п.с., кДж/кг |
| 0 | 273 | 11,4391 | 0,0000 |
| 100 | 373 | 11,5414 | 1154,1390 |
| 200 | 473 | 11,6559 | 2331,1712 |
| 300 | 573 | 11,7946 | 3538,3688 |
| 400 | 673 | 11,9381 | 4775,2492 |
| 500 | 773 | 12,0820 | 5404,5230 |
| 600 | 873 | 12,2349 | 6040,9895 |
| 700 | 973 | 12,3919 | 7340,9414 |
| 800 | 1073 | 12,5416 | 8674,3359 |
| 1000 | 1273 | 12,8120 | 10033,2439 |
| 1500 | 1773 | 13,8046 | 12812,0027 |
Построим график зависимости H t, п.с. = f(t):
Рис. 2. График зависимости H t, п.с. = f(t).
4.3 Тепловой баланс печи, определение КПД печи и расхода топлива.
4.3.1. Полезная тепловая нагрузка печи 
, Вт:
,
где 
, 
.
4.3.2. КПД печи:
, где:
– потери в окружающую среду,
при 
,
– низшая теплота сгорания топлива.
КПД топки: 
.
4.3.3. Расход топлива:
4.3.4. Расчет радиантной камеры:
, где: 
– энтальпия дымовых газов при температуре перевала печи tп = 852,30С.
Проверим распределение нагрузки в печи: 
, т.е. условия соблюдены.
4.3.5. Тепловая нагрузка конвекционной камеры:
4.3.6. Энтальпия водяного пара на входе в радиантную камеру:
При давлении Р1 = 9,87 атм значение температуры водяного пара на входе в радиантную секцию tk =3150C.
4.3.7. Температура экрана в рассчитываемой печи:
4.3.8. Максимальная температура горения топлива:
,
где 
– удельная теплоемкость при температуре перевала.
4.3.9. Для tп и tmax по графикам определяем теплонапряженность абсолютно черной поверхности qs:
Таблица 4
| q, 0C | 200 | 400 | 600 |
| qs, Вт/м2 | 178571,43 | 150000 | 117857,14 |
Определяем теплонапряженность при q = 542,50С: qs = 127098,21 Вт/м2.
Таким образом, полный тепловой поток, внесенный в топку:
4.3.10. Эквивалентная абсолютно черной поверхность равна:
.
4.3.11. Принимаем степень экранирования кладки y = 0,45; для a=1,05 примем 
.
Эквивалентная плоская поверхность: 
.
Диаметр радиантных труб 
, диаметр конвекционных труб 
.
Принимаем однорядное размещение труб и шаг между ними 
.
Для этих значений фактор формы К= 0,87.
4.3.12. Величина заэкранированности кладки: 
.
4.3.13. Поверхность нагрева радиантных труб: 
Таким образом, выбираем печь 
.
Характеристика печи:
Таблица 5
| Шифр | 
|
| Поверхность камеры радиации, м2 | 180 |
| Поверхность камеры конвекции, м2 | 180 |
| Рабочая длина печи, м | 9 |
| Ширина камеры радиации, м | 1,2 |
| Способ сжигания топлива | Беспламенное горение |
Длина 
.
Число труб в камере радиации: 
.
Теплонапряженность радиантных труб: 
.
Число конвективных труб: 
.
Располагаем трубы в шахматном порядке по 3 в одном горизонтальном ряду, шаг между трубами 
.
4.3.14. Средняя разность температур: 
4.3.15. Коэффициент теплопередачи:
4.3.16. Теплонапряженность поверхности конвективных труб:
.
Дата: 2019-07-24, просмотров: 195.
