Поверочный расчет печи П-101/1,2, колонны К-62 и Т-64

     Массовый  состав дымовых газов:

    m(СО₂)=0,0367·С=0,0367·72,21=2,6501(кг/кг)

    m(Н₂О)=0,09·Н=0,09·23,95=2,1555(кг/кг)

    m(О₂)=0,232·L₀·(α -1)=0,232·16,5669·(1,19-1)=0,7303(кг/кг)

    m(N₂)=0,768·L₀·α+0,01·N=(0,768·16,5669·1,19)+(0,01·3,84)=15,307(кг/кг)

      Общее количество продуктов сгорания:

    

=2,6501+2,1555+0,7303+15,307=20,8429 (кг/кг) 

      Объемный состав продуктов сгорания:

    

     Суммарный объем дымовых газов:

     Плотность дымовых газов при нормальных условиях:

     

2.2.2 Расчёт КПД печи, тепловой нагрузки и расхода топлива

    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.

    q_пот=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:

Т_с = t_с + 273 = 506 К;                                               

     - энтальпия сырья на входе:

     I_T = 519,85 кДж/кг

     - энтальпия сырья на выходе, температура сырья а выходе 515 К:

     I_T = 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:

Т_с = t_с + 273 = 530 К;                                               

     - энтальпия сырья на входе:

     I_T = 582,27 кДж/кг

     - энтальпия сырья на выходе, температура сырья на выходе 535 К:

     I_T = 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 t_п:

     С_р (СО₂) = 1,185 кДж/кг*К

     С_р (Н₂О) = 2,1145 кДж/кг*К

     С_р (О₂) = 1,03 кДж/кг*К

     С_р (N₂ ) = 1,115 кДж/кг*К

     - средняя теплоемкость дымовых газов при температуре перевала:

= 26,35 кДж/кг*К

     - энтальпия дымовых газов при температуре перевала:

q_T = C_ср t_п,                                                      

q₁₂₂₃ = 26956,05кДж/кг.

     Принимаем температуру уходящих газов на 100-150° С больше температуры входа сырья: t_ух = 333°С (606 К). Рассчитаем энтальпию уходящих газов при этой температуре:

     - теплоемкости дымовых газов при t_ух [11]:

     С_р (СО₂) = 0,961 кДж/кг*К

     С_р (Н₂О) = 1,921 кДж/кг*К

     С_р (О₂) = 0,955 кДж/кг*К

     С_р (N₂ ) = 1,054 кДж/кг*К

     - энтальпия уходящих газов:

q_ух = Σ C_{p I} ∙ m_i ∙ t_k,                                               

q_ух = 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 = Q_пол/Q_р^н ×h                                      

     В = 33494400/47810×0,674 = 1039 кг/ч

     2.2.3 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:

Q_р = 0,77Q_пр = 25790688кДж/ч.                 

     Тепло, передаваемое в камере конвекции:

Q_k = Q_пр - Q_р = 7703712кДж/ч.              

     Полезное  количество тепла:

Q_пол = Q_р + Q_k = 33494400 кДж/ч.                             

     Плоская поверхность, эквивалентная поверхности  радиатных труб для одного ряда:

Н = 2* Н_р/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:

H_л = H ∙ K = 416,8 м².                                          

     Задаемся  степенью экранирования кладки φ = 0,5 и рассчитываем суммарную неэкранированную поверхность кладки:

       F = (1/φ - 1)·Н_л = (1/0,5 -1)416,8 = 416,8м²   

     Максимальная  расчетная температура горения  вычисляется при средней теплоемкости продуктов горения:

                              t_макс = t₀ + (Q_р^н ×h_Т)/C_p ,   

    где ×h_Т – КПД топки –принимаем 0,95.

    t_макс = 20 + (47810 × 0,95)/26,35 = 1743,7⁰С

                                                Т_макс. = 2016,7 К

    Значение  эквивалентной абсолютно черной поверхности H_S определяется, если известны степень черноты экрана ε_H и кладки ε_F, которые могут быть приняты равными 0,9 [1], а степень черноты поглощаемой среды ε_V вычисляют по уравнению, где α - коэффициент избытка воздуха:

ε_V = 2/(1+2,15 ·α)

ε_V = 0,473.

     Функция y(t), используемая в формуле, в среднем равна 0,85[1]. Коэффициент b вычисляем по уравнению:

     β =1/[1+ ε_V /(1- ε_V) ·ε_H ·ψ(t)]

b = 0,45.

     Таким образом:

Н_s = ε_V / φ(Т) · (ε_H · Н_л + β · ε_F · F)

H_s = 302,678 м²

     Рассчитаем  коэффициент теплоотдачи к радиантным трубам. Для этого задаемся средней температурой наружной поверхности радиантных труб (с последующей проверкой): t_cт = 250°С (523 К). Коэффициент теплоотдачи:

     а_к = 2,1 = 2,1 = 9,93 Вт/(м² ·°С)

     Величина  температурной поправки теплопередачи в топке:

    ∆T = а_к · H_р.тр·(t_макс – t_ст) – σ·H_s·t₀·10^-8 / B*C_p+а_к· H_р.тр= 323,6 K,

    где σ - постоянная Стефана-Больцмана, σ = 5,67 Вт/(м² ∙ К⁴);

Для расчета  температуры на перевале необходимо вычислить характеристику излучения b_S и аргумент излучения x:

Х= [10·H_sC_s/(BC_p+а_к·Н_р)]· [ (t_макс – t₀)/1000)³]

x = 2,407;

β_s = 1/(0,25+[0,1875+(0,141+x)^0,5]^0,5) = 0,63

     Тогда расчетная температура перевала t_пр составит:

Т_п = b_s · ( t_макс – t₀) = 0,63 · (2016,7 – 323,6) = 1066,65 К = 793,65°С

     Невязка по температуре перевала:

Δt = 5,5 %

     Коэффициент прямой отдачи:

m = ( t_макс – t_п) / ( t_макс – t₀) = 0,55

     Количество  тепла, полученного радиантными  трубами:

Q_р=В·Q_р^н·η_т·μ= 25954973 кДж/ч = 7209714 Вт

     Невязка по количеству тепла:

Δ = 0,63%

     Теплонапряженность  радиантных труб:

     q_р.тр=Q_р/Н_р.тр=7209714/727,07= 9916,12 Вт/м²

    Полезная  поверхность одной трубы:

F_тр=π d l = 3,14· 14,6 · 0,152 = 5,05 м²

    Число труб:

n = Н_р.тр/ F_тр= 727,07 / 5,05 = 143,97 = 144 шт.

    2.2.4 Расчёт конвекционной части печи