Базовый этап технологического расчета трубчатой печи

         Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде: 

,

или

, 

откуда определяется 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 составляют 3-8%. Принимаем потери тепла в окружающую среду 5%.

    Температура уходящих дымовых газов, °С: 

,  

где - температура нагреваемого продукта на входе в печь,  °С

    - разность температур теплоносителей  на входе сырья в змеевик  камеры конвекции,  °С. 

°С. 

    При естественной тяге в печи  не должна быть меньше 250 °С, что мы и получили  = 285 °С.

    Теперь, зная температуру уходящих дымовых  газов, рассчитаем продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре : 

, 

где - температура продуктов сгорания, К;

- средние массовые теплоемкости  продуктов сгорания, , [4, табл. ХХVΙΙ с.528].

  С помощью  интерполяции рассчитаем массовые теплоемкости продуктов сгорания при = 300 °С , в справочнике даны мольные теплоемкости газов, нужно перевести  их в массовые, разделив данные значения на молярные массы продуктов сгорания:

  С_CO2 =

+ ; 

    С_H2O =

+ ; 

  С_O2 =

+ ; 

  С_N2 =

+ ; 

             С_SO2 =

+ . 

  Поэтому теплосодержание продуктов сгорание будет равно: 

      Коэффициент полезного действия трубчатой печи:

;

     Для трубчатых печей значение коэффициента полезного действия находится в пределах от 0,65 до 0,85. Полученное значение  ή = 0,82 удовлетворяет данному пределу. 

    Расчет  полезной тепловой нагрузки трубчатой  печи: 

, 

где - производительность печи по сырью, кг/ч;

G = 3200 т/сутки =

, , - соответственно теплосодержание паровой и жидкой фазы при температуре , жидкой фазы (сырья) при температуре ,  кДж/кг; 

             - доля отгона сырья на выходе  из змеевика трубчатой печи. 

    Теплосодержание паров нефтепродуктов определяется по уравнению, кДж/кг: 

; 

    Теплосодержание жидких нефтепродуктов определяется по уравнению, кДж/кг: 

,

где - температура, при которой определяется теплосодержание нагреваемого продукта, °С. 

         

 кДж/кг. 

 кДж/кг; 

 кДж/кг; 

           кДж/ч,(20,71*10⁶ ккал/ч) 

    Определение полной тепловой нагрузки печи, кДж/ч:

;

 кДж/ч,(25,26*10⁶ ккал/ч) 

    Часовой расход топлива рассчитывается по формуле, кг/ч:

;

 кг/ч. 

    Во втором пункте данной работы был произведен расчет коэффициента полезного действия трубчатой печи 2, полезная тепловая нагрузка печи =20,71*10⁶ ккал/ч и часовой расход топлива В=2102,4 кг/ч.

     Коэффициент полезного действия удовлетворяет пределу значений КПД для    трубчатых печей (от 0,65 до 0,85).

     Обычно  температуру уходящих из печи дымовых  газов рекомендуется принимать на 100-150°С выше температуры сырья, поступающего в конвекционную часть печи. В данной работе температура уходящих газов на 150°С выше и равна = 285 °С. Данная температура выше 250 °С, что обеспечивает нормальную работу печи.

     Разность  температуры сырья, поступающего в  камеру конвекции намного больше температуры отходящих дымовых  газов, -t = 285-135=150°С, это способствует более эффективной передаче тепла в камере конвекции и, следовательно, требуется меньшая поверхность конвекционных труб. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Выбор типоразмера трубчатой печи 

         Выбор типоразмера трубчатой  печи осуществляется по каталогу  [3] в зависимости от ее теплопроизводительности, назначения и вида топлива. Так как в данной работе топливо газообразное, теплопроизводительность печи =20,71*10⁶ ккал/ч, то выбираем печь типа Б( узкокамерная с беспламенным сжиганием газового топлива, нижним отводом дымовых газов и горизонтальным расположением труб змеевика). По таблице «Техническая характеристика трубчатых печей Б» выбираем печь ББ2 .

             Техническая характеристика печи типа ББ2 : 

 
 
 

     При выборе типоразмера трубной печи выбрали по ГОСТу более высокую  теплопроизводительность  =22,5*10⁶ ккал/ч, чем было рассчитано( =20,71*10⁶ ккал/ч). То есть, остается на запас.

     Для трубной печи типа ББ2 по каталогу [ ] выберем горелку. Так как выбранная печь работает только на газовом топливе, то горелку соответственно выбираем газовую. Беспламенная панельная горелка типа ГПБш( ТУ 26-02-921-83) предназначены для сжигания газообразного топлива постоянного состава, не содержащего конденсата, механических примесей и сернистых соединений. 
 

     Техническая характеристика горелки ГБПш-280: 

Тепловая мощность, ккал/ч                                                                                       280000  

Код ОКП                                                                                                                     36 8941 006 

Давление перед горелкой:

   мазута  и пара, МПа (кгс/см² )                                                                             0,001 – 0,25  

                                                                                                                                   (0,01 – 2,5)

                

Диаметр смесителя, мм                                                                                              70 

Трубки:

    Диаметр*  толщина, мм                                                                                           10*14

    Количество                                                                                                              196 

Шаг между трубками, мм                                                                                           35,7*36,7    

Габаритные размеры,мм 

   L                                                                                                                                850 

  B                                                                                                                                500 

Масса, кг                                                                                                                    36,5 
 
 

      Типоразмер  горелки выбрали в соответствии с заданной мощностью из каталога, [ ].

Количество горелок  определяем разделив полезную тепловую мощность трубчатой печи на теплопроизводительность одной горелки:  n = =  = 74 шт.  
 

6.  Расчет диаметра печных труб 

         На данном этапе по результатам расчета выбираются стандартные размеры труб (диаметр, толщина и шаг). При этом используется следующий алгоритм расчета.

         Определяется объемный расход  нагреваемого продукта:  

, 

                 где G_с– производительность печи по сырью, т/сут;

                 - плотность продукта при средней температуре t_ср, кг/м³.

     Пересчет  относительной плотности от одной  температуры к другой производится по формуле:

     

,

     где  - температурная(средняя) поправка на один градус 

     

 

,

         t_ср  рассчитываем как средне арифметическую:

         t_ср =

,

         t_ср = 

= 242,5

. 

                  Объемный расход нагреваемого продукта:

. 

    Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением: 

, 

    где n – число потоков, число потоков принимаем равным  n=2, поскольку в данном типе печи две камеры радиации;

W – допустимая линейная скорость продукта, м/с,

d_вн – расчетный внутренний диаметр трубы, м. 

    При нагреве нефти линейную скорость можно принять в пределах  ,(из лекций по процессам и аппаратам). Принимаем линейную скорость нефти