Расчет трубчатой печи

           , (17)

        где , - статьи прихода и расхода тепла соответственно, кДж/кг.

    Расчет  теплового баланса ведется на 1 кг топлива.

         Статьи расхода тепла:

           , (18)

      где , , - соответственно полезно воспринятое в печи сырьем, теряемое с   уходящими из печи  дымовыми газами, теряемое в окружающую среду тепло, кДж/кг.

         Статьи прихода тепла:

           , (19)

      где - теплоемкости топлива, воздуха, форсуночного водяного пара соответственно, кДж/кг;

      -  температуры топлива, воздуха, форсуночного водяного пара соответственно,°С. Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:                                                                                                                          (20)

                                    (21)

                            

                                                                                                                                (22)

откуда определяется коэффициент полезного действия трубчатой печи:

           ,  (23)

      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%.

    Температура уходящих дымовых газов, °С:

           ,   (24)

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

     - разность температур теплоносителей на входе сырья в змеевик камеры

конвекции,  °С.

    

°С

    

К.

    При естественной тяге в печи  не должна быть меньше 250 °С.

    Расчет  продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре производится по формуле:

           , (25)

где - температура продуктов сгорания, К;

      - средние массовые теплоемкости продуктов сгорания,

      .

     . 
Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи:

           , (26)

где - производительность печи по сырью, кг/ч;

      , , -  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:

           , (27)

где - температура, при которой определяется теплосодержание нагреваемого

          продукта, °С.

 кДж/кг.

Теплосодержание жидких нефтепродуктов определяется по уравнению:

           ; (28)

 кДж/кг;

           ; (29)

 кДж/кг;

    

кДж/ч.

    Определение полной тепловой нагрузки печи:

       ; (30)

 кДж/ч.=27,6046 Гкал/ч.

    Часовой расход топлива рассчитывается по формуле:

       ; (31)

 кг/ч.

    Таким образом, были рассчитаны:

    - коэффициент полезного действия трубчатой печи ,

    

    - полезная тепловая нагрузка печи =98698180,3680 кДж/ч

    - часовой расход топлива В=2295,5179 кг/ч необходимый для работы печи в

    заданном  режиме, с учетом потерь тепла в  окружающую среду через 

    неплотности и с уходящими дымовыми газами. 
 

     Коэффициент полезного  действия удовлетворяет пределу значений КПД для    трубчатых печей (от 0,65 до 0,86).

     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 140°С выше и равна = 270 °С. Данная температура выше 250 °С, что обеспечивает нормальную работу печи.

     Разность  температуры сырья, поступающего в  камеру конвекции намного больше температуры отходящих дымовых газов, это способствует более эффективной передаче тепла в камере конвекции и, следовательно, требуется меньшая поверхность конвекционных труб. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3 Выбор типоразмера трубчатой печи и горелки 

    Выбор типоразмера трубчатой печи осуществляется по каталогу [3] в зависимости от ее назначения, теплопроизводительности, вида топлива.

    Так как из задания известно, что топливом является газ, а в ходе расчетов стала известна теплопроизводительность Q_т =27,6046 Гкал/ч, то по каталогу выбираем печь типа СКГ1_. 615/15,5

    Печь  — свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного топлива, коробчатая, с горизонтальным расположением труб змеевика в одной камере радиации. Горелки типа  ГГМ-5 или ГП расположены в один ряд в поду печи. На каждой боковой стороне камеры радиации установлены однорядные настенные трубные экраны, которые облучаются рядом вертикальных факелов. Трубный экран может быть однорядным   и   двухрядным стенным.

    

     При изменении теплопроизводительности горелок практически не меняется характер эпюры подводимых тепловых потоков на трубный экран.

    Так как в печи сжигается комбинированное  топливо, на печи предусмотрен газосборник, через который газы сгорания отводятся в отдельно стоящую дымовую трубу.

       Таблица 1 – Техническая характеристика печи типа  СКГ1

       В соответствии с сжигаемым топливом – газ, подбираем по каталогу [5] горелку ГГМ-5 (ТУ 26-02-68-78).

                                          

    Краткая характеристика горелки ГГМ-5 

    Предназначена для раздельного и совместного сжигания жидкого и газообразного топлива в трубчатых печах типов СКГ1, СКВ и СЦВ4 со свободным факелом при поступлении воздуха, необходимого для сгорания топлива, инжекцией активными газовыми и парожидкостными струями, а также за счет разрежения в топочном пространстве печи. 

    Газовая горелка расположена на внешней  части корпуса горелки. Представляет собой систему, состоящую из газового кольцевого коллектора, на верхней дисковой части которого имеются 16 резьбовых отверстий для установки газовых сопл с паронитовыми прокладками. Соосно с соплами на расстоянии 60 мм от коллектора расположены 16 газовых инжекционных смесителей, соединенных сваркой с корпусом и наружной обечайкой. Газовая часть горелки имеет автономный регулятор воздуха.   

    Таблица 2 – Техническая характеристика горелки ГГМ-5

     

    Число горелок, шт:

    n= шт 
 
 
 
 
 
 
 

                            
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.4 Упрощенный расчет камеры радиации

                           

  Трубчатая печь имеет камеры радиации и конвекции. В камере радиации (топочная камера), где сжигается топливо, размещена радиантная поверхность (экран), поглощающая тепло в основном за счет радиации.

      В камере конвекции расположены трубы, воспринимающие тепло главным образом путем конвекции — при соприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева.

      Сырье последовательно проходит  через конвекционные и радиантные трубы и поглощает тепло; обычно радиантная поверхность воспринимает большую часть тепла, выделяемого при сгорании топлива.

      Упрощенный расчет камеры радиации заключается в определении температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.

    Температуру продуктов сгорания ( ) находят методом итераций, используя уравнение

    

                

                  (32) 

    где - теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, кДж/м²ч; 

              - отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива;  [2], стр.469.

     - средняя температура наружной  стенки радиантных труб, К;

     - коэффициент для топок со  свободным факелом  [1];

     - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, [1]

    Алгоритм  расчета температуры продуктов  сгорания методом итераций:

1. Пусть температура продуктов сгорания К.
2. Определение теплоемкостей при выбранной температуре дымовых газов:

 

        Таблица 3 – Зависимость средней массовой темпоемкости газов при 

                              постоянном давлении с_Р [кДж/кг∙К] от абсолютной           

                              температуры Т=1100К