Поверочный расчет печи П-101 1,2, колонны К-62 и Т-64 (стр. 3 из 5)

– мольная (объемная) доля компонента топлива.

M_m= 16,914 г/моль

Тогда плотность газа:

ρ_Т= 0,752 г\л

Рассчитываем элементарный состав топлива:

где C, H, N – объемное (мольное) процентное содержание атомов углерода, водорода, серы и азота в топливном газе соответственно;

– число атомов соответственно в молекулах отдельных компонентов, входящих в состав топливного газа.

С = 72,21%; Н = 23,95%; N = 3,84%

С + Н + N = 100%

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива:

L_o = 16,5669 кг/кг

Объемный расход воздуха, необходимый для сжигания 1 кг топлива:

V_o = 12,8213 м³/кг

Действительный расход воздуха:

где

– коэффициент избытка воздуха (принимаем 1,19 согласно данным по технологическим показателям работы трубчатых печей)

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 сгораниятоплива.

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 = ΣC_pI∙ 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= 25954973кДж/ч = 7209714 Вт

Невязка по количеству тепла:

Δ = 0,63%

Теплонапряженность радиантных труб:

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