Расчет трубчатой печи

содержание 
 

Заключение                                                                                                                                32 

Список  использованных источников                                                                   33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение 

    Трубчатые печи являются ведущей группой огневых  нагревателей на большинстве технологических  установок нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Впервые они предложены русскими инженерами Шуховым и Гавриловым и прежде всего нашли применение на промыслах для деэмульгирования нефтей. В годы Первой Мировой войны трубчатые печи стали применяться на нефтеперегонных заводах, заменив малопроизводительные цилиндрические кубы с низким к. п. д. Первые трубчатые печи были кострового типа с восходящим потоком дымовых газов. В этих печах верхние ряды труб змеевика были недогружены в тепловом отношении, тогда как нижние ряды перегружены и часто прогорали; к. п. д. этих печей также был низок.

         На смену печам кострового  типа пришли печи конвекционные,  в которых змеевик труб отделен от камеры сгорания перевальной стеной. При эксплуатации таких печей были установлены существенные недостатки: высокая температура дымовых газов над перевальной стенкой, оплавление и деформирование кирпичной кладки, прогар труб верхних рядов змеевика. Для снижения температуры в топочной камере применяли рециркуляцию дымовых газов и осуществляли горение топлива с повышенным коэффициентом избытка воздуха. Однако повышенный расход воздуха снижал к. п. д. печей и не уменьшал прогар труб.

         И только экранированием топочной  камеры и увеличением ее объема  были созданы нормальные условия  для работы змеевика. Были созданы нормальные условия для работы змеевика. Были созданы трубчатые печи радиантного типа. В ранних конструкциях таких печей трубы потолочного экрана защищали от сильного воздействия пламени манжетами из огнестойкого материала. Гофрированными чугунными манжетами на конвекционных трубах повышали поверхность нагрева в конвекционной камере печи. В результате экранирования потолка печи усилилась передача тепла радиацией, снизилась температура дымовых газов над перевалом и отпала необходимость в защитных манжетах и рециркуляции дымовых газов. Для максимального использования тепла радиации стали сооружать печи с боковыми, а позже и с подовыми экранами.

         Работа современных трубчатых  печей основывается на принципе  однократного испарения, что обеспечивает либо более глубокий отгон при данной конечной температуре нагрева сырья, либо заданный отгон при более низкой температуре нагрева. Они обладают высокой тепловой эффективностью, так как в дополнение к основной части тепла, передающегося излучением, существенная часть передается конвекцией (до 10 % в камере радиации и до 30 % - в камере конвекции) вследствие сравнительно высокой скорости движения дымовых газов. Помимо этого, современные трубчатые печи являются компактными аппаратами, их коэффициент полезного действия высок, они могут обеспечивать высокую тепловую мощность. Продолжительность пребывания нагреваемого сырья в зоне высоких температур не превышает нескольких минут, что уменьшает возможность его разложения и коксоотложения в трубах, вследствие чего при необходимости сырье можно нагревать до более высокой температуры. Печи удобны в эксплуатации, позволяют осуществить автоматизацию.

         В зоне нагрева трубчатых печей  единовременно находится относительно  небольшое количество нефтепродукта, что снижает пожарную опасность. В случае прогара труб пожар легче устранять. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1  Расчет процесса горения топлива 

    Целью этого этапа расчета является расчет элементарного состава газового топлива, низшей теплотворной способности топлива, количества и состава продуктов сгорания, теплосодержания продуктов сгорания. 

    Низшая  теплотворная способность топлива  определяется по уравнению Менделеева: 

, 

где -    соответственно содержание углерода, водорода, серы и влаги в топливе,                            % масс. 

 кДж/кг. 

    Теоретическое количество воздуха, необходимое для  сгорания 1 кг топлива, кг/кг: 

,

 кг/кг. 

    Фактический расход воздуха, кг/кг: 

,

кг/кг. 

    Количество  продуктов сгорания, образующихся при  сжигании 1 кг топлива, кг/кг: 

, 

где - расход форсуночного пара, кг/кг. 

 кг/кг. 

    Количество  газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива кг/кг:

,

; 

;

; 

;

; 

;

; 

;

. 

Проверка:  

. 

;

                                                                                 G=20.75=m_i

                                         Расчеты  верны.

    Объемный  расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, м³/кг: 

;

 м³/кг. 

    В  разделе проведен расчет низшей теплоты сгорания топлива , а также состав продуктов сгорания. Определено фактическое количество воздуха необходимого для полного сгорания топлива . 

       2  Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива

                                       

         Согласно закону сохранения энергии уравнения теплового баланса для трубчатой печи выглядит так: 

, 

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

Расчет теплового  баланса ведется на 1 кг топлива.

         Статьи расхода тепла: 

, 

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

         Статьи прихода тепла: 

, 

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

         -  соответственно температуры  топлива, воздуха, форсуночного  водяного пара, °С. 

         Явное тепло топлива, воздуха и водяного пара обычно невелико и им часто в технологических расчетах пренебрегают. Однако при анализе способов, способствующих повышению коэффициента полезного действия трубчатой печи, эти статьи прихода тепла необходимо учитывать. 

         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%.

    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.

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

, 

где - температура продуктов сгорания, К;

- средние массовые теплоемкости  продуктов сгорания, . 

; 

 
 

    Расчет  полезной тепловой нагрузки трубчатой  печи: 

, 

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: 

, 

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

         

 кДж/кг. 

    Теплосодержание жидких нефтепродуктов определяется по уравнению: 

;

 кДж/кг; 

;

 кДж/кг; 

           

    Определение полной тепловой нагрузки печи: 

;

 кДж/ч. 

    Часовой расход топлива рассчитывается по формуле: 

;

 кг/ч. 

    В разделе рассчитан коэффициент  полезного действия трубчатой печи , полезная тепловая нагрузка печи =15,2646 Гкал/ч и часовой расход топлива В=1563,62 кг/ч необходимый для работы печи в заданном режиме, с учетом потерь тепла в окружающую среду через неплотности и с уходящими дымовыми газами.

    При расчете тепла, теряемого с уходящими  газами, температура последних принята  на 100 ^оС выше температуры сырья (нефти), поступающей в камеру конвекции t₁=160 ^oC (рекомендуется принимать на (100 150) ^оС выше). При этом возрос коэффициент полезного действия печи, а расход топлива уменьшился, что экономически целесообразно. С другой стороны, получили меньшую  разность температур сырья и дымовых газов в камере конвекции, и, следовательно, возросла поверхность конвекционных труб, т. е. увеличились габариты печи (высота камеры конвекции).