Выбор типоразмера трубчатой печи
Цель: подобрать печь, удовлетворяющую исходным данным и рассчитанным ранее параметрам, и ознакомиться с ее характеристиками и конструкцией.
Выбор типоразмера трубчатой печи осуществляем по каталогу [4] в зависимости от ее назначения, теплопроизводительности и вида используемого топлива.
В нашем случае назначение печи – нагрев и частичное испарение нефти, теплопроизводительность Qт составляет 36,44 МВт, а топливом является мазут. Исходя из этих условий, выбираем трубчатую печь на комбинированном топливе (мазут + газ) СКГ1 
.
Таблица 2. Техническая характеристика печи СКГ1 .
| Показатель | Значение |
| Радиантные трубы: поверхность нагрева, м2 рабочая длина, м | 730 18 |
| Количество средних секций n | 7 |
| Теплопроизводительность , МВт (Гкал/ч) | 39,5 (34,1) |
| Допускаемая теплонапряженность радиантных труб, кВт/м2 (Мкал/м2×ч) | 40,6 (35) |
| Габаритные размеры (с площадками для обслуживания), м: длина L ширина высота | 24,44 6 22 |
| Масса, т: металла печи (без змеевика) футеровки | 113,8 197 |
Печи типа СКГ1 – это печи свободного вертикальнофакельного сжигания 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 настенным.
|
|
|
Так как в печи сжигается комбинированное топливо, на печи предусмотрен газосборник, через который газы сгорания отводятся в отдельно стоящую дымовую трубу.
Обслуживание горелок производится с одной стороны печи, благодаря чему на общем фундаменте можно установить рядом две однокамерные печи, соединенные лестничной площадкой, и таким образом образовать как бы двухкамерную печь.
Конструкция печи типа СКГ1 показана на рисунке 2.
1 – лестничные площадки; 2 – змеевик;
3 – каркас;
4 – футеровка;
5 – горелки.
Рисунок 2. Трубчатая печь типа СКГ1
Вывод: при выборе типоразмера печи учитывалось условие наибольшего приближения, т.е. из всех типоразмеров с теплопроизводительностью, большей расчетной, выбирали тот, у которого она минимальна (с небольшим запасом).
Упрощенный расчет камеры радиации
Цель этого этапа расчета: определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.
Температуру продуктов сгорания, покидающих топку, находим методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение:
|
|
|
,
где qр и qрк – теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, ккал/м2×ч;
Hр – поверхность нагрева радиантных труб, м2 (см. табл.2);
Hр /Hs – отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива; принимаем Hр /Hs = 3,05 [2, с.17];
q – средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;
Y – коэффициент, для топок со свободным факелом Y = 1,2 [2, с.42];
Сs = 4,96 ккал/м2×ч×К – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.
Суть расчета методом итераций заключается в том, что мы задаемся температурой продуктов сгорания Тп, которая находится в пределах 1000¸1200 К, и при этой температуре определяем все параметры, входящие в уравнение для расчета Тп. Далее по этому уравнению вычисляется Тп и сравнивается полученное значение с ранее принятым. Если они не совпадают, то расчет возобновляется с принятием Тп, равной рассчитанной в предыдущей итерации. Расчет продолжается до тех пор, пока заданное и рассчитанное значения Тп не совпадут с достаточной точностью.
Для первой итерации принимаем Тп = 1000 К.
Средние массовые теплоемкости газов при данной температуре, кДж/кг×К:
|
|
|
; 
;
; 
; 
.
Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Тп = 1000 К:
;
кДж/кг.
Максимальная температура продуктов сгорания определяется по формуле:
,
где Т0 – приведенная температура продуктов сгорания; Т0 = 313 К;
hт = 0,96 – к.п.д. топки;
К.
Средние массовые теплоемкости газов при температуре Тmax, кДж/кг×К:
; 
;
; 
; 
.
Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Тmах:
;
кДж/кг.
Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Тух.:
кДж/кг.
Коэффициент прямой отдачи:
.
Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб:
ккал/м2×ч.
Температура наружной стенки экрана вычисляется по формуле:
,
где a 2 = 600¸1000 ккал/м2×ч×К – коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту; принимаем a 2 = 800 ккал/м2×ч×К;
d – толщина стенки трубы, d = 0,008 м (2, табл.5);
l = 30 ккал/м×ч×К – коэффициент теплопроводности стенки трубы;
dзол. /l зол. – отношение толщины к коэффициенту теплопроводности зольных отложений; для жидких топлив dзол. /l зол. = 0,002 м2×ч×К/ккал (2, с.43);
0С – средняя температура нагреваемого продукта;
К.
Теплонапряженность поверхности радиантных труб, приходящаяся на долю свободной конвекции:
|
|
|
;
ккал/м2×ч.
Итак, температура продуктов сгорания, покидающих топку:
К.
Как видим, рассчитанная Тп не совпадает со значением, принятым в начале расчета, следовательно расчет повторяем, принимая Тп = 1062,47 К.
Результаты расчетов представлены в виде таблицы 3.
Таблица 3 – Результаты расчета теплового баланса
| № итерации | I,
| Тmах, К | Imax,
| m |  ,
| q, К |  ,
| Тп, К |
| 2 | 16978,0 | 2197,5 | 45574,6 | 0,6952 | 24467,9 | 599,1 | 3870,3 | 1038,43 |
| 3 | 16415,4 | 2202,7 | 45712,2 | 0,7108 | 25016,9 | 601,0 | 3601,1 | 1046,12 |
| 4 | 16638,2 | 2200,7 | 45658,0 | 0,7046 | 24798,7 | 600,2 | 3707,5 | 1045,81 |
Рассчитываем количество тепла, переданное продукту в камере радиации:
;
кДж/ч.
I – сырье (ввод);
II – сырье (выход);
III – продукты сгорания топлива;
IV - топливо и воздух.
Рисунок 3. Схема камеры радиации трубчатой печи:
Выводы: 1) рассчитали температуру продуктов сгорания, покидающих топку, при помощи метода последовательного приближения; ее значение Тп = 1045,81 К;
2) фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб при этом составила qр = 24798,7 ккал/м2×ч;
3) сравнивая полученное значение фактической теплонапряженности с допускаемым для данной печи qдоп.= 35 Мкал/м2×ч (см. таблицу 2), можно сказать, что наша печь работает с недогрузкой.
Расчет диаметра печных труб
Цель этапа: по результатам расчета выбрать стандартные размеры труб (диаметр, толщину и шаг).
Объемный расход нагреваемого продукта рассчитывается по формуле:
,
где Gс – производительность печи по сырью, т/сут.;
rt – плотность продукта при средней температуре, кг/м3;
,
где a - температурная поправка;
;
кг/м3.
Подставляя, получим:
м3/с.
Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:
,
где n = 2 – число потоков;
W – допустимая линейная скорость продукта, W = 2 м/с [2, с.19];
dвн – расчетный внутренний диаметр трубы, м.
Из этого уравнения находим:
м.
Из стандартных значений выбираем диаметр трубы 
м.
Таблица 4. Характеристики печных труб и фитингов
| Диаметр трубы, м | Толщина стенки трубы, м | Шаг между осями труб, м | |
| Фитинги | Ретурбенты | ||
| 0,152 | 0,008 | 0,275 | 0,301 |
Определяем фактическую линейную скорость нагреваемого продукта:
м/с.
Вывод: на данном этапе расчета вычислили диаметр печных труб, по нему выбрали стандартный диаметр, толщину и шаг труб, и, исходя из стандартного диаметра, рассчитали фактическую линейную скорость нагреваемого продукта.
Расчет камеры конвекции
Цель данного этапа: расчет поверхности конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции.
Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению:
,
где Qк – количество тепла, воспринятое конвекционными трубами;
K – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту;
Dtср – средняя разность температур.
кДж/ч.
Средняя разность температур определяется по формуле:
,
где 
, 
– соответственно большая и меньшая разности температур;
tк – температура продукта на выходе из камеры конвекции, которая находится путем решения квадратичного уравнения вида:
,
где а = 0,000405; b = 0,403; с – соответственно коэффициенты уравнения.
Коэффициент с вычисляется следующим образом:
,
где 
– теплосодержание продукта при температуре tк:
кДж/кг;
.
Решению квадратичного уравнения удовлетворяет только значение одного корня, так как второй корень, принимающий отрицательное значение, не имеет физического смысла:
0С.
Находим большую, меньшую и среднюю разности температур:
0С;
0С;
0С.
Коэффициент теплопередачи в камере конвекции определяется уравнением:
,
где a1, a к, a р – соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов.
a р определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:
,
где tср – средняя температура дымовых газов в камере конвекции:
К;
Вт/м2×град.
a к определяется следующим образом:
,
где Е – коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого определяем методом линейной интерполяции, используя табличные данные зависимости его от tср; принимаем Е = 21,248;
d – наружный диаметр труб:
м;
U – массовая скорость движения газов, определяемая по формуле:
,
где В – часовой расход топлива, кг/ч;
G – количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг;
f – свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции:
,
где n = 2 – число труб в одном горизонтальном ряду;
S1 – расстояние между осями этих труб; S1 = 0,275 м (см. табл.4);
lр – рабочая длина конвекционных труб; lр = 18 м (см. табл.2);
а - характерный размер для камеры конвекции:
м.
м2.
Рассчитываем массовую скорость движения газов:
кг/м2×с.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией:
Вт/м2×град.
Коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту:
Вт/м2×град.
Рисунок 4. Схема расположения
Таким образом, поверхность конвекционных труб:
м2.
Определяем число труб в камере конвекции:
шт.
Число труб по вертикали:
шт.
Высота пучка труб в камере конвекции определяется по формуле:
, труб в камере конвекции.
где S2 – расстояние между горизонтальными рядами труб:
м;
м.
Рассчитаем среднюю теплонапряженность конвекционных труб:
Вт/м2.
Выводы: 1) рассчитали поверхность нагрева конвекционных труб, получив следующий результат: Нк = 622,63 м2;
2) определили значение средней теплонапряженности конвекционных труб, оно составило Qнк = 14874,2 Вт/м2, что несколько выше допустимого значения (13956 Вт/м2), а значит камера конвекции работает с высокой эффективностью, но может быть нарушена нормальная работа печи (например, прогар труб); чтобы уменьшить теплонапряженность, можно увеличить поверхность конвекционных труб, т.е. увеличить их количество.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 235; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!