Технологический расчет трубчатой печи (стр. 3 из 7)
2.2 Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива
Цель этапа: кроме к.п.д. и расхода топлива рассчитать теплопроизводительность трубчатой печи (полную тепловую нагрузку), значение которой необходимо для выбора ее типоразмера.
Уравнение теплового баланса для трубчатой печи выглядит так:
Расчет теплового баланса ведется на 1 кг топлива.
Статьи расхода тепла:
,где qпол., qух., qпот. – соответственно полезно воспринятое в печи сырьем, теряемое с уходящими из печи дымовыми газами, теряемое в окружающую среду, кДж/кг.
Статьи прихода тепла:
,где Cт, Cв, Cф.п. – соответственно теплоемкости топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, кДж/кг;
tт, tв, tф.п. – температуры топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, 0С.
Явное тепло топлива, воздуха и водяного пара обычно невелико и ими часто в технических расчетах пренебрегают.
Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:
,а
или
,откуда 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 qпот. принимаем 6 % (0,06 в долях) от низшей теплотворной способности топлива, т.е.
, откуда 
кДж/кг.Температура уходящих дымовых газов определяется равенством:
, 0С,где t1 – температура нагреваемого продукта на входе в печь, 0С;
Dt – разность температур теплоносителей на входе сырья в змеевик камеры конвекции; принимаем Dt = 130 0С;
0С (533 К).При этой температуре определяем потери тепла с уходящими газами:
кДж/кг. 
кДж/кг.Итак, определяем к.п.д. печи:
.Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи производим по формуле:
,где
– производительность печи по сырью, кг/ч; 
, 
, 
– соответственно теплосодержания паровой и жидкой фазы при температуре t2, жидкой фазы (сырья) при температуре t1, кДж/кг;e – доля отгона сырья на выходе из змеевика трубчатой печи.
Теплосодержание паров нефтепродуктов определяется по уравнению:
,где
– относительная плотность; для конденсированных паров = 0,8; 
кДж/кг.Уравнение для расчета теплосодержания жидких нефтепродуктов имеет вид:
,где относительная плотность нефти
= 0,9; 
кДж/кг; 
кДж/кг.Рассчитываем полезную тепловую нагрузку печи:
.Определяем полную тепловую нагрузку печи:
= 36,44 МВт.Часовой расход топлива:
кг/ч.Выводы: 1) расчеты данного этапа показали, что коэффициент полезного действия нашей печи h = 0,82, т.е. довольно высокий, т.к. для трубчатых печей значение к.п.д. находится в пределах от 0,65 до 0,85 [1, с.439];
2) полная тепловая нагрузка печи составила 36,44 МВт.
2.3 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, м2рабочая длина, м | 73018 |
| 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 Lширинавысота | 24,44622 |
| Масса, т:металла печи (без змеевика)футеровки | 113,8197 |
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 рис.2.
Рис.2. Трубчатая печь типа СКГ1:
1 – лестничные площадки; 2 – змеевик; 3 – каркас; 4 – футеровка; 5 – горелки.
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).
2.4 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.