Технологический расчет трубчатой печи (стр. 5 из 7)

t_к– 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 t_к:

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.

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 t_ср – 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 t_ср; принимаем Е = 21,248 [2, табл.4];

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);

l_р – рабочая длина конвекционных труб; l_р = 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.

Рис.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: Н_к = 622,63 м²;

2) определили значение средней теплонапряженности конвекционных труб, оно составило Q_нк = 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.

2.7 Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

Цель расчета: определение общего гидравлического сопротивления змеевика печи или давления сырья на входе в змеевик.

Давление сырья на входе в печь складывается из следующих составляющих:

где Р_к, DР_и, DР_н, DР_к, DР_ст. – соответственно давление сырья на выходе из змеевика печи; потери напора: на участке испарения, на участке нагрева радиантных труб, в конвекционных трубах; статический напор.

Значение Р_к известно из исходных данных:

Р_к = Р_вых. = 1,5 ата = 1,5×10⁵ Па = 0,15 МПа.

Остальные слагаемые необходимо рассчитать.

Расчет начинается с определения потерь напора на участке испарения:

где Р_н – давление в начале участка испарения, которое, в свою очередь, рассчитывается методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение Бакланова:

где А и В – расчетные коэффициенты.

;

где l, L₁,

, d_вн, е, r_п – соответственно коэффициент гидравлического сопротивления (для атмосферных печей l = 0,02¸0,024 [2, с.56]), секундный расход сырья по одному потоку, плотность сырья при средней температуре на участке испарения t_ср.и., внутренний диаметр труб, доля отгона сырья на выходе из змеевика, средняя плотность паров при давлении 9,1 Па (при нагреве нефти 1/r_п = 3500);

кг/с;

l_и – длина участка испарения:

где

– соответственно теплосодержание парожидкостной смеси на выходе из змеевика, сырья на выходе из камеры конвекции, сырья при температуре начала испарения t_н;

;

кДж/кг;

l_рад. – эквивалентная длина радиантных труб:

где l_р – рабочая длина одной трубы; l_р = 18 м (см. табл.2);

l_э – эквивалентная длина печного двойника (ретурбента), зависящая от наружного диаметра трубы d:

м;

n_р – число радиантных труб, приходящихся на один поток:

где n = 2 – число потоков;

N_р – общее число радиантных труб:

шт.;

Рис.5. График зависимости Р_н = f(t_н), построенный на основании данных по однократному испарению продукта.

м.

Начинаем расчет давления в начале участка испарения Р_н методом итераций.

Предварительно задаемся значением Р_н, принимаем Р_н = 8 ата = 0,8 МПа, и по зависимости Р_н = f(t_н) (рис.5) находим температуру начала испарения продукта t_н, соответствующую этому давлению: t_н = 260 ⁰С.