Технология пиролиза углеводородного сырья в трубчатых печах (стр. 8 из 15)

,

где W_ф – расход форсуночного пара;

кг/кг.

Количество газов, образующихся при сгорании 1кг топлива:

кг/кг;

кг/кг;

кг/кг;

кг/кг;

Проверка осуществляется, исходя из условия:

;

2,656 + 2,480 + 0,207 + 14,385 = 19,731,

19,728 » 19,731.

Расчет теплосодержания продуктов сгорания

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

,

где Т – температура продуктов сгорания, К;

C_i – средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг×К (их значения находим методом интерполяции [12, табл.2]);

Расчет теплосодержания уходящих из печи дымовых газов

Температура уходящих из печи дымовых газов t_ух = 350^оС. Теплоемкости продуктов сгорания при этой температуре приведены в таблице 4.10.

Таблица 4.10 - Массовые теплоемкости продуктов сгорания при 350 ^оС

Компонент	CО2	Н2О	О2	N2
Сi, кДж/кг	0,964	1,935	0,9577	1,045

кДж/кг.

КПД печи. Полная тепловая нагрузка печи. Расход топлива

Коэффициент полезного действия печи определяется по формуле:

,

где q_пот – потери тепла в окружающую среду, кДж/кг; q_пот примем равными 7% от рабочей теплоты сгорания топлива, в том числе, в камере радиации 5%, в камере конвекции 2%.

Полная тепловая нагрузка печи, кДж/ч:

Расход топлива, кг/ч:

.

4.2.5 Тепловой баланс печи

Зная q_ух и qпот можно определить тепло уходящих из печи дымовых газов Q_ух и теплопотери Q_пот:

Q_ух = q_ух×B = 7906,41×828,67 = 6,551×10⁶ кДж/ч

Q_пот = q_пот×B = 52952,13×0,07×828,67 = 3,072×10⁶ кДж/ч

Дополним тепловой баланс этими слагаемыми:

Q_с + Q_Т = Q_р + Q_пир + Q_ух + Q_пот.

Тепловой баланс печи с учетом тепла уходящих из печи дымовых газов и теплопотерь приведен в таблице 4.11.

Таблица 4.11 - Тепловой баланс печи

Приход			Расход
Поток	106 кДж/ч	%	Поток	106 кДж/ч	%
1.Qс	17,944	100	1.Qр	13,249	100
2.QТ, в т.ч.:QполQухQпот	43,8834,2576,5513,672	10078,0714,937,00	2.Qпир	38,952	100
			3.Qух	6,551	100
			4.Qпот	3,072	100
Итого	61,824	61,824

Определение температуры дымовых газов, покидающих радиантную камеру

Из уравнения теплового баланса топки:

,

где h_Т – кпд топки;

T_п – температура перевала, температура дымовых газов, покидающих радиантную камеру

Температура перевала определяется итерационным методом

Примем T_п = 1273 К. Массовые теплоемкости продуктов сгорания при 1273 К приведены в таблице 4.12.

Таблица 4.12 - Массовые теплоемкости продуктов сгорания при 1273 К

Компонент	CО2	Н2О	О2	N2
Сi, кДж/кг	1,122	2,137	1,035	1,1076

Теплосодержание дымовых газов при 1273К, кДж/кг:

24073,33 » 24426,80, D=1,4%

Принято T_п = 1273К.

4.2.6 Тепловой баланс реактора

Тепло, затрачиваемое на пиролиз всего сырья, кДж/ч:

Q^¢_Т = Q_Т×n,

где n – число печей,

Q^¢_Т = 43,88×10⁶×2 = 87,76×10⁶.

Тепловой баланс реактора приведен в таблице 19.

Таблица 4.13 - Тепловой баланс реактора

Приход			Расход
Поток	106 кДж/ч	%	Поток	106 кДж/ч	%
1.Qс	35,888	100	1.Qр	26,498	100
2.QТ, в т.ч.:QполQухQпот	87,7668,51413,0227,344	10078,0714,937,00	2.Qпир	77,904	100
			3.Qух	13,022	100
			4.Qпот	6,144	100
Итого	124,018	124,018

4.3 Расчет основного оборудования

4.3.1 Расчет для действующего типа змеевика

Определение размеров реакционного змеевика печи

Камера радиации

Количество потоков: n = 2;

Размер труб, мм: 140х8;

Количество труб: Np = 40;

Поверхность нагрева радиационных труб: H_p = 193 м².

Теплонапряженность поверхности нагрева радиационных труб, кВт/м²

.

Рабочая длина одной трубы, м

,

где d_н – наружный диаметр радиационных труб,

.

Общая рабочая длина труб, м

Общая рабочая длина труб в одном потоке, м

Реакционный объем змеевика, м³

,

где d_в – внутренний диаметр радиационных труб, м

.

Камера конвекции

Количество потоков: n = 2;

Размер труб, мм: 114х10;

Принимаются трубы конической формы для уменьшения забивки вследствие коксования. Расчет ведется по среднему диаметру

Рабочая длина одной трубы, м: l_p = 11,0

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению:

,

где K – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту, Вт/м^2оС;

Dt_ср – средняя разность температур.

Средняя разность температур определяется по формуле:

,

где

, – соответственно большая и меньшая разности температур;

;

;

.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции определяется по уравнению:

, 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:

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: Е = 19,15 [2, табл.4];

d – наружный диаметр труб:

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 S₁ – расстояние между осями этих труб: S₁ = 0,230 м при d_в = 0,112 м [9, табл.4];

n = 4 – число труб в одном горизонтальном ряду;

а - характерный размер для камеры конвекции:

.