Расчет трубчатой печи

   содержание 

             Заключение                                                                                                       34

       Список использованных источников                                                               36  

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

           
 
 
 

Введение 

    В последние годы трубчатые печи получили широкое распространение во всех наиболее развитых промышленных странах, так как быстрое развитие химической и особенно нефтяной и нефтехимической промышленности требует увеличения дешевых тепловых агрегатов для специальных технологических процессов.

    Трубчатые печи используются при необходимости  нагрева среды до температур более высоких, чем те, которых можно достичь с помощью пара, т. е. примерно свыше 230^оС. Несмотря на сравнительно большие первоначальные затраты, стоимость тепла, отданного среде при правильно спроектированной печи, дешевле, чем при всех других способах нагрева до высоких температур.

    Трубчатые печи различаются по технологическим, теплотехническим, конструктивным и другим признакам.

    Одним из основных классификационных признаков  промышленных трубчатых печей является их целевая принадлежность — использование в условиях определенной технологической установки. Так, большая группа печей, применяемых в качестве нагревателей сырья, характеризуется высокой производительностью и умеренными температурами нагрева (300—500^СС) углеводородных сред (установки AT, АBT, вторичная перегонка бензина, ГФУ). Другая группа печей многих нефтехимических производств одновременно с нагревом и перегревом сырья используется в качестве реакторов. Их рабочие условия отличаются параметрами высокотемпературного процесса деструкции углеводородного сырья и невысокой массовой скоростью (установки пиролиза, конверсии углеводородных газов и др.).

    Большинство применяемых трубчатых печей  радиантно-конвекционные. Они состоят  из радиационной камеры, где сжигается топливо, и тепло к трубчатым сырьевым змеевикам передается, главным образом, излучением от пламени и раскаленных поверхностей огнеупорной футеровки, и конвекционной камеры, куда поступают продукты сгорания топлива из камеры радиации. В камере конвекции тепло к сырью передается в основном конвекцией и частично излучением трехатомных компонентов дымовых газов.  

    Нагреваемое углеводородное сырье проходит последовательно сначала по змеевикам камеры конвекции, а затем направляется в змеевики камеры радиации. При таком противоточном движении сырья и продуктов сгорания топлива наиболее полно используется тепло, полученное при его сжигании.

    В качестве топлива могут применяться  продукты отходов различных технологических процессов, в результате чего не только используется тепло, получаемое при их сжигании, но часто устраняются и затруднения, связанные с обезвреживанием этих отходов.

    В химической и нефтяной промышленности трубчатые печи применяются   в   основном   при  следующих   операциях:

    а)  при нагревании технологических жидкостей или газов (нагрев и вакуумная перегонка, перегрев пара и т. п.);

    

    б) при нагревании или выпаривании веществ, служащих для переноса тепла, например, минеральных масел, неорганических солей, даутермов и др.;

    в) для сообщения реакционного тепла эндотермическим реакциям путем прямого нагрева реакционного пространства (термический крекинг, пиролиз бензинов, пиролиз этан-пропаноной смеси, коксование и др.) или перегревом веществ, поступающих в реактор адиабатического типа (производство стирола, дегидрогенизация бутенов, риформинг бензинов и т. п.).

    Коэффициент полезного действия современных печей колеблется от 70 до 80% и в некоторых случаях достигает 88%. 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.

      Существует много типов печей  — конвективных, радиационных и радиационно-конвективных — однако создание новых специализированных и экономичных печей является по-прежнему актуальной и важной задачей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Исходные  данные

 

Производительность  печи по сырью, т/сутки                                              3400

Начальная температура  сырья, °С                                                                   130

Конечная температура  сырья, °С                                                                     355

Массовая доля отгона сырья                                                                            0,39

Давление сырья  на выходе из змеевика печи, атм.                                        2,40

Относительная плотность сырья                                                                       0,9

Относительная плотность сконденсированных паров                                    0,8

Коэффициент избытка  воздуха                                                                        1,08

Состав топлива, % масс

                                             C                                                                               76,2094

                                             H                                                                               23,7906

                                             O                                                                                0

                                              S                                                                                0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        2 Расчетная часть

2.1. 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.

    Определение элементарного состава газового топлива:

    содержание  углерода                 (1)

    содержание  водорода   (2)

    содержание  кислорода   (3)

    содержание  азота   (4)

    содержание  серы   (5)

    где n_Ci, n_Hi, n_Oi, n_Ni, n_Si – соответственно число атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы в молекулах газовых компонентов топлива.

    х_i – концентрация газовых компонентов в топливе, %масс.;

    M_i – молекулярная масса компонентов топлива;

    k – число компонентов в топливе;

    С,H,O,N,S – соответственно содержание углерода, водорода, кислорода, азота, серы, %масс.

    

    

Низшая теплотворная способность топлива определяется по уравнению Менделеева, кДж/кг:

                                   ,                        (6)

       где – содержание влаги в топливе, % масс.

      кДж/кг. 

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

           ,             (7)

      кг/кг.

    Фактический расход воздуха, кг/кг:

           ,                                         (8)

     кг/кг.

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

           , (9)

      где - расход форсуночного пара, кг/кг,

      кг/кг.

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

           , (10) 

      кг/кг;

           ; (11) 

      кг/кг;

           ; (12) 

      кг/кг;

           ; (13)

      кг/кг;

           ; (14)

     кг/кг.

    Проверка:

           . (15)

                                                 кг/кг;

                                                 G=19.3296 кг/кг.

                   Проверка показала, что все произведенные расчеты верны.

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

           ; (16)

      м³/кг. 

                  

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

     _{,              (17)}

    _{где Т – температура  продуктов сгорания, К;}

    С_со, C_{н о}, C_о, C_N, C_SO  - средние массоые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг*К. 
 

    Таким образом, в разделе был проведен расчет:

    -  низшей теплоты сгорания топлива ;

    - состав продуктов сгорания;

    - фактическое количество воздуха необходимого для полного сгорания топлива L=18.3296 кг/кг.

    - количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива.

    

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

   

2.2  Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного

     действия и расхода  топлива 

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