Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшегообразования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Курсовой проект

на тему: «Технологический расчет трубчатой печи»

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

Сахаутдинов Р.А.,

студент гр. БТПи-15-03

Уфа - 2018

• Содержание

топливо трубчатый печь дымовой

• Введение
• 1. Исходные данные
• 2. Расчетная часть
• 2.1 Расчет процесса горения топлива
• 2.3 Выбор типоразмера трубчатой печи и горелки
• 2.4 Упрощенный расчет камеры радиации
• 2.5 Расчет диаметра печных труб
• 2.6 Расчет камеры конвекции
• 2.7 Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи
• 2.8 Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы
• Заключение
• Список использованной литературы
• Приложение



Введение

В большинстве процессов нефтеперерабатывающей промышленности используется нагрев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспортировка.

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30% общего расхода материалов на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы таких аппаратов, а также освоению их расчета необходимо уделять особое внимание.

Трубчатая печь является аппаратом, предназначенным для передачи нагреваемому продукту тепла, выделяющегося при сжигании топлива непосредственно в этом же аппарате.

Трубчатые печи широко распространены в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностях, они являются составной частью многих установок и применяются в различных технологических процесса, таких как перегонка и риформинг, гидроочистка и др.

Трубчатые печи получили широкое распространение благодаря своим особенностям. Их работа основывается на принципе однократного испарения, что обеспечивает либо более глубокое при данной температуре нагрев сырья, либо заданный отгон при более низкой температуре нагрева.

Трубчатая печь имеет две камеры: радиации и конвекции. В камере радиации, где сжигается топливо, размещена радиантная поверхность. Тепло поглощается в основном за счет радиации. В камере конвекции расположены трубы, воспринимающие тепло, главным образом, за счет конвекции _ при соприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева.

Если тепло дымовых газов может быть использовано для иных целей, например, для подогрева воздуха или для производства водяного пара, то либо наличие конвекционной поверхности не является обязательным, либо размеры этой поверхности могут быть существенно уменьшены. При небольшой производительности иногда применяют печи без конвекционной поверхности, более простые в конструктивном отношении, но обладающие невысоким коэффициентом полезного действия.



1. Исходные данные

Производительность печи по сырью, т/сутки	3500
Начальная температура сырья, оС	145
Конечная температура сырья, оС	390
Массовая доля отгона сырья	0,37
Давление сырья на выходе из змеевика печи, атм.	2,55
Относительная плотность сырья	0,9
Относительнаяплотность сконденсированных паров	0,8
Коэффициент избытка воздуха	1,07
Состав топлива,% масс
СН4	72,9
С2Н6	10,1
С3Н8	3,2
С4Н10	3,5
C5H12	2,9
CO2	7,4



2. Расчетная часть

2.1 Расчет процесса горения топлива

Целью этого этапа расчета является расчет низшей теплотворной способности топлива, количества и состава продуктов сгорания, теплосодержания продуктов сгорания.

Рассчитаем элементарный состав газового топлива, низшую теплотворную способность топлива, количество и состав продуктов сгорания, теплосодержание продуктов сгорания.

1) Определим элементарный состав газового топлива:

Содержание углерода

С=12 ,

Где n_Ci_ число атомов углерода в молекулах компонентов газового топлива;

xi - концентрация компонентов в топливе,% масс;

M_i_ молекулярные массы компонентов газового топлива, г/моль.

k - число компонентов в топливе;

С _ содержание углерода,% масс.

С=12 + + + + + ) =72,7% масс

Содержание водорода

H=,

Где n_Hi_ число атомов водорода в молекулах компонентов газового топлива;

xi - концентрация газовых компонентов топливе,% масс;

M_i_ молекулярные массы компонентов топлива;

k - число компонентов в топливе;

H_ содержание водорода,% масс.

H= ( + + + ++) = 21,9% масс

Содержание кислорода

O=16()=5,4

Cделаем проверку: 72,7 + 21,9+5,4 =100% масс.

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

, (1)

где W_ содержание влаги в топливе,% масс.

.

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

(2)

.

Фактический расход воздуха, кг/кг:

, (3)

где б_ коэффициент избытка воздуха.

.

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



, (4)

где W_ф_ расход форсуночного пара, кг/кг.

.

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

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

.

Проверка:

.

.

Проверка показала, что все произведенные расчеты верны.

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

(10)

.

Таким образом, в разделе был проведен расчет:

- низшей теплоты сгорания топлива:;

- состав продуктов сгорания;

- фактическое количество воздуха необходимого для полного сгорания топлива:L=16,68 кг/кг.

- количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:G=17,68кг/кг.

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:

, (11)

где - статьи прихода и расхода тепла соответственно, кДж/кг.

Расчет теплового баланса ведется на 1 кг топлива.

Статьи расхода тепла:

, (12)

где - соответственно полезно воспринятое в печи сырьем, теряемое с уходящими из печи дымовыми газами, теряемое в окружающую среду тепло, кДж/кг.

Статьи прихода тепла:



, (13)

где - теплоемкости топлива, воздуха, форсуночного водяного пара соответственно, кДж/кг;

- температуры топлива, воздуха, форсуночного водяного пара соответственно, ^оС. Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:

Откуда определяется коэффициент полезного действия трубчатой печи:

, (14)

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 составляют 8%.

Температура уходящих дымовых газов, °С:

, (15)

где - температура нагреваемого продукта на входе в печь, °С

- разность температур теплоносителей на входе сырья в змеевик камеры конвекции, °С.

145+135=280 °С

=280+273=553 К.

При естественной тяге в печиt_yx не должна быть меньше 250 °С.

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

, (16)

где - температура продуктов сгорания, К;

- средние массовые теплоемкости продуктов сгорания,

Значения средних массовых теплоемкостей продуктов сгорания находятся метод интерполяции [1,стр.7, таблица 2].

Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи, кДж/ч:

, (17)

где - производительность печи по сырью, кг/ч;

, , - соответственно теплосодержание паровой и жидкой фазы при температуре, жидкой фазы (сырья) при температуре, кДж/кг;

- доля отгона сырья на выходе из змеевика трубчатой печи.

Теплосодержание паров нефтепродуктов определяется по уравнению:

(18)



где - температура, при которой определяется теплосодержание нагреваемого продукта, °С.

Теплосодержание жидких нефтепродуктов определяется по уравнению:

Определение полной тепловой нагрузки печи:

; (20)

142186121 кДж/ч.

Часовой расход топлива рассчитывается по формуле:

; (21)



.

Тепловой баланс трубчатой печи

Приход	кДж/кг	Расход	кДж/кг
Низшая теплотворная способность топлива	46622,95	Полезно воспринятое	38247,5
		Теряемое с уходящими газами	5578,07
		Потери в окружающую среду	2797,38
Итого	46622,95	Итого	46622,95

Таким образом, были рассчитаны:

- коэффициент полезного действия трубчатой печи ,

- полезная тепловая нагрузка печи =кДж/ч,

- часовой расход топлива В=кг/ч необходимый для работы печи в заданном режиме, с учетом потерь тепла в окружающую среду через неплотности и с уходящими дымовыми газами.

Коэффициент полезного действия удовлетворяет пределу значений КПД для трубчатых печей (от 0,65 до 0,85).

Обычно температуру уходящих из печи дымовых газов рекомендуется принимать на 100-150°С выше температуры сырья, поступающего в конвекционную часть печи. В данной работе температура уходящих газов равна = 280 °С. Данная температура выше 250 °С, что обеспечивает нормальную работу печи.

Разность температуры сырья, поступающего в камеру конвекции намного больше температуры отходящих дымовых газов, это способствует более эффективной передаче тепла в камере конвекции и, следовательно, требуется меньшая поверхность конвекционных труб.



2.3 Выбор типоразмера трубчатой печи и горелки

Выбор типоразмера трубчатой печи осуществляется по каталогу [3] в зависимости от ее назначения, теплопроизводительности, вида топлива.

Так как из задания известно, что топливом является, а в ходе расчетов стала известна теплопроизводительность Q_т =Гкал/ч, то по каталогу выбираем печь типа СКГ1.

Печь -- свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного 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 стенным.

При изменении теплопроизводительности горелок практически не меняется характер эпюры подводимых тепловых потоков на трубный экран.

Таблица 1. Техническая характеристика печи типа СКГ1

Показатель	СКГ1
Радиантные трубы:
поверхность нагрева, м2	730
рабочая длина, м	18
Количество средних секций, n	7
Теплопроизводительность (при среднедопускаемомтеплонапряжении труб 40,6 кВт/м2 (35 Мкал/м2•ч)), МВт (Гкал/ч)	39,5 (34,1)
Габаритные размеры (с площадками для обслуживания), м:
длина L	24,44
ширина	6
высота	22
Масса, т:
металла печи (без змеевика)	113,8
футеровки (подвесной кладки)	197



2.4 Выбор горелок

Горелка ГГМ-5 предназначена для раздельного и совместного сжигания жидкого и газообразного топлива в трубчатых печах типов СКГ1, СКВ и СЦВ4 со свободным факелом при поступлении воздуха, необходимого для сгорания топлива, инжекцией активными газовыми и парожидкостными струями, а также за счет разрежения в топочном пространстве печи.

Газовая горелка расположена на внешней части корпуса горелки. Представляет собой систему, состоящую из газового кольцевого коллектора, на верхней дисковой части которого имеются 16 резьбовых отверстий для установки газовых сопл с паронитовыми прокладками. Соосно с соплами на расстоянии 60 мм от коллектора расположены 16 газовых инжекционных смесителей, соединенных сваркой с корпусом и наружной обечайкой. Газовая часть горелки имеет автономный регулятор воздуха.

Таблица 2. Техническая характеристика горелки ГГМ-5

Тепловая мощность, Qгорелки (номинальная), МВт (Гкал/ч): Производительность при сжигании мазута, м3/ч Давление перед горелкой в диапазоне рабочего регулирования, МПа Коэффициент избытка воздуха при нормальной тепловой мощности Габаритные размеры, мм Масса, кг	5 315 0,15-0,6 1,1 440х440х660 30,05

Числогорелок, шт:



Принимаем количество горелок: n = 7шт

2.4 Упрощенный расчет камеры радиации

Трубчатая печь имеет камеры радиации и конвекции. В камере радиации (топочная камера), где сжигается топливо, размещена радиантная поверхность (экран), поглощающая тепло в основном за счет радиации.

В камере конвекции расположены трубы, воспринимающие тепло главным образом путем конвекции -- при соприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева.

Сырье последовательно проходит через конвекционные и радиантные трубы и поглощает тепло; обычно радиантная поверхность воспринимает большую часть тепла, выделяемого при сгорании топлива.

Упрощенный расчет камеры радиации заключается в определении температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.

Температуру продуктов сгорания находят методом итераций, используя уравнение

(22)

где - теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, кДж/м²ч;

- отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива; =3,6 [2]

- средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

- коэффициент для топок со свободным факелом [1];

- коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, [1]

Алгоритм расчета температуры продуктов сгорания методом итераций:

1. Пусть температура продуктов сгорания 1100 К.

2. Определение теплоемкостей при выбранной температуре дымовых газов:

Таблица 3. Зависимость средней массовой темпоемкости газов при постоянном давлении с_Р [кДж/кг•К] от абсолютной температуры Т=1100К

Вещество	Теплоемкость сР, кДж/кг•К
Углекислый газ	1,0902
Вода	2,0847
Кислород	1,0182
Азот	1,0886

3. Определение максимальной температуры продуктов сгорания:

, (23)

где - То - приведенная температура, Т_о=313 К, [1];

з_т - КПД топки; з_т =0,96, [1];

- количества газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива и теплоемкости продуктов сгорания, определяющиеся в программе на каждой итерации при Т_п;



Таблица 4. Зависимость средней массовой темпоемкости газов при постоянном давлении с_Р [кДж/кг•К] от абсолютной температуры Т=2413,834К

Вещество	Теплоемкость сР, кДж/кг•К
Углекислый газ
Вода
Кислород
Азот

4. Определение теплосодержания продуктов сгорания (I, I_Тmax, I_Тух) при всех температурах (Т_п,Т_max,Т_ух) по формуле 23:

I=17619.138

=50931,696

=5578,0659

5. Определение коэффициента прямой отдачи:

(24)

6. Определение фактической теплонапряженностирадиантных труб q_Р, ккал/(м²•ч):

, (25)

где Н_р-поверхность нагрева радиантных труб, м²;

7. Определение температуры наружной стенки экрана и,К:



, (26)

где -- коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту,

б₂ =800 ккал/м²чК

- толщина стенки трубы, ;

-коэффициент теплопроводности трубы, ;

t_ср - средняя температура нагреваемого продукта.

=0,002_для жидких топлив.

8. Определение теплонапряженности свободной конвекции q_рк, кДж/м²•ч:

(27)

9. Определение температуры продуктов сгорания Тп, К по формуле (22):

Итак, расчетная величина не совпадает с заданной, значит расчет возобновляется. Значение Т_п для последующей итерации принимают рассчитанное значение Т_п в предыдущей итерации.

Результаты итераций представлены в таблице 5.

Таблица 5. Расчет температуры продуктов, покидающих топку, методом итераций

	Tп	Тmax	Imax	I	µ	qp	?	qpk	Tпрасч
1	1100,000	2413,834	50931,696	17619,138	0,722	27555,283	637,402	3861,680	1097,307
2	1097,307	2414,497	50949,507	17556,227	0,723	27614,875	637,612	3831,420	1098,286
3	1098,286	2414,256	50943,026	17579,108	0,723	27593,206	637,536	3842,422	1097,931
4	1097,931	2414,344	50945,381	17570,795	0,723	27601,080	637,563	3838,424	1098,060
5	1098,060	2414,312	50944,525	17573,816	0,723	27598,218	637,553	3839,877	1098,013
6	1098,013	2414,323	50944,836	17572,718	0,723	27599,258	637,557	3839,349	1098,030
7	1098,030	2414,319	50944,723	17573,117	0,723	27598,880	637,556	3839,541	1098,024
8	1098,024	2414,321	50944,764	17572,972	0,723	27599,017	637,556	3839,471	1098,026
9	1098,026	2414,320	50944,749	17573,025	0,723	27598,967	637,556	3839,497	1098,026

Таким образом, рассчитанная величина T_п =1098,0265

Количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

; (28)

82906220,38

В результате расчетов была найдена фактическая теплонапряженность

q_p=27599,0177ккал/(м²ч), сравнение которой с допустимой теплонапряженностьюq_pдоп=35000 ккал/(м²ч) позволяет оценить эффективность камеры радиации трубчатой печи типа СКГ1

Тот факт, что q_p<q_pдоп, свидетельствует о правильности выбора печи.

Эффективность камеры радиации составляет

==78,85%

Принципиальная схема расположения труб в камере радиации представлена на рисунке 1 в приложении.



2.5 Расчет диаметра печных труб

В данном пункте по результатам расчета выбираются стандартные размеры труб (диаметр, толщина и шаг). При этом используется следующий алгоритм расчета.

Определяется объемный расход нагреваемого продукта, м³/с:

, (29)

где G_с- производительность печи по сырью, т/сут;

- плотность продукта при средней температуре t_ср, кг/м³.

(30)

б_ температурная поправка.

.

.

.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

, (31)

где n - число потоков, n=2 [1];

W - допустимая линейная скорость продукта, W=2,0 м/с [1];

d_вн - расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из уравнения (41) рассчитывается внутренний диаметр трубы:

, (32)

.

Округляя значение расчетного диаметра трубы, учитывая толщину стенки, и выбирая в соответствие с этим остальные размеры труб, получим:

d_нар= 0,152м, d_вн= 0,152-2*0,008= 0,136м;

Фактическая скорость движения потока, м/с:

W_Ф= 4*V/(n*р*d²_вн), (33)

.

2.6 Расчет камеры конвекции.

Целью данного этапа является расчет поверхности конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции.

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению

где Qк - количество тепла, воспринятое конвекционными трубами, Вт;

К - коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту,;

- средняя разность температур, К.

116643512,7782906220,3833737292,39 .

Средняя разность температур определяется по уравнению:

,

где , - соответственно большая и меньшая разность температур, ^оС;

- температура продукта на выходе из камеры конвекции, находится путем решения квадратичного уравнения, предварительно определив теплосодержание продукта при этой температуре:

;

Уравнение запишем в виде:

;

где a=0,000405, b=0,403 - соответственно коэффициенты уравнения;

,

113,8592;

Имеем уравнение

.



Решению уравнения удовлетворяет значение только одного корня

;

.

Составим схему теплообмена:

t_п=1098,0265^oCt_ух=280^оС

t_к=С t₁=145^oC

.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции рассчитывается по уравнению

где ,, - соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов, Вт/(м² К).

определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

где - средняя температура дымовых газов в камере конвекции (К), вычисляется по формуле

,

.

б_p = 0,0256•(_ 273)-2,33 = 11,0459 Вт/м²К;

определяется следующим образом:

,

где Е - коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого находится из справочных данных;

U - массовая скорость движения газов,;

d - наружный диаметр труб, м.

Е=21,8232 при средней температурев камере конвекции [1, стр. 9].

Массовая скорость движения газов определяется по формуле

где f - свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции, м².

,

где n - число труб в одном горизонтальном ряду;

d - наружный диаметр труб, м;

S₁-расстояние между осями труб в горизонтальном ряду

() [2, стр. 473] м;

- рабочая длина конвекционных труб, м;

- характерный размер для камеры конвекции, м.

Принимаем n=4, ; из технической характеристики печи =18 м.

;

;

.

.;

Определяем число труб в камере конвекции

,

. Принимаем 100.

Тогда фактическая поверхность нагрева будет равна

;

=100859,104

Число труб по вертикали

;

.

Высота пучка труб в камере конвекции

,

где - расстояние между горизонтальными рядами труб, определяемое как

(42)

=0,2382

.

Средняя теплонапряженность камеры конвекции равна

;

.

Допустимая теплонапряженность [1, стр.92].

=

В разделе рассчитана средняя теплонапряженностьи количество труб в камере конвекции N_к=100 и высотатрубного пучка h_к=5,7158м.

Принципиальная схема расположения труб в камере конвекции представлена на рисунке 3 в приложении.

2.7 Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

Целью гидравлического расчета является определение общего гидравлического сопротивления змеевика печи или давление сырья на входе в змеевик, который, в свою очередь, необходимо для выбора сырьевого насоса.

Давление сырья на входе в печь складывается из следующих составляющих:

где Р_К - давление сырья на выходе из змеевика печи;

- потери напора на участке испарения, участке нагрева радиантных труб, в конвекционных трубах соответственно, ата;

- статический напор, ата.

Потери напора на участке испарения:

,

где Р_Н - давление в начале участка испарения, ата.

Р_Н определяется методом итераций.

Зададим .

Тогда температура, соответствующая этому давлению при ОИ, равна

рассчитывается по формуле:

где А и В - расчетные коэффициенты.



где - коэффициент гидравлического сопротивления, для атмосферных печей [2, стр. 480], принимаем=0,024;

L₁ - секундный расход сырья по одному потоку, кг/с,

;

L₁==20,2546 кг/с

- плотность сырья при средней температуре на участке испарения:

- средняя температура продукта на участке испарения:

;

t_СРи==335;

- средняя плотность паров при давлении 9,81 Па, [2, стр.480];

l_И - длина участка испарения:

,

где - соответственно теплосодержание паро-жидкосной смеси на выходе из змеевика, сырья при температуре начала испарения, сырья на выходе из камеры конвекции, кДж/кг:

, 

;

,

;

l_рад - эквивалентная длина радиантных труб, м,

где n_р - число радиантных труб, приходящихся на один поток:

;

.;

l_э - эквивалентная длина печного двойника,l_э50*d [2, стр. 481].

Принимаем.

l_э=50;

l_рад=43

843,7835

;

1250851,4465

Таблица 6. Расчет давления в начале участка испарения методом итераций.

						А	В
1050000,000	280,0000	335,0000	698,4000	636,8020	843,7835	194,7138	2047428,321	1250851,446
1250851,446	296,0681	343,0341	693,2582	681,8315	760,8060	248,7871	2879968,846	1334275,492
1334275,492	302,7420	346,3710	691,1225	700,8051	725,8425	249,5559	3018695,273	1304456,604
1304456,604	300,3565	345,1783	691,8859	694,0050	738,3734	249,2806	2967465,293	1315222,017
1315222,017	301,2178	345,6089	691,6103	696,4576	733,8537	249,3799	2985741,325	1311349,392
1311349,392	300,9080	345,4540	691,7095	695,5750	735,4802	249,3442	2979138,775	1312744,292
1312744,292	301,0195	345,5098	691,6737	695,8929	734,8944	249,3570	2981513,319	1312242,091
1312242,091	300,9794	345,4897	691,6866	695,7785	735,1053	249,3524	2980657,945	1312422,927
1312422,927	300,9938	345,4969	691,6820	695,8197	735,0294	249,3541	2980965,893	1312357,814
1312357,814	300,9886	345,4943	691,6836	695,8048	735,0567	249,3535	2980855,003	1312381,260
1312381,260	300,9905	345,4953	691,6830	695,8102	735,0469	249,3537	2980894,931	1312372,818
1312372,818	300,9898	345,4949	691,6833	695,8083	735,0504	249,3536	2980880,554	1312375,857
1312375,857	300,9901	345,4950	691,6832	695,8090	735,0491	249,3536	2980885,730	1312374,763
1312374,763	300,9900	345,4950	691,6832	695,8087	735,0496	249,3536	2980883,866	1312375,157
1312375,157	300,9900	345,4950	691,6832	695,8088	735,0494	249,3536	2980884,538	1312375,015
1312375,015	300,9900	345,4950	691,6832	695,8088	735,0495	249,3536	2980884,296	1312375,066
1312375,066	300,9900	345,4950	691,6832	695,8088	735,0495	249,3536	2980884,383	1312375,048
1312375,048	300,9900	345,4950	691,6832	695,8088	735,0495	249,3536	2980884,352	1312375,052
1312375,052	300,9900	345,4950	691,6832	695,8088	735,0495	249,3536	2980884,363	1312375,052



Таким образом, давление в начале участка испарения равно

Р_н=1312375,052

ДР_и=1312375,052-200000=1112375,05

Потери напора на участке нагрева радиантных труб:

где - коэффициент гидравлического сопротивления, [2, стр. 483],примем;

- эквивалентная длина участка нагрева радиантных труб по одному потоку:

=-843,7835=249,45;

- плотность продукта при средней температуре (t_ср) на участке нагрева радиантных труб.

U - массовая скорость продукта в радиантных трубах на один поток:



Потери напора в конвекционных трубах для одного потока, ата:

где l_к - эквивалентная длина конвекционных труб, м:

,

n_к - число конвекционных труб в одном потоке:

=50;

=1272,4 м

- плотность продукта при средней температуре (t_ср) в конвекционных трубах, кг/м³:

.

,

Uк - массовая скорость продукта конвекционных трубах на один поток, кг/(м²):



.

.

Определение статического напора в змеевике печи:

,

где - высоты камер радиации и конвекции соответственно, м:

h_T = (43 _1)•0,2750 + 0,5•0,2750 + 2•0,25 = 12,1875 м.

- плотность продукта при средней температуре змеевика, кг/м³;

Так как сырье подается сверху и течет вниз самотеком, то отрицательный берем его.

.

В разделе рассчитано общее гидравлическое сопротивление змеевика печи. Давление на входе в печь составляет 19,16атм.

Принципиальная схема змеевика трубчатой печи представлена на рисунке 2 в приложении.

2.8 Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы

Данный этап расчета предназначен для определения стандартного диаметра и высоты дымовой трубы.

Общее сопротивление всего газового тракта определяется выражением

(43)

где - разряжение в топочной камере, [2];

- потери напора в камере конвекции, [2];

- потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений;

- потери напора на трение в дымовой трубе.

(90)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений (внезапное расшире-ние (о₁), внезапное сужение (о₂), шибер или заслонка (о₃)), о₁ =0,02; о₂ = 0,04; о₃= 4;, [1]

W - линейная скорость продуктов сгорания, W=6 м/с, [2];

- плотность продуктов сгорания, кг/м³;

, (44)

где - соответственно потери напора при входе в трубу и выходе из нее,

потери напора на трение при движение газов в дымовой трубе:

(45)



где - коэффициенты местных сопротивлений при входе в трубу и выходе из нее, [1];

- плотность газов в трубе при средней температуре, кг/м³;

, (46)

где - коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по формуле Якимова.

, (46)

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях определяется уравнением

, 47)

где - сумма масс продуктов сгорания на 1 кг топлива, кг/кг;

- объемное количество продуктов сгорания на 1 кг топлива, м³/кг:

, (48)

.

=2,6659+1,9710+0,2547+12,8883=17,7799

.

Температура продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы определяется разностью:

, (49)

.

Средняя температура в дымовой трубе равна:

(50)

Плотность продуктов сгорания при любой заданной температуре (Т) определяется выражением:

; (51)

Диаметр дымовой трубы рассчитывается по формуле:

, (52)

где - число дымовых труб, , [1];

V - объемный расход продуктов сгорания при t_ух, м³/с:



, (53)

где В - часовой расход топлива, кг/ч.

.

Из ряда стандартных значений выбирается диаметр дымовой трубы [1].

.

Высота дымовой трубы может быть рассчитана методом итераций по уравнению

, (54)

где - плотность и температура воздуха, [1];

Потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений находится по формуле (90):

Пусть h=40 м, тогда по формуле (54):

;

Общее сопротивление всего газового тракта определяется по формуле (89):

;

.

Таким образом, итерация продолжается:

№ итерации	hзад	?Р2	?Робщ	hрасч
1	30,0000	2,6386	152,1953	28,8944
2	28,8944	2,5414	152,0980	28,8759
3	28,8759	2,5398	152,0964	28,8756
4	28,8756	2,5397	152,0964	28,8756

Итак, полученная величина h равна 28,8756м.

Тяга, создаваемая трубой несколько превышает найденное расчетом общее сопротивление потоку газов с тем, чтобы имелся некоторый запас, и была возможность регулировать тягу. Избыточное разряжение, создаваемое трубой, расходуется на преодоление сопротивления регулирующего шибера (заслонкой).

Согласно сделанным выводам следует увеличить длину трубы с учетом коэффициента запаса, равным 1,2 [2].

h= 28,8756*1,2=34,6507 м.

В разделе проведен расчет газового тракта трубчатой печи и определены основные размеры дымовой трубы: диаметр 2,4м, высота 34,6507м.

Схема дымовой трубы с естественной тягой представлена на рисунке 4 в приложении.



Заключение

В ходе работы был произведен выбор и расчет основных параметров трубчатой печи, режим работы которой определен в задании на курсовое проектирование.

В первом разделе был произведен расчет процесса горения топлива (газа), он показал, что для полного сгорания одного кг топлива необходимм³ воздуха.

Далее была рассчитана полезная тепловая нагрузка печи, т.е количество тепла, воспринимаемое сырьем в печи, 33,93= Гкал/ч, в соответствии с которой был выбран по каталогу трубчатых печей типоразмер СКГ1 730/18 теплопроизводительности 34,1 Гкал/ч

Необходимо отметить, что важнейшим показателем работы трубчатых печей является теплонапряженность поверхности нагрева радиантных труб, т.е количества тепла, переданного через единицу поверхности в единицу времени в камере радиации. В результате расчетов, это значение составило q_p= ккал/(м²ч), что меньше допустимой q_доп=35000 ккал/(м²ч), превышение которой влечет увеличение температуры дымовых газов, покидающих топку, а следовательно, и увеличения поверхности конвекционных труб, так же увеличатся потери тепла с уходящими газами, а значит и снизится к.п.д. печи и увеличится расход топлива, и в итоге - увеличение общей стоимости печи и удельных затрат на радиантные трубы. Эффективность камеры радиации составляет 78,85%

То есть рассчитанная теплонапряженность поверхности нагрева радиантных труб обеспечивает эффективную передачу заданного количества тепла.

Не менее важным показателем работы трубчатых печей является теплонапряженность поверхности нагрева конвекционных труб, т.е количества тепла, переданного через единицу поверхности в единицу времени в камере конвекции. В данной работе это значение (q_kср) равно Вт/м², что находится в допустимых пределах, следовательно, можно говорить о хорошей эффективности работы камеры конвекции.

Эффективность камеры конвекции составляет 81,24%.

Коэффициент полезного действия печи (то есть величина, характеризующая полезно используемую часть тепла, выделенную при сгорании топлива) равен з=82,0%.

Так же был составлен тепловой баланс трубчатой печи (к одному часу сжигания одного кг топлива): = 46622,95 кДж/кг.

К выбранной печи типа СКГ1 730/18были подобраны горелки типа ГГМ-5, предназначенные для сжигания газообразного или жидкого топлива (или того и другого одновременно), в количестве 10 шт.

Рассчитаны и подобраны по ГОСТ диаметры для печных труб:

d_нар = 0,152м и d_вн = 0,136м.

В результате гидравлического расчета змеевика трубчатой печи определено давление сырья на входе в змеевик Р₀=19,16атм, величина которого необходима для выбора сырьевого насоса.

Для нормальной работы трубчатой печи необходимо обеспечит движение газов через печь по всему газовому тракту и удаление продуктов сгорания в атмосферу на высоту, достаточную для соблюдения санитарных норм и приемлемую по допустимому загрязнению окружающей среды. В выбранной трубчатой печи эти условия обеспечиваются естественной тягой, создаваемую дымовой трубой, диаметром 2,4 м и высотой 33,6507м.



Список использованной литературы

1. Зиганшин Г.К. Технологический расчет трубчатой печи на ЭВМ. Методическое пособие клабораторным и практическим занятием, курсовому и дипломному проектированию.- Уфа.УГНТУ,1997.-с.68

2. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1982. -584 с.

3. Трубчатые печи: Каталог/ Составители В.Е. Бакшалов, В.Ф. Дребенцов, Т.Г. Калинина, Н.И. Сметанкина, Е.И. Ширман. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985. - 34 с.

4. Горелки для трубчатых печей: Каталог. Изд. 4-ое. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.

5. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1987. - 304 с.

6. Пичугин А.П. Переработка нефти. Прямая перегонка, термическийкре-кинг, коксование. - М.:Гостоптехиздат, 1960 г.



Приложение

1 - Радиантный змеевик; 2 - камера радиации; 3 - поток дымовых газов; 4 - сырьевой поток.

Рисунок 1. Принципиальная схема расположения труб в камере радиации.

Рисунок. 2. Принципиальная схема змеевика трубчатой печи (к гидравлическому расчету)



Рисунок 3. Принципиальная схема расположения труб в камере конвекции



Рисунок 4. Схема дымовой трубы с естественной тягой, поясняющая аэродинамический расчет

Рисунок 5. График зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры

Размещено на Allbest.ru