6. Подогрев мазута при хранении Выбор способа подогрева

Разогрев мазута осуществляется посредством циркуляционной схемы мазутоснабжения. Мазут к насосам поступает из основных емкостей. В схеме обязательна линия циркуляции мазута из котельной в основную емкость и на всас насосов. Линия циркуляции (мазутопровод) меньше диаметром, чем прямой мазутопровод из мазутонасосоной в котельную. На циркуляцию подается около 15% мазута от общего количества, поступающего в котельную.

Для учета расхода топлива необходима установка мазутомеров как на прямой, так и на обратной линии (циркуляционной). Прямая и обратная линии изолируются вместе с паровой, поступающей на подогреватели мазутного хозяйства. Недостатком циркуляционной схемы является неизбежность слива при регулировании всего обработанного и подогретого топлива в емкости, что при определенных условиях может вызвать перегрев топлива на всасе топливного насоса.

6.1 Расчет подогревателей мазутного хозяйства Расчет циркуляционного подогрева мазута в основном резервуаре Тепловой расчет подогревателя

Расчет теплопотерь через стенки резервуара и требуемой величины теплового потока на нагрев мазута в резервуаре осуществляется для одного резервуара, поскольку объемы резервуаров топливохранилища одинаковы.

1. Длительность подогрева мазута от t_н до t_к:

где t_к – конечная температура разогрева мазута в резервуаре, для мазута марки М40;

t_н  (в приемной емкости) температура хранения мазута, для мазута марки М40 t_н=40-60 °С, для М100 t_н=60-80 °С;

t_п^” – температура на выходе из подогревателя, принимается на 10 °С ниже температуры вспышки мазута данной марки, учитывает теплопотери в окружающую среду;

t_п^’ – температура на входе во внешний теплообменник, равна минимальной температуре хранения мазута t_н;

M – количество мазута в резервуаре, кг;

где V_р – объем мазута в резервуаре (считаем, что резервуары заполнены полностью);

_м – плотность мазута при средней температуре мазута в резервуаре

_{, °С}

_b – количество циркулирующего мазута:

где c_ср – теплоемкость мазута при средней температуре мазута в подогревателе

_{, °С}

k_р – усредненный коэффициент теплопередачи через стенку резервуара в окружающую среду, Вт/м²К. Цилиндрический резервуар имеет три поверхности охлаждения – стенка, крыша и дно, – каждая из которых имеет свой коэффициент теплопередачи. Усредненный коэффициент теплопередачи находится по формуле:

где k_р^ст, k_р^крыша, k_р^дно – коэффициенты теплопередачи через стенку, крышу и дно резервуара соответственно.

Коэффициенты теплопередачи соответствуют теплоизолированному резервуару минеральной ватой _из;

F^ст, F^крыша, F^дно – площади стенок, крыши и дна резервуара соответственно.

При известных диаметре D и высоте H резервуара находятся по упрощенным формулам:

_{, м2}

_{, м2}

2. Тепловая мощность внешнего подогревателя:

где Q_н – часть тепловой мощности подогревателя, затрачиваемая на разогрев мазута от температуры t_н до t_к и компенсацию тепловых потерь через стенки резервуара в окружающую среду;

Q_п – потери теплоты в окружающую среду через стенку теплообменника.

а) Расход теплоты на один резервуар:

где

б) Потери теплоты в окружающую среду от остального оборудования циркуляционного контура мазутного хозяйства. Учитываем теплопотери в подогревателе.

где k_из – коэффициент теплопередачи через поверхность охлаждаемой поверхности. Определяется по формуле:

, Вт/м²°С

Здесь t_из – средняя температура изоляции.

t₀ – температура окружающего теплообменник воздуха, (теплообменники из-за больших габаритов устанавливают на открытой площадке возле здания мазутонасосной);

F_из – площадь изолированной поверхности теплообменного аппарата;

t_из – разность между температурой греющей среды (температура насыщения пара при давлении в котле) и окружающей среды:

3. Расход пара на подогреватель определяется по формуле:

где _п – КПД подогревателя с учетом мазутопроводов, _п=0,8;

i_п, i_к – энтальпия пара и конденсата соответственно;

r  скрытая теплота парообразования (принимается в зависимости от р и t пара).

4. Разогрев мазута осуществляется в подогревателе типа «труба в трубе». Нагревательный элемент этих подогревателей состоит из двух труб – внутренней диаметром 594 (ds), длиной L=5,1 м и наружной диаметром 1084 (DS). По внутренней трубе движется мазут, навстречу ему (по схеме «противоток») по межтрубному пространству подается насыщенный пар под давлением 0,6 МПа (до 0,6 МПа). Элементы соединяются между собой калачами диаметром 594. Скорость мазута принимается v_м=1,5 м/с (1,41,7 м/с).

Расчет конструктивных размеров одной секции теплообменного аппарата:

• площадь теплообмена:

• площадь сечения трубок для прохода мазута:

• площадь канала для прохода пара (площадь поперечного сечения межтрубного пространства):

5. Физические свойства мазута при t_ср^м (t_ср^м= t_п^” + t_п^’, ⁰C):

плотность:

(6.14)

где - плотность мазута данной марки при 20⁰С, для мазута М40 =959 кг/м³;

теплоемкость:

(6.15)

коэффициент теплопроводности:

(6.16)

коэффициент температуропроводности:

(6.17)

коэффициент кинематической вязкости:

(6.18)

6. Определяем расчетную площадь поперечного сечения для прохода мазута при средней плотности мазута и заданной скорости v_м=1,5 м/с:

(6.19)

7. Расчетное число параллельно установленных секций по мазуту m вычисляем по формуле:

(6.20)

Принимаем число параллельно установленных подогревателей m=1.

8. Определяем фактическую скорость мазута в подогревателе при m параллельно установленных секций:

(6.21)

9. Скорость пара w_п:

(6.22)

где _п – плотность пара при давлении и температуре пара, _п=3,11 кг/м³;

10. Коэффициент теплоотдачи при конденсации греющего пара внутри труб (от пара к стенке) ₁:

(6.23)

где L – длина рабочей части обогреваемых трубок, м;

11. Критерий Пекле:

(6.24)

12. Критерий Нуссельта:

(6.25)

где d_вн.тр. – внутренний диаметр нагреваемой трубки, м;

13. Коэффициент теплоотдачи от стенки к мазуту:

(6.26)

14. Коэффициент теплопередачи от стенок трубок к мазуту:

(6.27)

где  - толщина стенки трубки, м;

_ст – коэффициент теплопроводности материала трубок. Трубки выполнены из стали, _сталь=52 Вт/м⁰С;

15. Среднелогарифмический температурный напор:

(6.28)

16. Средняя плотность теплового потока:

q=kt_ср, Вт/м²; (6.29)

17. Расчетная поверхность теплообмена:

(6.30)

18. Рассчитываем число последовательно установленных секций мазутоподогревателя n:

(6.31)

Принимаем n=3, что соответствует заранее принятому значению в пункте 2.б данного расчета. Значит уточняющего расчета не выполняем.

19. Фактическая площадь теплообмена составляет:

(6.32)

20. Показателем соответствия заданных параметров мазута фактическим (наблюдаемым при эксплуатации) является невязка :

(6.33)

Пример оформления теплового расчета приведен в табл. 6.1. (Приложение 2)

Гидродинамический расчет подогревателя

1. Определяем число Рейнольдса при средней вязкости мазута в подогревателе:

(6.34)

2. Число Прандтля при средних параметрах мазута:

(6.35)

3. Температура стенки со стороны пара:

(6.36)

4. Температура стенки со стороны мазута:

(6.37)

5. Физические свойства мазута при t_ст2 определяются по формулам (5.145.18):

плотность =868,94 кг/м³;

теплоемкость c=2109,47 Дж/кг⁰С;

коэффициент теплопроводности =0,131 Вт/м⁰С;

коэффициент температуропроводности a=7,1510^-8 м²/с;

коэффициент кинематической вязкости =1,0710^-5 м²/с.

6. Определяем число Прандтля для мазута с параметрами в пристенном слое:

(6.38)

7. Коэффициент гидравлического трения мазута вычисляем по формуле:

(6.39)

8. Сопротивление трению _тр:

(6.40)

9. Коэффициенты местного сопротивления _м учитывают:

• вход и выход из теплообменника;

• поворот на 180⁰ через колено;

10. Потери давления в местных сопротивлениях подогревателя:

(6.41)

11. Суммарные потери давления мазута в подогревателе составляют:

(6.42)

Пример оформления гидродинамического расчета сведен в таблицу 6.1. (Приложение 2)