4. Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива

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

,

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

Расчет теплового баланса ведется на 1 кг топлива.

Статьи расхода тепла:

,

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

Статьи прихода тепла:

,

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

- соответственно температуры топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, °С.

Явное тепло топлива, воздуха и водяного пара обычно невелико и им часто в технологических расчетах пренебрегают. Однако при анализе способов, способствующих повышению коэффициента полезного действия трубчатой печи, эти статьи прихода тепла необходимо учитывать.

Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:

,

или

,

откуда определяется коэффициент полезного действия трубчатой печи:

,

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 3-8%.

Температура уходящих дымовых газов, °С:

,

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

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

°С.

При естественной тяге в печи не должна быть меньше 250 °С, что мы и получили = 305 °С.

Теперь, зная температуру уходящих дымовых газов, рассчитаем продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре :

,

где - температура продуктов сгорания, К;

- средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, , [стр. 528, табл. ХХVΙΙ]. [4]

С помощью интерполяции рассчитаем массовые теплоемкости продуктов сгорания при = 305 °С , в справочнике даны мольные теплоемкости газов, нужно перевести их в массовые, разделив данные значения на молярные массы продуктов сгорания:

С_CO2 = (45,7+ 1,04 ;

С_H2O = + 2,04 ;

С_O2 = (30+ 0,93 ;

С_N2 = (30+ ;

Поэтому теплосодержание продуктов сгорание будет равно:

Коэффициент полезного действия трубчатой печи:

;

Для трубчатых печей значение коэффициента полезного действия находится в пределах от 0,65 до 0,85. Полученное значение ή = 0,818 удовлетворяет данному пределу.

Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи:

,

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, кДж/кг:

;

Теплосодержание жидких нефтепродуктов определяется по уравнению, кДж/кг:

,

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

кДж/кг.

кДж/кг;

кДж/кг;

кДж/ч,(20,14 10⁶ ккал/ч)

Определение полной тепловой нагрузки печи, кДж/ч:

;

кДж/ч

Часовой расход топлива рассчитывается по формуле, кг/ч:

;

кг/ч.

Во втором пункте данной работы был произведен расчет коэффициента полезного действия трубчатой печи 18, полезная тепловая нагрузка печи =20,14* 10⁶ ккал/ч и часовой расход топлива В=2046,199 кг/ч.

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 на 150°С выше и равна = 305 °С. Данная температура выше 250 °С, что обеспечивает нормальную работу печи.

Разность температуры сырья, поступающего в камеру конвекции намного больше температуры отходящих дымовых газов, -t = 305-155=150°С, это способствует более эффективной передаче тепла в камере конвекции и, следовательно, требуется меньшая поверхность конвекционных труб.