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%. Принимаем потери тепла в окружающую среду 5%.
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
=
275 °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,
,
[4, табл. ХХVΙΙ
с.528].
С помощью интерполяции рассчитаем массовые теплоемкости продуктов сгорания при = 275 °С , в справочнике даны мольные теплоемкости газов, нужно перевести их в массовые, разделив данные значения на молярные массы продуктов сгорания:
СCO2 =
+
;
СH2O =
+
;
СO2 =
+
;
СN2 =
+
;
СSO2 =
+
.
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 = 0,83 удовлетворяет данному пределу.
Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи:
,
где
- производительность печи по сырью,
кг/ч;
G = 3900 т/сутки =
,
,
- 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,(25,71*106 ккал/ч)
Определение полной тепловой нагрузки печи, кДж/ч:
;
кДж/ч,(30,98*106 ккал/ч)
Часовой расход топлива рассчитывается по формуле, кг/ч:
;
кг/ч.
Во втором пункте данной работы был
произведен расчет коэффициента полезного
действия трубчатой печи
3,
полезная тепловая нагрузка печи
=25,71*106
ккал/ч и часовой расход топлива В=2571,63
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 = 275 °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 = 275-125=150°С, это способствует более эффективной передаче тепла в камере конвекции и, следовательно, требуется меньшая поверхность конвекционных труб.