3. Расчет процесса горения топлива

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

1) Определим элементарный состав газового топлива:

Согласно исходным данным, принимаем:

C - 88 %

H - 10 %

O - 1 %

S - 1 %

2) Низшая теплотворная способность топлива определяется по уравнению Менделеева:

,

где - соответственно содержание углерода, водорода, серы и влаги в топливе, % масс.

кДж/кг.

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

,

кг/кг.

4) Фактический расход воздуха, кг/кг:

,

кг/кг.

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

,

где - расход форсуночного пара, кг/кг.

кг/кг.

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

.

Проверка:

.

;

G=18,64=m_i

Т.е. расчеты верны.

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

;

м³/кг.

8) Рассчитаем теплосодержание продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре, кДж/кг:

,

где - температура продуктов сгорания, К;

- средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, .

Расчет данной формулы произведем в следующем пункте, когда определим температуру продуктов сгорания.

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 = 260 °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 = 260 °С , в справочнике даны мольные теплоемкости газов, нужно перевести их в массовые, разделив данные значения на молярные массы продуктов сгорания:

С_CO2 = + ;

С_H2O = + ;

С_O2 = + ;

С_N2 = + ;

С_SO2 = + .

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;

, , - 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 (24,32∙10⁶ ккал/ч)

Определение полной тепловой нагрузки печи, кДж/ч:

;

кДж/ч (29,3∙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 , полезная тепловая нагрузка печи =24,32∙10⁶ ккал/ч и часовой расход топлива В=3056,15 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 = 260 °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 = 260-110=150°С, это способствует более эффективной передаче тепла в камере конвекции и, следовательно, требуется меньшая поверхность конвекционных труб.