4. 8. Расчет трубчатой печи

4. 8. 1. Температурный режим печи

Температура сырья (полуотбензиненной нефти) на входе в печь соответствует температуре низа отбензинивающей колонны установки атмосферной перегонки нефти и составляет t_вх = 224 ⁰C.

Температура сырья на выходе из печи соответствует температуре его на входе в колонну К-2, равной t_вых = 365 ⁰C.

Температура насыщенного водяного пара на входе в пароперегреватель печи соответствует температуре насыщения его при выбранном давлении низа К-1 в 0,51 МПа = 5,2005 атм = 5,2005 кг/см². Согласно справочных данных этому давлению соответствует теплосодержание i_нас = 2 762,5 кДж/кг [13], температура насыщенного пара t_насыщ. = 153 ⁰С [16].

Температура перегретого водяного пара на выходе из пароперегревателя соответствует температуре поступления его в колонну и составляет t_{перегр.} = 350 ⁰С, откуда теплосодержание перегретого водяного пара i_пер = 3 066,2 кДж/кг [13].

Температура дымовых газов на входе в конвекционную секцию печи составляет по заводским данным 800-850 ⁰С [10], примем t_{дым.газ.} = 850 ⁰С.

Температура уходящих из печи дымовых газов на 120-150 ⁰С выше температуры сырья, подаваемого в печь: t_{ух.дым.газ.} = 224 + 150 = 374 ⁰С.

4. 8. 2. Полезная тепловая нагрузка печи

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, расходуется на нагрев сырья и испарение той его части, которая соответствует доле светлых нефтепродуктов (полезное тепло), а также теряется в окружающую среду и с уходящими дымовыми газами (потери).

Полезная тепловая нагрузка печи (кДж/ч):

Q_пол = + или

Q_пол = G_сыр [е  + (1 – е)  – ] + G_{вод.пара} [(i_пер – i_нас) + х  l], где

е = е_К-1 = 0,26 – весовая доля отгона (доля светлых нефтепродуктов);

= 1194,10 кДж/кг и = 968,41 кДж/кг – теплосодержание паровой и жидкой фазы полуотбензиненной нефти на выходе из печи (при t_вых = 365 ⁰C, плотность отбензиненной нефти: 902 – 0,633 (365 – 20) = 684 кг/м³);

= 544,77 – теплосодержание полуотбензиненной нефти на входе в печь (при t_вх = 224 ⁰C, плотность отбензиненной нефти: 902 – 0,633 (224 – 20) = 773 кг/м³), кДж/кг;

i_пер = 3 066,2 – теплосодержание перегретого водяного пара, кДж/кг;

i_нас = 2 762,5 – теплосодержание насыщенного водяного пара, кДж/кг;

х – доля влаги в насыщенном водяном паре (0,03  0,05, примем х = 0,03);

l = 2 257,2 – скрытая теплота парообразования воды, кДж/кг [13].

Q_пол = 689500  [0,26  1194,10 + (1 – 0,26)  968,41 – 544,77] + 14058  [(3 066,2 – 2 762,5) + + 0,03 2 257,2] = 342243981,4 кДж/ч

4. 8. 3. Коэффициент полезного действия печи и расход топлива

Потери тепла в окружающую среду составляют 4-8 % от низшей теплотворной способности . Низшая теплотворная способность газообразного топлива определяется по формуле (кДж/кг):

=  Q_i  x_i, где

Q_i – низшая теплотворная способность компонентов топлива,

x_i – весовые доли компонентов топлива.

Пересчитаем состав топлива [10] на массовые проценты, используя следующую формулу:

_i =  100 %, где

_i – массовая концентрация i-ого компонента топлива, % масс.;

_i – объемная доля i-ого компонента топлива, % об.;

М_i – молекулярная масса i-ого компонента топлива, г/моль.

Результаты пересчета для удобства сведем в таблицу:

Компонент	i, % об.	Мi, г/моль	i  Мi	i, % масс.	Qi, ккал/кг	i  Qi /100
Метан СН4	45,0	16	720	24,0	11 900	2 856,00
Этан С2Н6	20,0	30	600	20,0	11 300	2 260,00
Пропан С3Н8	25,0	44	1 100	36,7	11 050	4 055,35
 С4	10,0	58	580	19,3	10900	2 103,70
	100,0	–	3 000	100,0	–	11 275,05

Получим: = 11 275,05 ккал/кг = 11 275,05  4,19 кДж/кг = 47 242,5 кДж/кг

Тогда потери тепла в окружающую среду (примем 6 % от ) составят:

q_окр.ср.= 0,06  47 242,5 = 2 834,55 кДж/кг

Потери тепла с уходящими дымовыми газами q_ух.д.г. устанавливаются по графику [10] в соответствии с выбранной температурой уходящих газов (t_{ух.дым.газ.} = 374 ⁰С). Получили q_ух.д.г. = 2 400 ккал/кг = 2 400  4,19 кДж/кг = 10 056 кДж/кг.

Коэффициент полезного действия печи  рассчитывается по формуле:

 = = = 0,727  0,73

Коэффициент полезного действия современных печей составляет  = 0,65  0,85.

Расход топлива:

В = = = 9923,8 кг/ч