II. Разработка конструктивной схемы печи

Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья, диаметра труб и теплонапряжения, чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора, причем теплонапряжение радиантных труб не должно превышать допустимое.

Вычислим теплоту горения по формуле

КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения

Тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:

,

где - низшая теплота сгорания, найденная выше

- теплосодержание уходящих газов, рассчитываемое по уравнению

=(1,0761,923+2,06721,564+8,4091,321+0,12641,378400= 6633,9кДж/нм³

Тогда определяем

Следовательно, КПД печи составляет

=1 – (0,175 + 0,06) =0,765 , то есть, =76,5 %

Полезную теплопроизводительность Q_пол, идущую на осуществление процесса, находим как сумму теплот конвективной и радиантной камер:

Определим теплоту конвективной камеры:

Теплота идущая на подогрев:

кДж/с

=(140110)

кДж/ч

=2,545 кДж/кгК

=11,84+666,51·413 + (-244,93)= 245,33Дж/мольК

== 2152,01Дж/кгК = 2,152 кДж/кгК

=11,84+666,51·903+ (-244,93)= 413,98Дж/мольК

== 3631,40Дж/кгК = 3,631 кДж/кгК

=8000 (3,631·6302,152·140) = 15890000кДж/ч

Значит, теплота конвективной камеры составляет

кДж/ч

Определяем теплоту радиантной камеры:

,

здесь - химическая теплота ,- теплота водяного пара , -теплота пирогаза.

Найдем химическую теплоту радиантной камеры:

,

где - энтальпии образования продуктов реакции и исходных компонентов, определяемые по следующим соотношениям:

,

Выбирая значения энтальпий веществ из справочных данных, находим:

кДж/кг

Тогда кДж/ч

,

где ,,. Значения а, в, и с берем для всех компонентов реакции из справочных данных.Получаем:

Получаем

Находим теплоту водяного пара радиантной камеры:

кДж/ч

где берем из ТТД таблиц для воды

Определим теплоту пирогаза

Теплоемкости пирогаза определяем как сумму произведений теплоемкостей компонентов пирогаза на их массовые доли:

,

Таким образом, находим:

Значит, теплота радиантной камеры составляет

Следовательно, полезная теплопроизводительность равна

Вычислим теплоту горения:

Тогда расход топлива составит

II. Определение конструктивной схемы печи

Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья, диаметра труб и теплонапряжения, чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора, причем теплонапряжениерадиантных труб не должно превышать допустимое.

Определим число потоков по продукту:

,

где G_пр=12000, кг/ч - производительность печи

=120 кг/м²с - оптимальная средняя массовая скорость продукта,

- площадь сечения трубопровода.

Для дальнейшего расчета выбираем для беспламенных горелок трубы диаметром d=140мм и толщиной стенки δ=8мм. Тогда сечение трубопровода составляет:

м²

Следовательно,

Принимаем для последующего расчета n_пр= 3. Тогда уточним действительную скорость продукта:

,

_pv=RT, p=RTρ, откуда

Условие выполняется, значит значения определены верно.

Таким образом, среднюю плотность пирогаза определим по формуле:

Тогда линейная скорость сырья будет равна

Определим длину труб:

, здесь с - время контакта, приведенное в исходных данных.

135,4571= 135,457 м

= 135,4573=406,371 м

Ориентировочно выбираем трубу =12м

Рассчитаем приведенное значение длины трубы

12+0,93,140,14 =12,396 м

Уточним линейную скорость сырья

_{Средняя скорость стала больше, а так как скорость сырья на входе не зависит от длины трубы, следовательно, увеличивается только скорость на выходе из радиантной камеры:}

Определим общую поверхность нагрева радиантной камеры:

м²

Для нормального функционирования печи должно выполняться условие

,

где q_p - потребноетеплонапряжениерадиантных труб,

q_доп - допустимое теплонапряжение.

, кВт/м²

Допустимоетеплонапряжение рассчитаем по уравнению

,

где:=950ºС - допустимая температура стенки,

t - температура продукта,

-учитывает равномерность обогрева, зависит от конструкции печи,

-учитывает равномерность обогрева, зависит от типа горелочного устройства

_,

где - коэффициент кинематической вязкости, рассчитываемый для смеси бензина и водяного пара:

_{Из справочника Варгафтика:}

С8Н18 Н20

С учетом полученных значений вычислим

,

Используем следующее уравнение подобия:

,

где число Прандтля для среды принимаем , а

Тогда число Нуссельта составляет

Известно, что . Отсюда

Коэффициент теплопроводности λ_ж потока среды находим по формуле

, где λ_i для компонентов смеси находим из справочных таблиц.

С8Н18 Н20

Тогда

Таким образом, находим

Следовательно, допустимое теплонапряжение на входе и выходе составляет:

Среднее значение допустимоготеплонапряжения:

Значит, условие выполняется (28,18647,8).

Компоновка радиантной камеры:

Габариты печи:

b = 2,59м

h = 4,85м

a =

a = 12,396 + 1= 13,396м

Рассчитаем количество разных групп труб:

Расположим все трубы вертикально в шахматном порядке, в два ряда шагом s=1,8d

_{Сравнивая высоту расположения вертикальных труб и высоту радиантной камеры 4,284 < 4,85, видим что такое расположение нас устраивает.}

Определим мощность одного ряда горелок, учитывая, что горелки расположены с 2х сторон по 5 рядов на каждой:

Определяем число горелок в одном ряду:

горелки типа «а»: Принимаем

горелки типа «б»: Принимаем

Рассмотрим горелки типа «а».

Найдем необходимую производительность одной горелки:

По справочным таблицам подбираем горелки типа ГБП 2а с производительностью

=60·10³

Тогда один ряд таких горелок обеспечивает теплоту

Определим отклонение от требуемого значения:

м

неверно

По справочным таблицам подбираем горелки типа ГБП 1б с производительностью

=55·10³

Тогда один ряд таких горелок обеспечивает теплоту

Определим отклонение от требуемого значения:

м

_{Горелки не помещаются}

Таким образом, выбрали горелки ГБП 2a.

Тогда один ряд таких горелок обеспечивает теплоту

Определим отклонение от требуемого значения:

м

верно

Вычисляем действительный расход топлива: