1.2.1.2 Расчет процесса горения

В качестве топлива используется природный газ, который состоит из 75% масс. углерода и 25 % масс. водорода.

Низшая теплотворная способность топлива

(1.6)

.

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания одного килограмма топлива:

(1.7)

где 23,2 – содержание кислорода в воздухе, % масс.

Отсюда теоретический объём воздуха, приведённый к нормальным условиям, составит

(1.8)

Количество продуктов горения одного килограмма топлива представлено в таблице 1.7.

Таблица 1.7 – Количество продуктов горения топлива

Состав продуктов горения	В топке	В камере конвекции
Nco2	0,0170	0,0170
Nн2о	0,1250	0,1250
NN2	0,5176	0,5694
No2	0,0125	0,0263

1.2.1.3 Коэффициент полезного действия печи, расход топлива

Потери тепла с отходящими газами

(1.9)

где N_i – содержание i-го компонента в дымовых газах на выходе из камеры конвекции, кмоль/кг; C_pm – средняя молярная теплоёмкость i-го компонента, кДж/(кгград); t₂ и t_в – температуры уходящих дымовых газов и окружающего воздуха, С. Принимаем температуру отходящих газов на 180⁰С выше температуры входа сырья, тогда t₂ =180 + 250 = 430⁰С или 703 К.

Средняя молярная теплоёмкость определяется по уравнению

(1.10)

где a, b, c – коэффициенты, приведены в таблице 4; t_ср - средняя температура от температуры уходящих дымовых газов до температуры окружающего воздуха.

Таблица 1.8 – Значения коэффициентов a, b, c в уравнении (1.10)
Вещество	a	b	c
Nco2	37,2	0,0173	-0,00000357
Nso2	41,2	0,0119	-0,0000022
Nн2о	35	0,0018	0,0000014
NN2	28,4	0,0034	-0,00000036
No2	29,1	0,0048	0,00000081

Таблица 1.9 – Результаты расчета средней молярной теплоемкости

Вещество	Мольная доля в зоне конвекции	Cp	Cpm
Nco2	0,0170	37,20	0,6341
Nн2о	0,1250	41,20	0,0000
NN2	0,5694	35,00	4,3750
No2	0,0263	28,40	16,1707
			21,94

Или в долях это составит

(1.11)

Численное значение коэффициента полезного действия печи определяется как

(1.12)

где q₂, q₃, q₄, q₅ – потери тепла соответственно с уходящими в дымовую трубу газами, от химической и механической неполноты сгорания, излучением через стены печи в окружающую среду в долях от низшей теплоты сгорания.

КПД топки:

Расход топлива, кг/с:

(1.13)

1.2.1.4 Определение скорости продукта на входе в печь

Принимается диаметр труб d = 1278 мм, тогда сечение S_т =3,14(0,127 – 0,016)²/4 = 0,00967 м².

Секундный объем гудрона

, (1.14)

.

Скорость продукта на входе в печь

, (1.15)

.

1.2.1.5 Определение поверхности нагрева радиантных труб и основные размеры камеры радиации

Принимается температура дымовых газов, уходящих из камеры конвекции, t_p = 613,9 °C или 886,9 К.

Рассчитывается средняя теплоемкость продуктов горения одного килограмма топлива при температуре дымовых газов, уходящих из топки.

Численное значение величины GC_pm определяется как

(1.16)

где N_i – содержание i-го компонента в топочных дымовых газах, кмоль/кг;

Таблица 1.10 – Результаты расчета средней молярной теплоемкости

Вещество	Мольная доля в топке	Cp	Cpm
Nco2	0,0170	47,82	0,8151
Nн2о	0,1250	36,11	4,5131
NN2	0,5176	30,49	15,7810
No2	0,0125	32,05	0,4009
			21,51

Количество тепла, переданное продукту через радиантную поверхность, определяется из уравнения теплового баланса топки:

(1.17)

где _Т – коэффициент полезного действия топки; GC_pm – средняя теплоёмкость продуктов горения одного килограмма топлива при температуре газов на выходе из топки; t_p – температура газов на выходе из топки, С.

Выбирается трубчатая печь типа ГН. При средней теплонапряженности радиантных труб 27915 Вт/м² . Расчетная теплонапряженность

Нр =15221,4/27,915 = 545,3 м².

Выбирается ближайший типоразмер ГН-2 575/15.

Поверхность (наружная) одной трубы

, (1.18)

где d –наружный диаметр трубы, м; L – длина трубы, м.

Общее число труб в радиантной камере

, (1.19)