КУРСОВАЯ РАБОТА «Организация производства и управление предприятием» / исправленное

Полную тепловую нагрузку печи Q_т (кДж/ч) определяем по формуле:

Q_т = Q_п / η (4.33)

Q_т = 154819,5/0,76 = 203709,8 МДж/ч

Часовой расход топлива В (в кг/ч):

В = Q_т / Q_сг (4.34)

В = 203709,8/50,088 = 4067 кг/ч

4.4.3. Поверхность нагрева радиантных труб и размеры камеры радиации (топка). Поверхность нагрева радиантных труб (в м²) определяется по формуле:

Нр = Q_р / q_р (4.35)

где Q_р – количество тепла, переданное сырью в камере радиации, кВт;

q_р – теплонапряжение радиантных труб, кВт/м² (предварительно принимаем q_р=67 кВт/м²).

Количество тепла, переданное сырью в камере радиации, находим из уравнения теплового баланса топки:

Q_р = (Q_сг∙η_т – q_тп)∙В (4.36)

где η_т=0,96 – коэффициент эффективности топки;

q_тп – энтальпия дымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре Т_п, кДж/кг топлива (предварительно принимаем Т_п = 680 К и определяем q_тп по графику q_т=f(Т).

Q_р = (50088 · 0,96 – 7500) · 4067 = 165060 МДж/кг

Нр = 165060000/(67 · 3600) = 684 м²

Определяем температуру Т_к сырья на входе в радиантные трубы. Для этого, полагая на основе опытных и расчетных данных, что сырье в конвекционных трубах не испаряется, находим ее энтальпию q^ж_тк на входе в радиантные трубы из уравнения теплового баланса:

Q_р = G[е∙q^п _Т2+(1 – e)∙q^ж_Т2 – q^ж _ТK] (4.37)

q^ж _ТK = 636 кДж/кг

По таблице энтальпий нефтепродуктов находят искомую температуру Тк = 559 К.

Выбираем трубы диаметром d_н=127×8 мм с полезной длиной l_тр=9.5 м (полная длина трубы с учетом заделки концов в трубные двойники равна 10 м).

Число радиантных труб (округляем до ближайшего большего целого четного числа):

N_р = H_р / π∙d_н∙l_тр (4.38)

N_р = 684/(3,14 · 0,127 · 9,5) = 180,5

Учитывая опыт промышленности, принимаем печь беспламенного горения с двухрядным экраном двухстороннего облучения, с горизонтальным шахматным расположением труб и двумя нижними конвекционными секциями.

По существующим нормам шаг размещения экранных труб S=0.25 м. Расстояние между рядами вертикальных труб:

S₁ = S∙√3 / 2 (4.39)

S₁ = 0,25 · √3/2 = 0,22 м

Расстояние от излучающих стен до трубного экрана а_т=1 м.

Высота радиантной камеры (топки):

h_т = (N’_р – 1)∙S +0.5∙S+2∙l_т , (4.40)

где N’_р=N_р / 2 – число труб в одном вертикальном ряду;

l_т=0,25 м – расстояние от нижней и верхней труб вертикального ряда соответственно ло пода и потолка печи.

h_т = (90,25 – 1)·0,25 + 0,5·0,25 + 2·0,25 = 22,9 м

Ширина радиантной камеры печи:

b_т = 2∙a_т + S₁ (4.41)

b_т = 2·1 + 0,22 = 2,22 м

Объем камеры радиации:

V_т = b_т∙h_т∙l_тр (4.42)

V_т = 2,22·22,9·9,5 = 375,4 м²

Теплонапряжение топочного объема печи:

Q_v = Q_т / V_т (4.43)

Q_v = 203709800/375,4 = 542647 кДж/( м³·ч)

Для обеспечения равномерного обогрева каждой трубы экрана по окружности и по длине следует принять для проектируемой печи газовые горелки ВНИИНефтемаша типа ГБП2а теплопроизводительностью q_г =69,78 кВт.

Количество горелок (округляется до ближайшего меньшего целого четного числа):

N_г = Q_т / q_т (4.44)

N_г = 203709800/69,78 = 811 шт

Так как размер каждой горелки 0,5×0,5 м, то площадь двух излучающих стен печи:

H_SR = 0.25∙N_г (4.45)

H_SR = 0,25·811 = 202,8 м²

4.4.5. Расчет конвективной поверхности нагрева печи. Поверхность нагрева конвекционных труб определяется но формуле:

Н_R = Q_K / k₁·ΔT_{СР ,} (4.46)

где Q_K – количество тепла, передаваемого сырью в конвекционных трубах, Вт;

k₁– коэффициент теплопередачи в конвекционной камере печи, Вт/(м² К);

ΔT_СР– средний температурный напор, К.

Количество тепла, передаваемого сырью в конвекционных трубах:

Q_K = Q_ПОЛЕЗН – Q_Р (4.47)

Q_K = (154819500 – 16506000)/3,6 = 13831500 Вт

Коэффициент теплопередачи в конвекционной камере вычисляется по формуле:

k₁ = 1.1· (α₁ ·α_Л) , (4.48)

где α₁ – коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к трубам, Вт/(м²К);

α_Л – коэффициент теплоотдачи излучением от трех атомных азов к трубам, Вт/(м²К);

Коэффициент α1 определяют по формуле :

α₁ = С·β·λ_Г / d_Н ·Re^0.6·Pr^0.33 (4.49)

где C – постоянная, для шахматного пучка груб равная 0.33;

β– коэффициент, зависящий от числа рядов труб в пучке (полагая, что число рядов будет более 10, принимаем β = 1;

λ_Г – коэффициент теплопроводности дымовых газов, Вт/(м·К).

Критерии Re и Рг в формуле (4.65) вычисляются при средней температуре дымовых газов в камере конвекции Т_СР = 0,5·(Т_П + Т_УХ) =1047 К; определяющий размер – наружный диаметр труб. Скорость газов рассчитывается для самого узкого сечения пучка.

В камере конвекции устанавливаются трубы с полезной длиной l_ТР = 9.5 м, наружным диаметром d_Н = 102 мм и толщиной стенки 6 мм. В каждой камере размещается змеевик для одного потока сырья. В одном горизонтальном ряду его установлено в шахматном порядке по четыре трубы с шагом S = 172 мм.

Находят наименьшую площадь свободного сечения для прохода дымовых газов. Она будет равна:

f_Г = (b_К – n₁·d_Н)·l_ТР = [ (n₁ – 1)·S + 3d_Н – n₁·d_Н]·l_ТР , (4.50)

где n₁ = 4 – число труб в одном горизонтальном ряду;

f_Г = [ (4 – 1)·0,172 + 3·0,102 – 4·0,102]·9,5 = 4 м²

Определяют линейную скорость дымовых газов в самом узком сечении пучка ни формуле:

ω = Тср·В· ΣVi/( m·3600·273· f_Г) , (4.51)

ω = 1047·4067· 15/( 2·3600·273· 4) = 8,1 м/с

где m = 2– число параллельно работающих камер (число потоков сырья).

Для определения критериев Re и Рг нужно вычислить для дымовых газов при Т_СР кинематическую вязкость, плотность, теплоемкость и коэффициент теплопроводности.

Коэффициент динамической вязкости находят по формуле:

Μ_Г /μ_Г = Σ(xi·Mi/ μ_i), (4.52)

где Μ_Г, μ_Г – молярная масса и динамическая вязкость дымовых газов;

Mi– молярные массы компонентов дымовых газов;

μ_i – динамические вязкости компонентов дымовых газов – определяются по номограмме;

x_i – объемные доли компонентов дымовых газов в смеси.

Μ_Г /μ_Г = 624,7 , Мг = 27,8

μ_Г = 0,045 спз

Плотность дымовых газов:

ρ_г = Мг/22,4 · 273/Тср , (4.53)

ρ_г = 27,8/22,4 · 273/1047 = 0,32 кг/ м³

Кинематическая вязкость газов:

_г = μ_Г/ ρг (4.54)

_г = 0,045/0,32 = 0,14

Коэффициент теплопроводности дымовых газов:

г = Σ x_i·г,i , (4.55)

где λ_Г- коэффициент теплопроводности компонентов дымовых газов (табл. 4.4).

Таблица 4.4

Коэффициенты теплопроводности дымовых газов

г = 0,06 Вт/( м²·К)

Удельная теплоемкость дымовых газов, кДж/(кг·К):

с_г = Σ с_i· x_i (4.56)

с_г = 1,16

Находят значения критериев:

Re = ω·dн/_г , (4.57)

Pr = _г · с_г · ρ_г /г, (4.58)

Re = 8,1·0,102/0,14 = 5,9

Pr = 0,14 · 1160 · 0,32 /0,06 = 866

Коэффициент теплоотдачи излучением от трехатомных газов:

α_Л = α_СО2 + α_Н2О (4.59)

где α_СО2 и α_Н2О – коэффициенты теплоотдачи излучением от СО₂ и Н₂О, определяемые по номограмме в зависимости от Тср, силы поглощения трехатомных газов и температуры стенки, α_СО2 = 20, α_СО2 = 9, α_Л = 29.

Предварительно находят величины, необходимые для пользования номограммами.

Рассчитывают эффективную толщину газового слоя по формуле:

L_ТР = 3,49·S – 4.1·d_Н (4.60)

L_ТР = 3,49·0,172 – 4.1·0,102 = 0,182 м

Определяют силу поглощения СО₂ и Н₂О в газовом слое (в Па·м):

(pl)_CO2 = x_CO2 · L_ТР (4.61)

(pl)_H2O = x_H2O · L_ТР (4.62)

(pl)_CO2 = 0,088 · 0,182 = 0,016

(pl)_CO2 = 0,176 · 0,182 = 0,032

Температуру стенок конвекционных труб принимают на 35 К выше средней температуры сырья в них:

Qст = (Т1 + Тк)/2 + 35 , (4.63)

Qст = (557 + 559)/2 + 35 = 593 К

α₁ = 0,33·1·0,06 / 0,102 ·5,9^0.6·866^0.33 = 5,3 Вт/(м·К)

k₁ = 1.1· (5,3 · 29) = 169 Вт/(м·К)

Н_R = 13831500/(169·1047) = 78 м²

Средний температурный напор рассчитывается по уравнению Грасгоффа:

∆Тср = ((Тn–Тк)–(Тух–Т1))/ln(Тn–Тк)/(Тух–Т1) , (4.64)

∆Тср = ((1417–559)–(677–557))/ln(1417–559)/(677–557) = 375 К

Рассчитав поверхность нагрева конвекционных труб, определяют общее число труб в конвекционной камере:

Nк = Н_R/(π·dн· l_ТР) , (4.65)

Nк = 78/(π·0,102· 9,5) = 25,6 шт

Число труб по вертикали в одной камере (следует округлить до ближайшего большего значения):

m = Nк/(2 · n1) , (4.66)

m = 25,6/(2 · 4) = 3,2  4 шт

Высота, занимаемая трубами в конвекционной камере, при шаге труб по глубине конвекционного пучка S1 = (S·3)/2 = 0,149 составит:

hк = (m – 1) · S1 , (4.67)

hк = (4 – 1) · 0,149 = 0,5 м