2. К.П.Д. Печи, её тепловая нагрузка и расход топлива.

К.п.д. печи найдём по формуле:

η=1-[(q_пот/Q )+(q_пот/Q )],

где − потери тепла в окружающую среду, в долях от низшей теплоты сгорания топлива; − потери тепла с уходящими дымовыми газами, в долях от низшей теплоты сгорания топлива.

Примем, что и температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру печи, на 120 К выше температуры Т₁ сырья, поступающего в печь:

Т_ух=Т₁+∆Т= 473 +120 = 593 К

При Т_ух=593 К найдём по графику q-T потерю тепла с уходящими дымовыми газами:

q_ух = 7700 кДж/кг

или в долях от низшей теплоты сгорания топлива:

q_ух/ Q =7700/49040=0,16

Подставив численные значения величин, получим, что к.п.д. печи

составляет:

η=1-[0,06+0,16]=0,78.

Полная тепловая нагрузка печи :

Q_T=Q_полезн/ η,

где Q_полезн − полезное тепло печи, кДж/ч.

Полезное тепло печи рассчитываем по формуле:

Q_полезн = G*[е* q^п_T2 + (1-e)* q^ж_T2- q^ж_T1]

где G – производительность печи по сырью, кг/ч; е – массовая доля отгона сырья на выходе из печи при Т₂ = 513 К; q^п_T2, q^ж_T2 − энтальпия соответственно паровой и жидкой фаз сырья на выходе из печи при Т₂=513 К, кДж/кг; q^ж_T1 − энтальпия сырья на входе в печь при Т₁=473 К, кДж/кг.

q^ж_T1 =q^ж₄₇₃= 427,26 кДж/кг

q^п_T2= q^п₅₁₃ = 785,15 кДж/кг

q^ж_T2= q^ж₅₁₃ = 529,80 кДж/кг

Тогда:

Q_полезн = 266000 * (0 * 785,15 + (1-0) * 529,80 - 427,26)= =2,73 * 10⁷ кДж/ч = 7580 кВт

Подставляя в формулу соответствующие величины, получим:

Q_T =2,73 * 10⁷ / 0,78 = 3,5*10⁷ кДж/ч = 9722 кВт

Часовой расход топлива:

В= Q_полезн / (Q * η)= 2,73 * 10⁷ /(49040*0,78)=714 кг/ч

или

В' = В / 0,730 = 714 / 0,730 = 978 м³/ч

3. Поверхность нагрева радиантных труб и размеры камеры радиации (топка).

Поверхность нагрева радиантных труб (в м²) определяется по формуле:

H_р =Q_р/q_р,

где Q_р − количество тепла, переданного сырью в камере радиации, кВт; q_р − теплонапряжение радиантных труб, кВт/м².

Количество тепла, переданного сырью в камере радиации (прямая отдача топки), найдём из уравнения теплового баланса топки:

Q_р = (Q *η_Т - q_Тп)*В

где η_Т − коэффициент эффективности (к.п.д.) топки; q_Тп − энтальпия дымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре Т_п, кДж/кг топлива.

Примем Т_п=1023 К и определим по графику q–T:

q_Тп = q₁₀₂₃ = 17000 кДж/кг топлива

Ранее было принято, что потери тепла в окружающую среду равны 6 %. Пусть 4 % в том числе составляют потери тепла в топке.

Тогда

η_Т = 1 – 0,04 = 0,96

и

Q_р= (49040* 0,96-17000)* 714=2,15*10⁷ кДж/ч=6000 кВт

Примем теплонапряжение радиантных труб q_p=67 кВт/м².

Таким образом, поверхность нагрева радиантных труб будет равна:

Н_р = 6000 / 67= 90 м²

Определим температуру Т_к сырья на входе в радиантные трубы.

Полагая на основе опытных и расчетных данных, что сырьё в конвекционных трубах не испаряется, найдём её энтальпию q^ж_Tк на входе в радиантные трубы из уравнения:

Q_р = G*[е* q^п_T2 + (1-e)* q^ж_T2- q^ж_Tк]

Следовательно:

q^ж_Tк=е*q^п_T2+(1-е)*q^ж_T2-Q_р/G =0+(1-0)*529,80– 2,15*10⁷ /266000 = 449 кДж/кг

По таблице энтальпий нефтепродуктов искомая температура Т_к = 482 К.

Выбираем трубы диаметром мм с полезной длиной l_тр = 9,5 м (полная длина трубы с учётом заделки концов в трубные двойники равна 10 м).

Число радиантных труб:

N_р = H_p/(π*d_н* l_тр)= 90/(3,14*0,127*9,5)= 24

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 принимаем шаг размещения экранных труб S=0,25 м. Тогда расстояние между вертикальными рядами радиантных труб:

S₁=S*√3/2=0,25*1,73/2=0,215 м

Расстояние от излучающих стен до трубного экрана должно быть от 0,6 до 1,0 м. Принимаем это расстояние а_Т=1м. В каждом вертикальном ряду экрана разместим по 12 труб. Тогда высота радиантной камеры (топки) составит:

h_Т = (N'_P -1)*S+0,5*S+2*l_T ,

где N'_P – число труб в одном вертикальном ряду; l_T=0,25 м – расстояние от нижней и верхней труб вертикального ряда соответственно до потолка печи.

Подставив числовые значения величин, получим:

h_Т = (12 -1)*0,25+0,5*0,25+2*0,25=3,375 м

Ширина радиантной камеры печи:

b_T= 2*a_T + S₁ = 2 * 1 + 0,215 = 2,215м

На потолке левой и правой частей радиантной камеры размещаем по три трубы с шагом 0,25 м.

Объём камеры радиации:

V_T= b_T* h_Т* (N-2)*l_T = 2,215*3,375*22*0,25 = 41 м³

Теплонапряжение топочного объёма печи:

q_V= Q_T / V_T= 9722 / 41 = 237 кВт/м³