124506 (Технологический расчет трубчатой печи), страница 4

где S₂ – расстояние между горизонтальными рядами труб:

м;

м.

Рассчитаем среднюю теплонапряженность конвекционных труб:

Вт/м².

Выводы: 1) рассчитали поверхность нагрева конвекционных труб, получив следующий результат: Н_к = 622,63 м²;

2) определили значение средней теплонапряженности конвекционных труб, оно составило Q_нк = 14874,2 Вт/м², что несколько выше допустимого значения (13956 Вт/м²), а значит камера конвекции работает с высокой эффективностью, но может быть нарушена нормальная работа печи (например, прогар труб); чтобы уменьшить теплонапряженность, можно увеличить поверхность конвекционных труб, т.е. увеличить их количество.

2.7 Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

Цель расчета: определение общего гидравлического сопротивления змеевика печи или давления сырья на входе в змеевик.

Давление сырья на входе в печь складывается из следующих составляющих:

,

где Р_к, Р_и, Р_н, Р_к, Р_ст. – соответственно давление сырья на выходе из змеевика печи; потери напора: на участке испарения, на участке нагрева радиантных труб, в конвекционных трубах; статический напор.

Значение Р_к известно из исходных данных:

Р_к = Р_вых. = 1,5 ата = 1,510⁵ Па = 0,15 МПа.

Остальные слагаемые необходимо рассчитать.

Расчет начинается с определения потерь напора на участке испарения:

,

где Р_н – давление в начале участка испарения, которое, в свою очередь, рассчитывается методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение Бакланова:

,

где А и В – расчетные коэффициенты.

; ,

где , L₁, , d_вн, е, _п – соответственно коэффициент гидравлического сопротивления (для атмосферных печей = 0,020,024 [2, с.56]), секундный расход сырья по одному потоку, плотность сырья при средней температуре на участке испарения t_ср.и., внутренний диаметр труб, доля отгона сырья на выходе из змеевика, средняя плотность паров при давлении 9,1 Па (при нагреве нефти 1/_п = 3500);

кг/с;

l_и – длина участка испарения:

,

где , , – соответственно теплосодержание парожидкостной смеси на выходе из змеевика, сырья на выходе из камеры конвекции, сырья при температуре начала испарения t_н;

;

кДж/кг;

l_рад. – эквивалентная длина радиантных труб:

,

где l_р – рабочая длина одной трубы; l_р = 18 м (см. табл.2);

l_э – эквивалентная длина печного двойника (ретурбента), зависящая от наружного диаметра трубы d:

м;

n_р – число радиантных труб, приходящихся на один поток:

,

где n = 2 – число потоков;

N_р – общее число радиантных труб:

шт.;

шт.;

Рис.5. График зависимости Р_н = f(t_н), построенный на основании данных по однократному испарению продукта.

м.

Начинаем расчет давления в начале участка испарения Р_н методом итераций.

Предварительно задаемся значением Р_н, принимаем Р_н = 8 ата = 0,8 МПа, и по зависимости Р_н = f(t_н) (рис.5) находим температуру начала испарения продукта t_н, соответствующую этому давлению: t_н = 260 ⁰С.

Теплосодержание сырья при температуре начала испарения:

кДж/кг.

Длина участка испарения:

м.

Средняя температура продукта на участке испарения:

⁰С.

Его плотность при этой температуре:

кг/м³.

Расчетные коэффициенты:

;

.

Давление в начале участка испарения:

МПа.

Так как рассчитанное Р_н не совпадает со значением, принятым ранее, то расчет необходимо повторить, задавшись Р_н = 0,994 МПа = 9,94 ата. И так до тех пор, пока не будет достигнута необходимая точность.

Результаты дальнейших расчетов представим в виде таблицы.

Таблица 5.

Теперь можем рассчитать потери напора на участке испарения:

МПа.

Далее рассчитываем потери напора на участке нагрева радиантных труб:

,

где ₂ – коэффициент гидравлического сопротивления для участка нагрева; принимаем ₂ = 0,033 [1, с.483];

l_н – эквивалентная длина участка нагрева радиантных труб по одному потоку:

м;

_ж – плотность продукта при средней температуре (t_ср.) на участке нагрева радиантных труб:

⁰С;

кг/м³;

U – массовая скорость продукта в радиантных и в конвекционных трубах (в случае одинакового размера труб) на один поток:

кг/м²с;

МПа.

Рассчитываем потери напора в конвекционных трубах для одного потока:

,

где U_к – массовая скорость продукта в конвекционных трубах:

U_к = U = 605,924 кг/м²с;

_ж – плотность продукта при средней температуре в конвекционных трубах:

⁰С;

кг/м³;

l_к – эквивалентная длина конвекционных труб:

,

где n_к – число конвекционных труб в одном потоке:

шт.;

м;

МПа.

Статический напор в змеевике печи рассчитывается по формуле:

,

где h_т – высота камеры радиации:

;

м;

h_к – высота камеры конвекции (рассчитана ранее): h_к = 7,616 м;

_ж – плотность продукта при средней температуре:

⁰С;

кг/м³;

МПа.

Подставляя полученные данные, определяем давление сырья на входе в печь:

МПа.

Рис.6. Схема к гидравлическому расчету змеевика трубчатой печи.

Выводы: 1) на данном этапе рассчитали давление сырья на входе в змеевик печи путем прибавления к давлению на выходе потерь напора, определяемых отдельно для каждого из трех участков змеевика (конвекционные трубы, участок нагрева и участок испарения радиантных труб), а также статического напора;

2) по результатам расчетов значение его составляет Р₀ = 1,17 МПа и значительно превышает давление на выходе из змеевика (почти в 8 раз), что является характерным для печей с двухфазным режимом, и объясняется в основном большими потерями напора на участке испарения радиантных труб.

2.8 Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы

Цель расчета: определение стандартного диаметра и высоты дымовой трубы.

Общее сопротивление всего газового тракта определяется выражением:

,

где Р_р, Р_к – соответственно разряжение в топочной камере и потери напора в камере конвекции; принимаем Р_р = 40 Па [1, с.487], Р_к = 80 Па [1, с.488];

Р_м.с. – потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений;

Р_тр. – потери напора на трение в дымовой трубе.

,

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений; принимаем = 4,06 [2, с.23];

W – линейная скорость продуктов сгорания; принимаем W = 8 м/с [1, с.488];

– плотность продуктов сгорания при температуре Т_ух..

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:

,

где – сумма масс продуктов сгорания на 1 кг топлива;

– объемное количество продуктов сгорания на 1 кг топлива:

,

где m_i, M_i – соответственные массы и молекулярные массы газовых компонентов в продуктах сгорания;

м³/кг;

кг/ м³.

Плотность продуктов сгорания при температуре Т_ух. = 533 К:

кг/ м³.

Итак, потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений:

Па.

Потери напора на трение в дымовой трубе определяются по формуле:

,

где – соответственно потери напора при входе в трубу и выходе из нее, потери напора на трение при движении газов в дымовой трубе.

,

где _вх., _вых. – коэффициенты местных сопротивлений при входе в трубу и выходе из нее; принимаем (_вх. + _вых.) = 1,3 [2, с.24];

_ср.т. – плотность газов в трубе при средней температуре Т_ср.т.:

,

где Т_вых. – температура продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы:

К;

К;

кг/ м³;

Па.

Потери напора на трение при движении газов в дымовой трубе:

,

где ₃, h, D – соответственно коэффициент гидравлического сопротивления в дымовой трубе, высота и диаметр дымовой трубы.

,

где n_Т – число дымовых труб; принимаем n_Т = 1;

V – объемный расход продуктов сгорания при температуре Т_ух.:

м³/с;