125417 (Расчет установки утилизации теплоты отходящих газов технологической печи), страница 2

22,4 - молярный объем, м³/кмоль,

м³/кг; м³/кг;

м³/кг; м³/кг.

Суммарный объем продуктов сгорания (н. у.) при фактическом расходе воздуха:

V = V_CO2 + V_H2O + V_N2 + V_O2,

V = 1,38 + 2,75+ 13,06 + 0,70 = 17,89 м³/кг.

Плотность продуктов сгорания (н. у.):

кг/м³.

Найдем теплоемкость и энтальпию продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от 100 °С (373 К) до 1500 °С (1773 К), используя данные табл. 2.

Средние удельные теплоемкости газов с_р, кДж/(кг∙К) Таблица 2

Энтальпия дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива:

где с_CO2, с_H2O, с_N2, с_О2 - средние удельные теплоемкости при постоянном давлении соответствующих газон при температуре t, кДж/(кг · К);

с_t - средняя теплоемкость дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива при температуре t, кДж/(кг К);

при 100 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг;

при 200 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг;

при 300 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг;

при 400 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг;

при 500 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг;

при 600 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг;

при 700 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг;

при 800 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг;

при 1000 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг;

при 1500 °С: кДж/(кг∙К);

кДж/кг.

Результаты расчетов сводим в табл. 3.

Энтальпия продуктов сгорания Таблица 3

По данным табл. 3 строим график зависимости H_t = f(t) (рис. 1) см. Приложение.

2.2 Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в печи (полезная тепловая нагрузка):

где G - количество перегреваемого водяного пара в единицу времени, кг/с;

H_вп1 и Н_вп2 - энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно, кДж/кг;

Вт.

Принимаем температуру уходящих дымовых газов равной 320 °С (593 К). Потери тепла излучением в окружающую среду составят 10 %, причем 9 % из них теряется в радиантной камере, а 1 % - в конвекционной. КПД топки η_т = 0,95.

Потерями тепла от химического недожога, а также количеством теплоты поступающего топлива и воздуха пренебрегаем.

Определим КПД печи:

где Н_ух - энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь, t_ух; температура уходящих дымовых газов принимается обычно на 100 - 150 °С выше начальной температуры сырья на входе в печь; q_пот - потери тепла излучением в окружающую среду, % или доли от Q_пол;

Расход топлива, кг/с:

кг/с.

2.3 Расчет радиантной камеры и камеры конвекции

Задаемся температурой дымовых газов на перевале: t_п = 750 - 850 °С, принимаем

t_п = 800 °С (1073 К). Энтальпия продуктов сгорания при температуре на перевале

H_п = 21171,8 кДж/кг.

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в радиантных трубах:

где Н_п - энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов па перевале, кДж/кг;

η_т - коэффициент полезного действия топки; рекомендуется принимать его равным 0,95 - 0,98;

Вт.

Тепловой поток, воспринятый водяным паром в конвекционных трубах:

Вт.

Энтальпия водяного пара на входе в радиантную секцию составит:

кДж/кг.

Принимаем величину потерь давления в конвекционной камере ∆P_к = 0,1 МПа, тогда:

P_к = P - P_к,

P_к = 1,2 – 0,1 = 1,1 МПа.

Температура входа водяного пара в радиантную секцию t_к = 294 °С, тогда средняя температура наружной поверхности радиантных труб составит:

где Δt - разность между температурой наружной поверхности радиантных труб и температурой водяного пара (сырья), нагреваемого в трубах; Δt = 20 - 60 °С;

К.

Максимальная расчетная температура горения:

где t_o - приведенная температура исходной смеси топлива и воздуха; принимается равной температуре воздуха, подаваемого на горение;

с_п.с. - удельная теплоемкость продуктов сгорания при температуре t_п;

°С.

При t_max = 1772,8 °С и t_п = 800 °С теплонапряженность абсолютно черной поверхности q_s для различных температур наружной поверхности радиантных труб имеет следующие значения:

Θ, °С 200 400 600

q_s, Вт/м² 1,50 ∙ 10⁵ 1,30 ∙ 10⁵ 0,70 ∙ 10⁵

Строим вспомогательный график (рис. 2) см. Приложение, по которому находим теплонапряженность при Θ = 527 °С: q_s = 0,95 ∙ 10⁵ Вт/м².

Рассчитываем полный тепловой поток, внесенный в топку:

Вт.

Предварительное значение площади эквивалентной абсолютно черной поверхности:

м².

Принимаем степень экранирования кладки Ψ = 0,45 и для α = 1,25 находим, что

H_s/H_л = 0,73.

Величина эквивалентной плоской поверхности:

м².

Принимаем однорядное размещение труб и шаг между ними:

S = 2d_н = 2 ∙ 0,152 = 0,304 м. Для этих значений фактор формы К = 0,87.

Величина заэкранированной поверхности кладки:

м².

Поверхность нагрева радиантных труб:

м².

Выбираем печь ББ2 , ее параметры:

поверхность камеры радиации, м² 180

поверхность камеры конвекции, м² 180

рабочая длина печи, м 9

ширина камеры радиации, м 1,2

исполнение б

способ сжигания топлива беспламенное

горение

диаметр труб камеры радиации, мм 152×6

диаметр труб камеры конвекции, мм 114×6

Число труб в камере радиации:

где d_н - наружный диаметр труб в камере радиации, м;

l_пол - полезная длина радиантных труб, омываемая потоком дымовых газов, м,

l_пол = 9 – 0,42 = 8,2 м,

.

Теплонапряженность поверхности радиантных труб:

Вт/м².