124570 (Технология пиролиза углеводородного сырья в трубчатых печах), страница 7

Q_пол = Q_пир + Q_р – Q_с

Q_пол = 38,95210⁶ + 13,24910⁶ – 17,94410⁶ = 34,25710⁶ кДж/ч.

4.2.3 Определение затрат тепла в радиационной и конвекционной камерах

Q_пол = Q_рад + Q_конв,

где Q_рад – затраты тепла в радиационной камере, кДж/ч;

Q_конв - затраты тепла в конвекционной камере, кДж/ч.

Q_конв = N_ct_кC_pic_i + G_пi_пп – Q_с,

где t_к – температура паросырьевой смеси на выходе из конвекционной камеры, t_к = 560 ^оС;

i_пп – энтальпия перегретого пара при t_к (табл.6);

C_pic_i – мольная теплоемкость паросырьевой смеси при t_к (табл.11).

Q_конв =151,55560177,819 + 4250864,14,168 – 17,94410⁶ = 12,52010⁶ кДж/ч.

Q_рад = Q_пол – Q_конв = 34,25710⁶ – 12,52010⁶ = 21,73710⁶ кДж/ч.

4.2.4 Расчет процесса горения топлива

Определение состава топлива [13, с.25]

Топливом служит метано – водородная фракция (МВФ). Состав МВФ приведен в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Состав МВФ

Определим элементарный состав топлива в массовых процентах.

Содержание углерода:

С =

где g_i – массовый процент компонента топлива;

12 – молекулярный вес углерода;

n_i – число атомов углерода в компоненте топлива;

M_i – молекулярный вес компонента топлива.

С_СН4 = %

Содержание водорода:

Н =

где g_i – массовый процент компонента топлива;

1 – молекулярный вес водорода;

n_i – число атомов водорода в компоненте топлива;

M_i – молекулярный вес компонента топлива

Н = Н_СН4 + Н_Н2 = %.

Определение низшей теплотворной способности топлива

Низшая теплотворная способность топлива определяется по уравнению Менделеева:

где S, O, W – соответственно содержание в топливе серы, кислорода, влаги, % масс.;

кДж/кг.

Определение количества воздуха, необходимого для сгорания топлива

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива:

;

кг/кг.

Фактический расход воздуха:

,

где – коэффициент избытка воздуха;

кг/кг.

Объемный расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива:

;

м³/кг.

Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:

,

где W_ф – расход форсуночного пара;

кг/кг.

Количество газов, образующихся при сгорании 1кг топлива:

кг/кг;

кг/кг;

кг/кг;

кг/кг;

Проверка осуществляется, исходя из условия: ;

2,656 + 2,480 + 0,207 + 14,385 = 19,731,

19,728 19,731.

Расчет теплосодержания продуктов сгорания

Расчет теплосодержания продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре производится по формуле:

,

где Т – температура продуктов сгорания, К;

C_i – средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кгК (их значения находим методом интерполяции [12, табл.2]);

Расчет теплосодержания уходящих из печи дымовых газов

Температура уходящих из печи дымовых газов t_ух = 350^оС. Теплоемкости продуктов сгорания при этой температуре приведены в таблице 4.10.

Таблица 4.10 - Массовые теплоемкости продуктов сгорания при 350 ^оС

кДж/кг.

КПД печи. Полная тепловая нагрузка печи. Расход топлива

Коэффициент полезного действия печи определяется по формуле:

,

где q_пот – потери тепла в окружающую среду, кДж/кг; q_пот примем равными 7% от рабочей теплоты сгорания топлива, в том числе, в камере радиации 5%, в камере конвекции 2%.

Полная тепловая нагрузка печи, кДж/ч:

Расход топлива, кг/ч:

.

4.2.5 Тепловой баланс печи

Зная q_ух и qпот можно определить тепло уходящих из печи дымовых газов Q_ух и теплопотери Q_пот:

Q_ух = q_ухB = 7906,41828,67 = 6,55110⁶ кДж/ч

Q_пот = q_потB = 52952,130,07828,67 = 3,07210⁶ кДж/ч

Дополним тепловой баланс этими слагаемыми:

Q_с + Q_Т = Q_р + Q_пир + Q_ух + Q_пот.

Тепловой баланс печи с учетом тепла уходящих из печи дымовых газов и теплопотерь приведен в таблице 4.11.

Таблица 4.11 - Тепловой баланс печи

Определение температуры дымовых газов, покидающих радиантную камеру

Из уравнения теплового баланса топки:

,

где _Т – кпд топки;

T_п – температура перевала, температура дымовых газов, покидающих радиантную камеру

Температура перевала определяется итерационным методом

Примем T_п = 1273 К. Массовые теплоемкости продуктов сгорания при 1273 К приведены в таблице 4.12.

Таблица 4.12 - Массовые теплоемкости продуктов сгорания при 1273 К

Теплосодержание дымовых газов при 1273К, кДж/кг:

24073,33 24426,80, =1,4%

Принято T_п = 1273К.

4.2.6 Тепловой баланс реактора

Тепло, затрачиваемое на пиролиз всего сырья, кДж/ч:

Q_Т = Q_Т n,

где n – число печей,

Q_Т = 43,8810⁶2 = 87,7610⁶.

Тепловой баланс реактора приведен в таблице 19.

Таблица 4.13 - Тепловой баланс реактора

4.3 Расчет основного оборудования

4.3.1 Расчет для действующего типа змеевика

Определение размеров реакционного змеевика печи

Камера радиации

Количество потоков: n = 2;

Размер труб, мм: 140х8;

Количество труб: Np = 40;

Поверхность нагрева радиационных труб: H_p = 193 м².

Теплонапряженность поверхности нагрева радиационных труб, кВт/м²

.

Рабочая длина одной трубы, м

,

где d_н – наружный диаметр радиационных труб,

.

Общая рабочая длина труб, м

Общая рабочая длина труб в одном потоке, м

Реакционный объем змеевика, м³

,

где d_в – внутренний диаметр радиационных труб, м

.

Камера конвекции

Количество потоков: n = 2;

Размер труб, мм: 114х10;

Принимаются трубы конической формы для уменьшения забивки вследствие коксования. Расчет ведется по среднему диаметру

Рабочая длина одной трубы, м: l_p = 11,0

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению:

,

где K – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту, Вт/м^2оС;

t_ср – средняя разность температур.

Средняя разность температур определяется по формуле:

,

где , – соответственно большая и меньшая разности температур;

;

;

.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции определяется по уравнению:

, где

₁, _к, _р – соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов.

_р определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

,

где t_ср – средняя температура дымовых газов в камере конвекции:

_к определяется следующим образом:

,

где Е – коэффициент, зависящий от свойств топочных

газов, значение которого определяем методом

линейной интерполяции, используя табличные

данные зависимости его от t_ср: Е = 19,15 [2, табл.4];

d – наружный диаметр труб:

U – массовая скорость движения газов, определяемая по формуле:

,

где В – часовой расход топлива, кг/ч;

G – количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг;