124151 (689867), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Δu=0,114*(550-151)=45,486 кДж/кг

ΔU=GΔu=4,03*45,486=183,31кДж

Расчётным методом определим энтальпию перегретого пара и сравним её значение с табличным.

h=2547,668-55,64*⁴√р+t_пп(1,8334-0,0311*⁴√р)+0,000311*t²_пп

h=2547,668+55,64*1,503 +550* (1,8334-0,0311*1,503)+0,000311*550² = 3557.366 кДж/кг

Ошибка: 100*(3594.7-3557.366)/3594.7 =1%

Ошибка по температуре кипения: 100*(151.85-150.2)/151.85 =0.44%

4.2. Расчет процесса горения в печи

Определение основных характеристик топлива

Таблица 5.

Низшая теплота сгорания топлива Q_р^н = SQ_р^н_i*y_i

Q_р^н = 35.84*0.983+63.8*0.003+86.06*0.001+118.73*0.002=35.746 МДж/м³

Q_р^н = 35,746/ = 35,746/0,727 = 49,169 МДж/кг

Определение элементного состава топлива

Содержание углерода C = 12.01* n_i*y_i/Mт;

содержание водорода Н = 1,008*n_i*y_i/Mт;

содержание азота N = 14,01*n_i*y_i/Mт;

где n_i – число атомов i- го элемента,

y_i – мольная доля i- го компонента топлива,

Мт – молярная масса топлива.

C = 12.01*(1*98.3+2*0.3+3*0.1+4*0.2)/16.286 = 73.744%

H = 1.008*(4*98.3+6*0.3+8*0.1+10*0.2)/16.286 = 24.621%

N = 14.01*(1.1*2)/16.286 = 1.635%

C+H+N = 73.744+24.621+1.635 = 100%

Расчет процесса горения

Топливо

CO₂

Топка

H₂O

Воздух N₂

O₂

Рис.2. Схема топки

1. Теоретический расход воздуха

L₀ = 0.115*C+0.345*H+0.043*(S-O),

где C,H,O,S – содержание элементов, %.

₀ = 0,115*73,744+0,345*24,621=16,975 кг/кг.

1. Действительный расход воздуха

L_д = *L₀, где - коэффициент избытка воздуха.

L_д = 1,05*16,975 = 17,824 кг/кг.

1. Количество продуктов сгорания

m(CO₂) = 0.0367*C = 0.0367*73.744=2.706;

m(H₂O) = 0.09*H = 0.09*24.621 = 2.216;

m(N₂) = 0.768**L₀+0.01*N = 0.768*1.05*16.975+0.01*1.635 = 13.705;

m(O₂) = 0.232*(-1)*L₀ = 0.196.

Таким образом, m_nc=m_i = 2.706+2.216+13.705+0.196 = 18.823;

или m_nc= 1+L_д = 1+17.824 = 18.724.

Рассчитаем объем продуктов сгорания V_nc, а также содержание каждого компонента в массовых (y_i) и объемных (y_i’) долях по формулам:

V_nc=V_i; V_i = m_i*22.4/M_i;

y_i = m_i*100/m_nc; y_i’ = V_i*100/V_nc.

Результаты расчетов приведены в таблице 6.

Таблица 6.

1. Расчет энтальпии продуктов сгорания осуществляется по формуле:

H_nc = t*Cp_i*m_i,

где t- температура, ⁰С,

Ср_i – теплоемкость i-го компонента, кДж/кг*К,

m_i - масса i-го компонента, кг.

Результаты расчетов приведены в таблице 7.

Таблица 7.

4.3. Тепловой баланс печи, определение КПД печи и расхода топлива

1. Полезная тепловая нагрузка

Q_пол = G_вп*(h₂-h₁)*10³ = G_вп*(h-h’’)*10³, т.к. h₂=h=f(t₂), h₁=h’’= f(t₁).

Q_пол = 4,03*(3557,366-2767,48)*10³ = 3183241 Дж/с = 3183241 Вт.

2) КПД печи:

_п = 1-q_пот –H_ух /Q_р^н,

где q_пот = 0,1– потери в окружающую среду,

H_ух = f(t_ух) = 10026,13кДж/кг при t_ух=450⁰С,

Q_р^н = 49169 кДж/кг – низшая теплота сгорания.

_п = 1- 0,1-10026,13/49169 = 0,7.

КПД топки _т = 0,95.

1. Расход топлива:

B = Q_пол/Q_р^н *10³ *_п = 3183241/49169*10³*0,7 = 0,0925 кг/с.

1. Расчет радиантной камеры:

Qрад = B*(Q_р^н *_п - H_п)*10³,

где H_п = f(t_п) – энтальпия газов при температуре перевала печи,

при t_п = 916,39⁰С H_п = 20900,49 кДж/кг.

Qрад = 0,0925*(49169*0,7-20900,49)*10³ = 2387431 Вт.

Проверим распределение нагрузки в печи: Q_рад*100/Q_пол = 75%, т.е. условия соблюдены.

1. Тепловая нагрузка конвекционной камеры:

Q_конв= Q_пол-Q_рад = 3183241-2387431 = 795810 Вт.

1. Энтальпия водяного пара на входе в радиантную камеру:

h_k = h₂-Q_рад/G_вп*10³ = 3557,366-2387431/4,03*10³ = 2964,951 кДж/кг.

При давлении Р₁ = 5,1ат значение температуры водяного пара на входе в радиантную секцию t_k = 260.42⁰C.

1. Температура экрана в рассчитываемой печи:

= (t₂+t_k)/2 +20 = (550+260.42)/2 + 20 = 425.21⁰C.

1. Максимальная температура горения топлива:

t_max = 20 + Q_р^н *_т/C_pm,

где C_pm = f(t_п) – удельная теплоемкость при температуре перевала.

t_max = 20 + 49169*0,95/22,807 = 2068,08⁰С.

1. Для t_п и t_max по графикам определяем теплонапряженность абсолютно черной поверхности q_s:

Таблица 8.

Определяем теплонапряженность при = 425⁰С: q_s = 177796,9 Вт/м².

Таким образом, полный тепловой поток, внесенный в топку:

Q = B*Q_р^н _т*10³ = 0,09*49169*0,95*10³ = 4203949,5 Вт.

Эквивалентная абсолютно черной поверхность равна

H_s = Q/q_s = 4203949,5/177796,9 = 23,64 м².

1. Принимаем степень экранирования кладки = 0,45; для =1,05 примем Н_s/H_L = 0.78.

Эквивалентная плоская поверхность:

Н_л = Н_s/ (Н_s/H_L) = 23.64/0.78 = 30.31 м².

Диаметр радиантных труб d_р= 0,152м, диаметр конвекционных труб d_к= 0,114м.

Принимаем однорядное размещение труб и шаг между ними S = 2*d_р = 0,304м.

Для этих значений фактор формы К= 0,87.

1. Величина заэкранированности кладки:

Н = Н_п/К = 30,31/0,87 = 34,84 м².

1. Поверхность нагрева радиантных труб:

F_рад= 3,14*Н/2 = 3,14*34,84/2 = 54,7 м².

Таким образом, выбираем печь Б1 54/6.

Характеристика печи

Таблица 9

Длина l_пол= l-0,8 = 6-0,8 = 5,2.

Число труб в камере радиации: n_р = 54/3,14*0,152*5,2 = 21,76.

Теплонапряженность радиантных труб: q_р = 2387431/54 = 44211,69 Вт/м².

Число конвективных труб: n_к = 54/3,14*0,114*5,2 = 29,01.

Располагаем трубы в шахматном порядке по 3 в одном горизонтальном ряду, шаг между трубами S = 1,7*d_к = 1,7*0,114 = 0,19м.

++++++++++

+ ++++

+ +++

+ ++++

+ +++

+ ++++

+ +++

+++

Рис. 3. Принципиальная схема рассматриваемой технологической печи.

1. Средняя разность температур:

t_ср = [(t_n-t_k)-(t_ух-t₁)]/ln[(t_n-t_k)/(t_ух-t₁)]

t_ср = [(916,4-260,4)-(450-151)]/ln[(916,4-260,4)/(450-151)] = 454.2⁰C

1. Коэффициент теплопередачи:

К = Q_конв/t_ср*F = 795810/454.2*54 = 32,46 Вт/м²*К.

1. Теплонапряженность поверхности конвективных труб:

q_k= Q_конв /F = 795810/54 = 14737.2 Вт/м².

Гидравлический расчет змеевика печи

Для обеспечения нормальной работы трубчатой печи необходимо обосновано выбрать скорость движения потока сырья через змеевик. При увеличении скорости движения сырья в трубчатой печи повышается коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемому сырью, что способствует снижению температуры стенок, а следовательно, уменьшает возможность отложения кокса в трубах. В результате уменьшается вероятность прогара труб печи и оказывается возможным повысить тепло напряженность поверхности нагрева. Кроме того, при повышении скорости движения потока уменьшается отложение на внутренней поверхности трубы загрязнении из взвешенных механических частиц, содержащихся в сырье.

Применение более высоких скоростей движения потока сырья позволяет также уменьшить диаметр труб или обеспечить более высокую производительность печи, уменьшить число параллельных потоков.

Однако увеличение скорости приводит к росту гидравлического сопротивления потоку сырья, в связи с чем увеличиваются затраты энергии на привод загрузочного насоса, так как потеря напора, а следовательно, и расход энергии возрастают примерно пропорционально квадрату (точнее, степени 1,7-1,8) скорости движения.

Находим потерю давления водяного пара в трубах камеры конвекции.

Средняя скорость водяного пара:

[м/с],

Характеристики

Список файлов курсовой работы