Курсовая работа (т): Расчет трубчатой печи установки атмосферной перегонки коробковской нефти

Таблица 4. -Характеристика фракций, выкипающих до 200 оС

Таблица 5. -Изменение относительной плотности нефти в зависимости от температуры

.1 Расчет процесса горения топлива

Цель данного этапа: расчет низшей теплотворной способности топлива, количества и состава продуктов сгорания, теплосодержания продуктов сгорания.

Низшая теплотворная способность топлива определяется по уравнению Менделеева:

где C, H, S, O, W - соответственно содержание в топливе углерода, водорода, серы, кислорода, влаги, % масс.;

 кДж/кг.

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива:

;

 кг/кг.

Фактический расход воздуха:

,

где a - коэффициент избытка воздуха;

 кг/кг.

Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:

,

где Wф - расход форсуночного пара;

 кг/кг.

Количество газов, образующихся при сгорании 1кг топлива:

 кг/кг;

кг/кг;

 кг/кг;

 кг/кг;

 кг/кг.

Проверка осуществляется, исходя из условия: ;

3,117+1,17+0,8271+13,6896 = 18,824 кг/кг » 18,825 кг/кг.

Объемный расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива:

;

 м3/кг.

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

,

где Т - температура продуктов сгорания, К;- средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг×К;

 кДж/кг.

Таблица 6.- Результаты расчета значений теплосодержания

Выводы: по результатам расчетов данного этапа низшая теплотворная способность топлива составила 42215,504 кДж/кг, количество продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого топлива - 18,825 кг/кг.

.2 Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива

Цель этапа: кроме к.п.д. и расхода топлива рассчитать теплопроизводительность трубчатой печи (полную тепловую нагрузку), значение которой необходимо для выбора ее типоразмера.

Уравнение теплового баланса для трубчатой печи выглядит так:

Расчет теплового баланса ведется на 1 кг топлива.

Статьи расхода тепла:

,

где qпол., qух., qпот. - соответственно полезно воспринятое в печи сырьем, теряемое с уходящими из печи дымовыми газами, теряемое в окружающую среду, кДж/кг.

Статьи прихода тепла:

,

где Cт, Cв, Cф.п. - соответственно теплоемкости топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, кДж/кг;т, tв, tф.п. - температуры топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, 0С.

Явное тепло топлива, воздуха и водяного пара обычно невелико и ими часто в технических расчетах пренебрегают.

Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:

,

а

или ,

откуда коэффициент полезного действия трубчатой печи:

,

где ,  - соответственно потери тепла с уходящими дымовыми газами и потери тепла в окружающую среду в долях от низшей теплотворной способности топлива.

Потери тепла в окружающую среду qпот. принимаем 6 % (0,06 в долях) от низшей теплотворной способности топлива, т.е.

, откуда

 кДж/кг.

Температура уходящих дымовых газов определяется равенством:

, 0С,

где t1 - температура нагреваемого продукта на входе в печь, 0С;

Dt - разность температур теплоносителей на входе сырья в змеевик камеры конвекции; принимаем Dt = 130 0С;

 0С (533 К).

При этой температуре определяем потери тепла с уходящими газами:

 кДж/кг.

 кДж/кг.

Итак, определяем к.п.д. печи:

.

Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи производим по формуле:

,

где  - производительность печи по сырью, кг/ч;

, ,  - соответственно теплосодержания паровой и жидкой фазы при температуре t2, жидкой фазы (сырья) при температуре t1, кДж/кг;

e - доля отгона сырья на выходе из змеевика трубчатой печи.

Теплосодержание паров нефтепродуктов определяется по уравнению:

,

где  - относительная плотность; для конденсированных паров = 0,8;

 кДж/кг.

Уравнение для расчета теплосодержания жидких нефтепродуктов имеет вид:

,

где относительная плотность нефти = 0,9;

 кДж/кг;

 кДж/кг.

Рассчитываем полезную тепловую нагрузку печи:

 .

Определяем полную тепловую нагрузку печи:

 = 36,44 МВт.

Часовой расход топлива:

 кг/ч.

Выводы: 1) расчеты данного этапа показали, что коэффициент полезного действия нашей печи h = 0,82, т.е. довольно высокий, т.к. для трубчатых печей значение к.п.д. находится в пределах от 0,65 до 0,85;

) полная тепловая нагрузка печи составила 36,44 МВт.

.3 Выбор типоразмера трубчатой печи

Цель: подобрать печь, удовлетворяющую исходным данным и рассчитанным ранее параметрам, и ознакомиться с ее характеристиками и конструкцией.

В нашем случае назначение печи - нагрев и частичное испарение нефти, теплопроизводительность Qт составляет 36,44 МВт, а топливом является мазут. Исходя из этих условий, выбираем трубчатую печь на комбинированном топливе (мазут + газ) СКГ1 730/18.

Таблица 7. - Техническая характеристика печи СКГ1 730/18.

Печи типа СКГ1 - это печи свободного вертикальнофакельного сжигания топлива, коробчатая, с горизонтальным расположением труб змеевика в одной камере радиации. Горелки типа ГГМ-5 или ГП расположены в один ряд в поду печи. На каждой боковой стороне камеры радиации установлены однорядные настенные трубные экраны, которые облучаются рядом вертикальных факелов. Трубный экран может быть однорядным и двухрядным настенным.

Так как в печи сжигается комбинированное топливо, на печи предусмотрен газосборник, через который газы сгорания отводятся в отдельно стоящую дымовую трубу.

Обслуживание горелок производится с одной стороны печи, благодаря чему на общем фундаменте можно установить рядом две однокамерные печи, соединенные лестничной площадкой, и таким образом образовать как бы двухкамерную печь.

Конструкция печи типа СКГ1 показана на рисунке 7.

Рисунок 7.- Трубчатая печь типа СКГ1: 1 - лестничные площадки; 2 - змеевик; 3 - каркас; 4 - футеровка; 5 - горелки.

Вывод: при выборе типоразмера печи учитывалось условие наибольшего приближения, т.е. из всех типоразмеров с теплопроизводительностью, большей расчетной, выбирали тот, у которого она минимальна (с небольшим запасом).

.4 Упрощенный расчет камеры радиации

Цель этого этапа расчета: определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.

Температуру продуктов сгорания, покидающих топку, находим методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение:

,

где qр и qрк - теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, ккал/м2×ч;р - поверхность нагрева радиантных труб, м2;р /Hs - отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива; принимаем Hр /Hs = 3,0;

q - средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

Y - коэффициент, для топок со свободным факелом Y = 1,2;

Сs = 4,96 ккал/м2×ч×К - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Суть расчета методом итераций заключается в том, что мы задаемся температурой продуктов сгорания Тп, которая находится в пределах 1000¸1200 К, и при этой температуре определяем все параметры, входящие в уравнение для расчета Тп. Далее по этому уравнению вычисляется Тп и сравнивается полученное значение с ранее принятым. Если они не совпадают, то расчет возобновляется с принятием Тп, равной рассчитанной в предыдущей итерации. Расчет продолжается до тех пор, пока заданное и рассчитанное значения Тп не совпадут с достаточной точностью.

Для первой итерации принимаем Тп = 1000 К.

Средние массовые теплоемкости газов при данной температуре, кДж/кг×К:

; ;

; ; .

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Тп = 1000 К:

;

  кДж/кг.

Максимальная температура продуктов сгорания определяется по формуле:

,