Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 [ 170 ] 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Если расчет производится в мольных единицах, то энтальпия продуктов сгорания вычисляется по уравнению

1 ~ (C02+S02C02+S02 НгОНгО N2+02N2+02

где Cco2+so2 Н20> N2+02" средние мольные теплоемкости этих газов, кДж/(кмоль • К).

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Тепловой баланс трубчатой печи можно составить, принимая в качестве начальной температуры любое значение, например О °С. Тепловой баланс составляется применительно к некоторому отрезку времени, например к 1 ч или ко времени, в течение которого сжигается 1 кг топлива.

Приход. Рассмотрим приходные статьи теплового баланса (в кДж/кг) трубчатой печи при сжигании 1 кг топлива.

1. Основным теплом, вносимым в печь, является тепло, выделяемое

при сгорании топлива (теплотворная способность топлива), Ор.

2. Второй приходной статьей является явное тепло топлива, равное произведению теплоемкости топлива Q (в кДж/кгК) на его температуру t, (в К), т. е. Си.

3. Следующей статьей является тепло, вносимое в топку с воздухом, ctio Св (в, где Св и (в - соответственно теплоемкость и температура воздуха.

4. Последней приходной статьей теплового баланса будет тепло форсуночного пара ИфС.пвп. где С„и t„- соответственно теплоемкость и температура водяного пара.

Суммируя все статьи теплового баланса, получаем

Опрнх = Ор + + oLoQb+ЩСАп

Явное тепло топлива, воздуха и водяного пара обычно невелико и им часто пренебрегают, за исключением тех случаев, когда воздух, поступающий на горение, подогрет и вносит в печь сравнительно большое количество тепла.

Если воздухоподогреватель отсутствует, то Опр„,«Ор"-

Расход. Расходные статьи теплового баланса (в кДж/кг) следующие:

1. Тепло, полезно воспринятое в печи сырьем, а при наличии пароперегревателя и водяным паром, qoA-

2. Тепло, теряемое с уходящими из печи дымовыми газами, q.

3. Тепло, теряемое в окружающую среду, q„„.

4. Тепло, теряемое вследствие механического и химического недожога топлива, q„. В случае жидкого и газообразного топлива эти потери обычно незначительны и при расчете их можно не учитывать.

Суммируя все расходные статьи теплового баланса, имеем

Ор<.СХ=9пОА+9ух+9пОТ-

Расход тепла равен приходу, т.е.

Опр„х = Орасх«Ор ИЛИ

Оприх=9пол+9ух+9паг.

откуда

9пол =Оприх -9ух -9паг- (™1)

Разделив левую и правую части уравнения (XXI. 1) на теплотворную способность топлива О", с учетом Опрнх = Ор получим

?пол - £у1 ?пот (XXI.2)

Так как отношение количества полезно воспринятого тепла q ко всему теплу Ор есть коэффициент полезного действия печи Т1, то уравнение (XXI.2) может быть записано:

11=1--. (XXI.3)

Ор" Ор«

Следовательно, для определения значения Т) надо знать потери тепла с отходящими дымовыми газами и в окружающую среду дпот-

Потери тепла в окружающую среду зависят от поверхности кладки печи, степени тепловой изоляции кладки, температуры окружающего воздуха и других факторов.

Значение потерь можно вычислить после выбора конструкции и основных размеров печи. Потери тепла в трубчатых печах составляют 3 - 5 %. Нижний предел соответствует печам большой тепловой мощности, верхний - печам малой мощности.

Температура отходящих дымовых газов ty выбирается на основании следующих соображений. Эта температура должна быть выше температуры t, сырья, поступающего в камеру конвекции. Необходимо учитывать, что чем выше разность температур ty - тем более эффективно в камере конвекции передается тепло и, следовательно, тем меньшая потребуется поверхность конвекционных труб. Однако при увеличении температуры отходящих дымовых газов возрастают потери тепла и снижается коэффициент полезного действия печи, т.е. повышается расход топлива.

Для правильного выбора температуры отходящих дымовых газов необходим технико-экономический расчет. Следует сопоставить экономию затрат, связанную с уменьшением расхода топлива при понижении температуры отходящих газов, с дополнительными затратами, связанными с увеличением стоимости печи вследствие роста поверхности конвекционных труб при понижении температуры дымовых газов.

Подобные технико-экономические расчеты сравнительно сложно выполнить, поэтому температуру отходящих дымовых газов часто принимают, руководствуясь накопленным опытом эксплуатации трубчатых печей. Обычно рекомендуется принимать температуру уходящих из печи дымовых газов на 100-150 °С выше температуры сырья, поступающего в конвекционную часть печи.

При естественной тяге температура отходящих дымовых газов влияет на работу дымовой трубы. При снижении температуры дымовых газов тяга ухудшается, т.е. требуется большей высоты дымовая труба.

Опыт работы показывает, что при естественной тяге температура отходящих дымовых

газов не должна быть ниже 250 °С. При более низкой температуре газов трудно обеспечить нормальную работу печи и требуется создание искусственной тяги, т.е. применение дымососов.

Если начальная температура сырья сравнительно высокая, то для уменьшения потерь тепла с отходящими дымовыми газами и повышения КПД печи тепло отходящих дымовых газов используют, например, для получения водяного пара (путем установки котла-утилизатора) или подогрева воздуха. Таким образом, выбрав температуру газов, поступающих в дымовую трубу, определяют количество тепла и, задавшись значением потерь тепла в окружающую среду q„. определяют по уравнению (XXI.3) коэффициент полезного действия печи.

ПОЛЕЗНАЯ ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА ПЕЧИ И РАСХОД ТОПЛИВА

В общем случае тепло, сообщаемое в печи, идет на нагрев сырья, частичное или полное его испарение и на компенсацию эндотермического эффекта реакции, если в трубах печи происходит химическое превращение.

Кроме того, в некоторых печах в камере конвекции устанавливают пароперегреватель, тогда в полезную тепловую нагрузку входит и количество тепла, идущее на нагрев и подсушку водяного пара.

Количество тепла, воспринимаемое в печи сырьем.

где Gc - количество сырья, проходящего через печь, кг; t, и ~ температуры сырья соответственно на входе и выходе из печи, К; е - массовая доля отгона на выходе сырья из печи; Э - количество продуктов реакции в долях от исходного сырья; q, - тепловой эффект реакции на 1 кг продуктов реакции, кДж/кг; ,, , и Я, - соответственно энтальпия сырья на входе в печь, неиспарившейся жидкости и паров при выходе из печи, кДж/кг.

Зная количество тепла О, сообщаемого в печи, и коэффициент полезного действия т), можно определить расход топлива:

где - рабочая теплотворная способность топлива.

ПОГЛОЩЕНИЕ ТЕПЛА ПУЧКОМ РАДИАНТНЫХ ТРУБ

Поглощение поверхностью радиантных труб тепла излучения происходит неравномерно. Причину и характер неравномерности рассмотрим на примере двухрядного экрана при размещении труб в шахматном порядке (рис. XXI-3).

При большом отношении длины трубы к ее диаметру угол видимости топочного пространства для любой точки трубы примерно соответствует значению плоского угла, ограниченного крайними лучами и расположенного в плоскости, перпендикулярной к оси трубы. Так, для точки А угол ви-