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

2,31д

где Afg и Af„ - соответственно большая и меньшая разность температур между дымовыми газами и нагреваемым продуктом.

Наиболее трудоемкой частью расчета конвекционной поверхности является определение коэффициента теплопередачи К. Для чистой поверхности эта величина определяется по уравнению

К=-i

-L+J а, а2 X

где а, - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы, Вт/(м-К); 02 - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемому потоку, Вт/(м-К); 6 и X. - соответственно толщина, м, стенки трубы и коэффициент теплопроводности материала труб, Вт/(мК).

По значению коэффициент теплоотдачи а, обычно значительно меньше а;, так, в современных трубчатых печах а, < 60, тогда как для жидкого сырья а2 > 600 Вт/(м-К).

При небольшой толщине стенки и высокой теплопроводности металла X. » 45 Вт/(мК) сопротивление потоку тепла через стенку трубы Ъ/Х также незначительно. Поэтому для расчетов величинами 1/02 и Ъ/Х можно пренебречь.

В этом случае коэффициент теплопередачи К практически равен коэффициенту теплоотдачи от дымовых газов о,, т.е.

К " а,.

Конвекционная поверхность воспринимает тепло за счет прямого соприкосновения с дымовыми газами, излучения от трехатомных несветящихся газов и излучения кладки. Поэтому коэффициент теплоотдачи со стороны дымовых газов а, следует рассматривать как сумму трех величин: коэффициентов теплоотдачи конвекции а, излучения трехатомных газов Ор и излучения от стенок кладки. Последняя величина при расчете учитывается введением множителя 1,1.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи от дымовых газов вычисляется по уравнению

а, = 1,1(а, + ар).

Коэффициент теплоотдачи излучением от трехатомных газов Ор зависит от концентрации и температуры этих газов, температуры стенки труб и толщины газового слоя.

Коэффициенты теплоотдачи излучением для СО2, SO2 и Н2О могут быть вычислены по методике, изложенной в курсе теплопередачи.

Приближенно коэффициент теплоотдачи может быть рассчитан по эмпирическому уравнению Нельсона:

Ор = 0,0256f,p -2,33,

где Ор - коэффициент теплоотдачи, Вт/(мК).

Средняя температура дымовых газов fp вычисляется, как средне-логарифмическая

fcp=-

2,31g-

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от следуюпщх

основных величин: скорости движения дымовых газов и, средней температуры наружной поверхности труб t, наружного диаметра труб d, числа рядов труб в направлении движения дымовых газов р и шага размещения труб соответственно по ширине и глубине пучка S, и Sj.

Конвекционные трубы в трубчатых печах обычно располагаются в шахматном порядке, так как по сравнению с коридорным такой способ расположения труб дает более высокий коэффициент теплоотдачи сц,.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией увеличивается с сокращением расстояния между осями труб, так как это обеспечивает более высокие скорости движения газов в камере конвекции. Расстояние между осями труб для печных двойников обычно лежит в пределах (1,7 -2)d.

Для расчета коэффициента теплоотдачи конвекцией, измеряемого в Вт/(м-К), при шахматном расположении труб рекомендуется уравнение

(XXI. 18)

сц, = 0.35Eu°/d°.

где Е - коэффициент, зависящий от физических свойств топочных газов и определяемый из графика, приведенного на рис. XXI-18; и - массовая скорость движения газов, кг/(мс); d - диаметр труб, м.

При выбранном типоразмере трубчатой печи размеры камеры конвекции, где размещаются конвекционные трубы, известны. Конвекционные трубы размещают применительно к такой камере, а затем определяют свободное сечение / для прохода газов и массовую скорость потока дымовых газов в камере конвекции

и =

BG 3600/

о 200 400 600 800 t,°C

Рис. XXI-18. График для определения коэффициента Е в уравнении (XXI. 18)

Рис. XXI-10. Схема расположения труб в камере конвекции

где В - расход топлива, кг/ч; G - масса продуктов сгорания 1 кг топлива, кг.

Для иллюстрации на рис. XXI-19 показан возможный вариант расположения труб в камере конвекции. В соответствии с представленными обозначениями (см. рис. XXI-19), свободное сечение для прохода дымовых газов определяется уравнением

(n-l)s,+2a-nd]/,

где п - число труб в одном горизонтальном ряду; S, - расстояние между осями труб по ширине пучка; а = S,/2; 1„„ - длина трубы, омываемой дымовыми газами.

УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

В трубчатых печах, не имеющих камеры конвекции, или в печах радиантно-конвекционного типа, но имеющих сравнительно высокую начальную температуру нагреваемого продукта, температура отходящих дымовых газов может быть сравнительно высокой, что приводит к повышенным потерям тепла, уменьшению КПД печи и большому расходу топлива.

В таких печах необходимо использовать тепло отходящих дымовых газов. Это достигается либо применением воздухоподогревателя для подогрева воздуха, поступающего в печь для горения топлива, либо установкой котлов-утилизаторов, позволяющих получить водяной пар для технологических нужд завода.

Принципиальная схема трубчатой печи с подогревом воздуха показана на рис. XXI-20. Подогрев воздуха способствует повышению температуры в топке, более эффективным горению топлива и передаче тепла радиацией.

Однако для осуществления подогрева воздуха требуются дополнительные затраты на сооружение воздухоподогревателя, воздуходувки, а также дополнительный расход электроэнергии, потребляемой двигателем воздуходувки.

Для обеспечения нормальной эксплуатации воздухоподогревателя важно предотвратить возможность коррозии его поверхности со стороны потока дымовых газов. Такое явление возможно, когда температура поверхности теплообмена ниже температуры точки росы; при этом часть дымовых газов, непосредственно соприкасаясь с поверхностью воздухоподогревателя, значительно охлаждается, а содержащийся в них водяной пар частично конденсируется и, поглощая из газов диоксид серы, образует агрессивную слабую кислоту.

Точка росы соответствует температуре, при которой давление насыщенных паров воды оказывается равным парциальному давлению водяных паров, содержащихся в дымовых газах. Температура точки росы зависит от концентрации водяных паров и обычно составляет 50-55 °С.