АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Гидравлический расчет змеевика печи

Читайте также:
  1. Cводный расчет сметной стоимости работ по бурению разведочной скважины 300-С
  2. I. Расчет термодинамических процессов, составляющих цикл
  3. II. Расчет прямого цикла 1-2-3-4-5-1
  4. II. Тематический расчет часов
  5. III Расчет количеств исходных веществ, необходимых для синтеза
  6. Алгоритм геометрического расчета передачи
  7. Алгоритм расчета основных параметров производства
  8. Алгоритм расчета товарооборота.
  9. Анализ кассовой книги и банковской книги и расчет прибыли вашего предприятия
  10. Анализ результатов расчета ВПУ
  11. Анализ состояния расчетов по кредиторской задолженности, возникшей в бюджетной и во внебюджетной деятельности, причины её образования, роста или снижения.
  12. Аналитические поправки к расчету прибыли в связи с инфляцией

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:

,

где - плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции: ;

dк – внутренней диаметр конвекционных труб, м;

n – число потоков.

Значение критерия Рейнольдса: , где:

- кинематическая вязкость водяного пара.

Общая длина труб на прямом участке: .

Коэффициент гидравлического трения: .

Потери давления на трение:

.

Потери давления на местные сопротивления:

,

где .

Общая потеря давления:

.

Расчет потери давления водяного пара в камере радиации:

Средняя скорость водяного пара в трубах радиационной камеры составляет:

, где:

- плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции, ;

dр – внутренней диаметр конвекционных труб, м;

n – число потоков.

Значение критерия Рейнольдса:

, где - кинематическая вязкость водяного пара.

Общая длина труб на прямом участке:

.

Коэффициент гидравлического трения:

.

Потери давления на трение:

.

Потери давления на местные сопротивления:

.

где

Общая потеря давления в камере радиации:

.

Общие потери давления в печи:

Проведенные расчеты показали, что выбранная печь обеспечит процесс перегрева пара в заданном режиме.

 

5. Расчет котла-утилизатора

 

Эскиз котла-утилизатора представлен в графическом приложении рис. 5.

 

Находим среднюю температуру дымовых газов:

 

 

Массовый расход дымовых газов:

 

где расход топлива;

масса дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива.

 

 

Для дальнейших расчетов найдем значения удельной энтальпии теплоносителей и сведем их в таблицу 3. Для дымовых газов удельные энтальпии определим исходя из данных таблицы 1 и рис. 2 по формуле:

 

 

Энтальпии теплоносителей:

Таблица №3

 

теплоноситель Температура, оС Удельная энтальпия, кДж/кг
дымовые газы   339,84
  173,61
питательная вода   251,18
  671,13
насыщенный водяной пар   2756,34

 

Тепловой поток, передаваемый дымовыми газами:

 

 

где энтальпии дымовых газов на входе и на выходе соответственно.

 

Тепловой поток, воспринятый водой:

 

 

где коэффициент использования теплоты в КУ.

 

 

Паропроизводительность котла-утилизатора:

 

 

где сухость пара;

энтальпии насыщенного водяного пара и питательной воды (60° С) соответственно.

 

 

Для определения поверхности КУ используется позонный расчет. В испарителе имеются две зоны – нагрева и испарения. Изменение температур теплоносителей в таком аппарате схематично можно представить так, как на рис. 6 в графическом приложении.

Тепловой поток, воспринимаемый водой в зоне нагрева:

 

 

где энтальпия питательной воды при температуре испарения (159° С).

 

 

Тепловой поток, предаваемый дымовыми газами воде в зоне нагрева (полезная теплота):

 

 

где энтальпия дымовых газов при температуре .

Отсюда находим:

 

Энтальпия сгорания 1 кг топлива:

 

 

По рис. 2 температура дымовых газов, соответствующая значению - .

 

Для определения средней разности температур теплоносителей в зоне нагрева котла-утилизатора необходимо изобразить схему их противоточного движения. На схеме должны быть нанесены температуры, с которыми теплоносители поступают в зону нагрева:

 

 

Средняя разность температур в зоне нагрева:

 

 

 

Для учета отклонения взаимного движения теплоносителей в КУ от противотока воспользуемся поправочным коэффициентом

 

 

Площадь поверхности теплообмена в зоне нагрева

 

 

где коэффициент теплопередачи, принятый по опытным данным.

 

 

Среднюю разность температур в зоне испарения определяем с использованием следующего рисунка:

 

 

 

С учетом поправочного коэффициента

 

 

Площадь поверхности теплообмена в зоне испарения

 

 

Суммарная площадь поверхности теплообмена:

 

 

В соответствии с ГОСТ 14248-79 выбираем стандартный испаритель с паровым пространством со следующими характеристиками:

 

Диаметр кожуха, мм  
Число трубных пучков  
Число труб в одном пучке  
Поверхность теплообмена, м2  
Площадь сечения одного хода по трубам, м2   0,031

 

 


6. Расчет воздухоподогревателя

 

Схема воздухоподогревателя представлена

в графическом приложении на рис. 7.

 

Атмосферный воздух с температурой поступает в аппарат, где нагревается до температуры за счет теплоты дымовых газов.

 

Расход воздуха определяется исходя из необходимого количества топлива:

 

где - расход топлива;

действительный расход воздуха для сжигания 1 кг топлива.

 

Дымовые газы, отдавая свою теплоту, охлаждаются от до

Тепловой поток, отданный дымовыми газами:

 

 

где энтальпии дымовых газов при температурах и соответственно.

 

Тепловой поток, воспринятый воздухом:

 

 

где коэффициент использования теплоты в воздухоподогревателе;

средняя удельная теплоемкость воздуха

 

 

Конечная температура воздуха определяется из уравнения теплового баланса:

 


7.Расчет КТАНа

 

Схема контактного аппарата с активной насадкой представлена в графическом приложении на рис. 8.

После воздухоподогревателя дымовые газы поступают в контактный аппарат с активной насадкой (КТАН), где их температура снижается от

до .

 

Съем теплоты дымовых газов осуществляется двумя раздельными потоками воды. Один поток вступает в непосредственный контакт с дымовыми газами, а другой обменивается с ними теплотой через стенку змеевика.

 

Тепловой поток, отданный дымовыми газами:

 

 

где энтальпии дымовых газов при температурах и соответственно.

 

 

Тепловой поток, воспринятый водой:

 

 

где расход охлаждающей воды;

средняя удельная теплоемкость воды;

температуры на входе и выходе из КТАНа соответственно.

 

Количество охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса:

 

где кпд КТАНа.

 

 


8.Расчет коэффициента полезного действия теплоутилизационной установки

 

Схема распределения теплоты на теплоутилизациооной установке представлена в графическом приложении на рис. 9.

 

При определении величины КПД синтезированной системы () используется традиционный подход.

Расчет теплоутилизационной установки осуществляется по формуле:

 

 

 


9. Эксергетический анализ системы

«печь-котел-утилизатор»

 

Эксергетический метод анализа энерготехнологических систем позволяет наиболее объективно и качественно оценить энергетические потери, которые никак не выявляются при обычной оценке с помощью первого закона термодинамики. В качестве критерия оценки в рассматриваемом случае используется эксергетический КПД, который определяется как отношение отведенной эксергии к эксергии, подведенной в систему:

 

 

В большинстве случаев величиной эксергии воздуха можно пренебречь:

 

 

Отведенная эксергия для рассматриваемой системы складывается из эксергии, воспринятой водяным паром в печи (), и эксергии, воспринятой водяным паром в КУ ().

 

Для потока водяного пара, нагреваемого в печи:

 

 

где - количество перегреваемого водяного пара в единицу времени;

энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно.

;

изменение энтропии водяного пара в процессе его перегрева.

 

 

 

 

 

 

Для потока водяного пара, получаемого в КУ:

 

 

где -расход пара в КУ;

энтальпии насыщенного водяного пара и питательной воды (60° С) соответственно;

изменение энтропии в процессе нагрева питательной воды и образования.

 

 

где средняя удельная теплоемкость воды;

температуры питательной воды на выходе и входе соответственно;

скрытая теплота парообразования.

 

 

 


Заключение

 

Для рассчитанной теплоутилизационной установки

 

Полный КПД составил:

 

Эксергетический КПД:

 

Таким образом потери тепла составляют только 4%,а эксергетические потери 54%. Следовательно, введение в технологическую схему утилизационной установки (КУ и ВП) значительно повышает эффективность использования теплоты первичного топлива.


Список литературы

 

1. Техническая термодинамика и теплотехника: Метод. Указ. К курсовой работе/ СамГТУ; Сост. Н.В. Финаева, А.Ю. Чуркина. Самара, 2005.

 

2. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах/ Д.И, Хараз, Б.И. Псахис. М.:Химия, 1984.

 

 

3. Основные направления развития энергетики химической промышленности/ М.А. Вяткин, Н.И. Рябцев, С.Д. Чураков. М.: Химия,1987.

 

4. Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Машиностроение,1967.

 

 

5. Трубчатые печи нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебное пособие/ В.В. Шарихин, Н.Р. Ентус, А.А. Коновалов, А.А. Скороход. М.: Сенсоры. Модули. Системы, 2000.

 

6. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для ВУЗов/ А.Г. Касаткин. М.: Альянс, 2005.

 

 

7. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для ВУЗов/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; Под ред. П.Г.Романкова. Л.: Химия, 2007.


Приложение


 

Рис. 1. Схема установки утилизации теплоты дымовых газов

 

1- печь пергрева водяного пара;

2-блок водоподготовки;

3-насос;

4-котел-утилизатор;

5-воздухоподогреватель;

6-воздуходувка;

7- КТАН;

8-дымосос.

 

Температура водяного пара:

-на входе в печь; -на выходе из печи.

 

Температура дымовых газов:

- на выходе из печи; -на входе в КУ; -на выходе из КУ;

-на входе в ВП; - на выходе из ВП; - на входе в КТАН;

-на выходе из КТАНа.

 

Температура воды: - на входе в КУ; - на выходе из КУ.

 

 

 

Рис. 2. График зависимости

 

 

 

 

Рис. 3. График зависимости теплонапряжености от температуры стенки


 

 

 

 

Рис. 5. Схема котла-утилизатора

 

 

 

 

Рис. 6. Профиль изменения температур в КУ

 

 

 

 

Рис. 7. Схема воздухоподогревателя

 

 

 

Рис. 8. Схема КТАНа

 

 

 

Рис. 9. Схема распределения теплоты на теплоутилизациооной установке

 


Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.049 сек.)