Расчет полезной тепловой нагрузки печи

Тепловая мощность установки складывается из тепла, затраченного на нагрев гудрона, на нагрев воздуха, на нагрев, испарение, перегрев паров обессоленной воды и из теплового эффекта реакции.

Полезная тепловая нагрузка печи рассчитывается по формуле

Qnon= Qi + Q2+ Q3+ Q4+ Q5, (6.11)

где Qi - количество тепла, затраченного на нагрев гудрона, кДж;

Q₂ - количество тепла, затраченного на нагрев воздуха, кДж;

Q₃ - количество тепла, затраченного на нагрев, испарение, перегрев обессоленной воды, кДж;

Q₄- количество тепла, затраченного на перегрев водяного пара, кДж; Q₅- тепловой эффект реакции, кДж.

Тепло, затраченное на нагрев гудрона, вычисляется по уравнению:

Q^GQt/-1_и^ж), [89, с.ЗЗ] (6.12)

где G - количество гудрона, поступающее в печь, кг/ч;

1ц^ж, 1(2^Ж- энтальпия гудрона при температурах входа и выхода из печи, кДж/кг

Энтальпия гудрона при температуре входа его в печь рассчитывается по формуле

1н^ж=а/л/р¹⁵1₅, [89, с.ЗЗ] (6.13)

где р¹⁵₁₅- плотность гудрона при 15 °C, г/см³;а - коэффициент, кДж/кг.

Коэффициент а при 310°С находим из приложения 20 [89, с.229].

1зю^ж= 686,53 / л/1,015 = 681,44 кДж.

Энтальпия гудрона при температуре выхода его из печи определяется по формуле

1₁₂^ж=а/л/р¹⁵1₅, [89, с.ЗЗ] (6.14)

где р¹⁵15 - плотность гудрона при 15 °C, г/см³; а - коэффициент, кДж/кг.

Коэффициент а при 460°С находим из приложения 20 [89, с.229].

14бо^ж= 1135,82 /л/1,015 = 1127,40 кДж.

Согласно уравнению (6.11) рассчитываем:

Qi = 147060Д1127,40 - 681,44) = 65582877,бкДж.

Тепло затраченное на нагрев воздуха рассчитывается по уравнению:

Q2 = с_возд (Ь₂^ВОЗД - 1ц^возд), [89, с.63] (6.15)

где С_возд - количество воздуха, поступающего на нагрев, кг/ч;

It₂^BO3a, 111^ВОЗД - энтальпии воздуха при температуре входа его в печь и при температуре 1(₂^ВОЗД = 230 °C, поступающего к горелкам, кДж/кг.

Энтальпия воздуха при температуре входа его в печь находится по формуле:

125^ВОЗД=с_возд1, [89, с.90] (6.16)

где с_возд - теплоемкость воздуха при 25 °C, кДж/кгград;

t - температура воздуха, °C.

1₂₅^ВОЗД= 1,001-25 = 25,02 кДж/кг.

Энтальпия воздуха при температуре поступления его к горелкам печи рассчитывается по формуле:

1₂зо^возд = c_B03/t, [89, с.90] (6.17)

где с_возд— теплоемкость воздуха при 230 °C, кДж/кгград;

t - температура воздуха, °C.

1₂₃0^ВОЗД = 1,008-230 = 231,84 кДж/кг.

Согласно уравнению (6.15) находим:

Q₂= 52133 (231,84 - 25,02) = 10782147,06 кДж.

Тепло, затраченное на нагрев, испарение и перегрев паров обессоленной воды рассчитывается по уравнению:

Q₃ = <3_ВОДЬ1(1₁₂^ВОДЬ1 - 1н^воды), [89, с.63] (6.18)

где С_воды- количество обессоленной воды, подаваемой в печь, кг/ч;

Iti^Bo-a“, _It2^B°flbi_ _{энтальпии} воды при температуре входа ее в змеевик и при температуре ее перегрева, кДж/кг.

Количество обессоленной воды, подаваемой в змеевик, берется 0,25 % от количества поступающего гудрона.

Энтальпию водяного пара находим по таблице 29 [89, с.236] при давлении 1,04 МПа.

Энтальпия воды при температуре входа ее в змеевик рассчитывается по формуле:

1₂₅^ВОДЫ = с_воды• t, [89, с.90] (6.19)

где с_ВОДЬ1 - теплоемкость воды при 25°С, кДж/кг град.;

t - температура воды на входе в змеевик, °C.

1₂₅^ВОДЫ= 4,19-25=104,75 кДж/кг.

Согласно уравнению (6.18) рассчитываем:

Q₃= 367,65 (3370 - 104,75) = 1200469,16 кДж/ч.

Тепло, затраченное на перегрев водяного пара, рассчитывается по уравнению:

Q₄ = G_Bn(It2^neperp - Iti^Hac), [89, с.85] (6.20)

где G_Bri - количество водяного пара, кг/ч;

I_t2^neperp, I_tl^Hac - энтальпии водяного пара при температурах перегрева и насыщения, кДж/кг.

Энтальпию перегретого водяного пара находим из таблицы 29, при давлении Р = 2,1 МПа и температуре перегретого водяного пара t = 280°С [89, с.236].

Энтальпию насыщенного водяного пара находим из таблицы 28 при температуре водяного пара t = 210°С [89, с.235].

Согласно уравнению (6.20) рассчитываем Q₄:

Q₄ = 367,65 (2950 - 2801) = 54779,85 кДж/ч.

Тепловой эффект реакции определяем, используя уравнение:

Q₅ = q_PaG, (6.21)

где q_p- тепловой эффект реакции приходящийся на 1 кг сырья, кДж/кг; а - доля теплового эффекта, приходящегося на печь висбрекинга; G - количество гудрона, поступающего в печь, кг/ч.

Доля теплового эффекта рассчитывается по формуле:

а = 12%/19%, [90, с. 162] (6.22)

где 12 % - глубина превращения сырья в печи висбрекинга;

19 % - общая глубина превращения сырья.

а = 0,63.

Согласно уравнению (6.21) рассчитываем:

Q₅= 147060 0,63-150= 13897170,00 кДж/ч.

По формуле (6.11) находим:

Q_I1O;1 = 65582877,6 + 10782147,06 + 1200469,16 + 547798,5 + 13897170,00 = 91517443,67 кДж/ч.

Коэффициент полезного действия (КПД) печи определяется по формуле:

n = (Q_P^H - (q_noT + q_yx._r + q_H.cr))/ Q_P”, [89,с.87] (6.23)

где Qp" - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

q_n0T - потери тепла в окружающую среду через кладку печи, кДж/кг;

qyx.r - потери тепла с уходящими дымовыми газами, кДж/кг;

Чн.сг - потери тепла от неполноты сгорания топлива, кДж/кг.

Потери тепла в окружающую среду через кладку печи составляют 4-8 % от рабочей теплоты сгорания топлива. Принимаем 4 % от теплоты сгорания топлива (Q_P^H).

q„or = 0,04-78997,34 = 3159,9 кДж/кг.

Потери тепла с уходящими газами рассчитываются по формуле q_yx.r=c_Cp-t_yx._r., [89, с.87] (6.24)

где с_ср - средняя теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива при tyx.r., кДж/кг град.;

tyx.r. - температура уходящих газов, °C.

Температуру уходящих газов принимаем на 150 °C выше температуры гудрона, поступающего в печь:

^.= 11+150, [89, с.87] (6.25)

где ti- температура гудрона, поступающего в печь, °C.

^=310+ 150 = 460 °C.

Средняя теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива рассчитывается по формуле

с_ср= SG c = mco₂-cco₂+ тн₂о-сн₂о+ mN₂'CN₂ + mo₂'Co₂, [89,с.90] (6.26)

где G - масса всех продуктов сгорания, кг/кг топлива;

тсо₂, тн₂о, idn₂, mo₂ - массы компонентов продуктов сгорания, кг/кг топлива;

ссо₂, сн₂о, cn₂, со₂ - теплоемкости компонентов продуктов сгорания

1кг топлива при температуре tyx.r., кДж/кг град, приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2 - Теплоемкость продуктов сгорания при 460°С, кДж/кг град

Теплоемкости продуктов сгорания определяем по прил. 7 из [90, с.337].

Согласно формуле (6.26) рассчитываем

с_ср = 2,94 1,00 + 1,80 1,93 + 13,263 1,038 + 0,224 0,960 = 20,40 кДж/кг-град

По формуле (6.24) рассчитываются потери тепла с уходящими дымовыми газами:

q_yxr = 20,40460 = 9384 кДж/кг.

Потери тепла от неполноты сгорания топлива (q_{H сг}) составляют 0,5-1 % от рабочей теплоты сгорания топлива (принимаем 0,5 %):

q_Hcr= 0,005- Qp¹¹, [90, с. 158] (6.27)

где Q_P^H - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

q_H._cr = 0,005-78997,34 = 394,99 кДж/кг.

Согласно формуле (6.23) находим:

г| = (78997,34-(3159,9+9384+394,99))/ 78997,34 = 0,836

Расход топлива определяется из выражения:

В = Рпол/(Р_Р^н-т]), [89, с.89] (6.28)

где Опол- полезная тепловая нагрузка печи, кДж/ч;

Qp¹¹- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; г| - КПД печи.

В= 91517443,67/(78997,34-0,836) = 1385,75 кг/час.