Расчет радиантной секции

При расчете радиантной секции печи устанавливают зависимость между количеством тепла, получаемым трубами этой секции, величиной поверхности нагрева, температурой дымовых газов над перевальной стенкой и тепловой напряженностью радиантных труб.

Задаемся температурой дымовых газов над перевальной стенкой t_n= 800°C.

Теплоемкости компонентов продуктов сгорания 1 кг топлива при температуре 800 °C, кДж/кг*град. приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Теплоемкости продуктов сгорания при 800°С, кДж/кг*град

Средняя теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива при t_n определяется по формуле (6.26):

с_Ср = 2,94-1,084 + 1,80-2,076 + 13,263-1,086 + 0,224-1,015 = 21,56 кДж/кг*град.

Энтальпию продуктов сгорания рассчитывается по формуле:

Im = c_cp-t_n, [89, с.90] (6.29)

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

t_n - температура дымовых газов над перевальной стенкой, °C.

I_tn = 21,56-800 = 17248 кДж/кг.

Максимальная расчетная температура горения определяется по формуле:

t_max=to+(Qpⁿ-n_T)/c_cp, [89, с.91] (6.30)

где to - приведенная температура исходной смеси, °C;

Q_P^H- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; т|_т- КПД топки;

с_ср - средняя теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива при t_n, кДж/кг*град.

КПД топки принимаем равным 0,95 [89, с.91].

Так как печь работает без циркуляции дымовых газов, то температуру исходной топливной смеси принимаем равной температуре воздуха поступающего к горелкам печи, т.е. t₀= 230 °C.

tmax= 230 + (78997,34-0,95)/21,56 = 3711 °C

Количество тепла, воспринимаемого сырьем через радиантные трубы, определяется по формуле:

Q_p = B-(Qp^H-r|_T-I_tn), [89, с.91] (6.31) где В - расход топлива, кг/ч;

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

г|_т- КПД топки; I_tn - энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг.

Q_p= 1385,75 (78997,34 0,95 - 17248) = 80095619,71 кДж/ч.

Количество тепла воспринимаемого сырьем через конвекционные трубы рассчитывается по формуле:

Q_K=Qn_On-Q_P, [89, с.91] (6.32)

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

Q_p - количество тепла, воспринимаемого сырьем через радиантные трубы, кДж/ч.

Q_K= 91517443,67 - 80095619,71 = 11421823,96 кДж/ч.

Энтальпия сырья на входе в радиантные трубы (на выходе из конвекционных труб) рассчитывается по формуле:

I_K=I_tl*+Q_K/G, [89, с.91] (6.33)

где 1и^ж - энтальпия гудрона при температуре входа в печь, кДж/кг;

Q_K - количество тепла, воспринимаемого сырьем через конвекционные трубы, кДж/ч;

G - расход гудрона, кг/ч.

• 1_К= 681,44 + 11421823,96/147060 = 759,11 кДж/кг
• 1_п^ж=а/л/р¹⁵15, [89, с.33] (6.34)

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

Так как нам известна энтальпия сырья на входе в радиантные трубы (1_к), то пользуясь формулой (6.33) определяем значение коэффициента а:

а = 1_к-л/р¹⁵₁₅ = 759,11-^1,015 = 764,78 кДж/кг.

Зная значение а по таблице [89, с.229] находим температуру сырья на входе в радиантные трубы, которая равна t_K= 338°С.

Определяем среднюю температуру наружной поверхности радиантных труб по формуле:

t_cp=(t₂+ t_K)-0,5+f, [89, с.92] (6.35)

где t₂- температура сырья на выходе из печи, °C;

t_K - температура сырья на входе в радиантные трубы, °C;

t’ - разность температур между наружной поверхностью труб и температурой сырья, °C.

Принимаем t’=50 °C [89, с.92].

tcp = (460 + 338)-0,5 + 50 = 449 °C.

Для определения поверхности радиантных труб находим значение параметра q_s по графикам на рисунке 39 [89, с.93] по известным t_n = 800 °C, t_max =3711 °C, t_cp = 449 °C.

Значения параметра q_s приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Значения параметра q_s при различных температурах

С помощью интерполяции находим значение q_s при температуре 449 °C, которая равна q_s= 82650 Вт/м²= 297540 кДж/ч-м².

Общее количество тепла, вносимого в топку, находим по формуле:

Q = BQ_P4

[89, с.92] (6.36)

где В - расход топлива, кг/ч;

Q_P^H - низшая теплота сгорания топлива, кДж/ч;

г|_т - КПД топки.

Q = 1385,75-78997,34 0,95 = 103997035,7 кДж/ч.

Определив значение q_s, находим предварительное значение эквивалентной абсолютно черной поверхности по формуле:

H_s=Q/q_s,

[89, с.92] (6.37)

где Q - количество тепла, вносимого в топку, кДж/ч; q_s- параметр.

H_s = 103997035,7/297540 = 350 м²

Задаемся степенью экранирования кладки ср = 0,4 и коэффициентом избытка воздуха а = 1,06. Зная ср и а по графику на рисунке 40 [89, с.94] определяем величину H_s/ H_L= 0,82.

Определяем эффективную лучевоспринимающую поверхность по формуле:

H_L = H_S/(H_S/H_L), [89, с.92] (6.38)

где H_s- значение эквивалентной абсолютно черной поверхности, м²; H_S/H_L- выше определенная величина.

Н_ь=350/0,82=427м²

Определяем размер заэкранированной плоской поверхности, заменяющей трубы по формуле:

Н = H_L/K, [89, с.94] (6.39)

где H_L- эффективная лучевоспринимающая поверхность, м²;

К - фактор формы.

Фактор формы К определяем по графику рисунка 41 [89, с.94], принимая при этом, что расстояние между осями труб 2d и печь имеет один ряд труб (однорядный экран).

Согласно формуле (6.38) рассчитываем:

Н = 427/0,87 = 491 м²

Определяем поверхность радиантных труб для однорядного экрана по формуле:

Н_р.тр. = 0,5 л Н, [89, с.95] (6.40)

где Н - размер заэкранированной плоской поверхности, м².

Н_р._тр = 0,5-3,14-491 =770,87 м²