Расчет конвекционной секции

Процесс теплопередачи в конвекционной секции складывается из передачи тепла от газового потока к трубам конвекцией и радиацией. Трубы в конвекционной камере принято располагать в шахматном порядке, так как в этом случае коэффициент теплопередачи наибольший.

Определим тепловую нагрузку камеры конвекции по формуле:

Qk=Qi™+Qp,. [89, с.101] (6.55)

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

Qp - количество тепла полученного радиантными трубами, кДж/ч.

QK= 91517443,67 - 77997776,78 = 13519666,89 кДж/ч

Определим энтальпию сырья на выходе из камеры конвекции по формуле:

IK = Iti + Qk/G, [89, с.101] (6.56)

где 1ц - энтальпия гудрона при температурах входа в печь, кДж/кг;

Qk - количество тепла, воспринимаемого сырьем через конвекционные трубы, кДж;

G - расход гудрона, кг/ч.

1К= 681,44 + 13519666,89 /147060 = 773,37 кДж/кг

Так как известна энтальпия на выходе из конвекционной камеры, можно найти температуру сырья на выходе из конвекционной камеры, используя формулу:

IK=a/Vpi515, [89, с.ЗЗ] (6.57)

где pis15 - плотность гудрона при 15 °C, г/см2,

а - коэффициент, кДж/кг.

Из формулы (6.57) определим значение коэффициента а:

а = 773,37-л/1,015 = 779,15 кДж/кг

Зная значение а по таблице 3 [91, с.220], находим температуру сырья на входе в радиантные трубы, которая равна tK= 343,1 °C.

Определяем среднюю температуру дымовых газов в конвекционной камере по формуле:

1ср.д.г = (tn. + tyxr.) 0,5, [89, с. 101] (6.58)

где tn. - температура дымовых газов над перевальной стенкой, °C;

tyx.r- температура дымовых газов на выходе из печи, °C.

1ср.д.г. = (800 + 460) 0,5 = 630°С

Определяем среднюю разность температур между дымовыми газами и нагреваемым продуктом по формуле:

Тср= (AtB- AtH) / (2,3-lg (AtB/ AtH)), [89, c.73] (6.59)

где AtB, AtH -высшая и низшая разности температур между потоками у концов теплообменного аппарата, °C.

1-П. * lyx.r.

tK.<- tl

tn-температура дымовых газов над перевальной стенкой, °C;

tyx.r.-температура дымовых газов на выходе из печи, °C;

tK -температура сырья на выходе из конвекционной камеры, °C;

ti-температура сырья на входе в печь, °C.

  • 800°С —>460°С
  • 343,1°С<—310°С

AtB=800-343,1=456,9°С

AtH=460-310=150°C

Согласно формуле (6.58) получаем:

тср= (456,9 - 150) / (2,3 lg (456,9 / 150)) = 276 °C

Определим массовую скорость движения дымовых газов по формуле:

U = Gc/fk, [89, с. 102] (6.60)

где Gc - секундный расход дымовых газов, кг/с;

fk - живое сечение камеры конвекции, м2.

Секундный расход дымовых газов можно определить по формуле:

Gc = (1 + a-L0) B / 3600, [89, с. 102] (6.61)

где a - коэффициент избытка воздуха;

Lo - теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива, кг/кг;

В - расход топлива, кг/ч.

Gc=(l + 1,06-16,25)-1385,75/3600 = 7,015 кг/с

Для определения живого сечения камеры конвекции задаются расстояниями между осями труб по горизонтали и числом труб в одном горизонтальном ряду. Расстояние между осями труб по горизонтали S] принимаем равным 0,21м. Число труб в одном горизонтальном ряду п принимаем равным 8.

Ширину камеры конвекции определяем по формуле:

Мк = Sr(n - 1) + d + 0.05, [89,с.102] (6.62)

где Si - расстояние между осями труб по горизонтали, м;

п - число труб в одном горизонтальном ряду, шт;

d - диаметр труб, м.

Мк = 0,21 (8 - 1) + 0,152 + 0,05= 1,672 м

Рассчитываем живое сечение камеры конвекции по формуле:

fk=(MK-nd)-LntHI, [89, с. 102] (6.63)

где Мк - ширина камеры конвекции, м;

п - число труб в одном горизонтальном ряду, шт;

d - диаметр труб, м;

Ьпол - полезная длина трубы, м.

fk= (1,672 - 8-0,152)-10 = 4,56 м2

Согласно формуле (6.60) находим:

U = 7,015/4,56 = 1,54 кг/м2

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекции от газов к трубам по формуле:

ак = 0,34-Е- U°‘6/d04, [89, с. 102] (6.64)

где Е - коэффициент, зависящий от физических свойств топочных газов; U - массовая скорость движения дымовых газов, кг/м2 с; d -диаметр труб, м.

Коэффициент Е определяем по графику на рисунке 44 [89, с. 102] в зависимости от средней температуры газов (Е = 22,7).

Согласно формуле (6.64) рассчитываем:

ак= 0,34-22,7-1,54°6/0,152°4 = 21,25 Вт/м2К = 76,5 кДж/м2-ч-К

Определяем эффективную толщину газового слоя по формуле:

S = 3,49 Si-4.1-d, [89, с.102] (6.65)

где d - диаметр труб, м;

Si - расстояние между осями труб по горизонтали, м.

S = 3,49 0,21 -4,1-0,152 = 0,11 м

Находим среднюю температуру наружной поверхности конвекционных труб, используя формулу:

tcP=(ti + tK) 0,5 + 20, [89, с. 102] (6.66)

где ti - температура сырья на входе в печь, °C;

tK - температура сырья на выходе из конвекционной камеры, °C.

tcp= (310 + 343,1) 0,5 + 20 = 346,6 °C

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением по формуле:

Ор= 0,025-top-2, [89, с.103] (6.67)

где tcp- средняя температура дымовых газов, °C.

Ор= 0,025- 630 - 2 = 13,75 Вт/м2К = 49,5 кДж/м2 ч К

Определяем коэффициент теплопередачи по формуле:

К = 1,1-(ак+Ор), [89, с.103] (6.68)

где ак - коэффициент теплоотдачи конвекции от газов к трубам, кДж/м2 ч К; ар - коэффициент теплоотдачи излучением, кДж/м2 ч К.

К=1,1-(76,5+49,5)=138,6 кДж/м2-ч-К

Определим необходимую поверхность нагрева конвекционных труб по формуле:

HKip.= Qk/(K-Tcp), [89, с.103] (6.69)

где Qk - тепловая нагрузка конвекционной камеры, кДж/ч;

К - коэффициент теплопередачи, кДж/м2 ч-К;

Tcp-средняя разность температур между дымовыми газами и нагреваемым продуктом, °C.

Нктр.= 13519666,89 / (138,6-276) = 353,4 м2

Определим число труб в конвекционной камере по формуле: и — НКЛр. / (л?й-ЬП0Л),

[89, с.103] (6.70)

где Нк тр.- необходимая поверхность нагрева конвекционных труб, м2; d - диаметр труб, м;

Ьпол - полезная длина трубы, м.

п=353,4/(3,14-0,152-10)=74 шт.

По результатам проведенных расчетов выбираем печь висбрекинга:

  • - номинальная тепловая нагрузка Qn(WI = 25,42 кВт;
  • - КПД печи т| = 0,836;
  • - расход топлива В = 1385,75 кг/час;
  • - производительность печи по сырью G = 147060,0 кг/ч;
  • - давление в змеевиках Р = 2,0 МПа;
  • - вид применяемого сырья - газовое.

Материальный баланс печи приведен в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Материальный баланс печи

Приход

%мас.

кг/ч

Расход

%мас.

кг/ч

Гудрон

100,00

147060,00

Газы (H2S, СН4, Н2, С2Н4, С2Н6, С3Н8, С3н6, С4Ню, С4Н8) Фракция 30-180°С Фракция 180-300°С Фракция 300 °C и выше

  • 1,75
  • 8,91
  • 1,26 88,08
  • 2573,55
  • 13103,05
  • 1852,95
  • 129530,45

Всего

100,00

147060,00

Всего

100,00

147060,00

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >