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;

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

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

Определим энтальпию сырья на выходе из камеры конвекции по формуле:

I_K = I_ti + Q_k/G, [89, с.101] (6.56)

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

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

G - расход гудрона, кг/ч.

1_К= 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:

I_K=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 t_K= 343,1 °C.

Определяем среднюю температуру дымовых газов в конвекционной камере по формуле:

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

где t_n. - 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= (At_B- At_H) / (2,3-lg (At_B/ At_H)), [89, c.73] (6.59)

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

1-П. * lyx.r.

t_K.<- tl

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

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

t_K -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

At_B=800-343,1=456,9°С

At_H=460-310=150°C

Согласно формуле (6.58) получаем:

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

Определим массовую скорость движения дымовых газов по формуле:

U = G_c/f_k, [89, с. 102] (6.60)

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

f_k - живое сечение камеры конвекции, м².

Секундный расход дымовых газов можно определить по формуле:

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

где a - коэффициент избытка воздуха;

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

В - расход топлива, кг/ч.

G_c=(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:

М_к = S_r(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.

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

Рассчитываем живое сечение камеры конвекции по формуле:

f_k=(M_K-nd)-L_ntHI, [89, с. 102] (6.63)

где М_к - ширина камеры конвекции, м;

п - число труб в одном горизонтальном ряду, шт;

d - диаметр труб, м;

Ь_пол - полезная длина трубы, м.

f_k= (1,672 - 8-0,152)-10 = 4,56 м²

Согласно формуле (6.60) находим:

U = 7,015/4,56 = 1,54 кг/м²-с

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекции от газов к трубам по формуле:

а_к = 0,34-Е- U°‘⁶/d⁰’⁴, [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:

а_к= 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:

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

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

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

t_cp= (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 t_cp- 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-(а_к+Ор), [89, с.103] (6.68)

где а_к - коэффициент теплоотдачи конвекции от газов к трубам, кДж/м2 ч К; а_р - 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:

H_Kip.= Q_k/(K-T_cp), [89, с.103] (6.69)

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

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

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

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

Определим число труб в конвекционной камере по формуле: и — Н_КЛр. / (л?й-Ь_П0Л),

[89, с.103] (6.70)

где Н_{к тр}.- необходимая поверхность нагрева конвекционных труб, м²; d - диаметр труб, м;

Ь_пол - полезная длина трубы, м.

п=353,4/(3,14-0,152-10)=74 шт.

По результатам проведенных расчетов выбираем печь висбрекинга:

• - номинальная тепловая нагрузка Q_n(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