Технологический расчет трубчатой печи

 

 

2.3 Выбор типоразмера трубчатой печи и горелки.

 

Целью данного этапа является подбор печи, удовлетворяющей исходным данным и рассчитанным ранее параметрам, изучение ее характеристик и конструкции.

Выбор типоразмера трубчатой печи осуществляется по каталогу [3] в зависимости от ее назначения, теплопроизводительности, вида топлива.

Так как из задания известно, что топливом является мазут, а в ходе расчетов стала известна теплопроизводительностьQт =26,81 Гкал/ч, то по каталогу выбираем печь типа СКГ1.

Печь — свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного топлива, коробчатая, с горизонтальным расположением труб змеевика в одной камере радиации. Горелки типа ГГМ-5 или ГП расположены в один ряд в поду печи. На каждой боковой стороне камеры радиации установлены однорядные настенные трубные экраны, которые облучаются рядом вертикальных факелов. Трубный экран может быть однорядным   и   двухрядным стенным.

При изменении теплопроизводительности горелок практически не меняется характер эпюры подводимых тепловых потоков на трубный экран.

Так как в печи сжигается комбинированное топливо, на печи предусмотрен газосборник, через который газы сгорания отводятся в отдельно стоящую дымовую трубу.

 

Таблица 3 – Техническая характеристика печи типа  СКГ1

 

Показатель	Значение
Радиантные трубы:
поверхность нагрева, м2	615
рабочая длина, м	15,5
Теплопроизводительность(при среднедопускаемом теплонапряжениирадиантных труб 40,6 кВт/ м2 (35Мкал/(ч*м2), МВт (Гкал/ч)	33,3 (28,7)
Габаритные размеры (с площадками  для обслуживания), м:
длина L	21,52
ширина	6
высота	22
Масса, т:
металла  печи (без змеевика)	97,6
футеровки	169

 

В соответствии с сжигаемым топливом – мазут, подбираем по каталогу [5] горелку ГГМ-5 (ТУ 26-02-68-78).

Горелка ГГМ-5 предназначена для раздельного и совместного сжигания жидкого и газообразного топлива в трубчатых печах типов СКГ1, СКВ и СЦВ4 со свободным факелом при поступлении воздуха, необходимого для сгорания топлива, инжекцией активными газовыми и парожидкостными струями, а также за счет разрежения в топочном пространстве печи.  

Газовая горелка расположена на внешней части корпуса горелки. Представляет собой систему, состоящую из газового кольцевого коллектора, на верхней дисковой части которого имеются 16 резьбовых отверстий для установки газовых сопл с паронитовыми прокладками. Соосно с соплами на расстоянии 60 мм от коллектора расположены 16 газовых инжекционных смесителей, соединенных сваркой с корпусом и наружной обечайкой. Газовая часть горелки имеет автономный регулятор воздуха.

 

Таблица 4 – Техническая характеристика горелки ГГМ-5

 

Показатель	Значение
Тепловая мощность, Qгорелки (номинальная), МВт (Гкал/ч):	3,5 (3,0)
Производительность при сжигании мазута, м3/ч	315
Давление перед горелкой в диапазоне рабочего
Регулирования, МПа	0,15-0,6
Коэффициент избытка воздуха при нормальной тепловой мощности	1,1
Габаритные размеры, мм	440х440х660
Масса, кг	30,05

 

Числогорелок, шт:

n= шт.       (27)

Вывод: был подобрана печь СКГ1 по рассчитанной полной тепловой нагрузки печи, к печи была подобрана горелка ГГМ-5, рассчитали число горелок равной 9 шт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Упрощенный расчет камеры радиации

 

Упрощенный расчет камеры радиации заключается в определении температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб.

Трубчатая печь имеет камеры радиации и конвекции. В камере радиации (топочная камера), где сжигается топливо, размещена радиантная поверхность (экран), поглощающая тепло в основном за счет радиации.

В камере конвекции расположены трубы, воспринимающие тепло главным образом путем конвекции — при соприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева.

Сырье последовательно проходит через конвекционные и радиантные трубы и поглощает тепло; обычно радиантная поверхность воспринимает большую часть тепла, выделяемого при сгорании топлива.

Температуру продуктов сгорания находят методом итераций, используя уравнение:

 

,        (28)

 

где   – теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, кДж/м2ч; 

Hр – поверхность нагрева радиантных труб, м2;

 – отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способасжигания топлива, [1, табл. XXI.3, с. 469];

– средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

– коэффициент для топок с настильным факелом  [2, с. 42];

 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, , [2, с. 42].

Суть расчета методом итераций заключается в том, что мы задаемся температурой продуктов сгорания Тп(зад.) , которая находится в пределах 1000¸1200 К, и при этой температуре определяем все параметры, входящие в уравнение для расчета Тп. Далее по этому уравнению вычисляется Тп(расч.) и сравнивается полученное значение с ранее принятым. Если они не совпадают, то расчет возобновляется с принятием Тп, равной рассчитанной в предыдущей итерации. Расчет продолжается до тех пор, пока заданное и рассчитанное значения Тп не совпадут с достаточной точностью.

Для первой итерации принимаем Тп(зад.) = 1000 К.

 

Таблица 5 – Зависимость средней массовой теплоемкости газов при 

           постоянном  давлении сР [кДж/кг∙К] от абсолютной           

                      температуры Тп(зад.)=1000К

Вещество	Теплоемкость сР, кДж/кг∙К
Углекислый газ	1,0683
Вода	2,0514
Кислород	1,0071
Азот	1,0792
Двуокись серы	0,7534

 

Определение максимальной температуры продуктов сгорания:

 

,                                              (29)

 

где      То – приведенная температура, То=313 К, [2 с. 43];

ηт – КПД топки,  ηт =0,96, [2 с. 42];

mi, сi–  количества газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива и                      теплоемкости продуктов сгорания, определяющиеся в программе на каждой итерации при  Тп;

 

Таблица 6 – Зависимость средней массовой теплоемкости газов при постоянном давлении сР [кДж/кг∙К] от абсолютной максимальной температуры Тmax=2158,636К

Вещество	Теплоемкость сР, кДж/кг∙К
Углекислый газ	1,233
Вода	2,4407
Кислород	1,09868
Азот	1,1797
Двуокись серы	0,8696

 

Коэффициент прямой отдачи рассчитывается по формуле:

 

,        (30)

 

где    qmax, qTп, qух – теплосодержание продуктов сгорания соответственно при температурах Tmax, Tп(зад.), Тух, рассчитывается по формуле 17;

ηт – коэффициент полезного действия топки, ηт = 0,96 [2, с. 42].

 

Определение теплосодержания продуктов сгорания (qTп, qmax, qух) при всех температурах (Тп(зад.), Тmax, Тух) по формуле 17:

 

qTп = (1000 – 273) ∙ (3,22696 ∙ 1,06825 + 0,9 ∙ 2,0514 + 0,944 ∙ 1,0071 +

+ 13,548 ∙ 1,0792 + 0,02 ∙ 0,7534) = 15179,929 кДж/кг;

qmax= (2158,636– 273) ∙ (3,22696 ∙ 1,23302+ 0,9 ∙ 2,2407+

+ 0,944 ∙ 1,09868+ 13,548 ∙ 1,1797 + 0,02 ∙ 0,8696) =43770,633 кДж/кг;

qух = 5326,044кДж/кг (рассчитано ранее).

 

Расчет коэффициента прямой отдачи:

 

.

 

Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб:

 

ккал/м2×ч.  (31)

 

Температура наружной стенки экрана вычисляется по формуле:

 

,                             (32)

 

где a2 = 600¸1000 ккал/м2×ч×К – коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту; принимаем a2 = 800 ккал/м2×ч×К;

d – толщина стенки трубы, d = 0,008 м (2, табл.5);

l = 30 ккал/м×ч×К – коэффициент теплопроводности стенки трубы;

dзол. /l зол. – отношение толщины к коэффициенту теплопроводности зольных отложений; для жидких топлив dзол. /l зол. = 0,002 м2×ч×К/ккал (2, с.43);

0С – средняя температура нагреваемого продукта;

К.

 

 

Теплонапряженность поверхности радиантных труб, приходящаяся на долю свободной конвекции:

 

,     (33)

ккал/м2×ч.

 

Итак, температура продуктов сгорания, покидающих топку:

 

К.

 

Как видим, рассчитанная температура Тп(расч.) не совпадает со значением, принятым в начале расчета, следовательно расчет повторяем, принимая Тп(зад.) = Тп(расч.)= К.

Результаты расчетов представлены в таблице 6.

 

Таблица 7 – Итерационный расчет температуры продуктов сгорания

 

№ итерации	Тп(зад.), К	Тmах, К	qmax,	qTп,	m	,	q, К	,	Тп(расч.), К
1	1000,000	2158,696	43511,781	15179,436	0,730	25997,466	609,424	3125,387	1099,212
2	1099,212	2137,924	42983,378	17447,305	0,663	23613,023	601,039	4236,411	1056,984
3	1056,984	2146,708	43206,693	16476,244	0,692	24641,333	604,655	3754,824	1075,830
4	1075,830	2142,778	43106,742	16908,557	0,679	24184,882	603,050	3968,220	1067,590
5	1067,590	2144,494	43150,381	16719,348	0,684	24384,922	603,754	3874,619	1071,225
6	1071,225	2143,736	43131,118	16802,783	0,682	24296,762	603,444	3915,856	1069,628
7	1069,628	2144,069	43139,580	16766,112	0,683	24335,519	603,580	3897,724	1070,331
8	1070,331	2143,923	43135,855	16782,253	0,683	24318,462	603,520	3905,703	1070,022

 

 

Рассчитываем количество тепла, переданное продукту в камерах радиации:

 

,     (34)

кДж/ч.

Принципиальная схема расположения труб в камере радиации представлена на рисунке 6.

Выводы:

1) рассчитали температуру  продуктов сгорания, покидающих  топку, при помощи метода последовательного  приближения; ее значение Тп = 1070 К;

2) фактическая теплонапряженность  поверхности радиантных труб  при этом составила qр = 24318,462 ккал/м2×ч, не превышает величину допустимой теплонапряженности поверхности радиантных труб 35000 ккал/м2·ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5 Расчет диаметра  печных труб

 

Объемный расход нагреваемого продукта рассчитывается по формуле:

 

,        (35)

 

где Gс – производительность печи по сырью, т/сут.;

rt – плотность продукта при средней температуре, кг/м3.

 

,       (36)

 

где a - температурная поправка.

 

;

 кг/м3.

 

Подставляя, получим:

 

м3/с.

 

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

 

,        (37)

 

где n– число потоков, принимаемn= 2, поскольку в данном типе печи 2 камеры радиации;

W – допустимая линейная скорость продукта, примем W = 2 м/с [2, с.19];

dвн – расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из этого уравнения находим:

 

        (38)

м.

 

Из стандартных значений [2, табл.5] выбираем диаметр трубыdн= 0,152 м,толщину стенки труб принимаем равной  δ= 0,008 м;

 

dвн= dн– 2*δ ,

dвн = 0,152– 2*0,008 = 0,136м.

 

Определяем фактическую линейную скорость нагреваемого продукта:

 

         (39)

 

Таблица 8 – Труба и фитинг, применяемые для трубчатой печи

 

Диаметр трубы, м	Толщина стенки трубы, м	Шаг между осями труб, м.
		Фитинги	Ретурбенты
0,152	0,008	0,275	0,301

 

 

Выводы: на данном этапе расчета вычислили диаметр печных труб, по нему выбрали стандартный диаметр dн= 0,152 м, толщину и шаг труб, и, исходя из стандартного диаметра, рассчитали фактическую линейную скорость нагреваемого продуктаW = 1,7218м/с.

 

 

 

 

2.6 Расчет камеры  конвекции