Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

,    (41)

где n – число потоков, n=2 [1];

W – допустимая линейная скорость продукта, W=2,0 м/с [1];

d_вн – расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из уравнения (41)  рассчитывается внутренний диаметр трубы:

,      (42)

Округляя значение расчетного диаметра трубы, учитывая толщину стенки, и выбирая в соответствие с этим остальные размеры труб, получим:

d_нар= 0,152м,  d_вн= 0,152-2•0,008= 0,136м;

Фактическая скорость движения потока, м/с:

W_Ф= 4•V/(n•π•d² _вн),      (43)

Фактическая скорость оказалась меньше расчетной вследствие округления диаметра трубы в большую сторону.

2.6     Расчет камеры конвекции.

Целью данного этапа является расчет поверхности конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции.

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению

где Qк – количество тепла, воспринятое конвекционными трубами, Вт;

К – коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту,   ;

- средняя разность температур, К.

Средняя разность температур определяется по уравнению:

, где  ,   - соответственно большая и меньшая разность температур, оС;

  - температура продукта на выходе из камеры конвекции, находится путем решения квадратичного уравнения, предварительно определив теплосодержание продукта при этой температуре:

 ;

Уравнение  запишем в виде:

;

где a=0,000405, b=0,403 – соответственно коэффициенты уравнения;

 ,

 =97,284;

Имеем уравнение

.

Решению уравнения удовлетворяет значение только одного корня

;

.

Составим схему теплообмена:

t_к=200,855 ^оС                        t₁=115 ^oC              

;

;

.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции рассчитывается по уравнению

где  ,   ,   - соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением  трехатомных газов, Вт/(м² К).

определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

где   - средняя температура дымовых газов в камере конвекции (К), вычисляется по формуле

,

 .

;

 определяется следующим образом:

, где Е – коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого находится из справочных данных;

U – массовая скорость движения газов,  ;

d – наружный диаметр труб, м.

Е = 21,414  при  средней  температуре в камере конвекции [1, стр. 9].

Массовая скорость движения газов определяется по формуле

где f – свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции, м².

, где n – число труб в одном горизонтальном ряду;

d – наружный диаметр труб, м;

S₁      –   расстояние между   осями   труб   в   горизонтальном   ряду    

()  [2, стр. 473] м;

 - рабочая длина конвекционных труб, м;

 - характерный размер для камеры конвекции, м.

Принимаем n=4,  ; из технической характеристики печи   =15,5 м.

;

     ;

;

;

Определяем число труб в камере конвекции

 ,

  .

Тогда фактическая поверхность нагрева будет равна

 ;

.

Число труб по вертикали

;

.

Высота пучка труб в камере конвекции

, где   - расстояние между горизонтальными рядами труб, определяемое как

 ;

.

.

Средняя теплонапряженность камеры конвекции равна

 ;

Допустимая теплонапряженность  [1, стр.92].

В разделе рассчитана средняя теплонапряженность  и  количество труб в камере конвекции N_к=72 и высота трубного пучка    h_к=4,140 м.

2.7     Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи.

Целью гидравлического расчета является определение общего гидравлического сопротивления змеевика печи или давление сырья на входе в змеевик, который, в свою очередь, необходимо для выбора сырьевого насоса.

Давление сырья на входе в печь складывается из следующих составляющих:

где Р_К – давление сырья на выходе из змеевика печи;

- потери напора на участке испарения, участке нагрева радиантных труб, в конвекционных трубах соответственно, ата;

 - статический напор, ата.

Потери напора на участке испарения:

, где Р_Н – давление в начале участка испарения, ата.

Р_Н определяется методом итераций.

Зададим   .

Тогда температура, соответствующая этому давлению при ОИ, равна  

  рассчитывается по формуле:

где А и В – расчетные коэффициенты.

где   - коэффициент гидравлического сопротивления, для атмосферных печей  [2, стр. 480],  принимаем  =0,02;

L₁ – секундный расход сырья по одному потоку, кг/с,

 ;

- плотность сырья при средней температуре на участке испарения:

 - средняя температура продукта на участке испарения:

 ;

 ;

 - средняя плотность паров при давлении 9,81 Па,  [2, стр.480];

l_И – длина участка испарения:

, где    - соответственно теплосодержание паро-жидкосной смеси на выходе из змеевика,  сырья при температуре начала испарения,  сырья на выходе из камеры конвекции, кДж/кг:

,

;

 ,

 ;

l_рад – эквивалентная длина радиантных труб, м,

где n_р – число радиантных труб, приходящихся на один поток: