НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Расчет теплового баланса трубчатой печи

Тепловой баланс для произвольной трубчатой печи составляется, приняв в качестве начального значения температуры произвольное значение, например 0 °C. Тепловой баланс формулируется применительно к определенному временному интервалу, например к 60 минутам или промежутку времени, требуемого для сгорания 1 кг топливной смеси.

Приходные слагаемые баланса

Сформулируем приходные слагаемые теплового баланса [кДж/кг] для произвольной трубчатой печи при сгорании 1 кг топливной смеси:

1. Преобладающим теплом, которое является для печи входящим потоком, является тепло, генерируемое при сжигании топливной смеси (теплотворная способность топлива) - Q^н_p.
2. Вторым по значимости тепловым потоком вносимым в печь извне, является тепло топлива, которое есть функция произведения теплоёмкости топливной смеси C_T в [кДж/кг·К] на значение его температуры t_T в [К] - C_T·t_T.
3. Следующим по весу слагаемым входящего теплового баланса, является тепло, которое потупает в зону горения вместе с воздухом:
   

   где	α	-	коэффициент избытка воздуха,
   	L0	-	теоретический расход воздуха,	кг;
   	Cв	-	теплоёмкость воздуха,	кДж/кг·К;
   	tв	-	температура воздуха,	°C.

4. Заключительным положительным слагаемым теплового баланса является тепло пара, подаваемого на горелочные устройства:
   

   где	Wф	-	расход форсуночного пара,	кг/кг;
   	Cв.п	-	теплоёмкость водяного пара,	кДж/кг·К;
   	tв.п	-	температура водяного пара,	°C.

Суммируя сформулированные слагаемые теплового баланса, получим:



Фактически тепло топливной смеси, подаваемого воздуха и водяного пара имеют небольшие значения и ими зачастую пренебрегают, кроме тех случаев, когда подаваемый к горелочным устройствам воздух подогрет и с ним в печь поступает отноистельно большое количество тепла.

Если подогреватель воздуха в обвязке трубчатой печи не предусмотрен, то:



Расходные слагаемые баланса

Расходные слагаемые теплового баланса [кДж/кг] следующие:

1. Тепло, которое получено сырьём и водяным паром (при наличии пароподогревателя) - q_пол.
2. Тепло, которое покидает печь с продуктами сгорания - q_ух.
3. Тепло, покидающее печь через неплотности и теплоизоляцию - q_пот.
4. Тепло, недополученное вследствие химического и механического недожёга топливной смеси - q_н. И для жидкофазного, и для газового топлива обычно эти потери невелики и при расчете ими пренебрегают.

Сложив все расходные слагаемые теплового баланса получаем:



Расходуемое в трубчатой печи тепло равняется его приходящему в печь значению, т.е.:



Выполнив деление обеих частей уравнения (левой и правой) на теплотворную способность топлива Q^н_p, учитывая его равенство входящему в печь теплу, получим:



Так как результат деления количества полезно использованного тепла q_пол ко всему объёму тепла Q^н_p это коэффициент полезного действия печи η, то уравнение возможно записать как:



Отсюда формулируется вывод, что для вычисления КПД трубчатой печи, требуется знать величину 2-ух расходуемых потоков тепла: отводимых с дымовыми газами (q_ух) и покидающее печь в окружающую среду (q_пот).

Потери тепла во внешнюю среду определяются качеством печной кладки, степенью её (кладки) тепловой изоляции, температурой воздуха во внешней среде и прочих факторов.

Значение потерь подлежит вычислению после того как выбрана конструкция и определены основные габариты печи. Теплопотери в трубчатых печах составляют от 3% (для печей большой тепловой мощности) до 5% (для печей малой мощности).

Температура сбрасываемых дымовых газов t_ух выбирается, исходя из следующих предпосылок:

• данной температуре надлежить быть выше, чем температура t₁ сырья, которое поступило в конвекционную камеру;
• чем больше разница температур t_ух - t₁, тем эффективнее в конвекционной камере происходит передача тепла, и, тем меньшая поверхность труб потребуется в камере конвекции;
• с увеличением температуры сбрасываемых дымовых газов увеличиваются теплопотери, а коэффициент полезного действия трубчатой печи снижается, увеличивая тем самым потребление топлива.

Чтобы корректно выбрать температуру отводимых дымовых газов требуется выполнение технико-экономического расчета. Требуется соотнести сокращение расходов, за счёт уменьшения потребления топлива при снижении величины температуры отводимых газов, с дополнительными расходами, из-за увеличения стоимости печи по причине необходимости увеличения поверхности конвекционных труб при снижении значения температуры отводимых топочных газов.

Такие технико-экономические расчеты достаточно сложны, из-за чего температура отходящих топочных газов принмиается на основании накопленного опыта использования трубчатых печей. Обычно целесообразно принимать температуру отводимых из печи топочных газов на 100-150 °C выше, чем температура сырья, подаваемого в камеру конвекции трубчатой печи.

При естественной тяге от значения температуры отходящих топочных газов зависит функционирование дымовой трубы, так как при снижении температуры топочных газов происходит ухудшение тяги, и, как следствие увеличение высоты дымовой трубы.

Эксплуатационный опыт показывает, что при использовании естественной тяги значение температуры отводимых топочных газов должна быть не менее 250 °C. При меньшем значении температуры газов затруднительно гарантировать нормальную работу печи и необходимо создание искусственной тяги, т.е. использование дымососов.

Если начальная температура сырья достаточно высока, то для снижения потерь тепла с отводимыми топочными газами и увеличения КПД печи тепло отводимых топочных газов применяют, например, для выработки водяного пара (посредством монтажа котла-утилизатора) или предварительного нагрева воздуха. Таким образом, подобрав температуру газов, которые поступают в дымовую трубу, производят вычисление количества тепла и, приняв значение теплопотерь во внешнюю среду q_пот, определяется КПД трубчатой печи печи.




Не нашли нужную информацию? Воспользуйтесь поиском по сайту