НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Расчёт газового сопротивления и тяги

Для нормального функционирования трубчатой печи требуется организовать подачу воздуха в камеру сжигания для горения топливной смеси, протоко газов в объёме печи по всему тракту дымовых газов и удаление дымовых газов во внешнюю среду на высоту, обеспечивающую соблюдение санитарных норм и пригодную по допустимому воздействию на окружающую среду.

В трубчатых печах требуемые условия обычно реализуются посредством естественной тяги, которая создается дымовой трубой. При естественной тяге движущей силой, которая обуславливает ток продуктов сжигания топлива и преодоление гидравлических сопротивлений, будет перепад давлений слоя воздуха и топочных газов в трубе. Газовый коллектор трубчатой печи, её дымовую трубу и воздушный слой можно интерпретировать, как сообщающийся сосуд, у которого на одном конце дымовая труба, под заполнением продуктами сжигания топлива, а на другом - атмосфера. Вследствие перепада температур окружающего воздуха и топочных газов в трубе, их плотности также отличаются, а значит, и веса; поэтому слой холодного воздуха, который тяжелее, выталкивает столб нагретых дымовых газов, которые легче. Движущая сила (тяга), которая создается дымовой трубой, возрастает с увеличением температуры сбрасываемых дымовых газов и высотной отметки трубы, так как при этом увеличивается разница весов столбов атмосферного воздуха и дымовых газов. В камере сжигания топлива должно быть определенное разрежение, которое позволяет поступать атмосферному воздуху для сгорания топливной смеси. При использовании горелочных устройств с воздушным диспергированием жидкофазного топлива и инжекционных горелочных устрйоств для газового топлива, воздух, требуемый для горения топливной смеси, полностью или частично подаётся под напором. Разрежение в радиантной камере также требуется, для исключения утечек газов сжигания топлива через негерметичности в кладке, которые при избыточном давлении в топочном пространстве проявили бы себя и это послужило бы источником загрязнения внешней среды, привело к росту теплопотерь и уменьшению коэффициента полезного действия трубчатой печи. Большое разрежение в топочной камере вызывает нежелательный подсос воздуха извне, увеличиваются теплопотери с отводимыми топочными газами и снижается коэффициент полезного действия трубчатой печи. Разрежение в радиантной камере необходимо решулировать в интервале 20 - 40 Па.

Схема трубчатой печи с естественной тягой

Сопротивление потоку продуктов сжигания топлива при перемещении их в трубчатой печи проанализируем на примере трубчатой печи с самотягой. Оно слагается из следующих величин:

• сопротивления при проходе газов через пучок конвекционных труб;
• сопротивления трения о стенки газоходов;
• локальных гидравлических сопротивлений;
• обоснованных изменением проходного сечения (сужением или расширением) и направления потока;
• сопротивлением регулирующих и запорных устройств (заслонка, шибер);
• динамического и статического напоров;
• сопротивления подогревателя воздуха.

Суммарное сопротивление всего дымового тракта равняется сумме частных составляющих:

Одним из главных компонентов сопротивления потоку топочных газов является сопротивление пучка конвекционных труб.

Сопротивление пучка конвекционных труб в основном определяется:

• скоростью потока дымовых газов в незаполеннном сечении между трубами (5 - 8 м/с)
• числом трубных рядов и диаметром труб;
• способом размещения труб (коридорное или шахматное);
• расстоянием между осями труб по вертикали и горизонтали.

Для расчета сопротивления пучка конвекционных труб предложен ряд формул или номограмм, которые можно найти в профильной литературе. В эксплуатируемых печах снижение напора в конвекционной камере составляет ориентировочно 40 - 80 Па.

При вычислении сопротивления потока дымовых газов необходимо принимать в учёт также его направление. Перемещение нагретого газа снизу вверх является источником дополнительного напора, который помогает преодолевать гидравлические сопротивления, потому что на подобном участке направленность потока сонаправлена с естественной тягой. Напротив, при перемещении потока дымовых газов сверху вниз образуется дополнительное сопротивление, требующее преодоления (статический напор).

Статический напор в конвекционной камере при потоке газов сверху вниз определяется по формуле:

Сопротивление трения в газоходе рассчитывается по уравнению гидравлики и определяется скоростью перемещения дымовых газов (4 - 6 м/с), протяженности газохода и шероховатости поверхности газохода.

Локальные гидравлические сопротивления вычисляются по формуле:

Тяга, которая создается дымососом или дымовой трубой, должна быть немного выше вычисленного расчетом суммарное сопротивление газовому потоку, чтобы обеспечивался запас и тягу можно было регулировать.

Коэффициент запаса обычно принимается 1,2, т.е. Δp_T = 1,2Δp_общ. Избыточная тяга, создаваемая трубой, тратится чтобы преодолеть сопротивления управляющей заслонки (шибера). Высоту дымовой трубы можно рассчитать по формуле:

При самотяге в трубчатых печах дымовая труба может создать разрежение около 200 Па.

Если суммарное сопротивление потоку топочных газов выше, а самотяга, ксоздаваемая дымовой трубой, недостаточна из-за относительно не высокой температуры топочных газов, то используется искусственная тяга, при которой топочне газы отводятся из печи вентилятором, создающим требуемое разрежение, и выводятся в дымовую трубу.

Сечение дымовой трубы вычисляется на основании объёма дымовых газов и возможной их скорости в трубе; при самотяге эта скорость должна быть в интервале от 4 до 8 м/с, а при искусственной тяге от 8 до 16 м/с.