A kemence logikai számítása
A csöves kemencék az olajfinomítók és petrolkémiai üzemek legtöbb feldolgozó üzemében tüzes fűtőelemek vezető csoportjai.
Szükséges kezdeti adatok: a nyersanyagok kemencéjének termelékenysége (vákuumdesztillátum finomított oldata) G = tonna / nap; a nyersanyag kezdeti és végső hőmérséklete, T1 = K és T2 = K; a raffinátum sűrűsége K ρ = 903 kg / m 3; a nyersanyag desztilláció tömeghányadja a K hőmérsékleten és az e = 0,6 kemencéből kilépő atmoszférikus nyomás np; a desztilláció sűrűsége 293 K 875 kg / m 3; az egyes bepárlási maradék sűrűsége 293 K ρ = 950 kg / m 3; üzemanyag - gáz összetétele (tömegszázalékban) CH4 - 90,84; С2 Н6 - 5,55; C3H8-0,54; n-C4H10-0,35; CO2 - 0,84, N2 - 1,88.
4.1. Az égési folyamat kiszámítása.
A tüzelőanyag-komponensek égési folyamatának sztöchiometriai egyenleteit alkotjuk:
Határozzuk meg az L0 levegő (kg-ban kifejezett) elméleti mennyiségét, ami 1 kg gáz elégetéséhez szükséges (sztöchiometriai egyenletek szerint). Ennek eredményeképpen kapott:
A teljes oxigén 3 882 kg, és a levegő minőségi összetételének ismeretében megállapítjuk, hogy a levegő elméleti mennyisége 16,6 kg.
Számítsa ki a tényleges levegőmennyiséget:
ahol α - a felesleges levegő tényezője (α = 1,03-1,07 sugárzó falú kemencék esetén).
Határozza meg az égéstermékek mennyiségét (kg-ban), amelyet 1 kg tüzelőanyag elégetésekor alakítottak ki. Meghatározzuk a súlya a füstgázok kompanentov mi (kg / kg tüzelőanyag) adott nitrogén belépő az üzemanyag CO2 és átalakulatlan oxigén (a sztöchiometrikus egyenletek):
A szén-dioxid esetében:
m1 (CO2) = 0,023 kg
m2 (CO2) = 0,024 kg
m3 (CO2) = 0,0253 kg
m4 (CO2) = 0,0254 kg
m1 (H20) = 2,156 kg
m2 (H2O) = 0,009 kg
m3 (H20) = 0,008 kg
m4 (H20) = 0,005 kg
Ennek eredményeképpen megkapjuk, hogy a négy reakció összetevőinek összege:
Σ m (H20) = 2,178 kg
Σ m (CO2) = 0,096 kg
Σ m (O2) = 3,888 kg
Σ m (N2) = 0,188 + 12,7 = 12,91 kg
Az oxigén nem reagált:
m (O2) = 17,46-12,91-3,882 = 0,668 kg
A füstgázok összetételét% -ban határozzuk meg. és a következő eredményeket kapjuk:
A füstgázok összetételét% vol. az újratervezés képletével:
ahol Vi a füstgáz összetevő mennyiségi mennyisége, m 3 / kg tüzelőanyag, füstgázok M moláris tömegkomponense, kg / kmol.
Helyettesítjük az értékeket és megkapjuk:
Ennek megfelelően a füstgázok összetétele% vol. valósítja meg:
Az ezt követő számításokhoz egy függvény qm = f (T) függvényét állítjuk össze (a füstgázok entalpiája a hőmérséklet). Erre a célra definiáljuk a füstgáz entalpiája (kJ / kg), amely az égés során a 1 kg tüzelőanyag, hőmérséklet 300, 500, 700, 1100, 1500 és 1900 K a következő egyenlet szerint:
ahol ci az égésgáz összetevő átlagos tömeghőképessége (kJ / kg ∙ K).
A gázok átlagos tömeghő kapacitása állandó nyomáson
A képletben lévő értékek helyettesítésével a következő értékeket kapjuk, miközben ci értéket kapunk a gázok átlagos tömegspecifikus gázhőmérsékletének állandó nyomáson:
q300 = 564,5 kJ / kg
Más hőmérsékleteken is számolunk, és kapunk:
q500 = 4804 kJ / kg
q700 = 9250 kJ / kg
q1100 = 18450 kJ / kg
q1500 = 28932 kJ / kg
q1900 = 39601 kJ / kg
A függést ábrázoljuk.
Határozza meg az üzemanyag elégetésének hőjét (kJ / kg-ban):
ahol xi az üzemanyag i-edik összetevőjének tömegtöredéke;
Qi az i-os tüzelőanyag-komponens égési hője (kJ / kg);
Az égés hőjét az alábbi képlet adja meg:
ahol n = az atom-oxigén móljainak száma az üzemanyag i-edik komponensének teljes égetéséhez szükséges;
Mi az i-edik üzemanyag komponens moláris tömege, kg / mol.
Helyettesítjük az értékeket és megkapjuk:
Q (CH4) = 204472 ∙ 4/16 = 51118 kJ / kg
Ennek megfelelően az égés hője:
Qcu = 50236 kJ / kg.
2. Hatékonyság. kemence, hőterhelése és üzemanyag-fogyasztása.
hatékonyság A kemencéket a következő képlet adja meg:
ahol a qmot / Qcg a környezeti hőveszteség, az üzemanyag égési hőfrakciói;
qūh / Qсg - a kimenő füstgázok hővesztesége, az üzemanyag elégetésének hőfrakcióiban;
Qpot / Qcr = 0,06; és a qyx a qm = f (T) gráfból, a T = Tyx gráfból származik. és a konvekciós kamrában levő füstgázok hőmérséklete a kemencébe bejövő nyersanyag hőmérséklete fölé 120 k-ra emelkedik:
A kemence hasznos kigördõjét (kJ / h) az alábbi egyenlettel számoljuk:
ahol G- a kemence nyersanyag termelékenysége, kg / h;
q n T2, q és T2 a gőz és folyadékfázisok entalpiája a T2 hőmérsékleten a kemencében levő kimeneten. kJ / kg;
q és T1 - a nyersanyagok entalpiája a kemence bejáratánál a T1 hőmérsékleten. kJ / kg, (entalpiák a táblákból a folyékony kőolajtermékek és olajgőzök entalpiáját, a sűrűség ismeretében);
A Qt kemence (kJ / h) teljes hőterhelését a következő képlet határozza meg:
Órás üzemanyag-fogyasztás B (kg / h):
4.3. A sugárzó cső fűtésének felülete és a sugárzási kamra méretei (kemence):
A sugárzócsövek felületi fűtését (m 2-ben) a következő képlet határozza meg:
ahol Qp - a nyersanyag által a sugárzási kamrában, kW-ban átadott hőmennyiség;
qp a sugárzó csövek hőfeszültsége kW / m 2 (korábban qr = 67 kW / m 2).
A nyersanyag által a sugárzási kamrában átadott hő mennyisége a kemence hőegyensúlyegyenletéből származik:
ahol ηt = 0,96 - a kemence hatékonysági tényezője;
qm a füstgázok entalpiája a Tn hőmérsékleten a sugárzási kamrából való kilépésnél. kJ / kg tüzelőanyagot (először Tn = 1023K, és qmn értéket határozunk meg a qm = f (T) grafikonból).
Meghatározzuk a nyersanyag Tk hőmérsékletét a sugárzó csövek bejáratánál. Ehhez beállítás alapján kísérleti és a számított adatok, hogy a nyersanyag konvekciós csövek elpárolog, azt látjuk, hogy entalpiyuq w mk belépő sugárzó csövek a hő egyensúly egyenlet:
A táblázat szerint az ásványolajtermékek entalpiája a kívánt Tc hőmérsékletet mutatja.
Dn = 127 * 8 mm átmérőjű csöveket választunk hasznos hosszúságú ltr = 9,5 m-rel (a cső teljes hossza, figyelembe véve a csővezetékek végeinek lezárását 10 m-re).
Sugárzócsövek száma (a legközelebbi nagyobb egész számra kerekítve):
Figyelembe véve az iparág tapasztalatait, egy kétoldalú besugárzási képernyővel rendelkező, láng nélküli égető kemencét fogadunk el, horizontális sakk elrendezéssel és két alsó konvekciós szakaszral.
A meglévő normák szerint az S = 0,25 m-es szűrőcsövek magassága. A függőleges csövek sorainak távolsága:
A sugárzó falak és a csőhéj közötti távolság = 1 m.
Sugárzó kamra magassága (kemence):
ahol N'p = Np / 2 - a csövek száma egy függőleges sorban;
lm = 0,25 m - a kemencének és a kemencének a függőleges sorának alsó és felső csöveitől való távolság.
A sugárzó kemence kamra szélessége:
A sugárzási kamra térfogata:
Termikus feszültségű kemence kemence térfogata:
Annak biztosítása érdekében, egységes obgreva mindegyik csőbe kerületileg hossza mentén, és a képernyő kell venni, hogy a vetített kemence gázégők, fűtés VNIINEFTEMASH típusú GBP2a qg = 69,78 kW.
Az égők száma (a legközelebbi kisebb egész számra kerekítve):
Mivel az egyes égők mérete 0,5 * 0,5 m, a két sugárzó kemence falának területe:
A kemence rendszere a kemence sugárzó falával
4. A sugárzó hőátadás kiszámítása a kemencében.
Ennek a számításnak az a célja, hogy meghatározza a Td füstgázok tényleges hőmérsékletét a kemencéből kilépő kifolyócsövön a sugárzó csövek által kapott hőterhelés mellett. A számítási képlet a következőképpen alakul:
ahol CS = 5,73 W / (m 2 ∙ K) az abszolút fekete test kibocsátási állandója;
HS - egyenértékű fekete felület, m 2;
QPK - a terméknek a sugárzási kamrában konvekcióval átvitt hőmennyisége, kW;
Θ a képernyő külső falának átlagos hőmérséklete, K;
φ - tényező, a HSR / HS aránytól függően - az ütemterv által meghatározott;
HSR - a kemence sugárzó falának felülete, m 2.
A sugárzócsövek falának külső felületeinek átlaghőmérsékletét az alábbi egyenlettel határozzuk meg:
ahol α2 = 940 W / m 2 ∙ К - a hőcserélő tényező a csőfalról az olajtermékre;
δ - a csőfal vastagsága, m 2;
λ = 45,4 W / m ∙ K - a csőfal anyag hővezető tényezője.
A φ koefficiens függése a HSR / HS arányon
1 - láng nélküli égés; 2 - lángégetés volumetrikus fáklyával; 3 - lángégés szabad égővel.
Ezután meghatározzuk a hőátadási együtthatót (W / m 2 ∙ K) a füstgázoktól a sugárzó csövekig történő szabad konvekcióval a következő képlet segítségével:
A sugárzó kamrában konvekcióval átvitt hőmennyiséget az alábbi egyenlettel számoljuk:
ahol φK = 0,9 olyan együttható, amely figyelembe veszi a csőszakaszban lévő gázok hőmérsékletének csökkenését a kemencéből kilépő gázok hőmérsékletéhez képest.
Az egyenértékű, teljesen fekete felületet kiszámítjuk. Először meghatározzuk a szükséges mennyiségeket.
Keresse meg a szögletes ρHR együttható esetén sugárzó hőátadás a képernyő felületét csövek és a sugárzó fal (ez a tényező jelzi, hányszor számított kölcsönös felszíni sugárzás képernyő és a kibocsátó már falfelület sugárzó csövek):
ahol PNR = 72,2 mm 2 - a kölcsönös sugárzás átlagos számított felülete 1 mm-re a képernyő egy csöve hosszától.
Határozza meg az ρVR szögütendszert a gázréteg és a csőhéj közötti sugárzó hőcsere esetén. Ennek az együtthatónak a nagysága a grafikonon található.
Megtaláljuk a kemencék árnyékolt falainak felületét - a végfalakat és az elülső falak egy részét, amelyeket nem foglalnak el a gázégők. Ezeknek a felületeknek a területe:
Keresse meg a sugárzó fal hőmérsékletét az alábbi képlet szerint:
Határozzuk meg az abszorbeáló közeg (gázok a kemencében) átlaghőmérsékletét az alábbi képlet szerint:
ahol a QRP a sugárzó kamra hővesztesége a környezet számára, kW;
Σmi · ci az égetési termékek átlagos teljes hőterhelése 1 kg tüzelőanyaggal (TP + 150).
A sugárzó kamrának a környezetre vesztett hőmennyiségét az alábbiak szerint kell kiszámítani:
Határozza meg a csőhéj csökkentett foka mértékét a következő képlet szerint:
A csőrendszer besugárzásának hatékonysága a gázréteggel.
I - egysoros képernyő; 2 - kétsoros képernyő, első sor; 3 - ugyanaz a második sor.
Végül számítsunk ki egy egyenértékű teljesen fekete felületet:
Ha az ebben a számításban kapott T DP hőmérséklet jelentősen eltér (több mint 10 ° -kal) az elfogadott Tn-ből, akkor ismételje meg a számítást, és állítson be egy másik TP értéket.
Számítsa ki a kemence konvektív fűtési felületét.
A konvekciós durva fűtés felületét a következő képlet határozza meg:
ahol QK a nyersanyag által a konvekciós csövekben W által átvitt hő mennyisége;
k1 - a hőátadási tényező a kemence konvekciós kamrájában, W / (m 2 K);
ΔTCP - átlagos hőmérsékleti fej, K;
A nyersanyag által a konvekciós csövekben átadott hő mennyisége:
A konvekciós kamrában a hőátadás együtthatóját a következő képlet adja meg:
ahol α1 a hőátadási tényező a füstgázokból a csövekhez való konvekcióval, Br / (m K);
αL - a három atomelemtől a csövekig tartó sugárzás hőátadási tényezője, W / (m 2 K);
Az α1 együtthatót a következő képlet határozza meg:
ahol C egy állandó, egy sakkcsomagra, ami nagyjából 0,33;
β egy együttható, amely attól függ, hogy a csövek száma a gerendában van-e (feltételezve, hogy a sorok száma több mint 10, akkor β = 1;
λГ a füstgázok hõvezetõképességi együtthatója, Br / (m · K).
A (4.41) képletben szereplő Re és Pr kritériumokat a TSR = 0,5 · (TP + TUX) konvekciós kamrában lévő füstgázok átlaghőmérsékletével számítjuk ki; a méret meghatározása - a csövek külső átmérője A gázsebességet a sugár legszűkebb szakaszán számolják ki.
A konvekciós kamrában durva, hasznos hosszúságú l1 = 9,5 m, a külső átmérő dH = 102 mm és a falvastagság 6 mm. Mindegyik tekercs egy tekercset tartalmaz egyetlen adagáramhoz. Egy vízszintes sorban négy durva (1. ábra) S = 172 mm lépcsővel állítható be.
Keresse meg a legkisebb területet a szabad szakaszon keresztül a füstös gyepek áthaladásához. A fenti rendszer szerint:
ahol n1 = 4 - a csövek száma egy vízszintes sorban;
Határozza meg a füstgázok lineáris sebességét a gerenda legkeskenyebb szakaszában, vagy a képletet:
ahol m = 2 a párhuzamos kamrák száma (a tápáramok száma).
A Re és Pr kritériumainak meghatározásához meg kell határozni a TSR-ben a füstgázok kinematikus viszkozitását, sűrűségét, hő kapacitását és hővezető tényezőjét.
A dinamikus viszkozitás együtthatóját a következő képlet adja meg:
ahol ΜΓ. μ - a füstgázok moláris tömege és dinamikus viszkozitása;
Füstgázok összetevőinek Mj-moláris tömege;
μi - a füstgáz összetevőinek dinamikus viszkozitása - a nomogramtól függ;
xt a keverék füstgázainak komponenseinek térfogati frakciója.
A füstgázok sűrűsége:
A gázok kinematikus viszkozitása:
A füstgázok hővezető tényezője:
ahol λΓ a füstgázok összetevőinek hővezetési együtthatója (4. táblázat).
A füstgázok hővezető képességének együtthatói.
A füstgázok fajlagos hője:
Keresse meg a kritériumok értékeit:
A triatómiai gázok sugárzásának hőkibocsátási tényezője:
ahol az αCO2 és az aH2O a CO2 és a H2O hőátadási együtthatói, amelyeket a nomogram a Tcp függvényében határoz meg, a triatómikus gázok abszorpciós erejét és a falhőmérsékletet.
Előzetesen meg kell találni a nomogramok használatához szükséges értékeket.
Számítsuk ki a gázréteg tényleges vastagságát az alábbi képlet szerint:
Határozza meg a CO2 és a H2O abszorpciós szilárdságát a gázrétegben (Pa · m-ban):
A konvekciós csövek falának hőmérséklete 35 K-nál magasabb, mint a nyersanyagok átlaghőmérséklete.
Az átlaghőmérsékletet a Grashoff-egyenlet adja meg:
A konvekció durva fűtőfelületének kiszámításával határozza meg a konvekciós kamrában a durva összmennyiséget:
A durva csúcsok száma egy kamrában (a legközelebbi nagyobb egészértékre kell kerekíteni):
A konvekciós kamrában lévő csövek által elfoglalt magasság a csövek lépcsőjén a konvekciós sugar mélysége mentén:
I * not.VI. Nomogram a dinamikus viszkozitási együttható meghatározásához
pázsit p = 1 atm *:
Újraalkalmazás SI: lcll-iJO "" Ila-o-ban.
* A nomogram megengedett adataival lehetséges egy ovagien és iri ixaeiur használata
A letöltés folytatásához össze kell gyűjtened a képet: