Расчет трубчатой печи - Гидрокрекинг вакуумного газойля

Основные показатели работы трубчатой печи: полезная тепловая нагрузка печи, теплонапряженность поверхности нагрева, производительность по сырью, коэффициент полезного действия, температура газов на перевале, в топке, на выходе из печи и др.

Исходные данные для расчета:

- производительность печи по сырью 92434 кг/ч

- плотность вакуумного газойля 0,9102 - плотность циркулирующего газа 0,146 кг/м3 - доля отгона 0,6 - температура на входе 210 ОС. - температура на выходе 440 ОС. - температура на перевале печей 800 ОС.

Полезная тепловая нагрузка печи

Полезная тепловая нагрузка печи складывается из тепла, затраченного на нагрев и испарение сырья:

(3.27)

Тепло, необходимое для нагрева сырья :

(3.28)

Тепло, необходимое для испарения сырья

(3.29)

Где производительность печи (по сырью), кг/ч; массовая доля отгона сырья, доли единицы; энтальпия жидкости при температурах входе и выхода ее из печи, кДж/кг; энтальпия паров при температуре выхода их из печи, кДж/кг.

Энтальпия сырья при t =210 OC:

Для вакуумного газойля:

КДж/кг

Для циркулирующего газа:

КДж/кг

Энтальпия смеси:

КДж/кг

Энтальпия сырья при t = 440 OC:

КДж/кг

Для циркулирующего газа:

КДж/кг

Энтальпия смеси:

КДж/кг

Тепло, необходимое для нагрева продукта:

КДж/кг

Или 5116252,711 Вт

Энтальпия паров вакуумного газойля при t =440 ОС.

КДж/кг

Энтальпия смеси:

КДж/кг

Тепло, необходимое для испарения смеси:

КДж/кг

Или 8984122,63 Вт

Полезная тепловая нагрузка печи:

КДж/кг

Или 14100375,341 Вт

Теплота сгорания топлива

Теплота сгорания топлива - количество тепла, выделяющегося при сгорании 1кг топлива.

Для определения низшей теплоты сгорания любого топлива можно использовать формулу Д. И. Менделеева:

(3.30)

В качестве топлива взят газ следующего состава:

С-85,15%; Н-13,24%; N2-0,05%; S-0,67%; О2-0,89 %

КДж/кг

Определим теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1кг газа по формуле:

(3.31)

Кг/кг

Для печей с излучающими стенками коэффициент избытка воздуха =1,031,07. Принимаем =1,05. Тогда действительное количество воздуха:

Кг/кг

Или

М3/кг

Определим количество продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1кг топлива:

Кг/кг

Јкг/кг

Суммарное количество продуктов сгорания:

Кг/кг

Проверка:

Бкг/кг

Коэффициент полезного действия (КПД)

Коэффициент полезного действия трубчатой печи - доля тепла, полезно использованного в печи на нагрев нефтепродукта. При полном сгорании топлива КПД печи зависит от ее конструкции, от потерь тепла с уходящими дымовыми газами и через кладку печи, от коэффициента избытка воздуха.

КПД печи определяется по формуле:

(3.32)

Где КПД печи; теплота сгорания топлива, кДж/кг;

Потери тепла в окружающую среду через кладку печи, кДж/кг топлива;

Потери тепла с уходящими дымовыми газами, кДж/кг топлива;

Потери тепла неполноты сгорания топлива, кДж/кг (практически 0,5 %).

Тепловые потери в окружающую среду через кладку составляют 4-8 % от рабочей теплоты сгорания топлива. Потери тепла с дымовыми газами, уходящими из печи в дымовую трубу, зависят от коэффициента избытка воздуха и температуры этих газов. Обычно температуру уходящих дымовых газов принимают на 150-200ОС выше температуры поступающего в печь сырья, т. е.

(3.33)

Где температура уходящих дымовых газов, ОС; температура поступающего в печь сырья, ОС.

ОС

Потери тепла с дымовыми газами определяются по графику [Приложение 36; Сард] зависимости теплоты от температуры и коэффициента избытка воздуха.

КДж/кг

Потери тепла от неполноты сгорания топлива примем 0,5%.

КДж/кг

По полученным данным рассчитаем КПД печи:

КПД печи составляет 76,9%.

Расход топлива

Расход топлива в печи вычисляют по формуле:

(3.34)

Кг/ч

Расчет радиантной секции

1) Задаются температурой дымовых газов над перевальной стенкой 800ОС. 2) Определяют среднюю теплоемкость продуктов сгорания 1кг топлива при этой температуре.

(3.35)

Теплоемкость продуктов сгорания определяют по графику на рис.39 [10].

КДж/кг-К

Энтальпия продуктов сгорания:

КДж/кг

3) Приведенную температуру исходной системы определяют по формуле, но в случае работы без рециркуляции дымовых газов ее можно принять равной температуре поступающего воздуха, т. е.

4) Максимальную расчетную температуру горения определяют по формуле:

(3.36)

Где КПД топки - рекомендуется принимать в пределах 0,94-0,98.

ОС

5) Количество тепла, воспринимаемого сырьевой смесью через радиантные трубы рассчитывают по формуле:

(3.37)

КДж/ч

Или 10670283,460 Вт

6) Количество тепла, воспринимаемого сырьевой смесью через конвекционные трубы

КДж/ч

Или 11136407,714 Вт

7) Энтальпия смеси на входе в радиантные трубы по формуле:

(3.38)

Где энтальпия сырья при входе в печь, кДж/кг, масса сырья.

КДж/кг

По таблицам зависимости энтальпии от температуры [16] находим.

8) Средняя температура наружной поверхности радиантных труб по формуле:

(3.39)

Где конечная температура нагрева сырья, ОС; разность температур между наружной поверхностью труб и температурой сырья (.

ОС

9) По графикам на рис.39 (а, б) по известным и интерполяцией находят значение параметра :

Вт/м2

Общее количество тепла, вносимого в топку составляет:

КДж/ч

Или 17419200,548 Вт

Предварительное значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:

М2

10) Задаемся степенью экранирования кладки.

По графику [10] определяют величину

11) Эквивалентная плоская поверхность

М2

12) Площадь заэкранированной плоской поверхности заменяющей трубы:

М2

Фактор определяют по графику [10]. При однорядном экране и расстоянии между трубами 2d фактор формы

13) Поверхность радиантных труб:

М2

14) Проводим проверочный расчет радиантной секции. Величина неэкранированной поверхности по формуле:

М2

15) Уточненное значение абсолютно черной поверхности по формуле:

(3.40)

Где степень черноты поглощающей среды, зависит от концентрации трехатомных газов в продуктах сгорания топлива; приближенно для данного топлива можно подсчитать:

Принимается равной 0,8-0,85; и соответственно степень черноты экрана и кладки печи; рекомендуется коэффициент.

Коэффициент определяется по уравнению:

(3.41)

Где угловой коэффициент взаимного излучения поверхностей экрана и кладки, определяется в зависимости от отношения ;

Если то ; если то ;

Суммарная поверхность экрана и кладки, м2.

Т. е.

Значение абсолютно черной поверхности:

М2

16) Коэффициент теплоотдачи свободной конвекцией от дымовых газов к радиантным трубам по формуле:

(3.42)

Вт/(м2-ОС)

17) Температурная поправка теплопередачи в топке определяется по формуле:

(3.43)

Где поверхность радиантных труб, м2; максимальная температура горения, ; средняя температура экрана, ; постоянная излучения абсолютно черного тела; Вт/(м2-К).

18) Аргумент излучения определяется по формуле:

(3.44)

(3.45)

ОС

Результат между найденной температурой дымовых газов на перевале и принятой небольшая, т. е. равняя 5,15ОС, поэтому результат вычислении можно считать окончательным.

21) Коэффициент прямой отдачи определяют по формуле:

(3.46)

Где приведенная температура исходной смеси, ОС.

22) Количество тепла, полученного радиантными трубами

КДж/час

Или Вт.

23) Тепловая напряженность радиантных труб по формуле: