Тепловой баланс печи, Узел смешения. Определение температуры сырья на входе в печь - Пиролиз углеводородного сырья

Узел смешения. Определение температуры сырья на входе в печь

Тепловой баланс узла смешения:

Qподв = Qс,

Где Qподв - подводимое тепло, кДж/ч;

Qс - тепло паросырьевой смеси на входе в печь, КДж/ч

Nctc?Cpici + Gппiпп + Gнпi нп = Nct1?Cpici + Gпiпп,

Где Nc - молекулярнйй расход сырья, кг/кмоль;

Tc - температура сырья, tс = 35оС;

Cpi - мольные теплоемкости компонентов сырья, кДж/кмоль;

Ci - объемные доли компонентов сырья;

Gпп - массовый расход перегретого пара, кг/ч;

Tпп - температура перегретого пара, tпп = 850 оС;

Iпп - энтальпия перегретого пара, кДж/кг;

Gнп - массовый расход насыщенного пара, кг/ч;

Рнп - давление насыщенного пара, Рнп = 8ат;

I нп - энтальпия насыщенного пара, i нп = 2776кДж/кг [10,табл. LVII];

T1 - температура смеси сырья и водяного пара на входе в печь, оС;

Gп - массовый расход водяного пара, кг/ч.

Принимаем, что разбавление водяным паром ведется при соотношении перегретого пара к насыщенному Gпп : Gнп = 3:1, тогда

Gнп = Gп / 4 = кг/ч.

Gпп = 3Gп / 4 = кг/ч.

Мольная теплоемкость компонента смеси рассчитывается в зависимости от температуры по формуле: Срi = аi + biT + ciT2, где аi, bi, ci - коэффициенты для данного вещества, кДж/кмоль?К, Т - температура, К.

Мольная теплоемкость смеси рассчитывается по правилу аддитивности:

Срс = ?Срiсi.

Коэффициенты и расчет теплоемкости для компонентов сырья приведены в таблице 4.5. энтальпия перегретого пара приведена в таблице 4.6.

Таблица 4.5 - Коэффициенты компонентов сырья и результаты расчета теплоемкости

Компонент

С3Н8

С4Н10

С5Н12

А, Дж/моль?К

-4,80

0,469

1,44

B?103, Дж/моль?К

307,30

385,38

476,50

С?106, Дж/моль?К

-160,16

-198,88

-250,4

Сi

0,158

0,813

0,029

T=35oC

Cpi, Дж/моль?К

74,655

100,299

124,448

Cpc, Дж/моль?К

96,948

T=250oC

Cpi, Дж/моль?К

112,109

147,623

182,158

Cpc, Дж/моль?К

143,013

T=560oC

Cpi, Дж/моль?К

140,048

183,490

224,615

Cpc, Дж/моль?К

177,819

Таблица 4.6 - Энтальпия перегретого пара iпп (P=5ат) [11, с.49-55]

T, oC

250

560

810

850

Iпп, ккал/кг

704,1

864,1

998,3

1021,3

Температура паросырьевой смеси t1 определяется итерационным методом. Допустим t1 = 250оС, тогда:

Qподв=151,5535 96,948+3187,5 1021,3 4,186+1062,5 2776 = 17090814,67 кДж/ч

Qотв = 151,55 250 143,013 + 4250 704,1 4,186 = 17944696,09 кДж/ч

Qподв = Qотв

17,090 106 = 17,944 106

Погрешность

? =

Погрешность расчета невелика, поэтому принимаем t1 = 250оС.

Определение полезной тепловой нагрузки печи

Тепловой баланс печи:

Qс + Qпол = Qр + Qпир,

Где Qпол - полезная тепловая нагрузка печи, кДж/ч;

Qр - расход тепла на реакцию пиролиза, кДж/ч;

Qпир - тепло пирогаза, кДж/ч.

Расход тепла на реакцию пиролиза

Qр = Nпир?(?Hof, ici)прод - Nс?(?Hof, ici)исх,

Где Nпир - мольный расход пирогаза (без водяного пара), кмоль/ч:

Nпир = Nпир+вп - Nвп = 539,22 - 236,11 = 303,11.

?Hof, i - теплоты образования компонентов сырья (пирогаза) при температуре реакции Тр = 1103К, кДж/кмоль, приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7 - Теплоты образования компонентов сырья и пирогаза при 1103 К

Компонент

Теплота образования ?Hof, i, кДж/кмоль

Сырье

Сi

Пирогаз

Сi

(табл.2)

Н2

--

--

0,0912

СН4

-90280

--

0,3213

С2Н2

+223000

--

0,0013

С2Н4

+38080

--

0,2799

С2Н6

-106500

--

0,0876

С3Н6

-428

--

0,0969

С3Н8

-130000

0,158

0,0198

С4Н6

+86900

--

0,0281

С4Н10

-156600

0,843

0,0337

С5Н12

-181300

0,029

2?10-5

??Hof, ici

-153113,5

-32842,5

Qр = 303,11 (-32842,5) - 151,55(-153113,5) = 13,249 106 кДж/ч.

Тепло пирогаза:

Qпир = Nпирtр?Срici + Gпiпп,

Где tр - температура реакции, tр = 830оС;

Iпп - энтальпия перегретого пара при tр (табл.4.6).

Таблица 4.8 - Коэффициенты для расчета мольных теплоемкостей компонентов пирогаза при Тр = 1103К

Компонент

А, Дж/моль?К

B?103, Дж/моль?К

С?106, Дж/моль?К

Мольная теплоемкость Срi, Дж/моль?К

Объемная доля сi

Н2

27,28

3,26

0,502

31,399

0,0912

СН4

17,45

60,46

-1,117

81,618

0,3213

С2Н2

23,46

85,77

-58,34

47,923

0,0013

С2Н4

4,196

154,59

-81,09

76,507

0,2799

С2Н6

4,494

182,26

-74,86

114,079

0,0876

С3Н6

3,305

235,86

-117,6

120,810

0,0969

С3Н8

-4,80

307,3

-160,16

140,156

0,0198

С4Н6

-2,96

340,08

-223,7

102,971

0,0281

С4Н10

0,469

385,38

-198,88

184,571

0,0337

С5Н12

1,44

476,50

-250,40

223,798

2?10-5

?Срici

84,157

Qпир = 303,4 830 84,157 + 4250 998,3 4,186 = 38,952 106 кДж/ч.

Полезная тепловая нагрузка печи

Из теплового баланса:

Qпол = Qпир + Qр - Qс

Qпол = 38,952 106 + 13,249 106 - 17,944 106 = 34,257 106 кДж/ч.

Определение затрат тепла в радиационной и конвекционной камерах

Qпол = Qрад + Qконв,

Где Qрад - затраты тепла в радиационной камере, кДж/ч;

Qконв - затраты тепла в конвекционной камере, кДж/ч.

Qконв = Nctк?Cpici + Gпiпп - Qс,

Где tк - температура паросырьевой смеси на выходе из конвекционной камеры, tк = 560 оС;

Iпп - энтальпия перегретого пара при tк (табл.6);

?Cpici - мольная теплоемкость паросырьевой смеси при tк (табл.11).

Qконв =151,55 560 177,819 + 4250 864,1 4,168 - 17,944 106 = 12,520?106 кДж/ч.

Qрад = Qпол - Qконв = 34,257 106 - 12,520 106 = 21,737 106 кДж/ч.

Расчет процесса горения топлива.

Определение состава топлива [13, с.25]

Топливом служит метано - водородная фракция (МВФ). Состав МВФ приведен в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Состав МВФ

Компонент

% масс. в пирогазе (табл.4.1)

% масс. в МВФ

Водород

0,71

96,58

Метан

20,02

3,42

Итого

20,73

100

Определим элементарный состав топлива в массовых процентах.

Содержание углерода:

С =?

Где gi - массовый процент компонента топлива;

12 - молекулярный вес углерода;

Ni - число атомов углерода в компоненте топлива;

Mi - молекулярный вес компонента топлива.

ССН4 = %

Содержание водорода:

Н =?

Где gi - массовый процент компонента топлива;

1 - молекулярный вес водорода;

Ni - число атомов водорода в компоненте топлива;

Mi - молекулярный вес компонента топлива

Н = НСН4 + НН2 = %.

Определение низшей теплотворной способности топлива

Низшая теплотворная способность топлива определяется по уравнению Менделеева:

Где S, O, W - соответственно содержание в топливе серы, кислорода, влаги, % масс.;

Определение количества воздуха, необходимого для сгорания топлива

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива:

Кг/кг.

;

кг/кг.

Фактический расход воздуха:

Где ? - коэффициент избытка воздуха;

кг/кг.

Объемный расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива:

;

м3/кг.

Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:

Где Wф - расход форсуночного пара;

кг/кг.

Количество газов, образующихся при сгорании 1кг топлива:

кг/кг;

кг/кг;

кг/кг;

кг/кг;

Проверка осуществляется, исходя из условия

;

    2,656 + 2,480 + 0,207 + 14,385 = 19,731, 19,728 ? 19,731.

Расчет теплосодержания продуктов сгорания

Расчет теплосодержания продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре производится по формуле:

Где Т - температура продуктов сгорания, К;

Ci - средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг?К (их значения находим методом интерполяции [12, табл.2]);

Расчет теплосодержания уходящих из печи дымовых газов

Температура уходящих из печи дымовых газов tух = 350оС. Теплоемкости продуктов сгорания при этой температуре приведены в таблице 4.10.

Таблица 4.10 - Массовые теплоемкости продуктов сгорания при 350 оС

Компонент

CО2

Н2О

О2

N2

Сi, кДж/кг

0,964

1,935

0,9577

1,045

Коэффициент полезного действия печи определяется по формуле:

Где qпот - потери тепла в окружающую среду, кДж/кг; qпот

Примем равными 7% от рабочей теплоты сгорания топлива, в том числе, в камере радиации 5%, в камере конвекции 2%.

Полная тепловая нагрузка печи, кДж/ч:

Расход топлива, кг/ч:

Тепловой баланс печи.

Зная qух и qпот можно определить тепло уходящих из печи дымовых газов Qух и теплопотери Qпот:

Qух = qухB = 7906,41 828,67 = 6,551 106 кДж/ч

Qпот = qпот B = 52952,13 0,07 828,67 = 3,072 106 кДж/ч

Дополним тепловой баланс этими слагаемыми:

Qс + QТ = Qр + Qпир + Qух + Qпот.

Тепловой баланс печи с учетом тепла уходящих из печи дымовых газов и теплопотерь приведен в таблице 4.11.

Таблица 4.11 - Тепловой баланс печи

Приход

Расход

Поток

106 кДж/ч

%

Поток

106 кДж/ч

%

1. Qс

17,944

100

1. Qр

13,249

100

2. QТ, в т. ч.:

Qпол

Qух

Qпот
    43,88 34,257 6,551 3,672
    100 78,07 14,93 7,00

2. Qпир

38,952

100

3. Qух

6,551

100

4. Qпот

3,072

100

Итого

61,824

61,824

Определение температуры дымовых газов, покидающих радиантную камеру

Из уравнения теплового баланса топки:

Где ?Т - кпд топки;

Tп - температура перевала, температура дымовых газов, покидающих радиантную камеру

Температура перевала определяется итерационным методом

Примем Tп = 1273 К. Массовые теплоемкости продуктов сгорания при 1273 К приведены в таблице 4.12.

Таблица 4.12 - Массовые теплоемкости продуктов сгорания при 1273 К

Компонент

CО2

Н2О

О2

N2

Сi, кДж/кг

1,122

2,137

1,035

1,1076

Теплосодержание дымовых газов при 1273К, кДж/кг:

24073,33 ? 24426,80, ?=1,4%

Принято Tп = 1273К.

Тепловой баланс реактора

Тепло, затрачиваемое на пиролиз всего сырья, кДж/ч:

Q?Т = QТ n,

Где n - число печей,

Q?Т = 43,88 106 2 = 87,76 106.

Тепловой баланс реактора приведен в таблице 19.

Таблица 4.13 - Тепловой баланс реактора

Приход

Расход

Поток

106 кДж/ч

%

Поток

106 кДж/ч

%

1. Qс

35,888

100

1. Qр

26,498

100

2. QТ, в т. ч.:

Qпол

Qух

Qпот
    87,76 68,514 13,022 7,344
    100 78,07 14,93 7,00

2. Qпир

77,904

100

3. Qух

13,022

100

4. Qпот

6,144

100

Итого

124,018

124,018

Похожие статьи




Тепловой баланс печи, Узел смешения. Определение температуры сырья на входе в печь - Пиролиз углеводородного сырья

Предыдущая | Следующая