2.3.3. Расчет радиантных камер

Тепловая напряженность в радиантной и конвективной камерах не известна, поэтому задаемся условием (исходя из эмпирических данных), что 77% тепла передается в радиантной камере и 23% - в конвективной.

Тепло, передаваемое в камере радиации:

Q_р = 0,77Q_пр = 1,434 ∙ 10⁷ Вт = 5,161 ∙ 10⁷ кДж/ч. (2.30)

Тепло, передаваемое в камере конвекции:

Q_k = Q_пр  Q_р = 4,283 ∙ 10⁷ Вт = 1,542 ∙ 10⁷ кДж/ч. (2.31)

Полезное количество тепла:

Q_пол = Q_р + Q_k = 6,703 ∙ 10⁷ кДж/ч. (2.32)

Находим часовой расход топлива:

B = 1782 кг/ч.

Потери тепла в окружающую среду (обычно принимаются равными 0,05-0,07 от низшей теплоты сгорания топлива):

q_пот = 0,06 = 3164 кДж/ч. (2.34)

Вычисляем коэффициент полезного действия печи:

Плоская поверхность, эквивалентная поверхности радиатных труб для одного ряда:

Фактор формы, учитывающий неравномерность облучения поверхности труб и их затенение друг другом определяется по графику Хоттеля [10]:

К = 0,92.

Эффективная лучевоспринимающая поверхность:

H_л = H ∙ K = 402,1 м². (2.37)

Суммарная неэкранированная поверхность кладки (рассчитана по чертежу):

F = 106 м².

Степень экранирования кладки:

Максимальная расчетная температура горения вычисляется при средней теплоемкости продуктов горения:

.

Общее количество тепла, вносимого в печь:

8,931 ∙ 10⁷ кДж/ч = 21,3 Гкал/ч.

Рассчитанное полезное тепло:

6,379 ∙ 10⁷ кДж/ч = 15,2 Гкал/ч.

Расхождение между фактическим и расчетным полезным теплом составляет:

Значение эквивалентной абсолютно черной поверхности H_S определяется, если известны степень черноты экрана ε_H и кладки ε_F, которые могут быть приняты равными 0,9, а степень черноты поглощаемой среды ε_V вычисляют по уравнению, где α  коэффициент избытка воздуха:

ε_V = 0,473.

Функция (t), используемая в формуле (2.44), в среднем равна 0,85. Коэффициент  вычисляем по уравнению:

 = 0,45.

Таким образом:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи к радиантным трубам. Для этого задаемся средней температурой наружной поверхности радиантных труб (с последующей проверкой): t_cт = 227°С (500 К). Коэффициент теплоотдачи:

Величина температурной поправки теплопередачи в топке:

где σ  постоянная Стефана-Больцмана, σ = 5,67 Вт/(м² ∙ К⁴);

.

Для расчета температуры на перевале необходимо вычислить характеристику излучения _S и аргумент излучения x:

x = 2,019;

Тогда расчетная температура перевала t_пр составит:

Невязка по температуре перевала:

Коэффициент прямой отдачи:

Количество тепла, полученного радиантными трубами:

Невязка по количеству тепла:

Теплонапряженность радиантных труб:

2.3.4. Расчет камер конвекции

Рассчитаем массовый расход дымовых газов:

Среднее живое сечение камеры конвекции (определено по чертежу) f_к = 9,2 м².

Массовая скорость дымовых газов:

u = G_к / f_к = 1,453 кг/(с ∙ м²) . (2.58)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией можно определить, если известна величина Е, которая зависит от средней температуры дымовых газов t_ср :

E = 14,597 + 1,794 ∙ 10^-2 ∙ t_ср – 9,9 ∙ 10^-6 ∙ t_ср + 2,6 ∙ 10^-9 ∙ t_ср , (2.59)

E = 21,807;

Для шахматного расположения пучка труб коэффициент теплоотдачи излучением трехатомных газов приближенно может быть рассчитан по формуле Нельсона:

α_р = 0,0256 t_ср – 2,33 = 11,494 Вт/(м² ∙ К). (2.61)

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности труб с учетом 10% добавки от излучения стенок камеры составит:

α_к = 1,1(α_р + α_к) = 34,964 Вт/(м² ∙ К). (2.62)

При разогреве жидкого продукта теплопередача лимитируется в основном теплоотдачей снаружи труб, поэтому можно считать, что коэффициент теплопередачи k приблизительно равен α_к:

k = α_к = 34,964 Вт/(м² ∙ К). (2.63)

Энтальпия нефти на выходе из камеры конвекции:

этому значению соответствует температура t_к = 268°С [11].

Средняя движущая сила процесса теплопередачи:

где Δt_б – большая разница температур, Δt_б = t_пр – t_к = 445°С;

Δt_м – меньшая разница температур, Δt_м = t_k – t_c = 178°С;

Δt_ср = 291,5°С .

Необходимая поверхность теплообмена конвективных труб:

Невязка по поверхности теплообмена:

Теплонапряженность конвективных труб:

Поверочный расчет печи П-1 показал, что невязки по конвективной поверхности теплообмена, теплоте, передаваемой в камере радиации, температуре перевала и полезному количеству тепла находятся в пределах 10%, что свидетельствует об удовлетворительной работе печи.