Печь шатрового типа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Человечество знает нефть не менее 3000 лет. Нефть была известна в Вавилоне, Египте, Древнем Риме, Греции, Индии и Японии. В России первая нефтяная скважина была пробурена в 1864 году в районе города Краснодара.

Первоначально основным целевым продуктом переработки нефти являлся осветленный керосин, который вывозился на внутренний рынок России и стран Востока. Бензин и мазут являлись отходами производства. Их собирали в емкости и сжигали.

Дальнейшее развитие технологических процессов переработки нефти и газа связано с созданием установок большой единичной мощности, оснащенных современным оборудованием. В связи с увеличением единичной мощности установок возрастают требования к надежности отдельных аппаратов, работающих без резерва.

Немаловажными аппаратами в нефтепереработке являются трубчатые печи, в том числе шатрового типа.



1. Технологическая часть

1.1 Назначение и краткая характеристика процесса

Проектируемая печь находится на установке гидроочистки дизельного топлива, которая применяется для очистки топлива от сернистых, азотистых, кислородосодержащих соединений.

Сырье, поступает на установку, смешивается с водородосодержащим газом, проходит сырьевые теплообменники и проектируемую печь, а затем подается в реакторы, где происходят реакции разложения гетероциклических (сернистых, азотистых, кислородосодержащих) соединений и гидрирование непредельных углеводородов. Продукты реакции через сырьевые теплообменники и холодильник поступают в сепаратор высокого давления. В сепараторе отделяются циркулирующий водородосодержащий газ, который направляется на отчистку от сероводорода. После очистки газ компрессором возвращается систему циркуляции. Для поддержания заданной концентрации водорода часть циркулирующего газа отводится за заводскую топливную сеть. Гидрогенизат из сепаратора направляется в сепаратор низкого давления, в котором выделяется растворенный углеводородный газ. Из сепаратора гидрогенизат поступает в колонну стабилизации, с верха которой уходят пары бензина-отгона и газ. Сконденсировавшиеся в конденсаторе-холодильнике и охладившиеся в холодильнике бензин-отгон отделяется в сепараторе от газа и подается на очистку от сероводорода. Очистка производится методом щелочной промывки или отдувки углеводородным газом. Газ стабилизации, выделившийся в сепараторе, используется как топливо для собственных печей установки. Стабильный продукт с низа колонны через теплообменник выводится с установки.

Продукты установки гидроочистки дизельного топлива имеют следующее применение:

Бензин-отгон, используется как компонент товарных бензинов или сырья установки каталитического реформинга имеет низкое ОЧ;

Сероводород, направляется на установки производства серной кислоты;

Очищенное дизельное топливо используется для двигателей внутреннего сгорания.

1.2 Устройство аппарата и обоснование его конструкции

Проектируемая печь шатрового типа состоит из камеры конвекции, где расположены конвекционные трубы, и камеры радиации, где расположены радиантные трубы. В камере радиации имеются три экрана: потолочный, подовый и боковой. Камера конвекции разделяется о камеры радиации перевальной стенкой. В камере радиации есть приборы для сжигания топлива (форсунки).

Сырьё двумя потоками подается в камеру конвекции, где предварительно подогревается за счет тепла отходящих дымовых газов, далее сырьё проходит боковой, подовый и потолочный экраны, где сырьё принимает основную долю тепла. Два потока сырья на выходе из печи объединяются и поступают по назначению. Топливо сгорает в камере радиации поэтому её ещё называют топочной, при сгорание топлива образуются дымовые газы, которые переваливаются через перевальную стенку, омывают конвекционные трубы и через дымоход поступают в дымовую трубу, за счёт тяги, которая создаётся разностью плотностей горячего дымового газа и холодного атмосферного воздуха, если тяга не достаточно используется дымосос.

Камера конвекции называется конвекционной, так как основной способ передачи тепла в камере - конвекция (70 %), 30 % тепла сырьё получает за счёт радиации (от перевальных стенок и дымового газа). Камера радиации называется радиантной, так как основной способ передачи тепла в камере - радиация: от факела, от кладки печи и от дымовых газов. На радиацию приходится 90 %, 10 % тепла сырьё получает за счет конвекции.

Печи шатрового типа не смотря на то, что они уступают по многим показателям вертикаьно-факельным печам и печам безпламенного горения, они все же надежны по конструкции и удобны в эксплуатации.



2. Расчетная часть

Исходные данные:

производительность печи, G=275000 кг/ч=76,4 кг/с;

вид сырья, диз. топливо;

вид жидкого топлива, мазут;

плотность сырья, r=840 кг/м^3;

плотность топлива, r_4^20=0,9;

содержание серы в топливе, S=1,7 % масс.;

температура входа сырья в печь, t_1=36_° С=633К;

температура выхода сырья из печи, t_2=38_° С=653К;

доля отгона, е=1;

полная длина трубы, l_пол=12 м;

диаметр труб, d=219ґ10 мм.

2.1 Определение полезной тепловой нагрузки печи

Определение полезной тепловой нагрузки печи Q_пол кВт, вычисляют по формуле:

где G - производительность печи по сырью, кг/с;

е - массовая доля отгона продукта на выходе и печи;

I_2 - энтальпия паров сырья при температуре выхода из печи, кДж/кг; /2/

i_2 - энтальпия жидкого сырья при температуре выхода из печи, кДж/кг; /2/

i_1 - энтальпия жидкого сырья при температуре входа в печь, кДж/кг. /2/

I_2= 1140,02 кДж/кг;

i_(2)= 961,08 кДж/кг;

i_1= 897,23 кДж/кг.

Q_пол=76,4*[1*1140,02+(1-1)*961,08-897,23]=76,4*[1140,02++961,08-897,23]=18549,2 кВт.

2.2 Расчет процесса горения

Характеризующий фактор

К=,

где Т - температура кипения топлива,? К;

r_4^20 - относительная плотность топлива.

Т=350°--С=623° К.

К=(1,216*623)/0,9=(1,216*8,54)/0,9 =11,5

Содержание углерода в топливе

Находим содержание углерода С, % масс.

С=100 - (H+S),

где Н - содержание водорода в топливе, % масс.; /1/

S - содержание серы в топливе, % масс.

Н=12,3 % масс.

С = 100 - (12,3+1,7)=86 % масс.

Теплота сгорания топлива

Теплота сгорания топлива Q_р^н, кДж/кг



=339С+1030Н-109(О-S)-W

где С - содержание углерода в топливе, %;

Н - содержание водорода в топливе, %;

О - содержание кислорода в топливе, %;

S - содержание серы в топливе, %;

W - содержание влаги в топливе, %.

Q_р^н=339*86+1030*12,3-109*(-1,7)=29154+12669+185,3= =42008,3 кДж/кг.

Теоретический расход воздуха

Теоретический расход воздуха L_0, кг/кг

=

где С, Н, S, О - содержание в топливе углерода, водорода, серы и кислорода, % масс.

L_0=(2.67*86+8*12,3+1,7)/23.2=14,2 кг/кг.

Теоретически необходимый объем воздуха V_0, мі/кг

=

где 1,293 - плотность воздуха при нормальных условиях, кг/мі.

V_0=14,2/1.293=11 мі/кг

Действительный расход воздуха

Действительный расход воздуха L, кг/кг



L=б L_0,

где б - коэффициент избытка воздуха, принимается 1,5

L=1,5*14,2=21,3 кг/кг.

Действительный объем воздуха V, мі/кг

V=бV_0 (8)

V=1,5*11=16,5 мі/кг.

Состав продуктов горения

Вычисляем количество продуктов горения: сумма углекислоты и сернистого газа , кмоль/кг, определяется по формуле

=

== кмоль/кг

Содержание водяных паров в продуктах горения N_(H_2 O), кмоль/кг, определяется по формуле

=

где - количество водяного пара, подаваемого на распыление топлива, кг/кг.

Принимаем = кмоль/кг.

Общее содержание азота и избыточного кислорода в продуктах горения N_(N_2+O_2), кмоль/кг, находим по формуле



=

== кмоль/кг.

Общее количество продуктов горения, кмоль/кг, находим по формуле

У N=++

У N=0,0705+0,0815+0,6=0,752 кмоль/кг.

Общий объем продуктов горения, мі/кг

=

=мі/кг.

Вес продуктов горения 1 кг топлива, кг/кг

G=б+1+

G= кг/кг.

Коэффициент полезного действия и расход топлива

Потери тепла с отходящими газами Q_2 в кДж/кг

=()(-),

где , , - теплоемкости продуктов горения при температуре отходящих дымовых газов, кДж/кмоль° К; /1/

- температура окружающего воздуха, С; (принимаем =)

- температура отходящих газов, С.

= = кДж/кмоль К

= кДж/кмоль К

кДж/кмоль К

=кДж/кг.

Потери тепла с отходящими газами , в %

=*

=* %.

Определяем КПД топки

=

Максимальная температура горения

Принимаем температуру газов на перевале t_п= 800° С.

Средняя теплоемкость продуктов горения 1 кг топлива при температуре газов на перевале C_ср, кДж/кг° К

=

где C_(?CO?_2), C_(?SO?_2), C_(H_2 O), C_(N_2+O_2) - теплоемкости продуктов горения при температуре перевала, кДж/кмоль°--К /1/

кДж/кмоль К



кДж/кмоль К

=кДж/кмоль К

=

кДж/кг К

Максимальная температура горения t_max,° С

=

где t_0 - приведенная температура исходной системы, (принимаем 20? С)

t_max=20 + (42008,3*0,95)/22,5=1773,7° С

2.3 Тепловой расчет камеры радиации

Количество тепла, переданное сырью через радиантную поверхность Q_р, кВт

=В()

= кВт

Тепло, переданное через конвекционную поверхность Q_к, кВт

Q_к=Q_пол-Q_р

Q_к=18549,2-14655,9=3893,3 кВт

Энтальпия сырья на входе в радиантные трубы i_к, кДж/кг

i_к=i_1+ Q_к/G

i_к=897,23 + 3893,3/76.4= 948,3 кДж/кг.

По таблице зависимости энтальпии от температуры, находим температуру t_к, которая отвечает значению i_к /2/

t_к=649° К=376 С

Средняя температура экрана камеры радиации ? (температура стенки),° С

=+

Принимаем = С

=

Скорость сырья на входе в печь

Сечение труб S, мІ вычисляется по формуле

S=

где d - внутренний диаметр труб, м.

S=

Секундный объем сырья V_сек, мі/с

=

где r - плотность сырья, кг/мі.

V_сек=76,4/840 = 0,09 мі/с

Скорость продукта на входе в печь при двух параллельных потоках щ, м/с

щ= щ = 0,09/(2*0,0314)= 1,4 м/с

? = = м/с

Общее количество тепла, введенного в топку Q, кВт

Q=В (),

где Cв - теплоемкость воздуха, кДж/кг° К (принимаем 1 кДж/кг? К);

-температура воздуха,° С.

Q=0,62 (42008,3*0,95+1,5*14,1*1*20)=24200,3 кВт

Тепловая напряженность поверхности нагрева радиантных труб при температуре стенки q_st, кВт/мІ

По графику находим при T_max и t_р значение q_(s_200), кВт/мІ

По графику находим при t_р и при q поправочный коэффициент q_st/q_(s_200), следовательно, q_st, кВт/мІ, определяется по формуле /1/

=

= ккал/мІч=кВт/мІ

= кВт/мІ

= = кВт/мІ

Эквивалентная абсолютно черная поверхность H_s, мІ

=

H_s=24200,3/130,3= 185,5 мІ

Отношение H_s/H_л

Степень экранирования кладки ?j /1/

Принимаем j =0,5

Эффективная лучевоспринимающая поверхность

Эффективная лучевоспринимающая поверхность H_л, мІ, определяется по формуле

=H_л=185,5/0,66=281 мІ

Размер заэкранированной плоской поверхности, заменяющей трубы

Размер заэкранированной плоской поверхности, заменяющей трубы H, мІ, определяется по формуле

H= H_л/K, (33)

где K - фактор формы, показывающий, какая доля тепла поглощается трубами от общего количества тепла, поглощаемого всей поверхностью.

Принимаем K=0,87

H=281/0,87 =323 мІ

Поверхность радиантных труб

Поверхность радиантных труб Н_ртр, мІ, вычисляют по формуле

=Н

= * = мІ

Поверхность одной трубы

Поверхность одной трубы F_тр, мІ, вычисляется по формуле

F_тр=pdl, (35)

где d - наружный диаметр трубы, м;

l - полезная длина трубы, м.

l= ,

где а - часть трубы, заделанная в кладку печи, а»0,2 м

l=12-2*0.2=11,6 м

F_тр=3,14*0,219*11,6=7,9 мІ

Число труб в радиантной камере

Число труб в радиантной камере п, шт., вычисляют по формуле

п=

п== шт.



Литература

тепловой печь горение конвекция

1. Адельсон С.В. Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии. М., Гостоптехиздат, 1963 г., 310 с.

2. Кузнецов А.В., Кагерманов С.М. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Химия, 1974 г., 344 с.

3. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М., Химия, 1980 г., 256 с.

4. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. Л. Химия, 1980 г., 328 с., ил.

5. Эрих В.Н., Расина Н.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. Л., Химия, 1985 г., 408 с.

Размещено на Allbest.ru

...