Полезная тепловая нагрузка, КПД и расход топлива.

Топливом для современных печей служит газ. Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, расходуется на нагрев сырья и испарение той его части, которая соответствует доле светлых нефтепродуктов (полезное тепло), а также теряется в окружающую среду и с уходящими дымовыми газами (потери).

Полезная тепловая нагрузка печи рассчитывается по следующей формуле:

Q_пол = Q_пол^с + Q_пол^вп или

 

Q_пол = G_с*[e*q_t1^п + (1-e)*q_t1^ж – q_t^ж] + G_вп*[(i_пер – i_нас) + xl] кДж/ч,

 

где е - массовая доля отгона (доля светлых нефтепродуктов),

q_t1^п,q_t1^ж-теплосодержание нефтяных потоков на выходе из печи,кДж/кг;

q_t^ж -теплосодержание сырья на входе в печь, кДж/кг;

i_nep-теплосодержание перегретого водяного пара, кДж/кг;

i_нас -теплосодержание насыщенного водяного пара, кДж/кг,

х -доля влаги в насыщенном водяном паре (х = 0,04);

l – скрытая теплота парообразования воды [4];

 

Q_пол = 697794,16*[0,368*1140,02 + (1-0,368)*897,51 – 659,16] +

+6976,97*[(3280,62- 2700)+0,04*2262] = 233,36*10⁶ кДж/ч

Потери тепла в окружающую среду составляет 4-8% от низшей теплотворной способности. Низшую теплотворную способность Q_р^н принимаем равной 47233,532 кДж/ч [5].

Потери тепла в окружающую среду составят:

4*47233,5

Qп = ————— = 1889,34 кДж/ч

Потери тепла с уходящими дымовыми газами устанавливается по графику в соответствии с выбранной температурой уходящих газов [6].

При температуре 850⁰С, Qд.г.= 8500 кДж/кг.

КПД печи устанавливается по формуле:

 

Q_р^н – Qп – Qд. 47233,53-1889,34-8500

КПД = ———————— = ———————— = 0,78

Q_р^н 47233,5

 

Расход топлива в печи:

Q_пол 233360462.4

В = ————— = ————— = 7214,9 кг/ч

КПД* Q_р^н 0,78*47233,5

 

Расчет теплообменного аппарата.

Для нагрева сырья обычно используют тепло боковых погонов. Для дистиллятных продуктов рекомендуется использовать кожухотрубные теплообменники, для остальных – типа «труба в трубе». Дистилляты посылают в межтрубное пространство, нефть и остатки – в трубы.

 

Выбор потоков.

Расчет теплообменника будем вести на примере теплообменника нагрева нефти дизельной фракцией.

Температурный режим.

Начальная температура теплоносителя на входе в теплообменник соответствует температуре на выходе его из колонны, конечная температура теплоносителя на выходе из теплообменника на 50-70⁰С ниже начальной температуры.

Начальная температура сырья, поступающего в теплообменник 17-20⁰С, конечная температура сырья, воспринимающего тепло, определяется из уравнения теплового баланса теплообменника.

 

Тепловой баланс теплообменника.

 

η*G_дф*(q_tвх^дф – q_tвых^дф) = G_с*(q_tвых^с – q_tвх^с),

 

где η - КПД теплообменника (потери тепла теплоносителем в окружающую среду 2-10%);

G_дф - масса дизельной фракции, кг/ч;

q_tвх^дф - теплосодержание дизельной фракции на входе в теплообменник, кДж/кг;

q_tвых^дф - теплосодержание дизельной фракции на выходе из теплообменника, кДж/кг;

q_tвых^с - теплосодержание сырья на выходе из теплообменника, кДж/кг;

q_tвх^с - теплосодержание сырья на входе в теплообменник, кДж/кг;

 

0,95*182352,48*(589,82– 442,31) = 182352,48*(q_tвых^с – 37,15)

q_tвых^с = 319,820 кДж/кг

 

Температура сырья на выходе из теплообменника Т_вых^с = 74⁰С.

Для выбора необходимого типа теплообменника определяется поверхность теплообмена (м²) по формуле: Q

F = —————,

K*τср

 

где Q - количество передаваемого тепла, кДж/ч;

К- коэффициент теплопередачи, кДж/м ч;

τср - средняя разность температур, °С;

Коэффициент К выбирается исходя из заводских данных К=836 кДж/м2*ч*град.

Средняя разность температур τср при противотоке определяется следующим образом:

Т_вх^гор = 255°С —————→ Т_вых^гор=200°С

Т_вых^хол=74°С ←————— Т_вх^хол=20°С

 

∆Тв= Т_вх^гор - Т_вых^хол = 255-61=194 ∆Тн= Т_вых^гор - Т_вх^хол = 200-20=180

 

Так как отношение ∆Тв/∆Тн <2, то

∆Тв+∆Тн 180+181

τср = ———— = ———— = 180,5°С

2 2

Q = 210603,86*(589,82– 442,31) = 27,16*10⁶ кДж/ч

 

27,16*10⁶

F = —————— = 180,0 м²

187*836

Выбираем теплообменный аппарат со стандартной поверхностью – 250 м² [5]

 

Расчет конденсатора и холодильника.

Расчет проводится на примере расчета аппарата воздушного конденсатора-холодильника для охлаждения бензиновой фракции.

Температурный режим.

Воздух, нагнетаемый вентилятором, нагревается от температуры на входе 15-20°С до температуры на выходе 60-70°С. Принимаем температуру на входе 20°С, температуру на выходе 60°С.

Конечная температура потока, при которой бензиновая фракция следует в парк, может быть принята в пределах 50-70°С. Принимаем 70°С.

 

Тепловой баланс.

G_бенз*(q_tвх^бенз-q_tвых^бенз)+G_{вод пар}*(С_{вод пар} (t_нач^в.п. –100)+l_{вод.пар}+ С_воды(100- t_кон^воды)) =V_в*ρ_в*C_в*(t_вых^в-t_вх^в)

 

где g_бенз - масса бензиновой фракции, кг/ч;

q_tвх^бенз, q_tвых^бенз - теплосодержание бензиновой фракции на входе и выходе из

АВО, кДж/кг;

v_b - объем воздуха, нагнетаемого вентилятором, м^ч;

ρ_в - плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м;

С_в - теплоемкость воздуха 1,0 кДж/кг°С;

t_вых^в,t_вх^в -температура воздуха на входе и выходе из АВО, °С;

G_{вод.пар} - масса водяного пара, кг/ч

С_{вод. пар} – теплоемкость водяных паров, кДж/кг С

t_нач^в.п, t_кон^воды – начальная и конечная температуры водяного пара и воды соот-

ветственно, С

l_{вод. пар} – теплота конденсации водяного пара

С_воды – теплоемкость воды, кДж/кг С.

 

Из теплового баланса определяется расход воздуха:

 

94852,47*(635,36-144,99) + 6976,97*(2,0531*(163-100)+ 2608,2 + 4,174*(100-70)= V_в *1,29*1,0*(60 - 20)

 

V_в = 702243,24 м³/ч

 

Поверхность конденсации и охлаждения.

Поверхность конденсации или охлаждения определяется при помощи того же уравнения, что и поверхность теплообменников.

Q

F = —————, где коэффициент теплопередачи К для воздушных

K*τср конденсаторов и холодильников с оребренными

трубами принимается в пределе от 42 до 209 кДж/м²*ч*°С;

Принимаем К=209 кДж/м²*ч*°С.

Средняя разность температур τср для воздушных конденсаторов и холодильников, в которых имеется перекрестное движение теплообменивающихся потоков, принимается равным 0,8*τср противотока.

 

Т_вх^гор = 163°С —————→ Т_вых^гор=70°С

Т_вых^хол=60°С ←————— Т_вх^хол=20°С

 

∆Тв= Т_вх^гор - Т_вых^хол = 176,3-60=116,3 ∆Тн= Т_вых^гор - Т_вх^хол = 70-20=50

Так как отношение ∆Тв/∆Тн >2, то

∆Тв - ∆Тн 116,3-50

τср = ———————— = ———————— = 78,62°С

2,3*lg(∆Тв/∆Тн) 2,3*lg(2,06)

 

τср” = 0,8*78,62 = 62,90

Q = 36,2*10⁶ кДж/ч

 

36,2*10⁶

F = —————— = 3388,57 м²

170*78,62

 

Принимаем воздушный конденсатор-холодильник на 7500 м².

⇐ Предыдущая12345

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: