Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 29 из 60

(XI, 1Г.)

<3рад

¹¹ -Щ*h

В трубчатых печах коэффициент прямой отдачи равен обычно 0,4—0,6. С увеличением коэффициента прямой отдачи возрастает количество тепла, воспринимаемого радиантными трубами. Это, в свою очередь, связано с уменьшением температуры продуктов сгорания топлива на перевале t„ и с увеличением поверхности радиантных труб. Последнее связано с тем, что с понижением температуры продуктов сгорания, покидающих камеру радиации, согласно закону Стефана—Больцмана (см. главу IX), теплообмен излучением становится менее эффективным.

Передача тепла радиантным трубам связана с понижением температуры уходящих газов от /_тах, определяемой уравнением (XI, 14), до температуры на выходе из камеры радиации t„, т. е.

Qpafl —- BG_n. сСрт Стах — 6i) (XI, 10)

Вместе с тем полезное тепло, выделенное при сгорании топлива, в соответствии с уравнением (XI, 12) при <З_рад = 0 равно

BQp% BG_n. сСрт Стах О (XI,17)

Из уравнений (XI, 16) и (XI, 17) получаем следующее выражение для коэффициента прямой отдачи:

(XI,18)

Фрад !щах j _ ^nCtnax ^ j

BGп. сЧт ^тах— ^оСтах ^тах

Таким образом, задавшись температурой /_п, определяют р и затем <2_рад — количество тепла, воспринимаемое радиантными трубами. Зная <2_рад, рассчитывают поверхность радиантных труб F_p.

Метод Н. И. Белоконя базируется на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи в топочной камере.

В радиантной секции печи тепло передается лучеиспусканием Q_p. _л и конвекцией при соприкосновении горячих продуктов сгорания с трубами экрана Q_p. _к. Тогда общее количество тепла, переданное радиантным трубам, будет равно .

Срад = Qp. л + Q_P. к (XI, 19)

Количество тепла, переданное трубам радиацией, определяется законом Стефана—Больцмана, в котором за температуру излучающей поверхности принята температура уходящих газов на пере-

<3,


-(АЛ


(XI,20)

вале Т_п, а тепло воспринимается эквивалентной абсолютно черной поверхностью величиной H_s, т. е.

где C_s — постоянная излучения абсолютно черного тела, C_s = 5,67 Вт/(м²-К⁴); H_s — эквивалентная абсолютно черная поверхность, м²; Т_п — температура продуктов сгорания на перевале, К; 0 — средняя температура поверхности радиантных труб.

Тепло, переданное конвекцией, равно

<3_Р.к=а_кТр(Г_п-е) (XI,21)

где а_к — коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к трубам.

Тогда

«-« - ^с-"‘ {ш)‘

(шУ + “-V<^г" - “>

Вместе с тем Q_p,,_A определяется также уравнением (XI, 16), т. е. можно записать следующее равенство:

BG_u._cCpm(Tшах — Ти) C_S!I_s ^ 100 ^ (.КхО ] ^ак^Р ^^п

(XI,22)

Проведем некоторые преобразования уравнения (Х1,22) для более удобного его практического использования. Прибавив и отняв в правой части величину a_KF_pT'_iriax и частично преобразовав уравнение (XI,22), получим

_сСр_П1 -\- oi^Fp) (Т_тах Тп) — G_SH_s ^ юоО + ^акТр (Г_тах — 9) — CsHs

Откуда
io-⁸c_s#_s

BGn. c^cpm p

— Д0


(XI,23)

706. 
     \0*C_sH_s
     
707. 
     GG_il4 cCpm -|- u,J^:_p
     

или

Л6


BG_n. c.Cp_m ■ - a_KF_p


(XI,24)

где AO — температурная поправка, характеризующая превышение теплопередачи конвекцией при предельной разности температур (Т_шах — 0) над обратным излучением радиантных труб (АО > 0) или, наоборот (Д0 < 0).

Проведя тождественные преобразования уравнения (XI,23), получим

1Q-^BC_S//_S (ТшахД0)³/ т„ у Тп ₌

ВОц. сСр_т -f- <X_KFp \ Т_пих Д0 / Т’шах Д0

Введем понятия аргумента излучения х и характеристики излучения p_s

BGn. сСрт ' a_KFр

Т а
„ Ю-⁸С₅я₅(Г_П1ах-Леу> _(Х125)

F max ДО
(XI,26)

Тогда окончательно получим следующее уравнение:

д$ + Р₄ = 1 (XI, 27)

Зависимость характеристики излучения p_s от аргумента излучения х может быть представлена в виде следующего уравнения:

0,25 -Ь V 0,1875 + V0,141 + х

(XI,28)

Рис. XI-11. График для расчета характеристики иэлучеиия fi .

График этой зависимости дан на рис. XI-11. Зная величину fi_s, можем определить температуру продуктов сгорания на перевале из уравнения (Х1,2б)

Тп=Р*(7’₁„.х-А0) (XI,29)

Имея величину Т_п, рассчитывают коэффициент прямой отдачи по уравнению (XI, 18). Для расчета А0, наряду с другими величинами, необходимо располагать величиной, эквивалентной абсолютно черной поверхности H_s.

Расчет величины эквивалентной абсолютно черной поверхности. Для ориентировочного расчета величины H_s используют графики, предложенные С. В. Адельсон. Эти графики позволяют найти вспомогательную величину q_s — Bq_npnJH_s, где <7_пр[1Х определяется из уравнения (XI, 3) в зависимости от температуры газов на перевале и температуры /_тах. Графики построены для температур наружной поверхности стенки труб 0, равной 200, 400 и 600 °С. Общий вид такого графика дан на рис. XI-12.

Для промежуточных значений температур 0 величину q_s находят интерполяцией. Среднюю температуру наружной поверхности радиантных труб определяют следующим образом.

После расчета количества тепла, переданного радиантным трубам (З_рад, необходимо найти количество тепла, которое воспринимают конвекционные трубы Q_K

Qk — Qncni — Qpafl—Qb.h (XI,30)

где QnoB — тепло, воспринятое сырьем и водяным паром; Q_B. _п — тепло, воспринятое водяным паром.

По найденной величине Q_K определяют энтальпию сырья t'_K при входе в радиантную секцию

‘к=‘/1+Ск/(?с (XI,31)

где щ — энтальпия сырья на входе в печь; G_c — расход сырья.

По величине i_K определяют температуру t_K на входе в трубы радиантной секции (см. рис. XI-10). После этого находят среднюю температуру наружной поверхности радиантных труб

б =- (А + <к)/2 + At -(- 273 (XI,32)

где /₂ — конечная температура нагрева сырья в печи; At — разность температур наружной поверхности радиантных труб и сырья, нагреваемого в трубах; At принимают в пределах 20—60 °С.

Полученную температуру 0 используют при определении параметра q_s = - Bq_npuJH_s, зная который находят величину H_s

Из -- BQnpux/Qs (XI,33)

2,15а-1-|-2,12/р_т

(XI ,34)


23,3-Ю


ад-да⁴ 23,3-tO'¹

q^-q/Н^вт/м¹


3%9-ПН

Определение величины, эквивалентной лучевоспринимающей поверхности Н_л. Промежуточным этапом расчета поверхности радиантных труб является определение величины, эквивалентной лучевоспринимающей поверхности Н_л, которой передается то же количество тепла, что и радиантным трубам. На основании исследований Н. И. Белоконя и С. В.

Адельсон получено следующее приближенное уравнение, связывающее величины H_s и Н_л:

Из 2,12

И_л ^ф(2.15а-|- 1) ^л

2,15а — :
+ 2.12ЧУР,,,

где а — коэффициент избытка воздуха; ф — степень экранирования топки


ф


И_л


Ил/F


1


(XI,35)


F -1- И_л “ 1 + HJF 1 + Р/П_л F — неэкранированная поверхность кладки; p_FH — угловой коэффициент взаимного излучения поверхностей кладки и экрана.

Величина р_№ зависит от степени экранирования топки при Ф < 1/3 p_FH И_л F = ф/( 1 — ф) при ф> 1/3 р^-ф


(XI,36)

Рис. XI-12. График для определения параметра при температуре стенки 0 -= 200 С.

Обычно величина ф находится в пределах от 0,3 до 0,8. Определив величину отношения Н₅/Н_л, по найденному ранее H_s находят величину эквивалентной плоской лучевоспринимающей поверхности Н _л

(XI,37)

Рис. XI-13. Схема к расчету заэкранированной плоской поверхности кладки: а — однорядный экран; 6 — двухрядный.

Определение величины заэкранированной поверхности кладки и поверхности экранных труб. Эквивалентная лучевоспринимаю-

щая поверхность Н_л получает то же количество тепла, что и трубы, которые размещены около заэкранированной плоской поверхности кладки Н. Если бы трубы размещались вплотную одна к другой, то Н_л = Н. В действительности трубы устанавливают с шагом s = md (рис. XI-13), поэтому величина плоской поверхности кладки должна быть больше, чем Н_л. Отношение #_л к Н называется фактором формы и обозначается К

(XI.38)

К = Я_л/Я < 1

Таким образом, фактор формы К соответствует доле от того тепла, которое в тех же условиях поглотила бы заэкранированная плоская поверхность кладки. Фактор формы зависит от относительного шага труб т = s/d и от числа рядов труб в экране. Величину К можно определить по графику Хоттеля, приведенному на рис. XI-14.

Из графика на рис. XI-14 следует, что применение двухрядного экрана одностороннего облучения по сравнению с однорядным при обычно применяемом шаге между трубами s « 2d невыгодно. Это объясняется тем, что двухрядный экран, например при s = 2d, поглощает тепла только на 13% больше, чем однорядный, а поверхность труб при этом увеличивается почти в два раза. Кроме того, между обоими рядами труб тепло распределяется весьма неравномерно: примерно 60—70% всего тепла воспринимается первым рядом экрана, а остальная часть — вторым.

После определения величины заэкранированной поверхности кладки Н находят поверхность радиантных труб F_р, используя