Расчет трубчатой печи

На основании передачи тепла от факела лучеизлучением определим температуру стенки трубы. Составим зависимость температуры от нагрузки.

 

Т_тп

 

 

Т^ВН

	kat

 

 

Тср

δ ст

 

 

Составим баланс горения:

Q₄ + Q_г + Q₅ = Q₇

где: Q₄- тепло технологического газа, кДж/1000нм³;

Q_г- теплогоренияДж/1000нм³;

Q₅- тепло потока воздуха, кДж/1000нм³;

Q₇- тепло горения, кДж/1000нм³.

Расчитаем тепло горения:

Q₇=t_г∑ Cp_i n_i^д.г.

где: n_i^д.г.- содержание i-го компанента в дымовых газах

Q₅ =203661,51 кДж/1000нм³

Q₄ =129918,48 кДж/1000нм³

Q_д.г. =24322,58 кДж/1000нм³

Q_т.п.=δφ((T_пл/100)⁴-( T^н_сл/100) ⁴)

где: T_пл –температура пламени

T^н_ст–температуранаружнойстенки трубы

Расчитаем площадь реакционных трубок:

F_тр.=π*D_н*l*n_тр

где: D_н – внешний диаметр реакционных труб;

l - длина реакционных труб;

n_тр – количество труб.

F_тр.=3,14*0,114*10*504=1805м²

Q_т.п.=11830751,43*10³/3600*40,8/1805=74283,57 Вт/м²

Расчитаем температуру пламени горелки:

T_пл = (T_г- T_дг)/ln(T_г/ T_дг)

где: T_г –температура горения;

T_дг –температуда дымовых газов;

φ_пл=1/(1/ς_ст+f_х(1/ς_пл-1))=0,24

где: ς_ст –степень черноты стенки

f_х =F_тр/(F_оп+F_тр)

где: F_тр – площадь реакционных труб;

F_оп – внутреняя площадь печи.

F_оп =2*12,685*9,94+2*20,99*9,94=669,36м₂

f_х =1805/(669,36+1805)=0,37

φ_пл=1/(1/0,8+0,73(1/0,2-1))=0,24

Q_т.п.=δφ((T_пл/100)⁴-( T_сл/100) ⁴)

( T_сл/100) ⁴=(T_пл/100)⁴- Q_т.п./ δφ

T_сл =100*((T_пл/100)⁴- Q_т.п./ δφ)^0,25

T_сл =100*(( T_пл/100)⁴-74283,57/5,67*0,24)^0,25

Q₇=t_г(0,08*53,14+0,72*32,67+0,03*34,73+0,17*42,34)=36,01 t_г

Q₄ + Q_г + Q₅ = Q₇

12918,48+203661,51+24322587,3=36,01 t_г

t_г =1794 ºС

T_пл =1794-1000/ln(1794/1000)=794/0,58=1368 ºС =1641К

T_сл =100*(( 1641/100)⁴-74283,57/5,67*0,24)^0,25=100*11,59=1159К=886 ºС

Увеличим нагрузку на 5%

T_сл =100*(( 1641/100)⁴-74283,57*1,05/5,67*0,24)^0,25=100*8,17=1113К=840ºС

Увеличим нагрузку на 10%

T_сл =787 ºС

Увеличим нагрузку на 15%

T_сл =724 ºС

Увеличим нагрузку на 20%

T_сл =647 ºС

Увеличим нагрузку на 25%

T_сл =543 ºС

При увеличении производительности температура стенок снижается, необходимо подвести больше тепла. Для этого необходимо увеличитькоэффициент тепло отдачи.

q=α(T_ст-T_ст)

q_т=(λ_ст/Rln(1+δcт/R)*(T_ст-T_ст) ВТ/м₂

74283,57=18/0,057ln(1+0,02/0,057)(887- T_ст)

74283,57=1125,77(887- T_ст)

T_ст = T_ст –q/1125,7

T_ст =887-74283,57/1125,7

T_ст =822 ºС

α =q/(T-T_ст)

α =74283,57/134

α =554,36

Полученные данные сведем в таблицу

Таблица 3.7

Нагрузка,	T	Tст	q	Δt	α
			74283,57		554,36
			85426,1		694,52

 

При увеличении нагрузки уменьшается температура стенок, что бы обеспечить заданню температуру, необходимо увеличить теплоотдачу, что достигается изменением геомнтрической формы таблеток катализатора.