Расчет печи для нагрева ВОТ

В качестве топлива в печь поступает углеводородный газ, образующийся в процессе термодеструкции (таблица 4 приложения), а также природный газ. С целью определения количества природного газа, необходимого для сжигания в печи, а также общего состава газообразного топлива, поступающего в печь, необходимо рассчитать общее количество газообразного топлива.

Расчет рекомендуется проводить в следующей последовательности.

2.2.1 Определение количества теплоты, которое должно быть подведено с парами ВОТ в реактор для разогрева сырья, кДж,

(1)

где G _рсо – массовое количество РСО в расчете на один рабочий цикл реактора, кг;

t _рсо^кон, t _рсо^нач – конечная и начальная температуры РСО соответственно, °С;

С _рсо– удельная теплоемкость РСО, кДж/(кг·°С).

Значение С _рсо находится в интервале 1, 6 ÷ 1, 7 кДж/(кг·°С).

Q_рсо=2800·(330-20) ·1, 6=1388800 кДж,

2.2.2 Определение количества теплоты, которое должно быть подведено с парами ВОТ в реактор для разогрева растворителя, кДж,

(2)

где G _р – массовое количество растворителя в расчете на один рабочий цикл реактора, кг;

t _р^кон, t _р^нач – конечная и начальная температуры растворителя, °С.

С _р – удельная теплоемкость растворителя, кДж/(кг·°С).

При использовании битума в качестве растворителя значение С _р составляет 1, 5 ÷ 1, 6 кДж/(кг•°С).

Q _р=2800(330-20)·1, 6=1388800 кДж,

2.2.3 Определение удельного количества теплоты, необходимого для разогрева сырья и растворителя, кДж/ч,

, (3)

где Q _р – теплота, необходимая для разогрева растворителя, кДж;

Q _рсо – теплота, необходимая для разогрева сырья, кДж;

τ – продолжительность разогрева, ч.

Q ₁= =5555200 кДж/ч,

2.2.4 Определение количества теплоты, необходимого для проведения процесса термодеструкции с образованием углеводородного конденсата и газа, кДж,

, (4)

где G _г, G _увк – массовое количество образовавшихся в процессе термодеструкции газов и углеводородного конденсата, кг;
I _с - энтальпия парогазовой смеси, кДж/кг.

Значение I _с находится в интервале 380 ÷ 420 кДж/кг.

2.2.5 Определение удельного количества теплоты, необходимого для проведения процесса термодеструкции, кДж/ч,

, (5)

где Q _Т - количество теплоты, необходимое на один рабочий цикл, кДж;

τ - продолжительность процесса термодеструкции, ч;

2.2.6 Определение суммарного количества теплоты, которое необходимо подвести с парами ВОТ, кДж/ч,

. (6)

С учетом потерь теплоты в окружающую среду в дальнейших расчетах используется величина максимальной полезной нагрузки на печь Q _пол=1, 15 Q _Σ .

2.2.7 Определение расхода топлива, сжигаемого в печи для нагрева паров ВОТ до температуры 375 °С, нм³/ч,

, (7)

где Q _пол – максимальная полезная нагрузка на печь, кДж/ч;

h - коэффициент полезного действия печи;
Q _сг – низшая теплота сгорания топлива, кДж/нм³.

Значение Q _сг находится в интервале 28 ÷ 34 МДж/нм³ .

2.2.8 Определение расхода природного газа:

, (8)

где B _т – расход топлива, нм³/ч;
B _г – расход углеводородного газа, нм³/ч (см. таблицу 4 приложения).

Состав природного газа представляется в виде таблицы 6 приложения.

Исходя из данных таблиц 4 и 6 приложения, определяется общий состав и количество газообразного топлива, поступающего в печь на сжигание. Результаты заносятся в таблицу 7 приложения.

2.2.9 Определение состава дымовых газов, образующихся при сгорании 1 м³ топлива.

Реакции горения топлива представляются в следующем виде:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O
2C₂H₄ + 7O₂ = 4CO₂ + 6H₂O
С₃H₈ + 5O₂ = 3CO₂ + 4H₂O
2C₄H₁₀ + 13O₂ = 8CO₂ + 10H₂O
C₅H₁₂ + 8O₂ = 5CO₂ + 6H₂O
2C₄H₉SH + 15O₂ = 8CO₂ + 10H₂O + 2SO₂
C₂H₄ + 3O₂ = 2CO₂ + 2H₂O
2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2H₂O

2.2.9.1 Определение объема кислорода, необходимого для горения топлива, м³,

, (9)

где n – количество атомов кислорода в реакциях;

– содержание компонентов в природном газе, % (об.) (см. таблицу 6 приложения).

2.2.9.2 Определение необходимого теоретического объема воздуха, расходуемого на горение, м³/(м³ топливного газа),

, (10)

где 0, 21 – содержание кислорода в воздухе, % (об.);

- объем кислорода, рассчитанный по формуле (9), м³.

2.2.9.3 Определение удельного расхода воздуха, подаваемого в топку, м³/(м³ топлива),

, (11)

Для снижения температуры горения значение коэффициента избытка воздуха a принимается равным 2, 36.

2.2.9.4 Определение объема продуктов сгорания газообразного топлива, нм³,

, (12)

где – объем углекислого газа в продуктах сгорания;

– объем водяных паров в продуктах сгорания;

– объем азота в продуктах сгорания;

– объем кислорода в продуктах сгорания;

– объем сернистого ангидрида в продуктах сгорания.

2.2.9.5 Определение содержания углекислого газа в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (13)

где , – содержание компонентов топлива, % (об.);

m – количество атомов углерода в компонентах топлива.

2.2.9.6 Определение содержания водяных паров в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (14)

где n – количество атомов водорода в компонентах топлива;

– содержание компонентов топлива, % (об.);

Z _m – объем воздуха, теоретически необходимый для сгорания 1 м³ топлива, м³;

d _в – влажность воздуха, г/м³.

Для загрязненного воздуха, используемого в процессе горения, среднее значение d _в составляет 15, 7 г/м³ .

2.2.9.7 Определение содержания азота в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (15)

где a - коэффициент избытка воздуха;
Z _m – объем воздуха, теоретически необходимый для сгорания 1 м³ топлива, м³;

– содержание азота в топливе, % (об.).

2.2.9.8 Определение содержания кислорода в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (16)

где – содержание кислорода в топливе, % (об.).

2.2.9.9 Определение объема сернистых соединений в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (17)

где и – содержание сернистых соединений в топливе, % (об.).

2.2.9.10 Определение общего количества дымовых газов, нм³/ч,

, (18)

где V _п.сг. – объем продуктов сгорания, нм³/м³ (см. табл. 8 приложения);

В _т – расход топлива согласно уравнению (7), нм³/ч.

2.2.9.11 Определение массового расхода компонентов дымовых газов, кг/ч,

, (19)

где m _i – массовый расход i -го компонента дымовых газов, кг/ч;

V _i – объемный расход i -го компонента дымовых газов, м³/ч;

M _i – молекулярная масса i -го компонента дымовых газов;

М _в – молярный объем 1 м³ воздуха, м³.

Состав дымовых газов представляется в виде табл. 8 приложения.

2.2.10. Определение расхода воздуха, необходимого для горения, нм³/ч,

. (20)

Для составления материального баланса процесса горения необходимо определить содержание кислорода и азота в воздухе, подаваемом на горение, исходя из того, что в воздухе содержится 21 % (об.) кислорода и 78 % (об.) азота, а затем определить содержание влаги с учетом влажности воздуха d_в. Материальный баланс процесса горения представляется в виде таблицы 9 приложения.