Đồ án lò hơi (người hướng dẫn PGS TS hoàng ngọc đồng)

GVHD PGS TS Hoàng Ngọc Đồng Đồ án môn học Lò hơi Mục lục 1 CHƯƠNG I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP 2 1 1 Nhiệm vụ tính toán 2 1 2 Các bước tính toán 2 1 2 1 Chọn phương án, xác định sơ bộ dạng lò hơi 2 1 2 2 Tính thể tích, entanpi của sản phẩm cháy, không khí lạnh, không khí nóng; lập bảng I t 2 1 2 3 Tính cân bằng nhiệt cho lò và tính lượng tiêu hao nhiên liệu 2 1 2 4 Tính toán nhiệt buồng lửa 2 1 2 5 Tính dãy feston 2 1 2 6 Phân bố nhiệt giữa các cấp của bộ quá nhiệt 2 1 2 7 Phân bố nhiệt gi.

Nhiệm vụ tính toán

Thiết kế một lò hơi có các thông số sau:

Thông số Ký hiệu Số liệu Đơn vị

Sản lượng hơi quá nhiệt D 125 T/h Áp suất hơi quá nhiệt pqn 96 bar

Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn 540 ℃

Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi tnc 225 ℃

Nhiên liệu được dùng: nhiên liệu lỏng với các đặc tính sau:

C lv (%) H lv (%) N lv (%) O lv (%) S lv (%) A lv (%) Q lv

Q lv (MJ/kg): nhiệt trị của nhiên liệu

Tra bảng 2.5 trang 22 tài liệu [2], dựa trên số liệu nhiệt trị đã cho xác định nhiên liệu dùng ở đây chính là dầu nặng (dầu mazut).

Nhiệt độ không khí trong gian lò hơi lấy bằng nhiệt độ môi trường: tkkl = 30℃

Các bước tính toán

Tính thể tích, entanpi của sản phẩm cháy, không khí lạnh, không khí nóng; lập bảng I-t 2

Xác định sơ bộ dạng lò hơi

Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa

Dựa trên công suất 125 T/h và sử dụng nhiên liệu lỏng, lò hơi buồng lửa phun là lựa chọn phù hợp Ngoài ra, do độ tro không cao và chất lượng chất bốc không quá thấp, phương pháp thải xỉ khô được áp dụng, giúp giảm tổn thất nhiệt và tăng hiệu suất lò hơi.

Chọn lò hơi kiểu chữ π là lựa chọn phổ biến nhất hiện nay, vì thiết kế này cho phép bố trí các thiết bị nặng như quạt khói, quạt gió, bộ khử bụi và ống khói ở vị trí thấp nhất.

Chọn dạng cấu trúc của các bộ phận khác của lò hơi

1.3.2.1 Dạng cấu trúc của feston

Cụm feston là dàn ống tường sau, số dãy từ 3 đến 5, phụ thuộc dàn ống tường sau

Chiều cao phụ thuộc kích thước đường khói khi đi vào bộ quá nhiệt.

Cấu trúc của feston được xác định khi đã xác định cấu tạo cụ thể của buồng lửa (các dàn ống), kiểu bộ quá nhiệt.

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (trước cụm feston) được lựa chọn theo mục 1.3.3.3.

1.3.2.2 Dạng cấu trúc của bộ quá nhiệt

Do tqn = 540℃ nên chọn bộ quá nhiệt loại tổ hợp đối lưu - nửa bức xạ.

1.3.2.3 Bố trí bộ hâm nước (BHN) và bộ sấy không khí (BSKK)

Buồng lửa sử dụng dầu nhiên liệu để tạo nhiệt, vì vậy nhiệt độ không khí chỉ cần từ 150-200℃ Do đó, cần chọn BHN và BSKK ở một cấp BHN hấp thụ nhiệt lượng nhiều hơn nước, giúp làm mát các ống bên trong, vì vậy nên đặt BHN trước BSKK, tức là ở khu vực khói có nhiệt độ cao hơn.

Do đốt nhiên liệu lỏng nên ta chọn đáy buồng lửa có dạng đáy bằng, lỗ thải xỉ ở giữa hoặc hai bên.

Nhiệt độ khói và không khí

1.3.3.1 Nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò (θ th ).

Là nhiệt độ khói ra khỏi BSKK tra bảng 1.1 trang 13 tài liệu [1] với nhiên liệu rẻ tiền, chọn θth

= 150℃ nhờ đó nếu sau này sử dụng nhiên liệu đắt tiền, chất lượng cao hơn vẫn hoạt động tốt.

1.3.3.2 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (θ ’’ th )

Là nhiệt độ khói trước cụm feston Chọn theo phân tích kinh tế kỹ thuật (không lớn hơn 1150℃)

1.3.3.3 Chọn nhiệt độ không khí nóng Được lựa chọn dựa trên loại nhiên liệu, phương pháp đốt và phương pháp thải xỉ.

Do buồng lửa ở đây là buồng lửa đốt dầu nhiên liệu dễ cháy nên nhiệt độ không khí nóng không cần cao lắm, chọn khoảng từ 150-200℃.

Sơ đồ cấu tạo tổng thể của lò hơi.

1 Bao hơi 7: Bộ sấy không khí

2 Bộ pheston 8: Dàn ống sinh hơi

3 Bộ quá nhiệt cấp II 9: Vòi phun

4 Bộ giảm ôn 10: Ống góp dưới

5 Bộ quá nhiệt cấp I 11: Phần đáy thải xỉ

6 Bô hâm nước 12: Đường thoát khói

13: Bộ quá nhiệt nữa bức xạ

2 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIỆN LIỆU

Tính thể tích không khí lý thuyết

Được tính cho 1kg nhiên liệu lỏng:

V 0 kk = 0,0889 ( C lv + 0,375 S lv ) + 0,265 H lv – 0,033 O lv [m 3 tc/kg]

Tính thể tích sản phẩm cháy

Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết

Khi cháy 1 kg nhiên liệu lỏng :

Theo công thức (2-3) trang 17 tài liệu (1):

VRO2 = VCO2 + VSO2 = 0,01866 (C lv + 0,375S lv ) , m 3 /kg

V 0 H2O = 0,111.H lv + 0,0124.W lv + 0,0161V 0 KK + 0,24.Gph , m 3 tc/kg

Trong đó Gph là lượng hơi để phun dầu vào lò ,đối với vòi phun kiểu cơ khí thì Gph = 0. Theo công thức (2-6) trang 17 tài liệu (1):

Thể tích khói khô lý thuyết :

Thể tích khói lý thuyết :

Thể tích sản phẩm cháy thực tế

VK = Vkkhô + VH2O = V 0 kkho + ( - 1 ) V 0 KK + VH2O , m 3 tc/kg

2.2.2.3 Phân thể tích các khí Đối với khí 3 nguyên tử :

Theo công thức (2-14) trang 17 tài liệu (1): rRO2 RO 2

Theo công thức (2-15) trang 17 tài liệu (1): rH2O 2

Hệ số không khí thừa

Hệ số không khí thừa phụ thuộc vào loại buồng lửa, nhiên liệu đốt, phương pháp đốt và điều kiện vận hành.

Theo bảng phụ lục 6 tài liệu [1], Với lò hơi buồng lửa phun dầu ta chọn:

Hệ số không khí lọt vào các phần tử của lò được chọn như sau ( bảng 2.1/17 [III] )

STT Các bộ phận của lò Hệ số không khí lọt 

3 Bộ quá nhiệt (BQN) cấp 2 0,03

Hệ số không khí thừa trong buồng lửa được xác định bằng cách cộng hệ số không khí thừa của buồng lửa với hệ số không khí lọt vào các bộ phận đang khảo sát, được tính theo công thức: α'' = α' + Δα.

Ta có bảng hệ số không khí thừa:

STT Các bộ phận của lò Hệ số khí thừa Đầu vào ’ Đầu ra ”

Bảng 2.3 : Đặc Tính Sản Phẩm Cháy

T Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị BL Cụm

PT BQN2 BQN1 BHN BSKK Khói thải

1 Hệ số không khí thừa trung bình α 1,1000 1,1000 1,1200 1,1450 1,1700 1,2800 1,3800

3 Thể tích hơi nước VH2O mtc 3/ kg 1,4001 1,4001 1,4035 1,4078 1,4121 1,4309 1,4481

4 Thể tích khói Vkhoí mtc 3/ kg

5 Phân thể tích hơi nước rH2O 0,1122 0,1122 0,1106 0,1087 0,1068 0,0994 0,0937

Phân thể tích của khí 3 nguyên tử rRO2 0,1304 0,1304 0,1282 0,1256 0,1231 0,1131 0,1053

7 Phân thể tích của RO2 và

8 Nồng độ tro bay theo khói μ g/mtc 3 6,0925 6,0925 5,9903 5,8674 5,7494 5,2820 4,9185

9 Thể tích không khí lý thuyết Vkk 0 mtc 3/ kg 10,634

10 Thể tích khói 3 nguyên tử lý thuyết VRO2 mtc 3/ kg 1,6270

11 Thể tích hơi nước lý thuyết VH2O 0 mtc 3/ kg 1,3830

12 Thể tích N2 lý thuyết VN2 0 mtc 3/ kg 8,4010

13 Độ tro làm việc A lv % 8,0

14 Lượng tro bay theo khói ab 0,9500

Tính entanpi của không khí và khói

Entanpi của không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy:

I o kk = V 0 kk(Cp.)kk ,[kJ/kg] trong đó: V 0 kk – thể tích không khí lý thuyết, m 3 tc/kg

Cp – nhiệt dung riêng của không khí, kJ/m 3 tc

Entanpi của khói lý thuyết:

; kJ/kg hay kJ/m 3 tc

Trong đó: C – nhiệt dung riêng, kJ/kgđộ θ - nhiệt độ của các chất khí, o C

Entanpi của khói thực tế:

Dựa trên bảng 1 phụ lục tài liệu [3]trang 276, ta có bảng sau:

Bảng 2.4: Entanpi của Khói và Không khí

Nhiệt độ (Cθ)RO2 (Cθ)N2 (Cθ)H2O (Cθ)KK I o RO2 I o N2 I o H2O I o KK I o K θ, o C kJ/m 3 tc kJ/m 3 tc kJ/m 3 tc kJ/m 3 tc kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg

Bảng 2.5 - Entanpy của sản phẩm cháy

Hệ số không khí thừa 1,1000 1,1000 1,1200 1,1450 1,1700 1,2800 1,3800

Thông số BL PT BQN2 BQN1 BHN BSKK Khói thải

Nhiệt độ oC kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg

3 CHƯƠNG III: CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

Lượng nhiệt đưa vào lò

Lượng nhiệt đưa vào lò hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu rắn hoặc tính cho 1 m 3 tc nhiên liệu khí

Gọi Qđv là lượng nhiệt đưa vào lò và được tính theo công thức sau:

Qđv = Q t lv + Q n kk + Qnl + Qph + Qđ ,[kJ/kg]

Với: Q t lv – nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu,kJ/kg

Qnl – nhiệt vật lý của nhiên liệu đưa vào lò, kJ/kg, Qnl rất bé nên ta bỏ qua.

Q n kk là nhiệt độ không khí được đưa vào, chỉ được tính khi không khí được làm nóng trước bằng nguồn nhiệt bên ngoài lò Trong trường hợp này, không khí đã được sấy khô bằng khói lò tại BSKK, do đó Q n kk = 0.

Qph – nhiệt lượng do dùng hơi phun nhiên liệu vào lò Đối với vòi phun dầu kiểu cơ khí thì Gph = 0 nên Qph = 0

Qđ – lượng nhiệt tổn thất do việc phân hủy cacbonat khi đốt đá dầu, do nhiên liệu ở đây là dầu nên Qđ = 0

Mặt khác: Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 , kJ/kg

Với : Q1 – lượng nhiệt hữu ích cấp cho lò để sản xuất hơi, kJ/kg

Q2 – tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi , kJ/kg

Q3 – lượng nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn về hóa học, kJ/kg

Q4 – lượng nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn về cơ học, kJ/kg

Q5 – lượng nhiệt tổn thất do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh lò hơi, kJ/kg

Q6 – lượng nhiệt tổn thất do xỉ mang ra ngoài, kJ/kg

Nhiệt lượng hữu ích cấp cho lò để sản xuất hơi Q 1 [kJ/kg]

Trong hệ thống này, Dqn đại diện cho sản lượng hơi quá nhiệt tính bằng kg/h, trong khi iqn là entanpi của hơi quá nhiệt tính bằng kJ/kg Bên cạnh đó, inc là entanpi của nước khi đi vào bộ hâm nước, cũng được đo bằng kJ/kg.

B: lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, kg/h

Các tổn thất nhiệt của lò hơi

Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài q 2 [%]

Theo công thức (3-12) trang 32 tài liệu [1], ta có

Ith, [kJ/m 3 ] là entanpi của khói thải ứng với αth và θth;

Ikkl [kJ/m³] là entanpi của không khí lạnh tại nhiệt độ tkkl, với công thức I0 kkl = Ckk.tkk.Vkk0 [kJ/m³ tc] Tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu không hoàn toàn, ký hiệu là q4 [%], thường nhỏ hơn 0,5% đối với nhiên liệu lỏng, vì vậy trong các tính toán, yếu tố này thường không được xem xét.

* Xác định entanpi khói thải

Ta có θth = 150℃ dựa vào bảng (5) ta tính gần đúng bằng phương pháp nội suy và được kết quả như sau: Ith = 2989,88 kJ/m 3 tc.

Theo phụ lục tài liệu (3) trang 276, ta có:

⇒ I 0 kkl V (C ) kk 0  kk = 10,634 1,29.30 = 411,54 kJ/m 3 tc

Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học q 3 [%]

Với lò buồng lửa phun đốt dầu, chọn q3 = 3% theo tài liệu (1) mục 3.2.2 trang 58, ta có

Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học q 4 [%]

Đối với nhiên liệu lỏng thì q4 < 0,5% nên thường trong tính toán không kể đến.

Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh lò hơi q 5 [%]

q5 được xác định theo đồ thị q5 = f(D) hình 3-1 trang 34 tài liệu (1), với D 5T/h ta được q5 = 0,685%.

Tổn thất nhiệt vật lý của xỉ thải ra ở đáy buồng lửa q 6 [%]

Đây là lò đốt dầu nên ta coi như không có xỉ, do vậy, q6=0

Hiệu suất lò hơi và lượng tiêu hao nhiên liệu

Hiệu suất nhiệt lò hơi

Ta có tổng tổn thất nhiệt lò hơi là:

Do đó hiệu suất của lò hơi là:

Lượng nhiệt tiêu hao của lò hơi

3.4.2.1 Lượng nhiện liệu tiêu hao thực tế của lò hơi

  ; [kg/h] trong đó: Q1 - nhiệt lượng hữu ích trong lò, [kJ/kg]; được xác định thông qua: tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt trang 285 tài liệu [3]

Hơi quá nhiệt: Pqn = 9,6Mpa= 96bar; tqn = 540℃ ⇒ i '' qn = 3476,56kJ/kg

Tra bảng nước và hơi bão hòa trang 277 tài liệu [3]:

Nước cấp: tnc = 225℃ ⇒i ' nc = 966,9 kJ/kg

3.4.2.2 Lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán

4 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BUỒNG LỬA

Xác định các kích thước của buồng lửa và bố trí vòi phun nhiên liệu

Xác định thể tích buồng lửa

Thể tích buồng lửa Vbl để cháy kiệt nhiên liệu với αmin.

Với qv là nhiệt thế thể tích của buồng lửa, qv được chọn dựa trên loại buồng lửa, việc chọn qv cần lưu ý:

- Nếu như qv quá nhỏ thì Vbl lớn làm tăng vốn đầu tư, giảm θbl, cháy kém, gây đióng xỉ.

- Nếu như qv quá lớn thì Vbl nhỏ làm tăng q4 sẽ làm giảm công suất D và tăng θ ’’ bl.

Theo bảng 6 tài liệu [1], đối với buồng lửa phun đốt dầu mazut có qv = 290 kW/m 3

Tiết diện ngang của buồng lửa f bl [m 2 ]

Tiết diện ngang của buồng lửa được xác định dựa trên lượng nhiệt sinh ra từ việc cháy nhiên liệu BQ lv t và nhiệt thế tiết diện ngang của buồng lửa qf tt [kW/m²].

 q Nhiệt thế tính toán qf ttphụthuộc vào dạng nhiên liệu, phương pháp đốt và công suất nhiệt của buồng lửa

Theo bảng 4-1b trang 41 tài liệu [1], ta chọn qf 00 kW/m 2

Suy ra: qf tt =(0,7 ÷ 0,9) qf =0,7.9300e10 kW/m 2

Xác định kích thước buồng lửa

4.1.3.1 Chiều sâu tối thiểu buồng lửa b

Chiều sâu phải đảm bảo chiều sâu tối thiểu để ngọn lửa không đập vào tường đối diện.

Khi đốt dầu mazut, ta lấy b = (5÷7)Dv, trong đó Dv là đường kính lỗ đặt vòi phun trên tường buồng lửa.

Theo bảng 4-2 trang 42 tài liệu [1], với công suất định mức của lò hơi Dđm = 125 t/h, ta có

Dv = 850 mm Nhưng đối với vòi phun khí – mazut, Dv giảm 1,3 – 1,4 lần.

Nên ta chọn Dv 850 1,4 = 607 mm = 0,607m.

Chiều rộng và chiều sâu của buồng lửa cần được lựa chọn phù hợp với loại vòi phun và vị trí lắp đặt, nhằm đảm bảo ngọn lửa không bị văng ra tường đối diện.

Chiều rộng của buồng lửa cần đảm bảo chiều dài bao hơi để phân ly hơi, đồng thời yêu cầu tốc độ hơi trong bộ quá nhiệt và nhiệt thế chiều rộng buồng lửa qr phải nằm trong phạm vi nhất định Các thông số kỹ thuật như a 1,3, b 1,3.4 và 25 5,525m cần được tuân thủ để đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình vận hành.

Ta thấy a= 5,525m>b=4,25m ⇒ thỏa mãn với buồng lửa có tiết diện hình lắng trụ

4.1.3.3 Chiều cao buồng lửa h bl

Chiều cao buồng lửa được xác định nhằm đảm bảo chiều dài ngọn lửa đủ để nhiên liệu cháy hoàn toàn trước khi thoát ra ngoài Chiều dài ngọn lửa này phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, phương pháp đốt và công suất của lò hơi.

Chiều dài ngọn lửa lnl được tính: lnl = l1 + l2 + l3,m Đối với buồng lửa phun có D = 125T/h thì lnl = 14m

Cách bố trí vòi phun trên tường buồng lửa

Công suất mỗi vòi phun madut dao động từ 1,0 đến 2,5 t/h, với lượng nhiên liệu tiêu thụ khoảng 8,507 kg/h Do đó, chúng ta chọn 4 vòi phun tròn, mỗi vòi có công suất 2,1 t/h, được bố trí ở tường bên thành 2 dãy.

- Khoảng cách giữa các vòi phun theo phương thẳng đứng: 1,5m.

- Khoảng cách giữa các vòi phun theo phương nằm ngang: 1,2m.

- Khoảng cách từ vòi phun ngoài cùng đến tường liền kề: 1,3m.

- Khoảng cách từ vòi phun dưới cùng dưới đến đáy buồng lửa: 1,5m

4.1.4.1 Phần dưới của buồng lửa

Khi đốt khí thiên nhiên và mazut phần dưới của buồng lửa được làm dưới dạng đáy hơi nghiêng (hay nằm ngang) không có lỗ tháo xỉ.

4.1.4.2 Chiều cao cửa khói ra ở tường sau của buồng lửa h r

Chiều cao cửa khói ra ở tường sau buồng lửa hr được xác định bằng cách lấy chiều sâu buồng lửa b (b = 4,25m) và áp dụng công thức hrb = (0,6÷0,7)b Kết quả tính toán cho thấy hr = 3,87m, đảm bảo phù hợp với hình dạng của lò có dạng chữ π.

Chiều cao của mành ống đặt đứng được tính toán dựa trên độ nghiêng của mặt dưới đường khói nằm ngang từ 40 đến 45 độ, cùng với sự hiện diện của mũi khí động học trên tường sau buồng lửa Công thức tính chiều cao mành ống là hm = (1,1÷1,2).hrb, dẫn đến kết quả cụ thể là hm = 1,2.3,87 = 4,64m.

Thể tích buồng lửa phụ thuộc vào công suất của lò hơi và giá trị cho phép của nhiệt thế thể tích buồng lửa qv.

4.1.4.3.1 Thể tích tối thiểu cho phép của buồng lửa min tt lv t 3 bl v

4.1.4.3.2 Thể tích tính toán của buồng lửa

'' tt th min 3 bl bl

4.1.4.3.3 Nhiệt thế thể tích tính toán của buồng lửa lv tt t 3 v tt bl

4.1.4.3.4 Thể tích vùng trên cùng của buồng lửa

Vvt = a b’’, với hm = 5,525 2,975.4,64 = 76,3m³ Chiều sâu vùng trên buồng lửa b’’ đã được điều chỉnh bằng cách trừ đi phần nhô vào của các mành ống, trong đó các mành ống được đặt sâu vào buồng lửa khoảng từ 0,2 đến 0,3 lần b.

4.1.4.3.5 Thể tích phần lăng trụ của buồng lửa

Vltr = Vbl tt - Vpl- Vvt

= 474,3 - 0 - 76,3 = 398m 3 4.1.4.3.6 Chiều cao phần lăng trụ của buồng lửa Được xác định theo thể tích và tiết diện ngang của lăng trụ: ltr ltr ltr bl

⇒ Tổng diện tích các tường buồng lửa (không có dàn ống đặt trong giữa buồng lửa để nhận nhiệt cả hai phía của ống):

Diện tích bề mặt các tường buồng lửa

Để đơn giản trong tính toán ta chia diện tích tường bên thành nhiều hình nhỏ

Kích thước các cạnh được xác định như trên hình vẽ bên cạnh với bề rộng là 4,25 m a ) Diện tích tường bên:

=> Fb = 17,07 x b = 17,07 x 4,25 = 72,6 m 2 b) Diện tích tường sau:

Fs = (17,07 - 4,64) x 5,525 = 68,7 m 2 c) Diện tích tường trước:

Ft = 17,07 x a = 17,07 x 5,525 = 94,3 m 2 d) Diện tích tường buồng lửa:

Hệ số phân bố không đồng đều theo chiều cao buồng lửa M

Hệ số M kể đến đặc tính của trường nhiệt độ trong buồng lửa, đối với buồng lửa phun giá trị tối đa của M lấy không lớn hơn 0,5.

Dầu mazut: ψM = 0,54 - 0,20XM = 0,54 - 0,20Xbl ; với vp bl bl

Chiều cao bố trí vòi phun (hvp) được xác định là khoảng cách từ đáy buồng lửa đến trục vòi phun, trong khi Hbl là khoảng cách từ đáy buồng lửa đến giữa cửa ra buồng lửa Đối với công suất D5T/h, chúng ta sẽ chọn 4 vòi phun được lắp đặt ở tường bên, chia thành 2 dãy, mỗi dãy có 2 tầng.

B1,B2 [kg/s] là lượng nhiên liệu cấp qua mỗi tẩng vòi phun thứ nhất, thứ hai.

B1 và B2 đều có công suất 2,00 t/h, tương đương 0,56 kg/s Hvp1 và hvp2 là chiều cao bố trí trục vòi phun ở tầng thứ nhất và tầng thứ hai, trong khi n1 và n2 đại diện cho số lượng vòi phun tại mỗi tầng.

Đặc tính của dàn ống sinh hơi

Ống sinh hơi được làm từ thép cácbon chất lượng cao, là ống trơn Đường kính ngoài của ống d=(40÷63)mm, chọn dPmm.

Bước ống của dàn ống sinh hơi ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ tường lò và đảm bảo quá trình cháy ổn định.

Bước ống s = (1,2÷1,4)d = (60÷70)mm, chọn s = 65mm.

Khoảng cách từ tâm ống đến tường: e = (0,75÷0,8)d(37,5÷40)mm, chọn e = 40mm.

Số ống ở mỗi tường bên: b b 2e 4600 2.40 n 70 s 65

Số ống ở tường trước (sau): t a 60000 n 2 2 90 s 65

     ốngTheo trang 67 tài liệu [1], ta chọn hệ số góc ( độ đặt ống trên các tường buồng lửa) χ = 0,975.

Ta có bảng đặc tính của dàn ống sinh hơi.

Bảng 4: ĐẶC TÍNH DÀN ỐNG SINH HƠI

STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Tường trước Tường sau Bên Pheston

1 Đường kính ngoài của ống d mm Chọn 50 50 50 50

4 Khoảng cách từ tâm ống đến tường e mm Chọn 40 40 40

6 Diện tích Fi m 2 Tính ở trên 94,3 68,7 72,6

7 Tổng diện tích tường buồng lửa Fbl m 2 2*Ftb+Ftr+Fs 308,2

8 Hệ số góc χi Theo công thức 0,975 0,975 0,975

9 Diện tích bề mặt hấp thụ Hbx m 2 Fi*χi 92,00 67,00 74,3

10 Tổng diện tích bề mặt hấp thụ ΣHbx m 2 ΣHHbx 233,3

Các đặc tính nhiệt của buồng lửa

Lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa

Theo công thức (4-19b) trong tài liệu [1], nhiệt lượng sinh ra hữu ích trong buồng lửa khi tính cho 1kg nhiên liệu lỏng được xác định là: lv 3 4 6 ng bl t kk kk kttn.

Trong đó: Q lv t – nhiệt trị thấp của nhiên liệu làm việc, kJ/kg;

Qkk ng là nhiệt lượng có trong không khí được sấy sơ bộ bằng nguồn nhiệt khác trước khi vào bộ sấy chính trong lò hơi Trong trường hợp này, không khí được sấy bằng khói từ lò, dẫn đến giá trị Qkk ng = 0 (kJ/kg).

Qkk là nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa, bao gồm nhiệt lượng của không khí nóng và một phần nhỏ nhiệt lượng từ không khí lạnh bên ngoài.

Qkk = Qkkn + Qkkl = (     bl bl ng ).I 0 kkn     bl ng .I , kJ / m 0 kkl 3

Với bl là hệ số lọt không khí lạnh vào buồng lửa, bl=0

ng là hệ số lọt không khí lạnh vào hệ thống nghiền than, ở đây là đốt dầu nên ng = 0

Lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa

Entanpi của khói ở đầu ra buồng lửa ( ’’ bl = 1100℃), theo bảng (2.5), được giá trị như sau:

Ibl ’’ = 21248,800 kJ/kg φ - hệ số bảo ôn:

Lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa là:

Qbx = (Qbl – I ” bl) = 0,9927.(41865 – 21248,800) = 20465,702 kJ/kg.

Nhiệt độ cháy lý thuyết 𝜽 a

Khi tính toán buồng lửa lò hơi, nhiệt độ θa có thể được xác định trực tiếp bằng cách sử dụng số liệu từ bảng (2.5) và nội suy trong vùng nhiệt độ khói cao tương ứng với giá trị αbl, với Ik bl = Qbl Kết quả sẽ cho ra giá trị nhiệt độ θ (℃) và Ik bl (kJ/kg).

Nhiệt độ cháy lý thuyết được tính theo Qbl Theo bảng (2.5) bằng phương pháp nội suy ta được

Độ đen buồng lửa a bl

Độ đen của buồng lửa, hay hệ số bức xạ nhiệt của buồng lửa (abl), ảnh hưởng đến kích thước bề mặt của các dàn ống hấp thu nhiệt Độ đen này được xác định bởi sự bức xạ từ ngọn lửa trong buồng lửa và hiệu quả nhiệt của các bề mặt dàn ống, với công thức ψM = 0,54 - 0,20Xtb Công thức tính toán cụ thể cho độ đen của buồng lửa là nl bl nl nl tb a a a (1 a).

Độ đen của ngọn lửa được xác định theo công thức: anl = mas + (1-m)aks, trong đó as và aks lần lượt là độ đen của phần ngọn lửa sáng và các khí không sáng.

Áp suất khói trong buồng lửa được xác định bằng công thức (k r k )ps = θ + θ + θ - 1 e - + θ + θ, trong đó p (MPa) là áp suất khói, với giá trị p = 0,1 MPa Chiều dày hiệu quả của lớp khí bức xạ trong buồng lửa được ký hiệu là s (m) và được tính theo công thức bl v.

   k k là hệ số làm yếu bức xạ của môi trường khói là

  với rk là phân thể tích của các khí 3 nguyên tử: r k r RO 2 r H O 2 0,1122 0,1304 0,2427  k mh là hệ số làm yếu bức xạ của các hạt bay theo khói :

   3 ''  lv mh bl bl lv k 0,3 2 1,6.10 T 0,5 C [1/ mMpa]

Vậy, độ đen của phần ngọn lửa sáng là

    Độ đen ngọn lửa phần không sáng được xác định bằng công thức: k r ps k k 3,6.0,2427.0,1.5,54 aks  1 e   1 e  0,384 m là hệ số phụ thuộc vào phụ tải nhiệt và thể tích buồng lửa :

Theo bảng 4.10 trang 66 tài liệu [1] với buồng lửa đốt dầu và qv = 290 < 400kW/m 3 thì m = 0,55.

 độ đen của ngọn lửa: anl = 0,55.0,92 + (1 - 0,55).0,384 = 0,68

Ta có với ψM = 0,54 - 0,20Xtb - hệ số hiệu quả nhiệt trung bình của dàn ống sinh hơi: ψM = 0,54 - 0,20Xtb ∑ ψ i F i

Hệ số χ của các dàn ống được chọn bằng nhau, với giá trị χ = 0,975 theo tài liệu [1] Hệ số ζ là hệ số bám bẩn bề mặt ống, được tham khảo từ bảng 4.8 trang 60 của tài liệu [1].

Chọn ζ = 0,55 => ψM = 0,54 - 0,20X = 0,975.0,55 = 0,54 nl bl nl nl tb a 0,68 a 0,797 a (1 a ) 0,68 (1 0,68).0,54

VC tb là tỷ nhiệt (entanpi) trung bình của sản phẩm cháy

 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa kiểm tra :

Do θ”bl bằng giả thiết nên không cần tính lại.

Vậy nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa θ ’’ bl = 1060℃, nên

Qbx = (Qbl – I ” bl) = 0,9927.(41865 – 20387,964) = 21320,354 kJ/kg.

5 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT NỬA BỨC XẠ

Do nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn đạt 540℃, cao hơn mức 510℃, nên cần lắp đặt bộ quá nhiệt ở khu vực khói có nhiệt độ cao, đặt phía trên buồng lửa trước cụm feston Bộ quá nhiệt này được gọi là bộ quá nhiệt nửa bức xạ.

Bảng 5: Đặc tính bộ quá nhiệt nửa bức xạ

STT Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Công thức tính Đáp số

1 Đường kính ống d mm Chọn theo tài liệu (TKLH) 32,000

2 Bước ống dọc trên cùng

1 dàn S2 mm Chọn theo tài liệu (TKLH) 35,000

3 Bước ngang (khoảng cách ống giữa các dàn ) S1 m Chọn theo sách Lò Hơi 0,700

4 Số lượng ống trong 1 dàn nô ống Thiết kế 20,000

5 Chiều rộng đường khói a m Thiết kế 5,525

6 Chiều dài ống bộ quá nhiệt ℓ m Thiết kế 4,640

7 Chiều rộng bộ quá nhiệt bqn m Thiết kế 3,850

8 Số lượng dàn nd dàn a/S1 -2 6,000

9 Số lượng ống n ống nô.nd 120,000

10 Bước ống tương đối dọc σ1 mm S1/d 21,875

11 Bước ống tương đối ngang σ2 mm S2/d 1,094

12 Diện tích bề mặt dàn Hd m 2 ℓ.n.Π.d 55,947

13 Diện tích bề mặt hấp thụ Hp m 2 2 bqn ℓ + bqn.a 56,999

14 Diện tích đầu vào Hv m 2 (bqn + ℓ).a 46,907

15 Diện tích bề mặt bức xạ Hbx m 2 Hv.Hd/(Hd+Hp) 23,235

16 Tiết diện lưu thông của hơi quá nhiệt Fh m 2 n p .d.d 2 /4 1,061

17 Độ cháy hết nhiên liệu theo chiều cao buồng lửa β - Tra bảng 20 trang 76 (Tài liệu 1) 0,950

18 Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ s m 1,8/(1/ℓ+1/bqn+1/S1) 3,427

Phụ tải nhiệt của các tấm quá nhiệt đặt ở đầu ra buồng lửa qbx t kW/m 2 5,76.10 -8 Ψ.abℓ.T 4 90,022

20 Nhiệt bức xạ đưa tới đầu vào bộ quá nhiệt Qbx đv kJ/kg t v bx bx tt q H

21 Nhiệt độ khói vào bộ quá nhiệt nửa bức xạ θ' o C Chọn 1200,000

22 Nhiệt độ khói ra khỏi bộ quá nhiệt nửa bức xạ θ'' Chọn 1100,000

Nhiệt độ trung bình của khói trong bộ quá nhiệt nửa bức xạ θ o C 0,5.( θ'+θ'' ) 1150,000

25 Hệ số làm yếu bức xạ của khí 3 nguyên tử kk - Tính ở phần 4.3.3 0,360

26 Chiều dày hữu hiệu Hhh - kk.s 1,234

27 Độ đen lớp khói ttrong các tấm a - Tra toán đồ 2 trang 79 (Tài liệu 1) 0,750

Hệ số góc từ tiết diện đầu vào đến đầu ra của bộ quá nhiệt φt

29 Hệ số bám bẩn ε theo mục 5.7.1 trang 118 tài liệu 1 0,006

Nhiệt bức xạ từ buồng lửa vào bộ quá nhiệt đối với dãy pheston

8 ra vao bx tb p ra bx t bx tt

Lượng nhiệt bức xạ mà

BQN nữa bức xạ thu được từ buồng lửa

Qbx thu kJ/kg Qbx đv - Qbx ra 867,342

32 Entanpi của khói đầu vào bộ quá nhiệt nửa bức xạ (dàn)

Entanpi của khói đầu ra bộ quá nhiệt nửa bức xạ

(dàn) I'' kJ/kg bảng 2.4 với t = 1000℃ 21248,800

Lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt dàn và diện tích phụ theo cân bằng nhiệt

35 - Bộ quá nhiệt Q t c kJ/kg Chọn theo tài liệu (TKLH)

36 - Dàn ống phụ Q p c kJ/kg Chọn theo tài liệu (TKLH)

36 Độ tăng entanpi của hơi trong bộ quá nhiệt nửa bức xạ ΔI kJ/kg Q thu bx Q Bc  tt

37 Nhiệt độ hơi đầu vào t' o C Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo áp suất hơi :

38 Entanpi hơi đầu vào i' kJ/kg Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt theo áp suất :

39 Entanpi hơi đầu ra i'' kJ/kg i' + ΔI 1597,497

40 Nhiệt độ hơi đầu ra t'' o C Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt theo entanpi hơi đầu ra và Pqn = 96bar 305,169

41 Nhiệt độ trung bình của hơi ttb oC 0,5.( t' + t'' ) 306,569

42 Độ chênh nhiệt độ trung bình Δttb oC theo công thức 5-72 trang 122 tl1 (θ – ttb) 843,432

43 Tiết diện lưu thông của khói Fk m 2

44 Tốc độ trung bình của khói ωk m/s tt k k

45 Nhiệt độ vách tv oC thu bx c tt tb d

46 Hệ số truyền nhiệt đối lưu αđl W/m 2 Chọn theo toán đồ 12 44,876

47 Hệ số tỏa nhiệt bức xạ tính toán αbx t W/m 2 độ t bx v q 1000 t

48 Độ đen của môi trường khói aks 1-e(-kps) 0,786

49 Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ αbx W/m 2 độ 1,163.aks.αbx t Cktra ở toán đồ 18 1129,566

50 Hệ số sử dụng ξ trang 118 tl1 0,850

51 Hệ số góc χ theo toán đồ 1 0,450

52 Hệ số trao đổi nhiệt từ khói tới vách α1 W/m 2 độ dl bx

53 Hệ số truyền nhiệt K W/m 2 độ

Lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt tính theo phương trình truyền nhiệt.

Vậy, nhiệt độ khói sau khi ra khỏi BQN nửa bức xạ là θ ’’ = 1100℃.

6 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ DÃY FESTON

Dãy ống feston là các ống của dàn ống sinh hơi tường sau, kết nối với bao hơi để tạo thành cụm ống thưa, giúp khói thoát ra khỏi buồng lửa Với nhiệt độ cao ở đầu ra buồng lửa, việc bố trí ống thưa là cần thiết để ngăn chặn hiện tượng đóng xỉ, muội khô và mồ hóng Trong thiết kế, cụm feston được sắp xếp thành 4 dãy, và các ống thưa được bố trí so le nhau nhằm giảm thiểu tình trạng bám tro xỉ.

Bảng 6.2:TÍNH TRUYỀN NHIỆT PHESTON

T Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả

1 Nhiệt độ khói ra khỏi bộ quá nhiệt nữa bức xạ θbl ’’ oC Tính ở trước 1100,000 1100,000

2 Nhiệt độ khói ra sau pheston θpt ’’ oC θ"bl-(30÷60) 0 C 1050,000 950,000

3 Nhiệt độ khói trung bình cụm pheston θtb oC 0.5(θbl ’’+ θpt ’’ ) 1075,000 1025,000

4 Entanpi khói sau bộ quá nhiệt nửa bức xạ Ibl ’’ kJ/kg Tra bảng 2 (với t 00 o C, abl ’’=1.1) 21248,800 21248,800

5 Entanpi khói sau pheston Ipt ’’ kJ/kg Tra bảng 2(với θpt’’, abl ’’=1.1) 20173,755 18045,502

6 Nhiệt giáng entanpi trước và sau pheston ΔIpt kJ/kg I ’’ bl- I ’’ pt

7 Lượng nhiệt khói truyền đi ứng với 1kg nl Qk kJ/kg j(ΔIpt+Da.Ikkl 0)Trong đó Da=0 và j=0,9927 1067,198 3171,265

9 Nhiệt độ hơi bão hòa ở pheston θbh o C Tra bảng nước và hơi bảo hòa với pbhbar 307,968 307,968

10 Độ chênh nhiệt độ trung bình ∆ttb oC θtb - θbh 767,032 717,032

Bảng 6.1 : Đặc tính cấu tạo dãy PHESTON

T Tên các đại lượng Kí hiệu Đơn vị

1 Đường kính ngoài của ống d mm 50 50 50 50 Chọn

2 Bước ống ngang S1 mm 250 250 250 250 Chọn

3 Bước ống ngang tương đối S1/d 5 5 5 5

4 Bước ống dọc S2 mm 200 200 200 200 Chọn

5 Bước ống dọc tương đối S2/d 4 4 4 4

6 Chiều dài mỗi ống l m 4,25 4,25 4,25 4,25 Theo cấu tạo

7 Số ống mỗi dãy Z ống 23 23 23 23 a/S1

8 Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ khói S m 1,1016 1,1016 1,1016 1,1016 4 s s 1 2 2

9 Hệ số góc mỗi dãy ống xi 0,290 0,290 0,290 0,290 Theo toán đồ 1a tài liệu [1]

10 Bề mặt hấp thụ nhiệt của mỗi dãy Hi m 2 15,357 15,357 15,357 15,357 πdlz

11 Tổng diện tích bề mặt pheston: Hp m 2 Công thức Kết quả

13 Hệ số góc toàn cụm pheston xp 1-(1-xi) n Với n là số dãy ống n = 4 0,746

14 Diện tích bề mặt chịu nhiệt bức xạ HP bx m 2 Fph.xp 45,824

15 Diện tích bề mặt chịu nhiệt đối lưu HP dl m 2 Hp - Hp bx 15,602

16 Chiều dài tiết diện ngang đường khói Theo cấu tạo lò hơi

17 Đầu vào l ' m Theo thiết kế 5,300

18 Đầu ra l '' m Theo thiết kế 4,800

19 Chiều rộng đường khói ap m Theo cấu tạo lò hơi 5,525

20 Tiết diện đường khói đi

23 Tiết diện trung bình đường khói đi Fp m 2 2.F ’ F ’’ /( F ’ +F ’’ ) 22,036

11 Tốc độ trung bình của khói qua pheston ωk m/s tt k tb p

12 Thành phần thể tích hơi nước trong khói rH2O Bảng 1 0,112 0,112

13 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử rRO2 Bảng 1 0,130 0,130

14 Nồng độ tro bay theo khói μ g/mtc 3 Bảng 1 0,000 0,000

15 Hệ số tỏa nhiệt từ khói đến vách ống αđl W/m 2 độ Theo toán đồ 12a,tl1 60,062 63,860

16 Hệ số làm yếu bức xạ do khí 3 nguyên tử kk

17 Hệ số làm yếu bức xạ do tro ktr tính toán ở trước 0,000 0,000

18 Hệ số làm bẩn bề mặt ống e m 2 0 C/W theo mục 5.7.1 trang 118 tài liệu 1 0,006 0,006

19 Diện tích bề mặt chịu nhiệt đối lưu HP dl m 2 Bảng 6.1 15,602 15,602

20 Lượng nhiên liệu tính toán Btt kg/s Tính ở trước 2,364 2,364

21 Hệ số sử dụng nhiệt hữu ích ψM = 0,54 - 0,20X Nhiên liệu lỏng 0,650 0,650

22 Nhiệt độ vách ống có bám bẩn tv bb oC θbh+80 387,968 387,968

23 Hệ số làm yếu bức xạ bởi môi trường k kkrn+ktrμ 0,176 0,182

24 Độ đen của môi trường khói aks 1-e -kps 0,176 0,182

25 Phụ tải nhiệt qbx W/m 2 độ 5,67.10 a T  8  bl tb 4 96987,174 83378,390

26 Hệ số tỏa nhiệt bức xạ tính toán αbx tt W/m 2 độ bx k v q t  t 141,168 130,886

27 Hệ số tỏa nhiệt bức xạ abx W/m 2 độ 1,163aksabx t Ck, tra ở toán đồ 18 28,289 27,103

28 Hệ số truyền nhiệt từ khói đến vách ống K W/m 2 độ ψM = 0,54 - 0,20X.α1=ψM = 0,54 - 0,20X.ξ.(αđl+αbx) với ξ=1 57,428 59,126

29 Diện tích bề mặt chịu nhiệt đối lưu và bức xạ H m 2 Hph đl +Hph bx 61,426 61,426

30 Lượng nhiệt bề mặt feston hấp thu ứng với 1kg nhiên liệu Q tt k kJ/kg tb tt

Qk tt = 1144,578kJ.kg Qk tt = 1101,590kJ/kg

Qcb 76,198kg/kJ Qcb = 3171,265kJ/kg

Ta có đồ thị sau, từ đồ thị ta suy ra được M (θ’’ph = 1040℃)

Dựa vào bảng 2.5 ta xác định được I ’’ ph = 19958,75 kJ/kg.

Lượng nhiệt truyền bằng đối lưu của dãy feston là:

7 CHƯƠNG VII: PHÂN PHỐI NHIỆT LƯỢNG CHO CÁC BỀ MẶT ĐỐT

Tổng nhiệt lượng hấp thụ hữu ích trong lò hơi

Tổng nhiệt lượng hấp thụ của cụm feston

bx bx bx bx bl tt fes p tb p bx

  H trong đó, y - hệ số kể đến việc hấp thụ nhiệt không đồng đều theo chiều cao buồng lửa, chọn y = 0,75

Q bx bl - lượng nhiệt truyền bức xạ của buồng lửa

Q bx bl = (Qbl – I ” bl) = 0,9927 (41865 – 20387,964) = 21320,354kJ/kg.

H bx ph - diện tích bề mặt chịu nhiệt bức xạ của pheston, H bx ph = 45,824 m 2

H bx bl - diện tích bề mặt chịu nhiệt bức xạ của buồng lửa, H bx bl = 233,3m 2

Btt - lượng nhiên liệu tiêu thụ tính toán trong một giờ, Btt = 8507 kg/h bx fes

Tổng nhiệt lượng hấp thụ của dãy feston

Qph=Q dl ph.Btt + Q bx ph 36,55.2,364+ 7421,776= 9872,1802[kW]

7.4 Lượng nhiệt hấp thụ bằng bức xạ từ buồng lửa của bộ quá nhiệt đối lưu cấp 2 bx ph ph bx bx qn 2 bl bx tt bl

   với: xph - hệ số góc của pheston, xph = 0,746

7.5 Lượng nhiệt hấp thụ bằng bức xạ của dàn ống sinh hơi bx bx bx bx sh bl tt ph qn 2

7.6 Nhiệt lượng hấp thụ của bộ quá nhiệt cấp 1

Trong đó : i”qn1 : entanpi của hơi sau khi ra khỏi BQN cấp 1

Nhiệt độ hơi ra khỏi BQN cấp 1: t”qn1 = (tqn + tbh)/2 = (540+308)/2 = 424°C

Tra bảng hơi quá nhiệt ứng với tqn = 424°C và pqn bar ta được i”qn1= 3170 kJ/kg

Tra bảng nước và hơi bão hòa ở áp suất pbh = 96 bar ta được ibh '32kJ/kg

7.7 Nhiệt lượng hấp thu của bộ quá nhiệt cấp 2

7.8 Nhiệt lượng hấp thu của bộ quá nhiệt

7.9 Nhiệt lượng hấp thụ bằng đối lưu của bộ quá nhiệt

Khi bộ quá nhiệt sử dụng bộ giảm ôn kiểu bề mặt: dl bx qn qn 2 qn 2 go

Q = θ + θ + θQ - Q + θ + θD iΔ = θ + θ + θ100644, 44 1885,885 98758,555kW - = θ + θ + θ Δigo - lượng nhiệt hấp thụ của bộ giảm ôn Phương pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt được thực hiện bằng cách thay đổi trung tâm ngọn lửa, do đó ở phụ tải định mức, Δigo = 0.

7.10 Tổng nhiệt lượng hấp thụ của bộ hâm nước

Qhn = Q1 - ( Q bx sh + Qph + Qqn) ,[kW]

7.11 Độ sôi của bộ hâm nước

Entanpi của nước cấp khi đi qua bộ hâm nước: i’hn = i’nc + Δigo = i’nc = 966,9 kJ/kg i’bh= 1390,26kJ/kg tra theo bảng nước và hơi bão hòa

Lượng nhiệt hấp thụ của nước trong bộ hâm nước khi sôi:

Vì Qhn < Q ht hn nên bộ hâm nước làm việc ở trạng thái chưa sôi, tức ở đây ta chọn bộ hâm nước kiểu chưa sôi

7.12 Tổng nhiệt lượng hấp thụ của bộ sấy không khí

Qs = β tb s Btt (I n kk - I l kk) ,[kW] trong đó: β tb s = β”s + 0,5Δαs - lượng không khí đi vào bộ sấy không khí β”skk = αbl -Δαo - Δαn - lượng không khí ra khỏi bộ sấy không khí

I l kk = 411,54 kJ/kg (tính ở chương trước θ l kk 0 o C)

I n kk = 2506,13kJ/kg (theo bảng 2.4 ứng với θ n kk 0 o C)

7.13 Nhiệt độ khói sau các bề mặt đốt

Sau bộ quá nhiệt cấp 2:

I”qn2 = I”ph + Δαqn I l kk – qn 2 tt

= 15542,7604 kJ/kg Tra bảng 2.5 ta xác định được: θ”qn2 = 818°C

Từ bảng 2.5 ta xác định được: θ”qn1 = 487 0 C

Q hn ϕBB tt ,[kJ/kg]

Từ bảng 2.5 ta xác định được: θ”hn = 254 o C

Sau bộ sấy không khí:

Từ bảng 1-2 ta xác định dược θ”skk0 0 C

Trong thiết kế này, nhiệm vụ thiết kế là θth0°C tương ứng với entanpi khói thải

Khi tính toán ta được θth = θ”skk 0°C tương ứng Ith = kJ/kg sai khác với giả thiết ban đầu không quá ±10°C Vậy thiết kế trên là hợp lý.

8 CHƯƠNG VIII: THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT ĐỐI LƯU

Bộ quá nhiệt là thiết bị dùng để sấy khô và gia nhiệt hơi đến nhiệt độ quá nhiệt Đối với lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = 540˚C, việc lựa chọn bộ quá nhiệt đối lưu là phù hợp.

Bố trí bộ quá nhiệt theo kiểu hỗn hợp cho phép hơi và khói di chuyển theo hai chiều khác nhau, với một phần hơi đi ngược chiều và một phần đi thuận chiều Cụ thể, hơi đi ngược chiều với khói trong bộ quá nhiệt cấp I được lắp đặt ở vùng có nhiệt độ khói thấp hơn, trong khi hơi đi thuận chiều với khói trong bộ quá nhiệt cấp II nằm ngay sau cụm pheston, nơi có nhiệt độ khói cao hơn Cách bố trí này giúp đảm bảo rằng nhiệt độ hơi ra cao nhưng nhiệt độ khói không quá cao, từ đó ngăn ngừa tình trạng kim loại bị đốt nóng quá mức.

Bộ quá nhiệt cấp II được làm bằng thép hợp kim crôm-môlipđen, còn bộ quá nhiệt cấp I làm bằng thép cacbon

1 Bao hơi 2 Ông góp ra BQN cấp II

3 Bộ giảm ôn 4 Ống góp vào BQN cấp I

5 Bộ quá nhiệt cấp I 6 Bộ quá nhiệt cấp II

Do sự không đồng đều về nhiệt độ và tốc độ khói trong lò, hệ số tỏa nhiệt α1 từ khói đến vách ống và hệ số tỏa nhiệt α2 từ vách ống đến hơi cũng không đồng nhất, dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa các ống xoắn trong bộ quá nhiệt Để khắc phục hiện tượng này, cần áp dụng các biện pháp tổ chức dòng hơi đi chéo giữa các ống góp nhằm giảm bớt độ chênh lệch nhiệt độ.

8.1 Thiết kế bộ quá nhiệt cấp 2

Bộ quá nhiệt cấp II hoạt động ở nhiệt độ cao, giúp giảm nguy cơ đóng xỉ trên ống Do đó, các ống của bộ quá nhiệt được bố trí theo kiểu song song để tối ưu hiệu suất.

Bước ống ngang tương đối : S1/d ≥ 4,5

Bước ống dọc tương đối : S2/d ≥ 3,5

Vật liệu chế tạo là thép hợp kim crom-molipđen, chon Ф 34mm, dày 4mm.

Bán kính uốn lớn nhất là 75 mm.

Tốc độ hơi thường được chọn theo trị số tốc độ khối lượng ωρ, kg/m 2 s Theo kinh nghiệm đối với bộ quá nhiệt cấp II ωρ = 500÷1200 kg/m 2 s Chọn ωρ = 600 kg/m 2 s

Tiết diện cho hơi đi qua : f D

Mỗi cấp của bộ quá nhiệt được chia thành hai phần theo chiều rộng của đường khói Hơi nước thoát ra từ bộ quá nhiệt cấp I sẽ được dẫn chéo sang phần đối diện của bộ quá nhiệt cấp II.

Chiều cao của đường khói trong lò hơi, thường dao động từ 3 đến 5m, quyết định tốc độ khói do chiều rộng của lò hơi là cố định Theo hình vẽ kích thước buồng lửa, chiều cao trung bình của đường khói được xác định là 3,87m.

Sơ đồ cấu tạo bộ quá nhiệt cấp 2

Bảng 8.1: Đặc tính cấu tạo của bộ quá nhiệt cấp II

STT Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Công thức hoặc cơ sở chọn Kết quả

1 Đường kính ngoài ống d mm Chọn 38,000

2 Số ống nd ống Tính 256,000

3 Số dãy ống dọc nday ống Thiết kế 8,000

Số ống trong dãy ngang n ống (a-2.e)/S1+1 32

5 Bước ống ngang S1 mm Chọn 171,000

6 Bước ống dọc S2 mm Chọn 133,000

7 Bước ống ngang tương đối σ1 S1/d 4,500

8 Bước ống dọc tương đối σ2 S2/d 3,500

9 Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng đến vách e mm Chọn 80,000

10 Chiều dài mỗi ống xoắn chịu nhiệt đứng lđ m Thiết kế 4,640

11 Chiều dài mỗi ống xoắn chịu nhiệt ngang ln m Thiết kế 1,291

12 Diện tích chịu nhiệt các ống đứng hđ m 2 π.d.nd lđ.n 143,391

13 Diện tích chịu nhiệt các ống ngang hn m 2 π.d.ld.n 39,896

14 Toàn bộ diện tích BQN hqn m 2 hn+ hđ 183,287

15 Tiết diện lưu thông hơi f m 2 n .d.d 2 / 4 0,037

16 Chiều dày lớp bức xạ hữu hiệu S m 0,9.d 0,652

17 Chiều sâu cụm ống lc m Thiết kế 1,200

20 Chiều cao tiết diện vào đường khói h' m Thiết kế 4,640

21 Chiều cao tiết diện ra đường khói h'' m Thiết kế 3,870

22 Tiết diện đầu vào cụm ống của đường khói F ’ m 2 h'(a-d.n) 19,928

23 Tiết diện đầu ra cụm ống của đường khói F ’’ m 2 h''(a-d.n) 16,621

24 Tiết diện trung bình của đường khói đi trong BQN II Ftb m2 (F’+F’’)/2 18,274

Bảng 8.2:Tính cân bằng nhiệt của Bộ quá nhiệt cấp II

Kí hiệu Đơn vị Công thức tính hoặc cơ sở chọn Kết quả

1 Nhiệt độ khói thải trước BQN II θ'qnII 0C θ'qnII=θ"ph 1040,000 1040,000

2 Nhiệt độ khói thải sau BQN II θ''qnII 0C Giả thiết, sau kiểm tra lại 1000,000 950,000

3 Entanpi của khói trước BQN II I'qnII kJ/kg Tra bảng 2.5 20271,000 20271,000

4 Entanpi của khói sau BQN II I"qnII kJ/kg Tra bảng 2.5 19397,886 18328,571

5 Lượng nhiệt do khói truyền cho BQN II Q đl qnII KW φ.Btt(I'qnII-I"qnII+ΔαqnII.Ikkl) 2077,947 4587,355

6 Lượng nhiệt hấp thụ bức xạ BQN II QqnII bx kW Chương 7 1885,885 1885,885

7 Lượng nhiệt truyền tổng cộng QqnII kW Q bx qnII+Q đl qnII 3963,832 6473,240

8 Nhiệt độ hơi đầu vào của BQN II t'qnII 0C tqnII.(i'qnII,P'qnII) 437,000 380,000

9 Entanpi hơi đầu vào của BQN II i'qnII kJ/kg i’qn2 = i”qn2 –

10 Entanpi hơi đầu ra của BQN II i''qnII kJ/kg Pbar; tT0 o C 3476,560 3476,560

11 Nhiệt độ hơi đầu ra của BQN II t''qnII 0C Nhiệm vụ thiết kế 540,000 540,000

Hiệu nhiệt độ giữa khói và hơi đầu vào Δt1 0 C (θ'qnII - t'qnII) 603,000 660,000

Hiệu nhiệt độ giữa khói và hơi đầu ra Δt2 0 C (θ''qnII - t''qnII) 460,000 410,000

12 Tỷ số chênh lệch nhiệt độ Δt t /Δt b (θ'qnII - t'qnII)/(θ''qnII - t''qnII) 1,311 1,610

13 Độ chênh nhiệt độ trung bình Δt 0 C (Δt t -Δt b )/ln(Δt t /Δtb) 528,278 525,119

14 Nhiệt độ trung bình của khói θ tb qnII 0C 0,5.(θ'qnII+θ"qnII) 1020,000 995,000

15 Nhiệt độ trung bình của hơi t tb qnII 0C 0,5.(t'qnII+t"qnII) 488,500 460,000

16 Thể tích riêng của hơi vtb m 3 /kg Tra bảng(Pbar;tT0 o C) 0,037 0,037

17 Tốc độ trung bình của hơi ω h tb m/s D.vtb/(3600*f) 22,150 22,150

18 Hệ số tỏa nhiệt từ vách đến hơi α2 W/m 20 C 1,163.Cd.αdl t 2872,610 3093,580

19 Tốc độ trung bình của khói đi ω k tb m/s ((Vk/F(1+θ tb qnII)/273)).Btt/3600 6,138 5,988

20 Thành phần thể tích hơi nước rH2O Bảng 2.3 0,111 0,111

21 Thành phần thể tích của khí 3 nguyên tử rRO2 Bảng 2.3 0,128 0,128

22 Nồng độ tro bay trong khói μ g/m 3 tc Bảng 2.3 0,000 0,000

23 Hệ số tản nhiệt đối lưu αdl W/m 20 C 1,163.Cz.Cvl.Ctc.αdl t 58,120 56,045

Hệ số làm yếu bức xạ của khí 3 nguyên tử Kk

27 Lực hút của khói có chứa tro KpS (Kk.rn+Ktr.μ).p.S 0,189 0,192

28 Hệ số bám bẩn ε W/m 20 C nhiên liệu lỏng 0,006 0,006

29 Nhiệt độ vách ống có bám tro tv 0C t tb qnII +(ε + 1/α2).Qdl/hqnII 488,572 460,158

30 Hệ số tỏa nhiệt bức xạ αbx W/m 20 C 1,163.αbx t.a.Ck với(a=1-e -kps ) 44,577 43,922

33 Hệ số truyền nhiệt K W/m 20 C (αdl+αbx)/1 + (ε+1/α2).(αdl+αbx) 62,168 61,250

34 Lượng nhiệt truyền theo tính toán Q tt qnII kW K.Δt.HqnII 6019,515 5895,129

Theo dữ liệu, giá trị Qcb là 963,832 kg/kJ, trong khi Qcb đạt 6473,240 kJ/kg Dựa trên đồ thị, nhiệt độ khói ra khỏi BQN cấp 2 được xác định là θ”qn2 0,97 °C Tham khảo bảng 2.5, giá trị I”qn2 được tính là 17098,859 kJ/kg.

Lượng nhiệt truyền bằng đối lưu của BQN cấp 2:

Q dl qn2 = φ.(I'qn2 – I"qn2 + Δαqn2.Ikk l).Btt

Tổng nhiệt hấp thu của BQN cấp 2 :

Qqn2 = Q dl qn2 + Q bx qn2 t73,173 +1885,885 = 9395,058 kW

Entanpi hơi đầu vào của BQN cấp 2: i’qn2 = i”qn2 – = 3476,560 –

125000 = 3207,023 kJ/kgTra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt : t’qn2 = 437°C

8.2 Thiết kế bộ quá nhiệt cấp 1

Bộ quá nhiệt cấp I hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn, do đó để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, chúng ta sắp xếp các ống của bộ quá nhiệt theo kiểu sole.

Bước ngang đoạn so le : s1/d ≥ 4,5

Bước dọc đoạn so le : S2/d ≥ 3,5

Vật liệu chế tạo là thép carbon, chon Ф 38mm Bán kính uốn nhỏ nhất là 75 mm.

Vì chiều rộng lò hơi cố định nên tốc độ khói sẽ do chiều cao quyết định Chiều cao đường khói thường từ 3÷5m.

Trong thiết kế này chọn chiều cao trung bình là 4m.

Bảng 11: Đặc tính cấu tạo Bộ quá nhiệt cấp I

Kí hiệu Đơn vị Công thức

1 Đường kính ống d mm Chọn 38,000

2 Số ống trong mỗi dãy ngang Z ống Tính 38,000

3 Bước ống ngang S1 mm Thiết kế 170,000

4 Bước ống dọc S2 mm Thiết kế 140,000

5 Bề dày ống δ mm Chọn 4,000

Khoảng cách từ tâm ống ngoài đến tường bên e mm Chọn 150,000

9 Hệ số góc dàn ống χ Toán đồ 1a 0,550

10 Tiết diện lưu thông hơi f m 2 f d Z2

Chiều dày lớp bức xạ hữu hiệu s m

Chiều cao của không gian trước và sau cụm BQN1 h m Thiết kế 4,000

Chiều cao của một ống trong dãy dọc lt m Thiết kế 3,870

Chiều dãi mỗi ống xoắn chịu nhiệt lx m n.l+(n-l) S2 60,010

Tiết diện đầu vào cụm ống của đường khói F ’ m 2 F’= a.h- d.lt.Z 16,512

Tiết diện dầu ra cụm ống của đường khói F ’’ m 2 16,512

Tiết diện trung bình của đường khói đi trong cụm

Bảng 12: TÍNH TRUYỀN NHIỆT BỘ QUÁ NHIỆT CẤP I

T Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Công thức tính hoặc cơ sở chọn Kết quả

1 Lượng nhiệt hấp thụ của BQN I QqnI kW Qqn-QqnII

2 Nhiệt độ đầu vào của khói θ'qnI 0C θ'qnI=θ"qnII 960,000

3 Entanpi đầu vào của khói I'qnI kJ/kg Tra bảng 2.5

4 Nhiệt độ đầu ra của khói θ"qnI 0C Bảng phân phối nhiệt 487,000

5 Entanpi đầu ra của khói I''qnI Tra bảng I - θ 9077,452

6 Nhiệt độ khói trung bình θ tb qnI 0C 0,5.(θ'qnI+θ"qnI) 723,500

7 Nhiệt độ đầu vào của hơi ở BQN I t'qnI 0C t'qnI=t''BQNNBX 306,169

8 Nhiệt độ đầu ra của hơi ở BQN I t"qnI 0C t"qnI=t'qnII 437,000

9 Nhiệt độ trung bình của hơi t tb qnI 0C 0,5.(t'qnI+t"qnI) 371,585

10 Tốc độ trung bình của khói ω tb k m/s ((Vk/F(1+θ tb qnII/273)).Btt/3600 6,765

11 Thành phần thể tích hơi nước trong khói rH2O Bảng 2.3 0,109

12 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử rR2O Bảng 2.3 0,126

13 Nồng độ tro bay trong khói μ g/m 3 tc Bảng 2.3 0,000

14 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu αđl W/m 2 0 C αđl=1,163.Cz.Cvl.Ctc.αdl t 56,294

15 Thể tích riêng của hơi vH2O m 3 /kg Tra bảng ở t 71 o C 0,026

16 Tốc độ trung bình của hơi ωh m/s D.vH2O/f.3600 20,995

17 Hệ số trao đổi nhiệt từ vách đến hơi α2 W/m 20 C 1,163.Cd.αdl t 3572,736

18 Lực hút khí 3 nguyên tử 10PnS Mn/m 2 rnS 0,155

19 Hệ số làm yếu bức xạ do khí 3 nguyên tử Kk cm2 m.kG

20 Hệ số làm yếu bức xạ do tro Ktr 0,000

21 Lực hút của khói có chứa tro KPS mMn/m 2 (Kk.rn+Ktr.μ).S 0,139

23 Hiệu nhiệt độ ở đầu vào BQN cấp 1 Δt1 0 C Δt1 = θ’qn1 – t”qn1

24 Hiệu nhiệt độ ở đầu ra BQN cấp 1 Δt2 0 C Δt2 = θ”qn1 – t’qn1

25 Độ chênh nhiệt độ trung bình ngược chiều Δt Δt 1 2

26 Độ đen của môi trường khói ak 1– e -kps 0,130

27 Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ tính toán α t bx Tra toán đồ 18 140,000

28 Nhiệt độ vách có tro tv 0 C tv = t tb qn1 + 100˚C 471,585

29 Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ αbx W/m 20 C 1,163.α t bx.ak với(a=1-e -kps ) 21,159

30 Hệ số trao đổi nhiệt từ khói đến vách α1 W/m 2 K α1= ξ( dl + α t bx ) 77,453

31 Hệ số sử dụng nhiệt hữu ích 0,650

33 Bề mặt truyền nhiệt tính toán HqnI t m 2 (QqnI.1000) / (K.Δt) 1036,192

34 Số lượng ống dọc của BQN cần thiết md ống md tt qn1 t u

35 Diện tích bề mặt truyền nhiệt thiết kế Hqn1 Hqn1= π.d(lt+lu).md.Z 1018,370

36 Độ sai lệch diện tích giữa thiết kế và tính toán e % t qn1 qn1 t qn1

Nhận xét: độ sai lêch nhỏ hơn 2% nên ta chọn số ống dọc của bộ quá nhiệt là 28 ống kép đôi

9 CHƯƠNG IX: THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC

Để tính toán bề mặt nhận nhiệt cần thiết cho bộ hâm nước, chúng ta cần xác định nhiệt lượng cấp, nhiệt độ khói vào, nhiệt độ nước ra, cũng như chọn sơ bộ nhiệt độ khói ra và nhiệt độ nước vào Dựa trên các thông số này, chúng ta sẽ tính toán diện tích phù hợp với thực tế và điều chỉnh lại lượng nhiệt hấp thụ, nhiệt độ không khí ra và nhiệt độ nước vào của bộ hâm nước.

* Đặc tính của bộ hâm nước:

Theo bảng phân bố nhiệt thì nước ra khỏi bộ hâm nước vẫn chưa sôi Do đó ta chọn bộ hâm nước kiểu chưa sôi

Để chế tạo hệ thống hiệu quả, sử dụng ống thép trơn với đường kính trong khoảng 28÷38mm, chọn ống Ф38mm Để tối ưu hóa hiệu quả trao đổi nhiệt, bố trí hai dòng môi chất chuyển động ngược chiều, trong đó khói di chuyển từ trên xuống và nước từ dưới lên Đồng thời, sắp xếp các ống của bộ hâm kiểu sole’xc để tăng cường hiệu suất.

+ Bước ngang tương đối S1/d=2÷3 để hạn chế bám tro Chọn S1= 144mm

+ Bước dọc tương đối s2/d=1,5÷2.Chọn S2= 76mm (bước dọc nhỏ thì bám bẩn càng ít) + Bán kính uốn của ống xoắn khoảng (1,5÷2)d Chọn bằng 60mm

Tốc độ nước trong ống xoắn phải được lựa chọn để ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn Đối với bộ hâm nước kiểu chưa sôi, vận tốc tối thiểu cần đạt là 0,3 m/s.

Khoảng cách giữa các cụm ống của bộ hâm không bé hơn 500÷600mm.

Sơ đồ cấu tạo bộ hâm nước

Bảng 12 Đặc tính cấu tạo của bộ hâm nước

TT Tên đại lượng Ký hiệ u Đơn vị

Công thức chọn và cơ sở tính

1 Đường kính ngoài của ống d mm Chọn 38

2 Bước ống ngang S1 mm Chọn 114

3 Bước ống dọc S2 mm Chọn 76

4 Bước ống tương đối ngang σ1 S1/d 3

5 Bước ống tương đối dọc σ2 S2/d 2

7 Chiều sâu đường khói b’ m Thiết kế 4

8 Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng đến vách sv mm chọn 50

9 Số ống trong mỗi dãy ngang n ống n ' v 1 b 2s

10 Số ống trong mỗi dãy dọc md ống tính sau khi biết diện tích truyền nhiệt

Chiều dài 1 co uốn của dãy dọc lu bằng 1,5-2 lần đường kính ống 0,06

12 Chiều dài của 1 ống trong dãy dọc l0 m a-lu-2sv 5,365

13 Khoảng cách giữa 2 cụm ống của

14 Tiết diện đường khói đi F m 2 a.b’ – n.d.l0 14,92

15 Diện tích lưu thông của hơi f m 2 nπd 2 /4 0,04

16 Hệ số đặt ống χ Toán đồ 1 0,7

17 Chiều cao cụm BHN h m Chọn 1

Bảng 13: TÍNH TRUYỀN NHIỆT BỘ HÂM NƯỚC

1 Lượng nhiệt hấp thụ của BHN Qhn kW Chương 7 10329,334

2 Nhiệt độ đầu vào của khói θ'hn 0C θ'hn = θ''qnI 487,000

3 Nhiệt độ đầu ra của khói θ"hn 0C Chương 7 254,000

5 Nhiệt độ khói trung bình θ tb hn 0C 0,5.(θ'qnI+θ"qnI) 370,500

4 Entanpi của nước cấp đầu vào i'hn kJ/kg Chương 7 966,900

6 Entanpi của nước cấp đầu ra i''hn kJ/kg i'hn + Qhn/D 1264,385

7 Nhiệt độ nước cấp đầu vào t'hn 0C Nhiệm vụ thiết kế 225,000

8 Nhiệt độ nước cấp đầu ra t"hn 0C Tra bảng hơi nước ứng với i''hn 304,000

9 Nhiệt độ trung bình nước cấp t tb hn 0C 0,5.(t'qnI+t"qnI) 264,500

10 Nhiệt độ vách ống có bám tro tv 0C 100 + t tb hn 364,500

11 Độ chênh nhiệt độ ở đầu vào tt 1 0C Δt1 = θ’hn – t”hn 183,000

12 Độ chênh nhiệt độ ở đầu ra tt 2 0C Δt2= θ”hn – t’hn 29,000

13 Độ chênh nhiệt độ trung bình Δt 0C Δt 1 2

Tốc độ trung bình của khói ω tb k m/s tt k tb k tb

15 Thành phần thể tích hơi nước trong khói rH2O Bảng 2.3 0,107

16 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử rn Bảng 2.3 0,123

18 Hệ số bám bẩn ε W/m 20 C nhiên liệu dầu 0,006

19 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách αđl W/m 20 C α dl qn1 =1,163.Cs.Cz2.Cvl.α t dl(theo toán đồ 12) 116,418

Hệ số trao đổi nhiệt từ khói đến vách α1 W/m 20 C

21 Hệ số hiệu quả nhiệt Ψ 0,700

23 Diện tích bề mặt hấp thụ của

BHN theo tính toán Hhn tt m 2 tt hn hn

26 Diện tích hấp thu của 1 dãy ống dọc của BHN H n hn m 2 H n hn = π.d.(l0+lu).n 23,217

27 Số lượng ống trong 1 dãy dọc md

Tổng diện tích bề mặt hấp thu của dãy ống giữa 2 cụm H1 m 2 H1 = π.d.l1.n 2,577

28 Diện tích bề mặt hấp thụ thực tế

29 Độ sai lệch giữa thiết kế và tính toán e % tt hn hn hn

0,532Nhận xét: độ sai lệch chỉ 0,5% nên ta chọn dữ liệu các thông số hơi và khói như đã chọn sơ bộ.

10 CHƯƠNG X: THIẾT KẾ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ

Bộ sấy không khí hoạt động ở nhiệt độ thấp dễ bị ăn mòn, vì vậy chúng ta chia nó thành 3 đoạn dọc theo đường khói Đặc biệt, phần phía dưới có nguy cơ ăn mòn cao hơn, nên chúng ta tách riêng đoạn này với chiều dài khoảng 100 mm để thuận tiện cho việc thay thế khi cần thiết.

Bộ sấy không khí được chế tạo bằng thép cacbon Ф40/2mm

Sơ đồ cấu tạo của bộ sấy không khí

Bảng 14: Đặc tính cấu tạo của bộ sấy không khí

TT Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Công thức Kết quả

1 Đường kính ngoài của ống d mm chọn 40,000

2 Đường kính trong của ống dt mm 36,000

3 Bước ống ngang S1 mm chọn 80,000

4 Bước ống dọc S2 mm chọn 44,000

5 Bước ống tương đối ngang S1/d 2,000

6 Bước ống tương đối dọc S2/d 1,100

7 đường kính ống trung bình dtb mm 0,5(dng + dtr) 38,000

8 Số cụm ống theo chiều rộng đường khói n cụm Thiết kế 4,000

9 Chiều rộng mỗi cụm ống a1 mm Chọn 1600,000

10 Chiều sâu cụm ống b1 mm chọn 3000,000

11 Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng đến vách Sv mm Chọn 50,000

12 Số ống ngang trong 1 cụm ống Z1 ống

14 Số ống mỗi cụm Z ống

15 Tiết diện khói đi qua f m 2 f 2 d nZtb

Bảng 14 : Tính truyền nhiệt Bộ sấy không khí

1 Lượng nhiệt hấp thụ của BSKK Qbskk kW Chương7 4744,957

2 Nhiệt độ khói trước BSKK θ'khoi 0C θ'bskk =θ''hn 254,000

3 Nhiệt độ khói sau BSKK θ"khoi 0C Chương7 140,000

4 Nhiệt độ khói trung bình θ tb khoi 0C 0,5.(θ'sI + θ"sI) 197,000

5 Nhiệt độ không khí đầu vào BSKK t'kk 0C Chọn 30,000

6 Nhiệt độ không khí đầu ra BSKK t"kk 0C Chọn 150,000

7 Nhiệt độ trung bình của không khí t tb kk 0C 0,5.(t'sI + t"sI) 90,000

8 Tốc độ của khói ωk m/s ((Vk/F(1+θ tb khoi)/273)).Btt/3600 9,711

9 Thành phần thể tích hơi nước trong khói rH2O Bảng 1 0,099

10 Hệ số tỏa nhiệt từ khói đến vách α1 W/m 2o C 1,163.Cz.Ctc.αdl t 43,226

11 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử rRO2 Bảng 1 0,113

12 Chiều cao toàn bộ BSKK I Li m Theo giả thiết 4,200 4,500

13 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt Hskk m 2 π.dtb.Li.n.Z 2666,086 2856,521

14 Diện tích lưu thông của không khí fi m 2 Ltbi.(a - n.dn.Li) 1,299 1,320

15 Chiều cao trung bình của mỗi đoạn Litb m Li / 3 1,400 1,500

16 Hệ số sử dụng ξ Tra bảng hệ số sử dụng 0,850 0,850

17 Tốc độ trung bình của không khí ωkk (β''kk+ Δαskk/2).

18 Hệ số tán nhiệt phía không khí α2 W/m 2o C 1,163.Cz.Cvl.Ctc.αdl t 59,010 62,340

19 Độ chênh nhiệt độ theo chiều nhiên liệu Δtn 0C [(θ'khoi - t''kk)-(θ''khoi- t'kk)]

/ln[(θ'khoi - t''kk)/(θ''khoi - t'kk)] 106,972 106,972

20 Hệ số hiệu chỉnh ψM = 0,54 - 0,20X Toán đồ 25,TNLH 0,800 0,800

21 Tham số R 0 C (t''kk- t'kk)/(θ'khoi - θ''khoi) 1,053 1,053

22 Tham số P 0 C (θ'khoi- θ''khoi)/(t''kk - t'kk) 0,950 0,890

23 Độ chênh nhiệt độ Δt ψM = 0,54 - 0,20X.Δtn 85,578 85,578

25 Lượng truyền nhiệt theo tính toán Q tt bskk kW Hskk.K.Δt 4838,626 5304,034

Lượng nhiệt hấp thụ bằng bức xạ của dàn ống sinh hơi

bx bx bx bx sh bl tt ph qn 2

Nhiệt lượng hấp thụ của bộ quá nhiệt cấp 1

Trong đó : i”qn1 : entanpi của hơi sau khi ra khỏi BQN cấp 1

Nhiệt độ hơi ra khỏi BQN cấp 1: t”qn1 = (tqn + tbh)/2 = (540+308)/2 = 424°C

Tra bảng hơi quá nhiệt ứng với tqn = 424°C và pqn bar ta được i”qn1= 3170 kJ/kg

Tra bảng nước và hơi bão hòa ở áp suất pbh = 96 bar ta được ibh '32kJ/kg

Nhiệt lượng hấp thu của bộ quá nhiệt cấp 2

Nhiệt lượng hấp thu của bộ quá nhiệt

Nhiệt lượng hấp thụ bằng đối lưu của bộ quá nhiệt

Khi bộ quá nhiệt sử dụng bộ giảm ôn kiểu bề mặt: dl bx qn qn 2 qn 2 go

Q = θ + θ + θQ - Q + θ + θD iΔ = θ + θ + θ100644, 44 1885,885 98758,555kW - θ + θ + θ Δigo - lượng nhiệt hấp thụ của bộ giảm ôn Phương pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt được thực hiện bằng cách thay đổi trung tâm ngọn lửa, do đó ở phụ tải định mức, Δigo = 0.

Tổng nhiệt lượng hấp thụ của bộ hâm nước

Qhn = Q1 - ( Q bx sh + Qph + Qqn) ,[kW]

Độ sôi của bộ hâm nước

Entanpi của nước cấp khi đi qua bộ hâm nước: i’hn = i’nc + Δigo = i’nc = 966,9 kJ/kg i’bh= 1390,26kJ/kg tra theo bảng nước và hơi bão hòa

Lượng nhiệt hấp thụ của nước trong bộ hâm nước khi sôi:

Vì Qhn < Q ht hn nên bộ hâm nước làm việc ở trạng thái chưa sôi, tức ở đây ta chọn bộ hâm nước kiểu chưa sôi.

Tổng nhiệt lượng hấp thụ của bộ sấy không khí

Qs = β tb s Btt (I n kk - I l kk) ,[kW] trong đó: β tb s = β”s + 0,5Δαs - lượng không khí đi vào bộ sấy không khí β”skk = αbl -Δαo - Δαn - lượng không khí ra khỏi bộ sấy không khí

I l kk = 411,54 kJ/kg (tính ở chương trước θ l kk 0 o C)

I n kk = 2506,13kJ/kg (theo bảng 2.4 ứng với θ n kk 0 o C)

Nhiệt độ khói sau các bề mặt đốt

I”qn2 = I”ph + Δαqn I l kk – qn 2 tt

= 15542,7604 kJ/kg Tra bảng 2.5 ta xác định được: θ”qn2 = 818°C

Từ bảng 2.5 ta xác định được: θ”qn1 = 487 0 C

Q hn ϕBB tt ,[kJ/kg]

Từ bảng 2.5 ta xác định được: θ”hn = 254 o C

Sau bộ sấy không khí:

Từ bảng 1-2 ta xác định dược θ”skk0 0 C

Trong thiết kế này, nhiệm vụ thiết kế là θth0°C tương ứng với entanpi khói thải

Khi tính toán ta được θth = θ”skk 0°C tương ứng Ith = kJ/kg sai khác với giả thiết ban đầu không quá ±10°C Vậy thiết kế trên là hợp lý.

8 CHƯƠNG VIII: THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT ĐỐI LƯU

Bộ quá nhiệt là thiết bị quan trọng giúp sấy khô hơi và nâng cao nhiệt độ của hơi đến mức quá nhiệt Trong trường hợp này, với nhiệt độ hơi quá nhiệt đạt 540˚C, việc lựa chọn bộ quá nhiệt theo phương pháp đối lưu là tối ưu.

Bố trí bộ quá nhiệt theo kiểu hỗn hợp cho phép một phần hơi và khói di chuyển ngược chiều và một phần di chuyển thuận chiều Hơi đi ngược chiều với khói trong bộ quá nhiệt cấp I được đặt ở vùng có nhiệt độ khói thấp hơn, trong khi hơi đi thuận chiều với khói trong bộ quá nhiệt cấp II được đặt ngay sau cụm pheston với nhiệt độ khói cao hơn Cách bố trí này giúp giữ nhiệt độ hơi ra cao, nhưng nhiệt độ khói không quá cao, đảm bảo kim loại không bị đốt nóng quá mức.

Bộ quá nhiệt cấp II được làm bằng thép hợp kim crôm-môlipđen, còn bộ quá nhiệt cấp I làm bằng thép cacbon

1 Bao hơi 2 Ông góp ra BQN cấp II

3 Bộ giảm ôn 4 Ống góp vào BQN cấp I

5 Bộ quá nhiệt cấp I 6 Bộ quá nhiệt cấp II

Do sự không đồng đều về nhiệt độ và tốc độ khói trong lò, hệ số tỏa nhiệt α1 từ khói đến vách ống và hệ số tỏa nhiệt α2 từ vách ống đến hơi cũng không đồng đều, dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa các ống xoắn trong bộ quá nhiệt Để khắc phục hiện tượng này, cần áp dụng các biện pháp tổ chức dòng hơi đi chéo giữa các ống góp nhằm giảm bớt độ chênh lệch nhiệt độ.

Thiết kế bộ quá nhiệt cấp 2

Đặc điểm cấu tạo

Bộ quá nhiệt cấp II hoạt động ở nhiệt độ cao giúp giảm nguy cơ đóng xỉ trên ống, do đó, các ống được bố trí theo kiểu song song để tối ưu hiệu suất.

Bước ống ngang tương đối : S1/d ≥ 4,5

Bước ống dọc tương đối : S2/d ≥ 3,5

Vật liệu chế tạo là thép hợp kim crom-molipđen, chon Ф 34mm, dày 4mm.

Bán kính uốn lớn nhất là 75 mm.

Tốc độ hơi thường được chọn theo trị số tốc độ khối lượng ωρ, kg/m 2 s Theo kinh nghiệm đối với bộ quá nhiệt cấp II ωρ = 500÷1200 kg/m 2 s Chọn ωρ = 600 kg/m 2 s

Tiết diện cho hơi đi qua : f D

Mỗi cấp của bộ quá nhiệt được chia thành hai phần theo chiều rộng của đường khói Hơi nước thoát ra từ bộ quá nhiệt cấp I sẽ được chuyển sang phần đối diện của bộ quá nhiệt cấp II.

Chiều cao của đường khói trong lò hơi, thường dao động từ 3 đến 5 mét, là yếu tố quyết định tốc độ khói do chiều rộng của lò hơi là cố định Theo hình vẽ kích thước buồng lửa, chiều cao trung bình của đường khói được xác định là 3,87 mét.