KHÓA LUẬN tốt NGHIỆP đại học CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH TÍNH TOÁN THIẾT kế lò hơi CHO NHÀ máy ĐƯỜNG AN KHÊ – GIA LAI

Tổng quan về nhiên liệu đốt

1.1.1 Tổng quan về năng lượng của nhiên liệu:

Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế-xã hội của các quốc gia Con người đang áp dụng công nghệ để khám phá và phát triển các nguồn năng lượng mới, nhằm giảm thiểu việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên có hạn như dầu mỏ và khí đốt Điều này không chỉ giúp bảo vệ tài nguyên mà còn giảm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống Nhiều nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, và đặc biệt là năng lượng sinh khối đang được khai thác và sử dụng rộng rãi tại Việt Nam Những nguồn năng lượng này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn đảm bảo sự ổn định cho sự phát triển bền vững của nền kinh tế Việt Nam.

Năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng tái tạo, sử dụng nhiên liệu từ cây công nghiệp và phế phẩm nông nghiệp như trấu, vỏ cà phê, gỗ vụn và củi Trong số đó, bã mía nổi bật với hiệu quả năng suất cao, tác động môi trường thấp và chi phí thấp Nguồn năng lượng này được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các lò hơi, như tại Nhà máy đường An Khê-Gia Lai, nơi phát triển mạnh mẽ nhờ vào bã mía.

Khái niệm "chất thải thành của cải" thông qua việc chuyển đổi sinh khối có giá trị thấp thành các sản phẩm giá trị gia tăng đang thu hút sự chú ý của giới học thuật và doanh nghiệp Malaysia, với khí hậu nhiệt đới và ngành nông nghiệp phong phú, sở hữu nguồn tài nguyên sinh khối dồi dào từ rừng mưa nhiệt đới, nhưng phần lớn vẫn chưa được khai thác Việc áp dụng các công nghệ chuyển đổi nhiệt hóa để biến đổi chất thải thành của cải sinh khối không chỉ mang lại tiềm năng kinh tế cao mà còn đặt ra thách thức cho việc phân vùng thương mại trong nước.

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước:

Bài báo này đánh giá tình trạng trưởng thành của bốn công nghệ chuyển đổi nhiệt hóa tiềm năng ở Malaysia, bao gồm khí hóa, nhiệt phân, hóa lỏng và xử lý nước Nó cũng xem xét sự phát triển công nghệ sinh khối tại Malaysia so với tiến độ toàn cầu, đồng thời nhấn mạnh những thách thức trong việc thương mại hóa các công nghệ xanh này Liên đoàn Công nghiệp Sinh khối Malaysia (MBIC) ước tính có khoảng 96,54 triệu tấn sinh khối hàng năm, với khả năng tạo ra giá trị kinh tế khoảng 4,4 tỷ USD nếu tiếp cận 30% và tạo giá trị RM500 mỗi tấn Việc khai thác 25 triệu tấn sinh khối cọ dự kiến sẽ tạo ra 66.000 việc làm mới và tăng công suất năng lượng tái tạo lên 2080 MW vào năm 2020 Trong bối cảnh này, sinh khối chiếm 38% thị phần, vượt qua quang điện mặt trời, theo báo cáo của Cơ quan Phát triển.

Sản xuất sinh khối cọ ở Malaysia đã tăng trưởng mạnh mẽ trong suốt 10 năm qua, với dự báo đạt sản lượng N100 M t/y trong tương lai gần (SEDA, EPU, 2015; Rizal và cộng sự) Xu hướng này không chỉ phản ánh sự phát triển bền vững mà còn khẳng định vai trò quan trọng của ngành công nghiệp sinh khối cọ trong nền kinh tế quốc gia.

Năm 2018, nghiên cứu về tiềm năng của khối lượng sinh học cho thấy có cơ hội kinh doanh lớn cho sự phát triển ngành công nghiệp sinh khối tại Malaysia (MiGHT, 2013; Lam và cộng sự, 2013; MGCC, 2017) Bài viết "Tổng quan về công nghệ chuyển đổi nhiệt hóa sinh khối ở Malaysia" của Yi Herng Chan và các đồng nghiệp đã chỉ ra những triển vọng này.

1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước: Ở việt nam công nghệ hóa sinh khối vẫn còn khá mới mẻ Trong khi đó nguồn nguyên liệu với trữ lượng koorng lồ này lên đến hơn 160 triệu tấn mỗi năm [5] Nguồn sinh khối tiềm năng ở Việt Nam bao gồm các nhóm: oPhế phụ phẩm trồng trọt: trấu, rơm, rạ, bã mía, thân ngô, cây công nghiệp (sắn, cao su, dừa…), hạt các loại (lạc, macca, casava), cây ăn quả… oPhế phụ phẩm lâm nghiệp: giấy vụn, vụn gỗ…; oPhế phụ phẩm chăn nuôi: phân từ trại chăn nuôi gia súc, gia cầm; oVà chất thải rắn đô thị.

Hình 1.1 Mô phỏng quan hệ sinh khối

Theo dự báo, tổng tiềm năng lý thuyết nguồn điện sinh khối tại Việt Nam sẽ đạt khoảng 113 triệu MWh vào năm 2030 và 120 triệu MWh vào năm 2050 Tốc độ tăng trưởng tiềm năng này ước tính đạt khoảng 1,9% mỗi năm cho giai đoạn đến năm 2030 và khoảng 0,6% mỗi năm cho giai đoạn 2030-2050.

Tiềm năng kỹ thuật của nguồn điện sinh khối ở Việt Nam bị hạn chế bởi các yếu tố khai thác vùng miền Dự báo, tổng tiềm năng kỹ thuật nguồn điện sinh khối sẽ đạt 75,5 triệu MWh vào năm 2030 và tăng lên 82,17 triệu MWh vào năm 2050.

Hình 1.2 Bản đồ thông tin sinh khối Việt Nam

Bản đồ thông tin sinh khối Việt Nam cho thấy sự khác biệt giữa tiềm năng lý thuyết và tiềm năng kỹ thuật của phế phụ phẩm trồng trọt Tiềm năng lý thuyết được thể hiện ở bên trái, trong khi tiềm năng kỹ thuật nằm ở bên phải Các tính toán đã xem xét một số giới hạn khai thác, bao gồm sự đồng thuận của nông dân trong việc bán phế phụ phẩm và chỉ tính lượng phế phụ phẩm còn lại sau khi đã sử dụng cho các mục đích khác.

Để công nghiệp hóa nguồn năng lượng tái tạo vô tận, chúng tôi đã chọn thực hiện đồ án lò hơi sử dụng nguyên liệu sinh khối, cụ thể là bã mía.

1.1.4 Sinh khối và môi trường:

Sinh khối hấp thụ CO2 trong quá trình phát triển và chỉ thải ra một lượng CO2 rất nhỏ khi bị đốt cháy, góp phần giảm hiệu ứng nhà kính Hơn nữa, năng lượng sinh khối không chứa lưu huỳnh và khi đốt chỉ sinh ra một lượng nhỏ CO, không tạo ra chất độc hại Do đó, việc sử dụng năng lượng sinh khối sẽ cải thiện mục tiêu giảm ô nhiễm không khí so với năng lượng từ xăng dầu.

Bảng 1.1 Sự sắp xếp nguyên tố và giá trị gia nhiệt của các loại nhiên liệu khác nhau

Nhiên liệu C H O N S Ash Giá trị gia nhiệt

Wt% MJ/dry- kg Than

Giới thiệu về lò hơi

Nồi hơi (lò hơi) là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp, sử dụng nhiên liệu như than, củi, trấu và giấy vụn để đun sôi nước, tạo ra hơi nước mang nhiệt phục vụ cho nhiều ứng dụng như giặt là, sấy gỗ và khách sạn Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, nồi hơi có thể sản xuất hơi nước với nhiệt độ và áp suất phù hợp Để vận chuyển năng lượng này, các ống chuyên dụng chịu nhiệt và áp suất cao được sử dụng Một điểm đặc biệt của nồi hơi là khả năng cung cấp nguồn năng lượng an toàn, không gây cháy, thích hợp cho việc vận hành thiết bị ở những nơi cấm lửa và nguồn điện, như kho xăng dầu.

Lò hơi hoạt động bằng cách chuyển đổi nhiệt lượng từ nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi nước, cung cấp cho các quy trình sản xuất công nghiệp như sấy, rửa thiết bị, và cung cấp nhiệt cho các ngành dệt, sản xuất đường, hóa chất, rượu bia và nước giải khát Hơi nước trong trường hợp này được gọi là hơi bão hòa (Saturated Steam) Ngoài ra, trong các nhà máy nhiệt điện, hơi nước được sử dụng để vận hành tuabin và máy phát điện, được gọi là hơi quá nhiệt (Superheated Steam).

Hình 1.3 Lò hơi ghi có hai ba-long

1.2.1 Thành phần cơ bản của lò hơi

- Bộ phận sử dụng hơi

- Bể cấp nước cho lò hơi

- Hệ thống đường ống dẫn hơi và nước

- Thiết bị điều khiển và van công nghiệp hơi nóng.

-Tùy theo mục đích sử dụng mà cấu tạo lò hơi có thể khác nhau Vì vậy phân loại chúng cũng khác nhau

Theo chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa, có các loại lò ghi như lò ghi thủ công (ghi cố định), lò ghi nửa cơ khí và lò ghi cơ khí Ngoài ra, còn có lò phun đốt sử dụng nhiên liệu lỏng hoặc khí.

-Theo chế độ tuần hoàn của nước gồm các loại: tuần hoàn tự nhiên, đối lưu cưỡng bức, đối lưu tự nhiên

-Theo lịch sử phát triển lò có các loại: kiểu bình, ống lò, ống lửa, ống nước

-Theo thông số hay công suất của lò có: lò hơi công suất thấp, trung bình, cao, siêu cao,…

-Theo công dụng có: lò hơi tĩnh lại, lò hơi nửa di động và di động, lò hơi cho công nghiệp, lò hơi cho phát điện

1.2.3 Nguyên lí hoạt động của lò hơi

Lò hơi có vẻ phức tạp với nhiều thiết bị, nhưng nguyên lý hoạt động của nó lại rất đơn giản Quá trình này chủ yếu dựa vào việc tạo ra nhiệt lượng từ việc đốt cháy nhiên liệu, sau đó nhiệt lượng này được sử dụng để gia nhiệt nước, biến thành hơi nước Nước cấp được bơm liên tục từ bể chứa vào nồi hơi để duy trì quy trình.

1.2.4 Ưu và nhược điểm của nồi hơi

-Sử dụng nguồn nhiên liệu than, củi, trấu, giấy vụn nên có thể tiết kiệm được những nguồn tài nguyên bị bỏ phí

-Tạo ra nguồn năng lượng an toàn, không gây cháy để vận hành các thiết bị hoặc động cơ ở nơi cấm lửa và nguồn điện (các kho xăng, dầu, )

-Có thể điều chỉnh, cài đặt được mức nhiệt và áp suất nhiệt phù hợp cho từng ngành nghề và lĩnh vực

Lò hơi đáp ứng nhu cầu sử dụng nhiệt lớn của nhiều ngành công nghiệp, đồng thời quá trình vận hành của nó diễn ra êm ái, không gây ra tiếng ồn, mang lại hiệu quả cao và sự thoải mái cho người sử dụng.

-Có nhiều chủng loại để đáp ứng mọi nhu cầu sử dụng

-Việc lắp đặt nồi hơi cần có không gian và diện tích rất lớn

-Trong quá trình sử dụng tạo ra nhiệt lượng và áp suất rất lớn nên dễ phát sinh tình trạng cháy, nổ

-Khi sử dụng nguyên liệu đốt sinh nhiệt có thể sản sinh ra khói, bụi gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

1.2.5 Lò hơi ghi tĩnh Đây là công nghệ đốt trên mặt ghi cố định, đưa nhiên liệu vào trong buồng lửa bằng phương pháp thủ công Nhiên liệu được đưa qua cửa lò vào ghi, nhiên liệu mới đưa vào nằm trên lớp nhiên liệu cũ đang cháy Không khí cung cấp cho quá trình cháy được thổi từ gầm ghi lên qua lớp tro xỉ, được gia nhiệt tới một nhiệt độ nhất định, đồng thời có tác dụng làm cho một ít cốc chưa cháy hết trong xỉ tiếp tục cháy hết Sau đó không khí đã nóng sẽ cung cấp ô xy cho lớp cốc đang cháy Buồng lửa ghi tĩnh làm việc với nhiều loại nhiên liệu có kích cỡ khác nhau, đặc biệt là kích cỡ Nhiên liệu được cấp vào buồng đốt bằng thủ công, và nhờ gió cấp dưới ghi, nhiên liệu sẽ được đốt cháy trên ghi tỏa ra năng lượng cung cấp cho các chùm ống sinh hơi.

Hình 1.4 Lò hơi ghi đốt bã mía

*Tại sao nồi hơi ghi tĩnh lại phổ biến như vậy?

Lò hơi ghi tĩnh được ưa chuộng nhờ vào những đặc điểm nổi bật, giúp người dùng dễ dàng nhận thấy tính hiệu quả và ứng dụng rộng rãi của loại lò hơi này Bên cạnh đó, còn có nhiều đặc điểm khác đáng chú ý.

- Thiết kế đơn giản và dễ vận hành, bảo trì

- Sử dụng được cho nhiều loại nguyên liệu

- Buồng đốt cho hiệu suất cao

- Độ tiêu hao nhiên liệu thấp

- Các hệ thống đi kèm đạt tiêu chuẩn quốc tế

Lò hơi ghi tĩnh có khả năng đốt các loại nhiên liệu có kích thước lớn và không đồng đều, cho phép người sử dụng linh hoạt trong việc đốt kết hợp hoặc riêng lẻ từng loại nhiên liệu.

-Lò hơi nhỏ gọn,chiếm ít không gian

-Lò hơi ghi tĩnh vận hành đơn giản, dễ dàng bảo trì bảo dưỡng.

-Lò vận hành thủ công, mất nhiều nhân công vận hành

-Hiệu suất lò hơi thấp

Thông số cho biết

C lv H lv O 2 lv N 2 lv S lv A lv W lv

Sản lượng định mức của lò hơi: D dm = 70 T/h

Nhiệt độ hơi đầu ra của bộ quá nhiệt: t qn = 440  C

Nhiệt độ nước cấp: t nc = 230  C Áp suất của hơi ở đầu ra của bộ quá nhiệt: p qn = 42 bar Áp suất của nước cấp: p nc 50bar

Loại nhiên liệu đốt: Bã mía

Xác định sơ bộ dạng lò hơi

2.2.1 Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa

Lò hơi có công suất 70 T/h sử dụng nhiên liệu rắn, do đó phù hợp với loại lò hơi buồng lửa ghi Với độ tro không cao và lượng chất bốc vừa phải, phương pháp thải xỉ khô được lựa chọn, giúp giảm tổn thất nhiệt và nâng cao hiệu suất của lò hơi.

Lò hơi bố trí theo kiểu chữ Π là lựa chọn phổ biến nhất hiện nay, với các thiết bị nặng như quạt khói, quạt gió, bộ khử bụi và ống khói được lắp đặt ở vị trí thấp nhất.

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

A) Dạng cấu trúc của pheston

Kích thước cụ thể của pheston sẽ được xác định sau khi đã xác định cụ thể cấu tạo của buồng lửa và các cụm ống xung quanh nó.

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (trước cụm pheston) được chọn theo tài liệu [2]

B) Dạng cấu trúc của bộ quá nhiệt

Chọn phương án có sử dung bộ quá nhiệt trung gian.

C) Bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí

Buồng lửa sử dụng dầu nhiên liệu để tạo ra nhiệt, do đó nhiệt độ không khí nóng chỉ cần từ 25 đến 250°C Vì vậy, nên chọn BHN và BSKK ở một cấp độ BHN hấp thụ nhiệt lượng nhiều hơn nước, giúp làm mát các ống bên trong, vì vậy cần đặt BHN trước BSKK, tức là ở khu vực khói có nhiệt độ cao hơn.

Dùng buồng đốt ghi thải xỉ khô nên đáy làm lạnh tro có dạng hình phểu, cạnh bên nghiêng so với mặt phẳng ngang một góc bằng 55 o

Nhiệt độ khói và không khí

2.3.1 Nhiệt độ khói thát ra khỏi lò θth

Dựa vào bảng 1.1, Tài liệu [6], với nhiên liệu rẻ tiền, chọn được  th 0  C

Nhờ đó nếu sau này sử dụng nhiên liệu đắt tiền, chất lượng cao thì lò hơi vẫn hoạt động tốt

2.3.2 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa   bl

Chọn nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa khoảng 900  C trích dẫn

2.3.3 Nhiệt độ không khí nóng

Buồng lửa ghi thải xỉ khô dùng không khí làm môi chất sấy, với nhiên liệu đốt là bã mía nên nhiệt độ không khí nóng trong khoảng 25 250  C[6]

1- Bao hơi 8 - Dàn ống sinh hơi

2- Bộ pheston 9 - Đường khói thải

3- Bộ quá nhiệt cấp II 10 - Ghi lò

4- Bộ giảm ôn 11 - Phễu nhiên liệu

5- Bộ quá nhiệt cấp I 12 - Xyclo

7- Bộ sấy không khí cấp

Tính thể tích

2.4.1 Tính thể tích không khí lý thuyết

Thể tích không khí lý thuyết của nhiên liệu rắn được tính

2.4.2 Tính thể tích sản phẩm cháy

Khi quá trình cháy diễn ra hoàn toàn, sản phẩm cháy chủ yếu là các khí như CO2, SO2, N2, O2 và H2O Đặc biệt, thể tích của các khí ba nguyên tử như CO2 và SO2 có khả năng bức xạ mạnh, được ký hiệu là VRO2 = VCO2 + VSO2 Trong lý thuyết, hệ số không khí thừa α được tính là 1, nhưng thực tế, quá trình cháy thường xảy ra với hệ số không khí thừa α lớn hơn 1.

2.4.3 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết

Thể tích khí 3 nguyên tử lý thuyết:

100.0 = 1,615932 m tc kg 3 /Lượng hơi nước lý thuyết trong khói

Thể tích khói khô lý thuyết

Tổng thể tích khói lý thuyết

2.4.4 Thể tích sản phẩm cháy thực tế

Thể tích sản phẩm cháy thực tế được tính dựa trên thể tích sản phẩm cháy lý thuyết.

Thể tích sản phẩm cháy:

Entanpy không khí khô lý thuyết:

Nhiệt độ khói thải ra khỏi lò: t kt 140C

Tra bảng nhiệt dung riêng trang 280 sách lò hơi và mạng nhiệt, nội suy:

Entanpi của khói thải lý thuyết:

Nhiệt dung riêng của CO H O O N SO 2, 2 , 2, 2, 2 được tính theo công thức thực nghiệm ở bảng 8 tài liệu [1].

Entanpy khói thải thực tế:

5,5367  Nồng độ tro bay theo khói

Bảng 2.1 Kết quả tính toán entanpy t C  I kk 0  kJ kg /  I k 0  kJ kg /  I k  kJ kg / 

Xác định hệ số không khí thừa

Hệ số không khí thừa ra khỏi buồng lửa được chọn theo tài liệu, với giá trị α = 1,35 cho buồng lửa ghi thải xỉ khô Lượng không khí lọt vào trong đường khói được xác định theo bảng 10-3 trong tài liệu.

Bảng 2.2: Giá trị lượng không khí lọt vào đường khói Δα

Bộ sấy không khí 0,05 Ống dẫn khói bằng thép 0,01

2.5.1 Lập bảng đặc tính thể tích của không khí

-Hệ số không khí thừa ở cửa ra buồng lửa  bl '' =1,35

Hệ số không khí thừa tại các vị trí tiếp theo được tính bằng tổng hệ số không khí thừa của buồng lửa và lượng không khí lọt vào đường khói giữa buồng lửa với tiết diện đang xem xét Δα Do đó, hệ số không khí thừa đầu ra α” được xác định theo công thức α” = α’ + Δα.

Bảng 2.3: Bảng hệ số không khí thừa

STT Tên bề mặt đốt Hệ số không khí thừa Đầu vào α’ Đầu ra α”

9 Ống dẫn khói bằng thép 1,47 1,48

Lượng không khí ra khỏi bộ sấy không khí

 D  D     Δα0: lượng không khí lọt vào buồng lửa, Δ  0 = 0,1; Δαn: lượng không khí lọt vào hệ thống nghiền, Δ  n = 0.

Cân bằng nhiệt lò hơi

2.6.1 Lượng nhiệt đưa vào lò hơi

Lượng nhiệt đưa vào lò hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu rắn xác định theo công thức

Q dv = Q t lv + Q kk n + Q nl + Q ph − Q d , kJ/kg

Q t : nhiệt trị thấp của nhiên liệu n

Nhiệt lượng do không khí nóng mang vào, ký hiệu là Q kk, được xác định khi không khí được sấy nóng bằng nguồn nhiệt bên ngoài Trong trường hợp không khí được lấy từ bộ sấy không khí của lò, giá trị của Q kk n sẽ bằng 0.

Q nl = C nl t nl là nhiệt vật lý của nhiên liệu đưa vào.Vì không có sấy bằng nguồn nhiệt bên ngoài nên có thể bỏ qua Q nl = 0

Q ph : nhiệt lượng do dùng hơi phun nhiên liệu vào lò.

Nhiệt lượng phân hủy khi đốt đá dầu (Q d) trong lò đốt than bột là 0, do đó Q ph cũng bằng 0 Đối với các lò hơi đốt bã mía không sử dụng nguồn nhiệt bên ngoài để sấy không khí, lượng nhiệt cung cấp gần như tương đương với nhiệt trị thấp của nhiên liệu.

Xác định các tổn thất nhiệt lò hơi

2.7.1 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra

Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài Q 2 hoặc q 2 được xác định theo công thức

I th = I th 0 ( th 1) I kkl 0 I tro là entanpi khói thải Với nhiệt độ khói thải  th = 140 ºC đã chọn có I th 0 = 374,26548 kJ/kg.

Với nhiệt độ  kkl = 30 ºC đã chọn:

I kkl =  th I kkl 0 là entanpi không khí lạnh vào lò

Hệ số thành phần cháy:

2.7.2.Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học

Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q 3 11,99 q 2 11,99 4 7,99  %

2.7.3 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học

Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học q 4 = 6,34%.

2.7.4 Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh

Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh Q5 hoặc q5 = 1,26%

2.7.5 Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài

Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài Q 6 hoặc q 6 = 1,26%

Lượng nhiệt sử dụng có ích

Lượng nhiệt sử dụng hữu ích Q 1 trong lò được xác định bằng công thức

Q hi = D qn ( i qn - i nc ), kJ/h

Sản lượng hơi quá nhiệt D qn là 70 T/h, với entanpi i qn được tra cứu từ bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt tại t qn = 440 ºC và p qn = 42 bar, cho giá trị i qn = 3383,5688 kJ/kg Đồng thời, entanpi của nước cấp i nc được tra cứu từ bảng nước và hơi bão hòa tại t nc = 230 ºC, với giá trị i nc = 990,4 kJ/kg.

Lượng nhiệt sử dụng có ích tính cho 1kg nhiên liệu

Hiệu suất lò hơi và lượng tiêu hao nhiên liệu

2.9.1 Hiệu suất nhiệt lò hơi

Hiệu suất nhiệt lò hơi η được xác định bằng công thức η = 100  ( q 2  q 3  q 4  q 5  q 6 ) , %

2.9.2 Lượng tiêu hao nhiên liệu của lò

Lượng tiêu hao nhiên liệu của lò B được xác định bằng công thức

3.4.3 Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán của lò Để xác định tổng thể tích sản phẩm cháy và không khí chuyển dời qua toàn bộ lò hơi và nhiệt lượng chứa trong chúng người ta sử dụng đại lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán

Xác định kích thước hình học của buồng lửa

3.1.1 Xác định thể tích buồng lửa

Sau khi tính toán nhiên liệu, chúng ta xác định được lượng tiêu hao và lựa chọn nhiệt thế thể tích cho buồng lửa, từ đó tính được thể tích buồng lửa của lò hơi Theo bảng 4.6 tài liệu [5], với buồng lửa thải xỉ khô, giá trị qv dao động từ 291 đến 466 kW/m³ Để tối ưu hóa các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, chúng ta chọn qv = 300 kW/m³, từ đó tìm ra thể tích buồng lửa cần thiết.

Với B tt = 28790,3 kg/h là lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán; lv

Q t = 6885,3848 kJ/kg là nhiệt trị thấp của nhiên liệu.

3.1.2 Xác định chiều cao buồng lửa

Chiều cao buồng lửa được xác định để đảm bảo ngọn lửa đủ dài, giúp nhiên liệu cháy hoàn toàn trước khi thoát ra khỏi buồng Điều này đặc biệt quan trọng đối với buồng lửa ghi đốt có công suất lớn.

D = 70 T/h thì chiều dài ngọn lửa được chọn l nl = 12m Khi đó chọn chiều cao buồng lửa khoảng H = 13m.

Diện tích tiết diện ngang của buồng lửa:

3.1.3 Xác định kính thước các cạnh của tiết diện ngang buồng lửa

Diện tích tiết diện ngang buồng lửa được chọn:

Chiều rộng và độ sâu của buồng lửa được xác định dựa trên loại vòi cấp nhiên liệu và cách bố trí của chúng, nhằm ngăn chặn ngọn lửa văng tới tường đối diện Cần xem xét yêu cầu chiều dài bao hơi để đảm bảo phân ly hơi và tốc độ hơi trong bộ quá nhiệt, đồng thời đảm bảo nhiệt thế cho chiều rộng buồng lửa.

Tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu của lò: a/b = 0,68

3.1.4 Chọn loại, số lượng vòi cấp nhiên liệu và cách bố trí

Chọn loại vòi cấp nhiên liệu phù hợp đốt bã mía Với sản lượng hơi 70 t/h, chọn số lượng vòi cấp nhiên liệu là một, bố trí ở tường trước.

Các kích thước cơ bản lắp ráp với lò ghi đốt bã mía thải xỉ khô

- Từ trục vòi cấp đến mép phiễu thải tro xỉ bằng 2m.

- Từ trục vòi phun đến mép tường bằng 1m.

3.1.5 Các kích thước hình học của buồng lửa

Chiều dài ngọn lửa: l nl = l 1  l 2  l 3 = 12 m.

Ta tính các diện tích của hình nhỏ

Diện tích tường trước Ft a l

Diện tích tường sau Fs a l

Diện tích xung quanh buồng lửa xq 2 b t s

Thể tích buồng lửa theo hình vẽ có sai số rất nhỏ so với thể tích đã tính toán, do đó, chúng tôi quyết định sử dụng các thông số kích thước buồng lửa từ hình vẽ.

3.1.6 Hệ số trong buồng lửa:

M: hệ số kể đến vị trí tương đối của tâm ngọn lửa theo chiều cao của buồng lửa

A,B lấy theo tài liệu [10]: 0,52; 0,3 x có thể lấy = 0,5 (buồng lửa ghi)

M     Độ đen của buồng lửa:

 F là tỷ số giữa diện tích ghi lò với diện tích vách tường buồng lửa

Chọn loại ghi tấm với chiều dài tấm 1500mm, chiều rộng tấm 250mm, ta có 3 tấm ghi ghép lại:

    Độ đen của ngọn lửa:

1 ksp a nl   e  p : áp suất trong buồng lửa p  0,1 MPa k là hệ số làm yếu bức xạ bởi môi trường buồng lửa.

Hệ số làm yếu bức xạ bởi môi trường khói:

       s: chiều dày hiệu quả của lớp bức xạ trong buồng lửa

Hệ số làm yếu bức xạ do các hạt tro bay:

430 k tr tr tr bl tr k T d

Chọn đường kính tro chọn bằng 20  m

 k : là khối lượng riêng của khói  k =1,3 kg/m3

Hệ số làm yếu bức xạ bởi các hạt cốc đang cháy: k c là hệ số làm yếu bức xạ của các hạt cốc, thường k c 10

1, 2 x x là hệ số kể đến ảnh hưởng của nồng độ các hạt cốc có trong ngọn lửa

1 2 2,35 2,34 10 0,5 0,03 4,84 k k tr tr c k k r k  k x x       Độ đen ngọn lửa: a nl  1 e  ksp  1 e  4,84.2,927.0,10, 76 Độ đen buồng lửa:

3.1.7 Các đặc tính của buồng lửa:

100 lv ng bl th kkn kk ktth q q q

Q Q - nhiệt trị thấp của nhiên liệu làm việc, kJ kg /

Q kkn - nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa, kJ kg /

  0   0 kkn bl bl ng kkn bl ng kkl

Với: D bl và D ng là lượng lọt không khí vào buồng lửa và hệ thống nghiền than.

Cp kkn - là nhiệt dung riêng của không khí nóng ở nhiệt độ 185  C

Q ng  kJ kg/ rI ktth -là nhiệt lượng của khói tái tuần hoàn mang vào buồng lửa, chỉ kể đến khi có trích

1 phần khói ở đường khói đuôi lò đưa về buồng lửa, kJ/kg, rI ktth 0 kJ kg /

 Nhiệt độ cháy đoạn nhiệt (nhiệt độ cháy lý thuyết) θa được xác định theo Q bl I k từ bảng nội suy ta có:   a 1150,7  C

Entanpi của khói ở đầu ra buồng lửa:   bl 900  C(Cement and Concrete Research 39 (2009)) Theo bảng được giá trị như sau: I bl  5195,68kJ/kg

Entanpy của khói sau buồng lửa:

Nhiệt lượng hấp thu riêng trong buồng lửa: Q bx    Q bl  I bl  

Với φ là hệ số giữ nhiệt, kể đến phần nhiệt lượng của khói được bề mặt đốt hấp thu:

Dàn ống sinh hơi

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

Chọn bước ống s = 90mm, đường kính ống d = 76mm, khoảng cách từ tâm ống đến tường bên e = 32mm, khoảng cách từ tâm ống đến tường trước, sau là e’= 37mm.

Hệ số góc của tường dàn ống:

Ta tìm được hệ số góc bức xạ tường dàn ống là: x = 1- 0,2(s/d-1) = 1 – 0,2(1,18-1) = 0,964.

Số ống ở tường trước và sau là

Số ống ở mỗi tường bên là

Diện tích bề mặt bức xạ:

Bảng 3.1: Đặc tính cấu tạo của dàn ống sinh hơi

STT Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Tường trước

1 Đường kính ngoài của ống d mm 76 76 76 76

4 Khoảng cách từ tâm ống đến tường e mm 32 32 32 32

5 Diện tích bề mặt bức xạ

6 Hệ số bức xạ hữu hiệu x i 0,975 0,975 0,975 0,975

8 Tổng diện tích bề mặt bức xạ hữu hiệu

Đặc tính cấu tạo

Dãy ống pheston được tạo thành từ dàn ống sinh hơi ở tường sau buồng lửa, nằm ở đầu ra của buồng lửa với nhiệt độ cao Để tránh hiện tượng đóng xỉ, các ống được bố trí thưa ra Việc chọn bước ống tuân theo tiêu chuẩn và được sắp xếp so le nhằm giảm độ bám bẩn Dàn ống được chia thành 4 cụm.

4   lấy 9 ống mỗi cụm Bước ống ngang: 200mm

Bảng 4.1: Đặc tính cấu tạo dãy PHESTON stt Tên các đại lượng

1 Đường kính mỗi ống d mm 76 76 76 76

3 Bước ống ngang tương đối s 1 d 2,63 2,63 2,63 2,63

5 Bước ống dọc tương đối s 2 d 1,97 1,97 1,97 1,97

8 Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ khói

9 Hệ số góc mỗi dãy ống

10 Diện tích bề mặt mỗi dãy

11 Tổng diện tích bề mặt pheston

H p m 2 Công thức Thay số Kết quả

14 Diện tích chịu nhiệt bề mặt bức xạ bx

15 Diện tích bề mặt chịu nhiệt đối lưu dl

16 Chiều dài tiết diện ngang đường khói

19 Chiều rộng đường khói đi a p m Thiết kế 3,1

20 Tiết diện đường khói đi

Tiết diện trung bình đường khói đi

Bảng 4.2 Tính truyền nhiệt cụm pheston

STT Tên thông số Ký hiệu Đơn vị

1 Nhiệt độ khói sau buồng lửa

2 Nhiệt độ sau pheston   ph  C    bl  30 60   C 927,4

3 Nhiệt độ khói trung bình

4 Entanpy của khói sau buồng lửa

5 Entanpy của khói sau pheston I ph  kJ kg 5372,22

Lượng nhiệt khói truyền đi trên 1kg nhiên liệu

Q cb kJ kg Q cb  D  I ph  D  ph I kkl   190,25

8 Nhiệt độ bão hoà ở cụm pheston t bh  C Tra bảng nước và hơi nước bão hoà với pBbar

9 Tỷ số chênh lệch nhiệt độ trung bình

10 Tốc độ trung bình của khói qua pheston[7]

11 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưa

12 Hệ số làm yếu bức xạ bởi khí 3 nguyên tử k r k k

13 Hệ số làm yếu bức xạ bởi tro tr tr k 

14 Hệ số làm yếu bức xạ k k r r r k tr  tr 4,41

15 Độ đen của khói a k 1 e  ksp 0,725

16 Nhiệt độ vách ống t v  C t bh 80 333,22

17 Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ

18 Hệ số truyền nhiệt từ khói đến vách ống

, 0,75 k     Đối với nhiên liệu rắn[6]

20 Hiệu số nhiệt độ D t 1  C D t 1  tb  t v 609,18 giữa khói và vách ống

21 Hiệu số nhiệt độ giữa vách và hơi t 2

22 Độ chênh nhiệt độ trung bình t

23 Diện tích bề mặt chịu nhiệt đối lưu và bức xạ

24 Lượng nhiệt bề mặt pheston hấp thụ

Q TN kJ kg TN tt 10 3

Tính nhiệt dãy pheston

Áp dụng quy tắc 3 điểm tìm nhiệt độ ra của pheston  " ph = 910  C tương ứng với I ph = I ph  5260,109 kJ kg/

Nhiệt lượng hấp thụ đối lưu của bộ pheston Q ph dl là: dl

Q ph =  I bl   I ph   0,9843 5565,503 5260,109    300,59 kJ kg/

Phân phối nhiệt lượng cho các bề mặt đốt

4.3.1 Tổng lượng nhiệt hấp thụ hữu ích của lò

4.3.2 Tổng lượng nhiệt hấp thụ bức xạ của dãy pheston tt bx bx ph bl bx ph B

Trong đó: y = 0,75 hệ số phân phối nhiệt không đồng đều. bx

4.3.3 Lượng nhiệt hấp thụ bằng bức xạ từ buồng lửa của bộ quá nhiệt II bx

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

Q sh = Q bl bx B tt  ( Q bx ph  Q qn bx 2 )

4.3.5 Tổng lượng nhiệt hấp thụ của dãy pheston

Q ph = Q B dl ph tt  Q bx ph

4.3.6 Nhiệt lượng hấp thu của bộ quá nhiệt cấp I:

Tra bảng hơi quá nhiệt: i  qn I 3063,63kJ kg/

4.3.7 Nhiệt lượng hấp thu của bộ quá nhiệt cấp II

Trong đó: i qn là entanpy của hơi sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt

4.3.8 Nhiệt lượng hấp thụ của bộ quá nhiệt

4.3.9 Nhiệt lượng hấp thu bằng đối lưu của bộ quá nhiệt

2 dl bx bqn qn bqn go

4.3.10 Tổng lượng nhiệt hấp thụ của bộ hâm nước

( sh bx ph qn hi hn Q Q Q Q

4.3.11 Độ sôi bộ hâm nước

Entanpi của nước cấp khi đi vào bộ hâm nước nc go nc hn i i i i   D  990, 4 kJ kg/

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

Như vậy lượng nhiệt cần cấp cho nước bốc hơi khi sôi Q ht lớn hơn nhiều so với

Q hn nên trong bộ hâm nước, nước chưa đạt trạng thái sôi

4.3.12 Tổng lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí

4.3.13 Nhiệt độ khói trước bộ sấy không khí cấp 2 :

Nhiệt độ khói trước bộ sấy cấp hai chọn sao cho tránh được hiện tượng ăn mòn ở nhiệt độ cao vì vậy phải nhỏ hơn 550

4.3.14 Nhiệt độ khói sau các bề mặt đốt

Nhiệt độ khói sau bộ quá nhiệt cấp II

II qn qn ph qn kkl tt

Tra bảng 2.1ta được  qn   II 786,07  C

Nhiệt độ khói sau bộ quá nhiệt cấp I

I II qn qn qn qn kkl tt

Nhiệt độ khói sau bộ hâm nước

I hn hn qn hn kkl tt

Nhiệt độ khói sau bộ sấy không khí

. skk skk hn skk kkl tt

Khi tính toán, chúng tôi nhận được kết quả  skk  137,86  C và I skk  754,46 kJ/kg Độ sai lệch so với thông số thiết kế ban đầu không vượt quá 10  C, điều này cho thấy thiết kế là hợp lý.

THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT

Thiết kế bộ quá nhiệt cấp II

Để ngăn chặn hiện tượng đóng xỉ trên bề mặt ống khi bộ quá nhiệt cấp II (BQN II) hoạt động ở nhiệt độ cao, việc lắp đặt các ống trước BQN II theo kiểu song song là cần thiết.

Bước ống ngang song song S1/d = 2,5÷ 3,5

Vật liệu chế tạo thép Cacbon, chọn  51mm bán kính uốn nhỏ nhất là 75mm Chọn tốc độ hơi trong bộ quá nhiệt cấp II  p  500 1200   kg m s / 2 

Sơ đồ bố trí bộ quá nhiệt

1 Bộ quá nhiệt cấp I 4 Ống góp ra bộ quá nhiệt cấp II

2 Bộ quá nhiệt cấp II 5 Bảo ôn

3 Ống góp ra bộ quá nhiệt cấp I

Bảng 5.1 Đặc tính cấu tạo BQN cấp 2

STT Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Công thức tính Kết quả Ghi chú

2 Đường kính trong ống t d mm Ống có chiều dày từ 3-

7 Số dãy ống dọc M dãy Thiết kế 8

10 Số ống trong mỗi dãy ngang Z ống 2

11 Tổng số ống trong bộ quá nhiệt cấp 2

12 Tốc độ khói  m s 2 / Chọn 14 Bảng

13 Chiều rộng buồng lửa a m Đã tính 3,1

14 Khoảng cách S v mm S v 0,5. a  Z1  S 1  530 từ tâm ống ngoài cùng đến vách

15 Hệ số góc dàn ống

16 Chiều dài ống dọc l m Thiết kế 1,8

Chiều dài ống ngang n l m Thiết kế 1

17 Diện tích trao đổi nhiệt của ống đứng d

Diện tích trao đổi nhiệt của ống ngang n

Tổng diện tích trao đổi nhiệt của bộ quá nhiệt cấp II

18 Chiều dày lớp bức xạ hữu hiệu

19 Chiều sâu cụm ống c l m Thiết kế 5

20 Chiều cao tiết diện vào đường khói h  m Thiết kế 2

21 Chiều cao tiết diện ra đường khói h  m Thiết kế 2

22 Tiết diện đầu vào cụm ống của đường khói

23 Tiết diện đầu ra cụm ống của đường khói

24 Tiết diện trung bình của đường khói đi trong bộ quá nhiệt cấp 2

Bảng 5.2 Tính nhiệt bộ quá nhiệt cấp 2

T Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Công thức Kết quả Ghi chú

1 Nhiệt độ khói trước bộ quá nhiệt cấp 2

2 Nhiệt độ khói sau bộ quá nhiệt cấp 2

3 Entanpy trước bộ quá nhiệt cấp 2

I qn kJ kg/ Tra bảng 5260,109

4 Entanpy của khói sau bộ quá nhiệt cấp 2

5 Lượng nhiệt do khói truyền cho bộ quá nhiệt cấp 2 dl II

Q qn k W  B I tt  qn  II  I qn  II  D  qn II I kkl  1 507,17

6 Lượng nhiệt hấp thu bức xạ của bộ quá nhiệt cấp 2 bx II

Q cb k W Q dl II qn Q bx II qn 1 758,76

9 Nhiệt độ hơi đầu ra

II t qn  C t qn   II t qn 440

II i qn kJ kg / II II cb II qn qn i i Q

12 Nhiệt độ hơi đầu vào

II t qn  C Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt tại qn 42 p  bar

13 Hiệu nhiệt độ giữa khói và hơi đầu vào t 1

14 Hiệu nhiệt độ giữa khói và hơi đầu ra t 2

15 Độ chênh nhiệt độ trung bình t

16 Nhiệt độ trung bình của khói tbII

II II qn qn tbII qn

17 Nhiệt độ trung bình của hơi tbII t qn  C

II II qn qn tbII qn t t t   

18 Thể tích riêng của hơi tb v m kg 3 / Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt tại

19 Tốc độ trung bình của hơi h

20 Tốc độ trung bình của khói đi [7] k

.3600. tbII tt kk qn tb II qn

21 Thành phần thể tích của hơi nước H O 2 r 2

23 Nồng độ tro bay theo khói

24 Hệ số truyền nhiệt đối lưu dl

 W m K/ 2 Tra toán đồ 12 tài liệu

25 Hệ số làm yếu bức xạ của khí 3 nguyên tử k k cm mkg 2 /

26 Hệ số làm yếu bức xạ bởi các hạt tro k tr cm m kg 2 /

27 Hệ số làm yếu bức xạ của khói k cm mkg 2 / k r k RO 2 k tr  tr 1 11,26

28 Hệ số bám bẩn  Toán đồ 8

29 Nhiệt độ của vách ống v t  C t tb qn 60 1 486,33

30 Độ đen của khói a k 1 e  kps 1 0,28

31 Hệ số toả nhiệt bức xạ bx

32 Hệ số trao đổi nhiệt từ khói đến vách

33 Hệ số toả nhiệt đối lưu từ ống đến hơi

1 99,67   0,75 Đối với nhiên liệu rắn, trang

35 Lượng nhiệt truyền theo tính toán tt II

2 1645,81 Áp dụng quy tắc 3 điểm để xác định nhiệt độ của khói sau bộ quá nhiệt cấp II

Theo đồ thị ta xác định được:  qn   II 890  C

Lượng nhiệt truyền bằng đối lưu

. dl II II II II l qn qn qn qn kk tt

Tổng nhiệt hấp thụ của BQN II

.Q II qn Q qn dl Q qn bx 1010,65 251,044 1261,69  kW

Entanpi hơi đầu vào BQN II

Thiết kế bộ quá nhiệt cấp I

Bộ quá nhiệt cấp I, nằm sau bộ quá nhiệt cấp II, có nhiệt độ thấp giúp giảm nguy cơ đóng xỉ trên ống Các ống xoắn thường được bố trí so le để tối ưu hóa hiệu suất Do vị trí của bộ quá nhiệt cấp I ở vùng có nhiệt độ khói thấp, việc sắp xếp so le không chỉ tăng cường trao đổi nhiệt mà còn đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Vật liệu làm thép cacbon, uốn gấp khúc nhiều lần đảm bảo đường khói cắt đường hơi nhiều lần Chọn   51mm Bán kính uốn nhỏ nhất là 70mm

Vì chiều rộng lò hơi cố định nên tốc độ khói sẽ do chiều cao quyết định Chiều cao đường khói ta chọn là 2m.

Bảng 5.3 đặc tính cấu tạo của bộ quá nhiệt cấp I STT Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Công thức Kết quả Ghi chú

2 Tiết diện lưu thông hơi f m 2

3 Số ống trong một dãy Z ống

6 Bước ống ngang tương đối

7 Bước ống dọc tương đối S 2 d

8 Chiều dày ống  mm Chọn

9 Khoảng cách  mm 0,5  a   Z  1  S  230 từ tâm ống ngoài đến tường bên

10 Hệ số góc dàn ống

12 Chiều dày lớp bức xạ hữu hiệu s m 1 2

14 Chiều cao của không gian trước và sau cụm bộ quá nhiệt cấp I

15 Chiều cao của một ống trong dãy dọc l t m 1,9

16 Chiều dãi mỗi ống xoắn chịu nhiệt l m 5

17 Tiết diện đầu vào cụm ống của đường khói

18 Tiết diện dầu ra cụm ống của đường khói

19 Tiết diện trung bình của đường khói đi trong cụm bộ quá nhiệt cấp I

20 Chiều dài một co uốn của dãy dọc l u m

Bảng 5.4 tính nhiệt bộ quá nhiệt cấp I STT Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Công thức Kết quả Ghi chú

1 Nhiệt độ hơi vào bộ quá nhiệt cấp1

2 Entanpy hơi vào bộ quá nhiệt cấp 1

I i qn kJ kg / Tra bảng nước và hơi nước bão hoà 1101,47

3 Nhiệt độ hơi ra khỏi bộ quá nhiệt cấp

4 Entanpy hơi ra khỏi bộ quá nhiệt cấp

I i qn kJ kg / Tra bảng hơi quá nhiệt 3236,77

5 Nhiệt độ khói vào bộ quá nhiệt cấp 1

6 Nhiệt lượng hấp thu của bộ quá nhiệt cấp 1

7 Entanpy của khói vào bộ quá nhiệt cấp

I qn  kJ kg / Tra bảng entanpy 5131,72

8 Entanpy của khói ra khỏi bộ quá nhiệt cấp 1

II qn qn qn kkl tt

9 Nhiệt độ khói ra khỏi bộ quá nhiệt cấp

10 Nhiệt độ khói trung bình của bộ quá nhiệt tbI

11 Nhiệt độ trung bình của hơi tb I t qn  C 0,5  t qn  I  t qn  I  332,98

12 Tốc độ trung bình của khói

.3600. tbI tt kk qn tb I qn

13 Thành phần thể tích hơi nước trong khói

14 Phân thể tích các khí r RO 2 0,07

15 Nồng độ tro bay trong khói

16 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu  dl W / m K 2  dl  H C C C s z 

17 Thể tích riêng hơi nước v h m kg 3 / Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt với 0,073

18 Tốc độ trung bình của hơi trong bộ quá nhiệt cấp 1

19 Hệ số trao đổi nhiệt từ vách đến hơi

21 Độ chênh nhiệt độ ở đầu vào t 1

22 Độ chênh nhiệt độ ở đầu ra t 2

23 Độ chênh nhiệt độ trung bình t

24 Nhiệt độ vách ống t v  C t tb I qn 100  C 432,98

25 Hệ số làm yếu bức xạ bởi khí 3 nguyên tử k k 2

26 Độ đen của môi trường khói a k 1 e  ksp

27 Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ tt

28 Hệ số trao đổi nhiệt từ khói đến vách

30 Diện tích bề mặt truyền nhiệt tính toán t I

Số lượng ống dọc của bộ quá nhiệt cần thiết md ống tI qn t u

Tổng diện tích hấp thụ của bộ quá nhiệt cấp I

31 Độ sai lệch diện tích giữa thiết kế và tính toán e %

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.

Sử dụng ống thép trơn với đường kính 51 mm để chế tạo Để tối ưu hóa hiệu quả trao đổi nhiệt, cần bố trí hai dòng môi chất chuyển động ngược chiều, với khói đi từ trên xuống và nước đi từ dưới lên Đồng thời, nên sắp xếp các ống của bộ hâm theo kiểu sole.

+ 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 cần được lựa chọn để ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn Đối với bộ hâm nước kiểu chưa sôi, vận tốc tối thiểu không được nhỏ hơn 0,3 m/s.

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

Bảng 6.1 đặc tính cấu tạo của bộ hâm nước

STT Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị

1 Đường kính ngoài của ống d mm Chọn 51

2 Bước ống ngang S 1 mm Chọn 144

3 Bước ống dọc S 2 mm Chọn 76

4 Bước ống tương đối ngang

5 Bước ống tương đối dọc

6 Chiều rộng đường khói a m Thiết kế 3,1

7 Chiều sâu đường khói b m Thiết kế 3

8 Khoảng cách từ tâm ống đến vách ngoài cùng s v mm Chọn 50

9 Số ống trong mỗi dãy ngang n ống v

10 Số ống trong mỗi m d ống dãy dọc

11 Chiều dài một co uốn của dãy dọc l u m bằng 1,5 2 lần đường kính ống

12 Chiều dài của một ống trong dãy dọc l 0 m a l u  2.s v 2,94

13 Khoảng cách giữa hai cụm ống của bộ hâm nước l 1 m Chọn 0,096

14 Tiết diện đường khói đi

15 Tiết diện lưu thông hơi f m 2 2

17 Chiều cao của bộ hâm nước h m 1,5

18 Chiều dày bức xạ hữu hiệu s m

19 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của bộ hâm nước cấp

Bảng 6.2 Tính nhiệt bộ hâm nước

STT Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Công thức tính Kết quả

1 Nhiệt độ khói vào bộ hâm nước cấp

2 Entanpy của khói vào bộ hâm nước cấp

I hn  kJ kg/ Tra bảng entanpy 3892,80

3 Nhiệt độ của khói sau bộ hâm nước cấp

4 Nhiệt độ trung bình của khói tb

5 Lượng nhiệt do khói Q hn kW Đã tính ở chương 3 20307,09 truyền cho bộ hâm nước cấp

6 Nhiệt độ nước cấp đầu vào t hn   C Nhiệm vụ thiết kế 230

7 Entanpy của nước đầu vào i hn  kJ kg/ Đã tính ở chương 7 990,4

8 Entanpy của nước đầu ra i hn kJ kg/ hn hn i Q

9 Nhiệt độ của nước đầu ra t hn   C Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt

10 Hiệu nhiệt độ giữa khói đầu vào và nước đầu ra t 1

11 Hiệu nhiệt độ giữa khói đầu ra và nước đầu vào t 2

12 Độ chênh nhiệt độ trung bình

13 Nhiệt độ trung bình của khói tb

14 Nhiệt độ trung bình của nước tb t hn  C

15 Nhiệt độ vách bám tro t v  C t tb hn 100 334,36

17 Tốc độ trung bình của khói[7]

.3600. tb tt kk hn tb hn

18 Thành phần thể tích hơi nước trong khói

19 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử

20 Hệ số truyền nhiệt đối lưu

22 Hệ số toả nhiệt bức xạ  bx W m K / 2 Toán đồ 18 [6] 64

23 Hệ số trao đổi nhiệt từ  1 W m K / 2 204,53 khói đến vách

25 Diện tích bề mặt hấp thụ của

BHN theo tính toán tt

26 Diện tích hấp thu của

27 Số lượng ống trong một dãy dọc m d ống hn tt n hn

28 Tổng diện tích bề mặt hấp thu của dãy ống giữa 2 cụm

29 Diện tích bề mặt hấp thụ thực tế

30 Độ sai lệch giữa thiết kế và tính toán e % 100 tt hn hn tt hn

Sau khi tiến hành tính toán, chúng tôi nhận thấy rằng các thông số không có sự sai lệch lớn so với thiết kế ban đầu của các bộ phận truyền nhiệt Do đó, có thể sử dụng các kết quả đã tính toán cho các bộ phận này.

THIẾT KẾ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ

Bộ sấy không khí hoạt động ở nhiệt độ thấp dễ bị ăn mòn, vì vậy được chia thành 3 đoạn dọc theo đường khói Phần dưới cùng, có nguy cơ ăn mòn cao hơn, được tách riêng thành một đoạn khoảng 100mm để thuận tiện cho việc thay thế khi cần Bộ sấy không khí được chế tạo từ thép cacbon với đường kính 51mm.

Bảng 7.1 đặc tính cấu tạo của bộ sấy không khí

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

1 Đường kính ngoài của ống d mm Chọn 51 Đường kính trong dt mm Chọn 48

2 Bước ống ngang S 1 mm Chọn 110

3 Bước ống dọc S 2 mm Chọn 60

4 Bước ống tương đối ngang d

5 Bước ống tương đối dọc d

6 Đường kính ống trung bình d tb mm 0 , 5 ( d tr  d ng )

Số cụm ống theo chiều rộng đường khói n Cụm Chọn

Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng đến vách e mm Chọn

9 Số dãy ống ngang Z 1 Dãy 1

10 Chiều rộng mỗi cụm a mm Chọn 1500

11 Số dãy ống dọc Z 2 Dãy 1

12 Số ống trung bình mỗi cụm Z (2.Z 2 1).Z 1

13 Chiều rộng sâu cụm b m Chọn 3

Chiều cao của ống Đoạn trên Đoạn giữa Đoạn dưới l t l g l d m m m

15 Tiết diện khói đi qua

16 Chiều rộng đường khói A m Chọn 6

17 Tiết diện không khí đi Đoạn trên Đoạn giữa Đoạn dưới f t f g f d m 2 m 2 m 2

Diện tích bề mặt chịu nhiệt Đoạn trên Đoạn giữa Đoạn dưới

19 Tổng diện tích bề mặt chịu nhiệt H sI m 2 H t  H g  H d 2079,18

Bảng 7.2 Tính nhiệt bộ sấy không khí Stt Tên đại lượng

Công thức tính hay chọn Kết quả

1 Lượng nhiệt hấp thụ BSKK

4 Nhiệt độ khói trung bình tb

5 Nhiệt độ không khí đầu vào

BSKK t s  0 C Nhiệt độ môi trường 30

6 Nhiệt độ không khí đầu ra

BSKK t s  0 C Nhiệm vụ thiết kế 140

7 Nhiệt độ trung bình của không tb t s 0 C

8 Tốc độ khói trung bình [9]

9 Thành phần thể tích hơi nước

10 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử

11 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách [7]

13 Diện tích bề mặt nhiệt hấp thụ

14 Tiết diện lưu thông của không khí f i m 2 L A d Z i   n 1  8,74 10,47 12,2

15 Chiều cao trung bình của mỗi đoạn

L tb m L i m(bộ sấy không khí chia làm 3 đoạn)

16 Tốc độ trung bình của không khí [7] tb

19 Độ chênh nhiệt độ theo chiều nhiên liệu

23 Độ chênh nhiệt độ trung bình thực [7]

25 Lượng nhiệt truyền theo tính toán [7] tt

Lượng nhiệt truyền theo tính toán của bộ sấy không khí cấp tt

Sau khi thực hiện các phép tính, chúng tôi nhận thấy rằng các thông số thu được không sai lệch quá lớn so với thông số thiết kế ban đầu của các bộ phận truyền nhiệt Do đó, kết quả tính toán cho các bộ phận này có thể được sử dụng một cách đáng tin cậy.