Tài liệu Tính toán, thiết kế lò hơi với sản lượng hơi 5th áp suất 10bar

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT- LẠNH ---------- CHUYÊN ĐỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ LÒ HƠI VỚI SẢN LƯỢNG HƠI 5T/H ÁP SUẤT 10BAR GVHD: Th.s Nguyễn Văn Tuấn SVTH : TPHCM, ngày tháng năm 2020 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Tp.Hồ Chí Minh, Ngày… tháng… Năm 2020 Chữ ký GVHD NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Tp.Hồ Chí Minh, Ngày… tháng… Năm 2020 Chữ ký GVPB LỜI NÓI MỞ ĐẦU Ở nước ta, theo nhịp độ phát triển công nghiệp hóa đất nước, nhu cầu về năng lượng trong cuộc sống, trong công nghiệp cũng càng ngày càng phát triển, trong đó nhu cầu sử dụng nguồn năng lượng từ nhiệt năng chiếm chủ yếu. Nguồn năng lượng từ nhiệt năng rất là đa dạng từ năng lượng mặt trời, nhiệt điện, . Ở nước ta hiện nay năng lượng được sản xuất từ các nhà máy nhiệt điện chiếm một phần đáng kể. Có thể nói các nhà máy nhiệt điện như: Phả lại, nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ, nhà máy nhiệt điện Thủ Đức đóng góp một phần rất quan trọng trong công nghiệp và đời sống. Ngoài ra trong ngành công nghiệp sản xuất giấy, bao bì, dệt may, thủy sản,. đều cần đến năng lượng nhiệt. Trong quá trình học tập ở trường Đại học chúng em đã được tiếp cận với môn học Lò hơi, nhà máy nhiệt điện và trong quá trình học tập lý thuyết sau một thời gian ngay lúc này chúng em được tham gia thiết kế lò hơi - nhà máy nhiệt điện. Tuy nhiên với một lượng thời gian có hạn và một kiến thức chuyên ngành rộng, nhưng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Văn Tuấn nhóm chúng em đã hoàn thành được đồ án môn học. Trong quá trình thiết kế - tính toán tất nhiên không tránh khỏi những sai sót, em rất mong sự đóng góp quý báu của quý thầy cô để chúng em ngày càng hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Giới thiệu về lò hơi Lò hơi là thiết bị trong đó xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra chuyển đổi pha nước thành hơi, biến năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng (thế năng) của dòng hơi. Lò hơi là thiết bị có mặt gần như ở tất cả các nhà máy, xí nghiệp,… để sản suất hơi phục cho việc sản suất điện năng trong nhà máy nhiệt điện, hơi còn được phục vụ cho các quá trình đun nấu, chưng cất các dung dịch, hấp sấy các sản phẩm trong quá trình công nghệ ở các nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia… Ta có thể chia lò hơi thành hai loại: + Lò hơi công suất thấp: là những lò hơi sản suất hơi có áp suất và nhiệt độ thấp phục vụ cho các quá trình công nghệ sản suất hàng hóa tiêu dùng, rựơu bia, … + Lò hơi công suất lớn: là những lò hơi sử dụng hơi làm quay tuabine để phát điện trong nhà máy điện. KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 2 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN Hình 1.1 Lò hơi trong nhà máy điện 1.2 Vai trò và ứng dụng của lò hơi trong nền kinh tế - Trong các nhà máy công nghiệp có sử dụng nhiệt thì người ta sử dụng lò hơi để cung cấp hơi và dẫn nguồn nhiệt, nguồn hơi đến các hệ thống máy móc cần sử dụng. - Lò hơi được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, mỗi ngành công nghiệp đều có nhu cầu sử dụng nhiệt với mức độ và công suất khác nhau. Các nhà máy như: Nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy bánh kẹo, sử dụng lò hơi để sấy sản phẩm. Một số nhà máy sử dụng Lò hơi để đun nấu, thanh trùng như nhà máy nước giải khát, nhà máy nước mắm, tương hay dầu thực vật. Lò hơi, nồi hơi Boiler được sử dụng trong các nhà máy công nghiệp có sử dụng nhiệt với vai trò cung cấp nguồn nhiệt, hơi và dẫn nguồn nhiệt, nguồn hơi đến các hệ thống máy móc cần thiết. KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 3 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN - Trong hầu hết các ngành công nghiệp, lò hơi đều được sử dụng 1 cách rộng rãi. Tùy thuộc theo nhu cầu và điều kiện ngành nghề mà mức độ sử dụng nhiệt cũng như công suất của lò khác nhau. Ví dụ: + Các công ty may mặc, công ty giặt khô: Lò hơi được sử dụng để cung cấp hơi cho công đoạn giặt ủi. + Các công ty chế biến thức ăn chăn nuôi hay sản xuất bánh kẹo: sử dụng lò hơi để sấy khô các sản phẩm. + Các nhà máy sản xuất nước mắn, nước tương hay nước giải khát: sử dụng lò hơi để đun nóng hay khử trùng. 1.3 Các loại lò hơi công nghiệp thường dùng Lò hơi được phân thành các loại khác nhau dựa trên áp suất làm việc và nhiệt độ, loại nhiên liệu, phương pháp, kích cỡ và công suất. Lò hơi đôi khi được mô tả bằng các bộ phận chính của chúng. Hai loại nồi hơi sơ cấp bao gồm nồi hơi Firetube và Watertube [1](lò hơi ống lửa, lò hơi ống nước), và còn có lò hơi tận dụng nhiệt thải (HRSG), lò hơi làm mát, lò hơi sôi lại, lò hơi đi qua một lần. 1.3.1 Lò hơi ống lửa: Là kiểu lò hơi đốt chủ yếu bằng khí hoặc dầu, với nhiều ống dẫn từ ống lửa chính khí khói nóng đi trong ống,nước đi ngoài ống [2]. Tuỳ thuộc vào thiết kế, các lò hơi này được giới hạn đến áp suất vận hành khoảng 30 bar và sản lượng hơi đạt tới 30 tấn/h, hiếm khi có bộ tiết kiệm và bộ quá nhiệt. Chúng được lắp đặt liền khối trên một bộ khung và cung cấp hơi cho các nhà máy cỡ nhỏ hoặc trung bình, nhưng đôi khi cũng được dùng làm nồi hơi phụ để khởi động lò hơi trong các nhà máy lớn. KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 4 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN Hình 1.2 Lò hơi ống lửa [1] 1.3.2 Lò hơi ống nước: Là lò hơi cỡ lớn với nước đi trong các ống lửa và khói khi ngoài ống [3], tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức, áp suất vận hành lên tới 180 bar và sản lượng hơi trong các nhà máy công nghiệp có thể đạt khoảng 300 tấn/h, trong các nhà máy nhiệt điện đạt tới 2000 tấn/h. Nồi hơi loại này sử dụng nhiệt cháy của khí, dầu, than đá, sinh khối ... [4] và được trang bị bộ hâm nhiệt cho nước cấp, bộ tiết kiệm, bộ quá nhiệt, bộ khử quá nhiệt. 1.4 Nguyên lí hoạt động của lò hơi Nguyên tắc hoạt động cơ bản của lò hơi rất đơn giản và dễ hiểu. Lò hơi như là một bình kín chứa nước. Nhiên liệu là than đá hoặc dầu được đốt cháy trong lò tạo ra nguồn nhiệt lớn. Những dòng nhiệt này tiếp xúc với bình chứa nước nơi mà dòng nhiệt nóng truyền cho nước chuyển nước thành hơi [5]. Hơi này được cung cấp cho các quá trình công nghiệp như gia nhiệt cho không khí để sấy, rửa thiết bị, cung cấp nhiệt trong các nhà máy dệt, đường,hóa chất , rượu bia, nước giải khát… trong trường hợp này hơi sử dụng là hơi KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 5 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN bão hòa. Ngoài ra, các nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi để chạy máy phát điện thì hơi được sử dụng là hơi quá nhiệt. 1.5 Nhiên liệu sử dụng cho buồng đốt 1.5.1 Tìm hiểu về dầu DO Dầu Diesel (DO - Diesel Oil) là một loại nhiên liệu lỏng, khối lượng nặng hơn dầu lửa và xăng, sử dụng chủ yếu cho động cơ Diesel và một phần được sử dụng cho các tuabin khí. Nhiên liệu Diesel được sản xuất từ phân đoạn gasoil và là sản phẩm của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ. Dầu diesel đưa vào sử dụng vào đầu thế kỷ 20. Các phát hiện của các công cụ nén - đánh lửa nhiên liệu bằng dầu diesel là nhà phát minh người Đức Rudolf-Diesel. Dầu Diesel là một trong những sản phẩm trong nhà máy lọc dầu quan trọng nhất. Dầu diesel là một sản phẩm trong quá trình chưng cất từ dầu mỏ. Theo là quy trình công nghệ khác như lọc dầu hydro hóa, hydrocracked, xúc tác cracking, v/v, nói chung chúng ta có thể mô tả dầu diesel là một hỗn hợp phức tạp chủ yếu là các hydrocarbon dầu mỏ với 12 đến 22 nguyên tử carbon [6]. Để hỗn hợp này được sử dụng làm nhiên liệu trong động cơ Diesel, nó cần phải tuân theo một loạt các tiêu chuẩn về chất lượng, trong đó chịu sự kiểm soát sản lượng toàn diện của tất cả các nhà sản xuất. 1.5.2 Thành phần nhiên liệu dầu DO Diesel không tan trong nước, diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ bao gồm khoảng 75% hydrocarbon bão hòa (chủ yếu là parafin bao gồm n, iso và cycloparaffins), và 25% hydrocarbon thơm (bao gồm naphthalen và alkylbenzen). [11] Công thức hóa học trung bình cho nhiên liệu diesel phổ biến là C12H23, từ khoảng. C10H20 đến C15H28 [7]. Quá trình chưng cất dầu mỏ các phân đoạn, ta thu được phân đoạn dầu diesel có nhiệt độ sôi 250 – 350 0C có chứa hydrocacbon với số nguyên tử cacbon từ C16 – C22. Chủ yếu trong phân đoạn này là n-parafin còn hydrocacbon thơm chiếm không nhiều. Nhưng n-paraffin mạch dài có nhiệt độ kết tinh cao, chúng làm mất ổn định của phân đoạn ở nhiệt độ thấp. Ở phân đoạn diesel thì ngoài naphten và thơm hai vòng là chủ yếu, các hợp chất ba vòng bắt đầu tăng lên. Đã bắt đầu xuất hiện các hợp chất có cấu trúc hỗn hợp giữa naphten và thơm. KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 6 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN Hàm lượng các hợp chất chứa S, N và O bắt đầu tăng nhanh. Các hợp chất của lưu huỳnh chủ yếu ở dạng dị vòng disulfur. Những hợp chất chứa oxy dạng axit naphtenic có nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này. Ngoài ra còn có những chất dạng phenol như dimetylphenol. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG VÀO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Nhiệm vụ thiết kế  Sản lượng hơi quá nhiệt Dbh= 5T/h  Áp suất hơi pqn=10 bar  Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = 240 oC  Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi tnc=30oC Từ các thông số trên ta tra được: i1 = 2918 kJ/kg ứng với áp suất 10 bar, i2 = 2138 kJ/kg nhiệt nước cấp 30 oC : i4 = 126,7 kJ/kg , áp suất ra khỏi tuabin p = 0,08 bar: i3 = 123 kJ/kg Bỏ qua hiệu suất Nhiệt lượng cấp : qA = i1 – i4 = 2918 - 126,7 = 2791,3 kJ/kg Công của chu trình : ∆ WNET = (i1 – i2) – (i3 – i4) = (2918 – 2138) – (126,7 – 123) = 776,3 kJ/kg 1h lò hơi sản sinh ra 5000kg hơi quá nhiệt : 5000.776,3 = 3881500 kJ.h 1kW = kJ/s => lượng điện sinh ra 1h: N = 1078 kW Với N = 1078 kW đối với nhà máy nhiệt điện công suất nhỏ, áp dụng cho nhà xưởng… Vậy ta sẽ thiết kế lò hơi cho nhà máy nhiệt điện ứng với 1078 kW. KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 7 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN LÒ HƠI Chương này ta tính toán dựa theo cuốn thiết kế lò hơi của tác giả TS.Nguyễn Thanh Hào. 3.1. Tính toán quá trình cháy và hiệu suất của lò hơi Thể tích không khí sản phẩm cháy. Trong quá trình cháy nhiên liệu phải tốn một lượng O2 cần thiết từ không khí, vì thế ta phải cung cấp một lượng không khí thích hợp để quá trình cháy xảy ra với hiệu suất cao nhất.  Sản lượng hơi quá nhiệt Dbh= 5T/h  Áp suất hơi pqn=10 bar  Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = 240 oC  Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi tnc=30oC Clv 86,3% Hlv 10,5% Slv 0,5% Olv 0,3% Nlv 0,3% Alv 0,3% Wlv 1,8%  Nhiệt độ bắt đầu biến dạng t=1200oC  Nhiệt trị của nhiên liệu Qlv= 9580,7kcal/kg = 40047,5 kJ/kg t= 30oC  Nhiệt độ môi trường Thể tích không khí lý thuyết : V0kk lt = 0,089Clv + 0,268Hlv + 0,033(Slv – Olv) = 10,55m3/kg Thể tích không khí thực tế (Vkk) Vkk= αV0kk lt = 1,15(10,55) = 12,13 m3/kg α là hệ số không khí thừa. Chọn α là 1,15 Thể tích khói thải (Vth) VRO2 = 0,01866(Clv +0,375Slv) =0,01866(86,3+0,375(0,5)) =1,61m3/kg VN2 = 0.79V0kk + 0,008Nlv = 0,79.(10,55) + 0,008(0,3)= 8,34m3/kg VH2O= 0,112Hlv + 0,0124Wlv + 0,0161V0kk = 0,112.(10,5) + 0,0124.(1,8) + 0,0161.(10,55)= 1,37m3/kg KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 8 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN  Vth = VRO2+ VN2 +VN2 +VH2O + 0,21(α -1)V0kk = 1,61+8,34+1,37+(1,15-1).10,55 = 12,9 m3/kg Enthalpy của không khí và của sản phẩm cháy: Chọn nhiệt độ của sản phẩm cháy khi ra khỏi buồng đốt lò hơi là t th = 1200 ℃ , với α 1 =1,15℃ , ta có: Ith = I0th + (α – 1)I0kkl Trong đó: I0thp – enthalpy khói khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu với α =1 I0th = VRO2 (CP.tth) + VN2 (CP.tth) + VH2O (CP.tth) ;kcal/kg Tra bảng ta có: (CP.tth)RO2=649 kcal/kg (CP.tth)N2=405 kcal/kg (CP.tth)H2O=509 kcal/kg (CP.tth)KK=419 kcal/kg ¿>¿ I0k=1,61(649)+8,34(405)+1,37(509)=5119,9 kcal/kg I0KK là enthalpy của không khí lí thuyết khi α =1 I0kk1=V0kk(CPt) =10,55(419)=4420 kcal/kg ¿>¿ Ik = 5119,9 + (1,15-1)4420 = 5782,9 kcal/kg Cân bằng nhiệt trong lò hơi Khi đốt cháy 1kg (hoặc 1m3tc) nhiên liệu, nhiệt tỏa ra trong lò hơi được cân bằng theo phương trình: Qdv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6, kcal/kg Trong đó: Qdv – nhiệt lượng đưa vào ứng với 1 kg nhiên liệu. Q1 – nhiệt lượng có ích Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 – các tổn thất nhiệt trong lò hơi. Hiệu suất nhiệt của lò hơi: KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 9 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT  GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN Q1 100% q1 Qdv Tổn thất năng lượng do khói thải mang ra ngoài Q2 : Q2 = (Ith – Ikk1) (1  q4 ) 100 Trong đó : Ith – enthalpy của khói thải ,kcal/kg Chọn nhiệt độ của khói thải: tth = 400℃ Ith = I0th + (α – 1)I0kkl + Itro I0tt là enthalpy của sản phẩm cháy ở nhiệt độ khói thải ứng với α = 1. I0th = VRO2 (CP.tth) + VN2 (CP.tth) + VH2O (CP.tth) ;kcal/kg =1,61(184,4) + 8,34(125,8) + 1,37(149,6) = 1551 kcal/kg I 0kk –enthalpy của không khí ở nhiệt độ khói thải tương ứng với α =1 I 0kk 1 = V 0kk 1 (C P t th )kk = 10,55(129,4) = 1365 kcal/kg I 0kk – enthalpy của tro bay theo khói. 0 I tro = 0 (vì đốt dầu DO nên lượng tro bay theo khói lò rất ít).  I th = 1551 + (1,15 – 1)1365 = 1756 kcal/kg I kk 1 – enthalpy của không khí ở nhiệt môi trường. I kk 1 = α 1 . V 0kk (C P t dv )kk α th - hệ số không khí thừa ở vị trí khói thải, ta chọn α th = 1,2 t dv – nhiệt độ không khí môi trường, ta chọn t dv = 30 ℃ ¿> I kk 1 = 1,2(10,55)7,2 = 91,2 kcal/kg Vì đốt dầu DO nên phần tổn thất do cháy về cơ học là rất ít,suy ra q4=0% Q2 = (Ith – Ikkl)(1 – q4/100) Q2 = 1756 - 91,2 = 1664,8 kcal/kg Tổn thất do khói mang ra ngoài q2 = Q2/Qdv =(1664,8 /9580,7 ).100% = 17,4% Tổn thất nhiệt do cháy hóa học Q3 KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 10 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN Q3 – phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hệ số không khí thừa, nhiên liệu và phương thức hỗn hợp nhiên liệu, hình dạng, kích thước buồng lửa….Vì lò đốt dầu DO nên ta có thể chọn: q3  Q3 1,5% Qdv Tổn thất do cháy không hoàn toàn về cơ học Q4=0 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh Q5 Vì lò có công suất nhỏ(sản lượng hơi 5T/h) nên ta không cần làm thêm phần đuôi lò(bộ sấy không khí và bộ hâm nước) q5 =1,8% q5 =1,8 % Tổn thất nhiệt theo xỉ Q6 Vì độ tro khi đốt dầu DO rất thấp nên ta có thể chọn bằng 0 Q6=0 Vậy hiệu suất lò hơi được tính : η = 100- q2- q3- q4- q5- q6 = 79,3% 3.1.1. Tiêu hao nhiên liệu Q1=Dbh(i-inc) + Dxl(i’ – inc) Trong đó : Dbh=5000kg/h Chọn chế độ nước cấp vào t nc=30℃ ,với P=10bar, tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt ta được : inc=126,5 kJ/kg KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 11 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN Áp suất p=10bar tra bảng hơi quá nhiệt ở nhiệt độ 240 ℃ ta có: i = 2918 kJ/kg Chọn chế độ xả lò 4% sản lượng hơi Nên DXL = x.D = 0,04.5000 = 200 kg/h Q1=5000(2918 – 126,5) + 200(762,7 – 126,5) = 13384740 kJ/h = 3717,98 kW Tiêu hao nhiên liệu cho lò hơi : B= Q1 Qdv . η . 100= 13384740 . 100=421 , 46 kg /h 40047 ,5 . 79 ,3 Tiêu hao nhiên liệu tính toán : q   Bt B  1  4  B 421, 46kg / h  100  Công suất của buồng đốt: QBD = Q1 3942 , 67 = =46 , 88 kW η 79 , 3 3.2. Xác định kích thước sơ bộ của lò hơi 3.2.1.Tính toán sơ bộ diện tích truyền nhiệt và hệ số trao đổi nhiệt cho dàn đối lưu Nhiệt thế thể tích buồng lửa ta chọn theo bảng trong khoảng (2300– 4070).103 w/m3 Chọn qv = 3225 kW/m3 q v= Bt . Q lv V =3225 kW /m 3 Suy ra thể tích buồng lửa tính sơ bộ là: V= Bt . Q lv 446 ,29 . 40047 , 5 = =1, 54 m 3 qv 3225 .3600 KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 12 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN Dựa vào đồ thị dưới đây ta chọn chiều dài ngọn lửa sơ bộ khoảng 3 m. Chiều dài ngọn lửa sẽ chiếm từ 75-80 % chiều dài cả ống lò ,vì vậy chiều dài ống lò trong trường hợp này chọn 4 m Hình 1. 3: Chiều dài ngọn lửa Ta tính được đường kính ống lò theo công thức sau :  .d 2 V S .L  .l 4 d  4.V 0, 7m  .l Thông số của ống lò: Chiều dài(m) 4m 3.2.2. Xác định kích thước sơ bộ của lò Diện tích bức xạ trong buồng đốt 2 F bx=π . d .l=8,79 m Nhiệt độ trung bình của khói: tf= t k 1 +t k 2 2 =1200+ 400=800 0 C Tra bảng ta có: ρ f =0,330 kg /m 3 KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 13 Đường kính(m) 0,7 m ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT λ f =9,15.10 −2 v f =131,8. 10 GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN W/mk −6 m2/s pr f =0,6 Lưu lượng khói vào lò xác định theo công thức: G Bt .Vt .  t  273 421, 46.12,9.  800  300   5,9353m3 / s 3600.273 3600.273 Chọn đường kính ống lửa là: d = 52 mm D ngoài = 52 mm δ=2,5 mm L = 3600 mm Chọn đường kính ống lò bằng: D = 700 mm D ngoài = 700 mm δ=10 mm L = 4000 mm λ=30,5 W /mk 3.2.3. Số ống lửa của lò: Vận tốc khói trong lò: v 4G 4.5,953  16,39m / s 2  .Dtr 3,14.0,682 Hệ số Reynold: Re  v.Dtr 16,35.0, 68  84355,08 vf 131,8.10  6 Hệ số Nusselts: Nu f 0, 018 Re0,8 f 0, 018.  84355, 08  0,8 157, 095  D Nu f  1. tr f KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 14 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT  1  Nu f . f GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN 157, 095.9,15.10 2  21,14 W/ m 2 K 0, 68 Dtr Độ chênh lệch trung bình giữa nước và khói: θm= ∆ t max−∆ t min ∆ t max ln ∆ t min Trong đó: ∆ t max =t k1 −t w1=1200−30=1170 ℃ ∆ t min =t k 2−t w2 =400−200=200 ℃ θm= ∆ t max−∆ t min 1170−200 ¿ ∆ t max 1170 = 549,13 ℃ ln ln 200 ∆ t min Nhiệt độ bề mặt vách ống: tv t f  m 549,13 800  525, 435 C 2 2 Nhiệt độ nước xung quanh ống là tw = 200 ℃ Nhiệt độ tính toán ở đây là nhiệt độ trung bình giữa nước và vách ống: tm  tw  tv 525, 435  200  362, 7175 C 2 2 ∆ t max =¿tv – tw = 525,435 – 200 = 325,435 ℃ Dựa vào tm tra bảng ta có: (bảng 25 phụ lục 2) −4 β=124 . 10 1 /k −2 λ m=37,9. 10 W/mk −6 v m=0,126. 10 m2/s pr m=3,56 −4 3 g βl 3 ∆ t 9,81.124 . 10 . 3,6 .325,435 Gr = = = 1,1643.1017 (0,126.10−6)2 v2 Ra = Gr.Pr = 1,1634.1017.3,56 = 4,1416 .1017 Num = 0,135Ra1/3 = 0,135.(4,1416.1017)1/3 = 100628,99 KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 15 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN l Num  2 m Num .m 10062,99.37,9.10 2 w 2   10593,99 2 l 3, 6 m .K Hay: Hệ số truyền nhiệt k: K 1 1 w  20,947 2 3 1  1 1 10.10 1 mk     1   2 21,14 29,3 10593,99 Diện tích tính toán bề mặt trao đổi nhiệt đối lưu: Qdl  kF m Bt Hay: F Qdl .Bt 7597, 495.421, 46  323, 77 m2 k . m 18, 01.549,13 Trong đó: F = Folo + Folua + 2Fmsang Với: Folo = π . Dtr . l=3,14. ( 0,68 ) .4=8,54 m2 Chọn sơ bộ kích thước đường kính thân lò: D= 2100 mm, δ =12 mm  Fmsang   .D 2 3,14.2, 0762  3, 4m2 4 4 Folua = F - Folo - 2Fmsang = 323,77 - 8,54 – 2.3,4 = 308,43 m2 Vậy tổng số ống lửa của lò: Folua = πn d tr l Hay: KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 16 ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ CUNG CẤP NHIỆT n GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN TUẤN Folua 308, 43  580  d tr l 3,14.0, 047.3, 6 chọn n = 580 ống. 3.3. Tính toán trao đổi nhiệt trong buồng lửa Với chiều dài của buồng lửa Lbi =4 m Đường kính của buồng lửa D bl =0,7 m Diện tích toàn bộ buồng lửa : F v =π × Lbl × Dbi =π × 4 × 0,7=8,8 m 2 Thể tích buồng lửa V0 chính bằng thể tích bên trong của hình trụ. Ta chọn : Thể tích buồng lửa : V0 =1,54 m3 Ta chọn bề mặt trong của ống lửa là loại lượn sóng có đường kính lượn d 1 = 150mm Vì vậy khi tính thể tích ống lửa ta tính theo đường kính trung bình chính là đường kính của ống lửa đã tính chọn ban đầu.Diện tích ta tính gần đúng theo đường kính buồng lửa đã tính chọn ban đầu. Chọn sơ bộ nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là:t bl =1200 ℃ Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa Q0=Q dv 100−q 3−q 6 +Q,k −Q k 100 , Q k – nhiệt lượng do không khí mang vào lò khi có sấy sơ bộ bên ngoài, vì lò không có sấy không khí nên Qk = 0 Q k - nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa Q,k = ( α 0−∆ α 0−∆ α n) I 0 + ( ∆ α 0 +∆ α n ) =( ∆ α 0 +∆ α n ) I kkl=1,1∗( 5782,9 )=6361,9 Với Q10 = Qdv =Qlvth= 40047,5 kJ/kg Qo 40047,5. 100  1,5  6361,9 45808, 7 kj / kg 100 Chọn sơ bộ nhiệt độ khói ra khỏi buồng đốt: KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Trang 17 kcal kJ