Tài liệu đề tài thiết kế hệ thống xử lý ô nhiễm không khí cho phân xưởng nhiệt luyện (1)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP ĐÔNG ĐÔ KHOA CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG --------------*****-------------- XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CHO PHÂN XƯỞNG NHIỆT LUYỆN Giáo viên hướng dẫn chính : PGS.TS Nguyễn Thị Quỳnh Hương Giáo viên hướng dẫn phụ : Nguyễn Đức Lượng Sinh viên thực hiện Lớp : CM14 : Nguyễn Anh Tuấn Khóa : 14 Hà Nội 11 – 2012 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng MỤC LỤC 1. Lựa chọn thông số tính toán ................................................................................... 4 1.1 Lựa chọn thông số tính toán ngoài nhà vào mùa hè......................................... 4 1.2 Chọn thông số nhiệt độ tính toán trong nhà về mùa hè ................................... 4 1.3 Hướng gió chủ đạo vào mùa hè ....................................................................... 4 2. Chọn kết cấu bao che ............................................................................................. 4 2.1 Kết cấu tường ................................................................................................... 4 2.2. Kết cấu cửa ra vào ........................................................................................... 4 2.3. Kết cấu cửa sổ ................................................................................................. 4 2.4. Kết cấu mái...................................................................................................... 5 2.5. Kết cấu nền ...................................................................................................... 5 3. Tính toán hệ số truyền nhiệt K, tính diện tích truyền nhiệt F của kết cấu ............. 5 3.1. Hệ số truyền nhiệt K ....................................................................................... 5 3.2. Tính diện tích truyền nhiệt của các kết cấu tính toán ..................................... 6 4. Tính lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che ....................................................... 7 5. Tính lượng nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che ........................................................ 8 5.1 Lượng nhiệt bức xạ của mặt trời qua mái ........................................................ 8 5.1.1Tính bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ ............................................. 8 5.1.2Bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ ........................................................ 9 5.2. Lượng bức xạ mặt trời truyền qua cửa kính .................................................. 11 6. tính lượng nhiệt tỏa .............................................................................................. 12 6.1. Tỏa nhiệt do người ........................................................................................ 12 6.2. Tỏa nhiệt do thắp sáng .................................................................................. 12 6.3. Tỏa nhiệt từ thiết bị, động cơ tiêu thụ điện ................................................... 13 6.4. Tỏa nhiệt do sản phẩm nung nóng để nguội ................................................. 13 6.4.1. Sản phẩm trong quá trình để nguội chuyển pha ..................................... 13 6.4.2. Sản phẩm trong quá trình để nguội không chuyển pha.......................... 15 Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 1 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng 6.5. Tỏa nhiệt từ lò nung ...................................................................................... 15 6.5.1 Tỏa nhiệt từ lò nấu gang .......................................................................... 15 6.5.2 Tỏa nhiệt từ lò nấu nhôm ........................................................................ 17 6.5.3. Lò nấu hàn the ........................................................................................ 19 6.5.4. Lò nấu đồng ............................................................................................ 20 6.5.5. Lò điện.................................................................................................... 22 6.5.6. Lò ủ vật đúc ............................................................................................ 24 7. Tính hút cục bộ ..................................................................................................... 25 7.1. Xác định lưu lượng hút cục bộ và kích thước miệng hút .............................. 25 7.2 Tính chụp hút trên nguồn tỏa nhiệt ................................................................ 26 7.2.1. Lò nấu gang ............................................................................................ 26 7.2.2. Lò nấu nhôm........................................................................................... 27 7.2.3. Lò nấu hàn the ........................................................................................ 28 7.2.4. Lò nấu đồng ............................................................................................ 30 7.3. Tính chụp hút mái đua tại cửa lò ................................................................... 31 7.3.1. Lò ủ vật đúc ............................................................................................ 31 7.3.2. Lò điện.................................................................................................... 33 8. Cân bằng lưu lượng và cân bằng nhiệt ................................................................. 36 8.1. Cân bằng lưu lượng ....................................................................................... 36 8.2. Cân bằng nhiệt lượng .................................................................................... 36 9. Tính toán thủy lực ................................................................................................ 36 9.1. Hệ thống thổi cơ khí chung cho toàn phân xưởng ........................................ 37 9.2. Hệ thống hút cục bộ cho tang quay và máy mài hai đá ................................ 38 9.3. Hệ thống hút cục bộ cho các lò ..................................................................... 39 10. Tính toán quạt cho hệ thống xử lý ..................................................................... 40 10.1. Quạt cho hệ thống thổi ................................................................................ 40 10.2. Quạt cho hệ thống hút lò ............................................................................. 41 Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 2 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng 10.3. Quạt cho hệ thống hút máy mài hai đá và tang quay .................................. 41 11. Tính toán thông gió tự nhiên cho phân xưởng ................................................... 41 Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 3 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CHO PHÂN XƯỞNG ĐÚC Địa điểm : Phủ Liễn – Hải Phòng Hướng gió: hướng Nam 1. Lựa chọn thông số tính toán 1.1 Lựa chọn thông số tính toán ngoài nhà vào mùa hè Nhiệt độ cao nhất trung bình của không khí vào mùa hè đo tại Phủ Liễn theo o bảng N.2 TCVN 4088: 1985, ta có nhiệt độ cao nhất vào tháng 7: t 𝑡𝑡 𝑁 = 31,8 C 1.2 Chọn thông số nhiệt độ tính toán trong nhà về mùa hè Chọn nhiệt độ tính toán trong nhà vào mùa hè cao hơn ngoài trời khoảng (2 ÷ 3)oC Để đảm bảo cảm giác thoải mái cho công nhân làm việc trong phân xưởng, tránh độ cồng kềnh của hệ thống thông gió thì ta chọn nhiệt độ trong nhà 𝑡𝑡 o t 𝑡𝑡 𝑇 = t 𝑁 + (2 ÷ 3) = 34 C 1.3 Hướng gió chủ đạo vào mùa hè o o Hướng gió chủ đạo t 𝑡𝑡 t 𝑡𝑡 𝑁 ( C) 𝑇 ( C) 31,8 34 Nam 2. Chọn kết cấu bao che 2.1 Kết cấu tường Được chia làm 3 lớp + Lớp 1: Lớp vữa δ = 15 (mm); λ = 0,55 (kcal/m2hoC) + Lớp 2: Gạch xây δ = 220 (mm); λ = 0,6 (kcal/m2hoC) + Lớp 3: Lớp vữa δ = 15 (mm); λ = 0,75 (kcal/m2hoC) 2.2. Kết cấu cửa ra vào Chọn vật liệu gỗ δ = 35 (mm); λ = 0,14 (kcal/m2hoC) kích thước cửa ra vào: 3 × 3 (m) 2.3. Kết cấu cửa sổ Chọn vật liệu kính Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 4 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng δ = 5 (mm); λ = 0,65 (kcal/m2hoC) Kích thước cửa sổ: 3 × 2(m) 2.4. Kết cấu mái Chọn mái tôn δ = 2 (mm); λ = 50 (kcal/m2hoC) 2.5. Kết cấu nền Là loại nền không cách nhiệt, kết cấu nền dưới là đất tự nhiên, bê tong gạch vỡ, cát đen đầm, lớp bê tong trên cùng dày 15 mm Nền nhà được chia làm 3 dải như sau D¶i 1 D¶i 2 D¶i 3 3. Tính toán hệ số truyền nhiệt K, tính diện tích truyền nhiệt F của kết cấu 3.1. Hệ số truyền nhiệt K K= 1 R0 1 = 1 T i 1  N i 1 i n  Trong đó 𝛼 𝑇 : Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt bên trong của kết cấu bao che (oC) 𝛼𝑁 : Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt bên ngoài của kết cấu bao che (oC) Tường đón gió : 𝛼𝑁 = 20 Tường khuất gió: 𝛼𝑁 =15 𝛿𝑖 : Bề dày của lớp vật liệu thứ i (m) 𝜆𝑖 : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i (Kcal/m2hoC) n STT 1 Tên kết cấu và cấu tạo Tường + Tường đón gió ( Nam) + Tường khuất gió (Tây, Đông, Bắc) Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 𝛼𝑇 7,5 7,5 𝛼𝑁 20 15 i  K 0,41 0,41 1,685 1,64 i 1 i 5 Đồ á n xử lý khí thả i 2 3 4 5 Cửa ra vào + Khuất gió (Tây) Cửa sổ kính + Tây + Đông Mái Nền chia làm 4 dải +Dải 1 +Dải 2 +Dải 3 GVHD: Nguyễ n Đức Lượng 7,5 15 0,25 7,5 7,5 15 15 5 × 10−3 4,81 4,81 0,65 10 25 4 × 10−5 7,14 K I =0,4 K II =0,2 K III =0,1 3.2. Tính diện tích truyền nhiệt của các kết cấu tính toán STT Tên kết cấu F = a×b (m2) 1 Tường + Nam 12 × 7,2 + Bắc 12 × 7,2 + Đông (20 × 7,2) − 3 × 3 × 2 − 3 × 2 × 2 + Tây (20 × 7,2) − 3 × 2 × 4 Tường khu đúc nhôm đồng + Đông 10 × 7,2 + Bắc 4 × 7,2 Tường khu chứa tang quay + Bắc 5 × 7,2 + Tây 5 × 7,2 − 3 × 2 2 Cửa sổ kính + Đông 3×2×4 + Tây 3×2×2 3 Cửa ra vào + Tây 3×3×2 4 Mái 20 × 12 5 Nền + Dải 1 FI = (20 × 12 + 12 × 2) × 2 + Dải 2 FII = ((20 − 8) × 2 + (12 − 4) × 2) × 2 + Dải 3 FIII = (20 − 8) × (12 − 8) 6 Cửa sổ mái 20 × 4 Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 2.22 Kết quả 86,4 86,4 114 120 72 28,8 36 30 24 18 18 240 128 80 48 80 6 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng 4. Tính lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che được tính theo công thức 𝑡𝑡 Q𝑖𝑇𝑇 = k 𝑖 × F𝑖 × (t 𝑡𝑡 (kcal/h) 𝑇 − t𝑁 ) × 𝛹 Trong đó Q𝑖𝑇𝑇 : Lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che (kcal/h) F𝑖 : Diện tích truyền nhiệt của kết cấu bao che (m2) k 𝑖 : Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che (Kcal/m2hoC) 𝑡𝑡 o t 𝑡𝑡 𝑇 : Nhiệt độ tính toán của không khí bên trong, t 𝑇 = 34 C 𝑡𝑡 o t 𝑡𝑡 𝑁 : Nhiệt độ tính toán của không khí bên ngoài, t 𝑁 = 31,8 C 𝛹 : Hệ số kể đếnvị trí tương đối của kết cấu bao che so với bên ngoài. K F 𝛹 t 𝑡𝑡 t 𝑡𝑡 Q𝑖𝑇𝑇 𝑇 𝑁 STT Tên kết cấu (Kcal/m2hoC) (m2) (oC) (oC) (kcal/h) 1 Tường + Nam 1,685 86,4 34 31,8 1 320,28 + Bắc 1,64 86,4 34 31,8 1 311,73 + Đông 1,64 114 34 31,8 1 411,31 + Tây 1,64 120 34 31,8 1 432,96 Tường khu đúc nhôm đồng + Đông 1,64 72 34 31,8 1 103,91 + Bắc 1,64 28,8 34 31,8 1 41,56 Tường khu chứa tang quay + Bắc 1,64 36 34 31,8 1 51,96 + Tây 1,64 30 34 31,8 1 43,29 2 Cửa sổ kính + Đông 4,81 24 34 31,8 1 253,96 + Tây 4,81 18 34 31,8 1 190,47 3 Cửa ra vào + Tây 2,22 18 34 31,8 1 87,91 4 Mái 7,14 240 34 31,8 1 3769,92 5 Nền + Dải 1 0,4 128 34 31,8 1 45,06 + Dải 2 0,2 80 34 31,8 1 35,2 + Dải 3 0,1 48 34 31,8 1 10,56 6 Cửa sổ mái 4,81 80 34 31,8 1 846,56 ∑ Q 𝑡ổ𝑛 𝑡ℎấ𝑡 = 6956,64 (Kcal/h) 7 Tổng Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 7 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng 5. Tính lượng nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che Lượng nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che gồm nhiệt bức xạ qua mái và qua kính 𝑘í𝑛ℎ ∑ Q 𝑏𝑥 = Q𝑚á𝑖 𝑏𝑥 + Q 𝑏𝑥 (kcal/h) Trong đó Q𝑚á𝑖 𝑏𝑥 : Lượng nhiệt bức xạ của mặt trời qua mái Q𝑘í𝑛ℎ 𝑏𝑥 : Lượng nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính 5.1 Lượng nhiệt bức xạ của mặt trời qua mái Bức xạ mặt trời qua tường và mái được tính theo công thức 𝐴𝜏 Q 𝑏𝑥 = Q𝛥𝑡 𝑏𝑥 + Q 𝑏𝑥 (kcal/h) Trong đó Q𝛥𝑡 𝑏𝑥 : Bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ (kcal/h) Q𝐴𝜏 𝑏𝑥 : Bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ (kcal/h) 5.1.1Tính bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ 𝑡𝑏 Q𝛥𝑡 𝑏𝑥 = K 𝑚 × F𝑚 (t 𝑡ổ𝑛𝑔 − t T ) (kcal/h) Trong đó K 𝑚 : Hệ số truyền nhiệt qua mái. K 𝑚 = 7,14 F𝑚 : diện tích mái. F𝑚 = 240(m2) t T : nhiệt độ bên trong tính toán. 34oC t 𝑡𝑏 𝑡ổ𝑛𝑔 : nhiệt độ trung bình của không khí bên ngoài. 𝑡𝑏 𝑡𝑏 t 𝑡𝑏 (oC) 𝑡ổ𝑛𝑔 = t 𝑁 + t 𝑡𝑑 Trong đó 𝑡𝑏 o t 𝑡𝑏 𝑁 : Nhiệt độ trung bình của không khí bên ngoài t 𝑁 = 31,8 C t 𝑡𝑏 𝑡𝑑 : Nhiệt độ trung bình tương đương của không khí t 𝑡𝑏 𝑡𝑑 = ρq𝑡𝑏 𝑏𝑥 α𝑛 (oC) Trong đó ρ: Hệ số hấp thụ bức xạ của bề mặt kết cấu bao che. Mái tôn tráng kẽm, ρ = 0,65 α𝑛 : Cường độ hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài kết cấu bao che α𝑛 = 25 (kcal/m2hoC) q𝑡𝑏 𝑏𝑥 : Cường độ bức xạ trung bình trên mặt phẳng kết cấu ∑ q𝑚 𝑡𝑏 q𝑏𝑥 = 24 Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 8 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng Hướng mặt chính : Hướng Nam ∑ q = 5956 (kcal/m2h) (TCVN 4088 – 1995 ) 𝑚  q𝑡𝑏 𝑏𝑥 =  t 𝑡𝑏 𝑡𝑑 =   ∑ q𝑚 24 ρq𝑡𝑏 𝑏𝑥 = = 5956 = 248,2 (kcal/m2h) 24 0,65×248,2 = 6,45 (oC) α𝑛 25 𝑡𝑏 𝑡𝑏 𝑡𝑏 t 𝑡ổ𝑛𝑔 = t 𝑁 + t 𝑡𝑑 = 31,8 + 6,45 𝑡𝑏 Q𝛥𝑡 𝑏𝑥 = K 𝑚 × F𝑚 (t 𝑡ổ𝑛𝑔 − t T ) = 38,25 (oC) = 7,14 × 240(38,25 − 35) = 5569,2 (kcal/h) 5.1.2Bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ Để xác định biên độ dao động của nhiệt độ tổng ta phải xét biên độ của nhiệt độ tương đương do bức xạ gây ra và biên độ của nhiệt độ không khí ngoài trời. Q𝐴𝜏 𝑏𝑥 = A𝑡𝑡𝑔 𝑣 × 𝛼 𝑇 × F𝑚 (kcal/h) Trong đó 𝛼 𝑇 = 10 F𝑚 = 240 m2 A𝑡𝑡𝑔 : Biên độ dao động tổng A𝑡𝑡𝑔 = (A𝑡𝑡𝑑 + A𝑡𝑛 )𝛹 Trong đó Ψ: Hệ số lệch pha phụ thuộc vào độ lệch pha ΔZ và tỉ số giữa biên độ dao động tương đương và nhiệt độ bên ngoài A𝑡𝑡𝑑 A𝑡𝑛 Biên độ dao động của cường độ bức xạ có thể xác định như hiệu số giữa cường độ cực đại và cường độ trung bình trong ngày đêm (24h). 𝑡𝑏 A𝑞 = q𝑚𝑎𝑥 𝑏𝑥 − q 𝑏𝑥 2 q𝑚𝑎𝑥 𝑏𝑥 = 824 kcal/m h (TCVN 4088 – 1995) 2 q𝑡𝑏 𝑏𝑥 = 248,2 kcal/m h  A𝑞 = 824 − 248,2 = 575,8 Ứng với biên độ dao động này, nhiệt độ tương đương sẽ có biên độ dao động A𝑡𝑡𝑑 = ρ×A𝑞 α𝑛 = 0,65×575,8 Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 25 = 14,97 (oC) 9 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng Nhiệt độ không khí bên ngoài cũng dao động theo thời gian với chu kì 24 giờ với biên độ A𝑡𝑛 = t13 − t 𝑡𝑏 𝑛 Trong đó t13 : Nhiệt độ trung bình đo lúc 13h của tháng nóng nhất. t13 = 31,8oC t 𝑡𝑏 𝑛 : Nhiệt độ trung bình tháng của tháng nóng nhất o t 𝑡𝑏 𝑛 = 28,2 C (N.1 TCVN 4088 - 1995)  A𝑡𝑛 = 31,8 − 28,2 = 3,6 oC A𝑡𝑡𝑑 14,97 = = 4,16 A 𝑡𝑛 3,6 𝑚𝑎𝑥 q𝑚𝑎𝑥 𝑏𝑥 vào lúc 12h; q 𝑡ℎá𝑛𝑔 7 vào lúc 13h.  Δt = 13 – 12 = 1 Tra bảng 3 – 10 sách kĩ thuật thông gió (trang 111); ta có Ψ = 0,99 Vậy A𝑡𝑡𝑔 = (A𝑡𝑡𝑑 + A𝑡𝑛 )𝛹 = (14,97 + 3,6) × 0,99 = 18,38 v: Hệ số tắt dần phụ thuộc vào cấu tạo của vật liệu 𝑣 =𝜑×𝑒 𝐷 √2 ∑ ∑𝑅 𝜑 = 0,83 + 3 ∑ 𝐷 Trong đó 𝛿 ∑ 𝑅 = ∑ : Tổng các nhiệt trở của các vật liệu trong kết cấu bao che 𝜆 Mái tôn: ∑ 𝑅 = 2×103 50 = 4 × 10−5 (kcal/m2h) 𝑛 ∑ 𝐷 = ∑ 𝑅𝑖 𝑆𝑖 1 Trong đó 𝑆𝑖 : Hệ số hàm nhiệt của lớp vật liệu Tôn: S = 108 (kcal/m2hoC) ∑ 𝐷 = 4 × 10−5 × 108 = 4,32 × 10−3 4 × 10−5 𝜑 = 0,83 + 3 = 0,9 4,32 × 10−3 Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 10 Đồ á n xử lý khí thả i  𝑣 =𝜑×𝑒  Q𝐴𝜏 𝑏𝑥 = = GVHD: Nguyễ n Đức Lượng ∑ A𝑡𝑡𝑔 𝐷 √2 = 0,9 × 𝑒 4,32×10−3 √2 = 0,903 × 𝛼 𝑇 × F𝑚 𝑣 18,38 0,903 10 × 240 = 48850,5 (kcal/h) Vậy 𝐴𝜏 Q 𝑏𝑥 = Q𝛥𝑡 𝑏𝑥 + Q 𝑏𝑥 = 5569,2 + 48850,5 = 54419,7 (kcal/h) Q𝑚á𝑖 𝑏𝑥 = 54419,7 (kcal/h) 5.2. Lượng bức xạ mặt trời truyền qua cửa kính Q𝑘í𝑛ℎ 𝑏𝑥 = 𝜏1 × 𝜏2 × 𝜏3 × 𝜏4 × q 𝑏𝑥 × F𝑘í𝑛ℎ (kcal/h) Trong đó 𝜏1 : Hệ số trong suốt cửa kính. Cửa kính 1 lớp 𝜏1 = 0,9 𝜏2 : Hệ số mức bẩn mặt kính. Mặt kính đứng 1 lớp 𝜏2 = 0,8 𝜏3 : Hệ số che khuất bởi khung cửa. Cửa sổ 1 lớp kính thẳng đứng khung thép 𝜏3 = 0,75÷0,79 𝜏4 : Hệ số che khuất bởi các hệ thống che nắng. Ô văng che nắng 𝜏4 = 0,95 q𝑏𝑥 : Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt phẳng chiếu bức xạ tại thời điểm tính toán (kcal/m2h) F𝑘í𝑛ℎ : Diện tích cửa kính chiếu bức xạ tại thời điểm tính toán (m2) STT Hướng 𝜏1 , 𝜏2 , 𝜏3 , 𝜏4 F𝑘í𝑛ℎ (m2) q𝑏𝑥 (kcal/m2h) Q𝑘í𝑛ℎ 𝑏𝑥 (kcal/h) 𝜏1 = 0,9 𝜏2 = 0,8 1 Đông 0 0 3 × 2 × 4 + 40 = 64 𝜏3 = 0,79 𝜏4 = 0,95 𝜏1 = 0,9 𝜏2 = 0,8 2 Tây 102 2715,22 3 × 2 × 2 + 40 = 52 𝜏3 = 0,79 𝜏4 = 0,95 ∑ Q𝑘í𝑛ℎ 𝑏𝑥 = 2715,22 (kcal/h) Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 11 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng Vậy 𝑘í𝑛ℎ ∑ Q 𝑏𝑥 = Q𝑚á𝑖 (kcal/h) 𝑏𝑥 + Q 𝑏𝑥 = 54419,7 + 2715,22 = 57134,92 (kcal/h) Bảng thu nhiệt do bức xạ mặt trời Q𝑘í𝑛ℎ 𝑏𝑥 (kcal/h) Q𝑚á𝑖 𝑏𝑥 (kcal/h) ∑ Q 𝑏𝑥 (kcal/h) 2715,22 54419,7 57134,92 6. tính lượng nhiệt tỏa 6.1. Tỏa nhiệt do người Q𝑡ỏ𝑎 𝑛𝑔ườ𝑖 = N × q (kcal/h) Trong đó q: Lượng nhiệt do một người tỏa ra trong 1h q=10(kcal/h/người). Theo bảng 2-2 trang 56 sách kĩ thuật thông gió N: Số người có trong phân xưởng 1 thiết bị: 1 người ; 1 lò: 2 người  N1 = 20 người Số người phục vụ trong phân xưởng (N2 ) N2 = 30% × N1 = 30% × 20 = 6 𝑛𝑔ườ𝑖 Số người lao động gián tiếp. N3 = 4 người  N = 20 + 6 + 4 = 30 người  Q𝑡ỏ𝑎 𝑛𝑔ườ𝑖 = 30 × 10 = 300 (kcal/h) Q𝑡ỏ𝑎 𝑛𝑔ườ𝑖 = 300 (kcal/h) 6.2. Tỏa nhiệt do thắp sáng Q𝑡ỏ𝑎 𝑡𝑠 = 860 × ∑ N (kcal/h) Trong đó ∑ N = a × F : Tổng công suất các thiết bị chiếu sang Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 12 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng 860: Hệ số chuyển điện năng sang nhiệt năng a: tiêu chuẩn chiếu sang. a= 18 (w/m2) =18× 10−3 (kw/m2) F: diên tích chiếu sang (m2) ( diện tích phân xưởng) F = 20 × 12 = 240 (m2) −3 Q𝑡ỏ𝑎 × 240 = 3715,2 (kcal/h) 𝑡𝑠 = 860 × 18 × 10 Q𝑡ỏ𝑎 𝑡𝑠 = 3715,2 (kcal/h) 6.3. Tỏa nhiệt từ thiết bị, động cơ tiêu thụ điện Q𝑡ỏ𝑎 𝑡ℎ𝑖ế𝑡 𝑏ị = 860 × ∑ N × 𝜑1 × 𝜑2 × 𝜑3 × 𝜑4 (kcal/h) Trong đó 𝜑1 = 0,7÷ 0,9 : Hệ số sử dụng công suất đặt máy. Chọn 𝜑1 = 0,8 𝜑2 = 0,5 ÷ 0,8 : Hệ số phụ tải. Chọn 𝜑2 = 0,6 𝜑3 = 0,5 ÷ 1 : Hệ số kể đến sự làm việc đồng thời của các dộng cơ điện. Chọn 𝜑3 = 0,8 𝜑4 = 0,1 ÷ 1 : Hệ số chuyển biến cơ năng thành nhiệt năng tỏa vào không khí xung quanh. Chọn 𝜑4 = 0,8 ∑ N: Tổng công suất tiêu chuẩn của thiết bị (∑ N = số lượng máy × công suất máy ) STT Tên gọi Tổng công suất điện (KW) Q (kcal/h) 1 Lò nấu gang 3 792,576 2 Lò nấu hàn the 2,2 581,222 3 Lò nấu nhôm 3,6 951,091 4 Lò nấu đồng 1,2 317,030 5 Lò ủ vật đúc 1,2 317,030 6 Lò điện 5,8 1532,313 7 Q𝑡ỏ𝑎 𝑡ℎ𝑖ế𝑡 𝑏ị = 4491,262 (kcal/h) 6.4. Tỏa nhiệt do sản phẩm nung nóng để nguội 6.4.1. Sản phẩm trong quá trình để nguội chuyển pha Tính theo công thức Q = G𝑠𝑝 × 𝛽[C𝑙 (t1 + t 𝑛𝑐 ) + r + C𝑟 (t 𝑛𝑐 − t 2 )] (kcal/h) Trong đó Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 13 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng 2 G𝑠𝑝 = × V𝑙ò × 500 (kg/h) 3 𝛽: hệ số kể đến cường độ tỏa nhiệt theo thời gian (𝛽 = 3) C𝑙 : tỉ nhiệt của vật liệu ở thể lỏng, kcal/kgoC C𝑟 : tỉ nhiệt của vật liệu ở thể rắn, kcal/kgoC C𝑟 = a + b(273 + t) (KJ/kgoC) a: Tỉ nhiệt ở nhiệt độ 0oC (KJ/kgoC) b: hệ số tỉ lệ (tra a,b theo bảng 2.16 trang 52 sách thiết kế thong gió công nghệp) 𝑔𝑎𝑛𝑔 C𝑟 = 0,53 + 0,000179(273 + 100) = 0,6 KJ/kgoC =0,14 kcal/kgoC 𝑡ℎ𝑒 Cℎà𝑛 = 0,46 + 0,000193(273 + 100) = 0,53KJ/kgoC= 0,13kcal/kgoC 𝑟 C𝑟𝑛ℎô𝑚 = 4,8 + 0,003(273 + 100) = 5,929 KJ/kgoC= 1,42 kcal/kgoC đồ𝑛𝑔 C𝑟 = 5,41 + 0,0015(273 + 100) = 5,97 KJ/kgoC= 1,43 kcal/kgoC Theo sách thiết kế thông gió công nghiệp. Bảng đặc trưng của các vật liệu (trang 52); ta có lấy các số liệu tính toán 𝑔𝑎𝑛𝑔 C𝑙 = 1,05 KJ/kgoC= 0,251 kcal/kgoC 𝑡ℎ𝑒 Cℎà𝑛 = 1,17 KJ/kgoC= 0,279 kcal/kgoC 𝑙 C𝑙𝑛ℎô𝑚 = 7,6 KJ/kgoC= 1,82 kcal/kgoC đồ𝑛𝑔 C𝑙 = 7,44 KJ/kgoC= 7,8 kcal/kgoC 1 KJ/kgoC= 0,239 kcal/kgoC t1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu trước khi bắt đầu nguội; oC t1 : Nhiệt độ sau khi nguội (trường hợp giới hạn là bằng nhiệt độ không khí trong nhà; oC) t 𝑛𝑐 : Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu; (kcal/kg) STT 1 2 3 4 Tên lò Lò nấu gang Lò nấu hàn the Lò nấu nhôm Lò nấu đồng G𝑠𝑝 2423,3 C𝑙 0,251 C𝑟 0,14 t1 1340 t2 34 r Q(kcal/h) t 𝑛𝑐 1000 25,52 177458,24 32,71 0,28 0,13 1050 34 1000 23,01 1595,5 71,86 1,82 1,42 1350 34 1000 95,46 45361,91 43,53 1,78 1,43 1200 34 1000 43,02 23250,24 5 Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 ∑ Q = 294623,32 kcal/h 14 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng 6.4.2. Sản phẩm trong quá trình để nguội không chuyển pha Q 𝑠𝑝 = Gvl × Cvl × β × (t đ − t 𝑐 ) (kcal/h) Trong đó Cvl : tỉ nhiệt của vật liệu ở trạng thái đang xét, KJ/kgoC t đ : nhiệt độ ban đầu của vật liệu trước khi bắt đầu nguội (oC) t 𝑐 : nhiệt độ sau khi nguội (lấy bằng nhiệt độ không khí trong nhà t 𝑐 = 34oC Gvl : trọng lượng vật liệu chuyển đến trong 1h (kg/h) 2 Gvl = × V𝑙ò × 500 (kg/h) 3 500: lượng nhiên liệu trên 1m3 V𝑙ò : thể tích của lò β: hệ số kể đến cường độ tỏa nhiệt theo thời gian (β = 3) STT Tên lò Cvl (KJ/kgoC) Gvl (kg/h) t đ (oC) t 𝑐 (oC) β Q (KJ/h) 1 Lò ủ vật đúc 0,13 3240 165 34 0,3 16553,16 2 Lò điện 0,13 650 1500 34 0,3 37163,1 3 ∑ Q = 53716,26 KJ/h = 12838,19 kcal/h Vậy tổng nhiệt lượng tỏa ra do sản phẩm nung nóng để nguội ∑ Q 𝑠𝑝 = 294623,32 + 12838,19 = 307461,51 (kcal/h) 6.5. Tỏa nhiệt từ lò nung 6.5.1 Tỏa nhiệt từ lò nấu gang Kích thước lò: D = 2100 mm H = D = 2100 mm Diện tích thành lò F𝑙ò 𝑛ấ𝑢 𝑔𝑎𝑛𝑔 = 2 × 𝜋(r + bề dầy thành lò) × (H + đáy + nóc ) 2 Bề dầy thành lò = đáy = nóc Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 15 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng Bề dầy thành lò = 0,45m do nhiệt độ lò >1000oC  F𝑙ò 𝑛ấ𝑢 𝑔𝑎𝑛𝑔 = 2 × 3,14(1,05 + 0,45) (2,1 + 0,45 + 0,45 2 ) = 26,14 (m2) Nhiệt độ lò: t = 1340oC Nhiệt độ bên ngoài lò: t 4 = t 𝑣𝑙𝑣 = 34 oC Nhiệt độ bề mặt trong thành lò: t 2 = 1340 − 5 = 1335 oC Giả thiết nhiệt độ bên ngoài thành lò: t 3 = t 𝑏𝑚𝑛 = 90 oC a. Xác định lượng nhiệt tỏa ra do thành lò Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu thành lò Cấu tạo: Gồm 2 lớp + Lớp 1: gạch đỏ và gạch samot 𝛿1 = 0,25 m 𝜆1 = 1,1 (kcal/mhoC) + Lớp 2: lớp cách nhiệt diatomit 𝛿1 = 0,2 m 𝜆1 = 1,17 (kcal/mhoC) α4 = l(t 3 − t 4 )0,25 + C𝑞𝑑 t3 −t4 273+t3 4 [( 100 273+t4 4 ) −( 100 ) ] (kcal/m2hoC) Trong đó l: hệ số kích thước đặc trưng, phụ thuộc vào vị trí thành lò đối với bề mặt đứng: l = 2,2 C𝑞𝑑 : hệ số bức xạ quy diễn (C𝑞𝑑 = 4,2 kcal/m2hK4 )  α4 = 2,2 × (90 − 34)0,25 + 4,2 273+90 4 [( 90−34 100 273+34 4 ) −( 100 ) ] = 12,38 (kcal/m2hoC) Lượng nhiệt tỏa ra trên 1m2 bề mặt ngoài của lò trong 1h Q 𝑙ò 𝑛ấ𝑢 𝑔𝑎𝑛𝑔 = α4 (t 3 − t 4 ) × F𝑙ò 𝑛ấ𝑢 𝑔𝑎𝑛𝑔 = 12,38(90 − 34) × 26,14 = 18136,2 (kcal/m2h) (không kể sức cản trao đổi nhiệt bề mặt) b. Xác định lượng nhiệt tỏa ra lúc mở cửa lò Trong mỗi giờ cánh cửa lò chỉ mở ra 10 phút Lượng nhiệt của cửa lò tỏa ra lúc mở được tính theo công thức Q 𝑚ở 𝑐ử𝑎 = q𝑏𝑥 × F𝑐ử𝑎 × K (kcal/h) Trong đó q𝑏𝑥 : cường độ bức xạ Với t = 1340oC, tra biểu đồ 3.16 (KTTG trang 101) Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 16 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng => q𝑏𝑥 = 32000 (kcal/m2h) Chọn cửa lò là cửa tròn (trên nóc) : D = 500 ÷ 900mm. Chọn D = 700 mm 700×10−3 F𝑐ử𝑎 : diện tích cánh cửa: F = π ( 2 2 ) = 0,385 (m2) K : hệ số truyền nhiệt khi kể đến hiện tượng nhiễu xạ K= A 𝛿 = B 𝛿 = 70 45 K1 +K2 2 (kcal/mhoC) (tra đồ thị trang 101 – KTTG) = 1,56 ; tra đồ thị được K1 = K 2 = 0,68 𝛿 : bề dày thành lò; 𝛿 = 45 (cm)  K= K1 +K2 2 = 0,68 (kcal/mhoC) Lưu lượng nhiệt cửa lò tỏa ra trong 1h Q 𝑚ở 𝑐ử𝑎 = q𝑏𝑥 × F𝑐ử𝑎 × K = 32000 × 0,68 × 0,385 × 10 60 = 1396,3 (kcal/h) Vậy tổng lượng nhiệt tỏa ra của lò nấu gang ∑ Q𝑔𝑎𝑛𝑔 𝑡ỏ𝑎 = 18136,2 + 1396,3 = 19532,5 (kcal/h) 6.5.2 Tỏa nhiệt từ lò nấu nhôm Kích thước lò: D = 650 mm H = D = 650 mm Diện tích thành lò F𝑙ò 𝑛ấ𝑢 𝑛ℎô𝑚 = 2 × 𝜋(r + bề dày thành lò) × (H + đáy + 𝑛ó𝑐 ) 2 Bề dày thành lò = đáy = nóc Bề dầy thành lò = 0,45m do nhiệt độ lò > 1000oC  F𝑙ò 𝑛ấ𝑢 𝑛ℎô𝑚 = 2 × 3,14(0,325 + 0,45) (0,65 + 0,45 + 0,45 2 ) = 6,45 (m2) Nhiệt độ lò: t = 1350 oC Nhiệt độ bên ngoài lò: t 4 = t 𝑣𝑙𝑣 = 34oC Nhiệt độ bề mặt trong thành lò: t 2 = 1350 − 5 = 1345 oC Giả thiết nhiệt độ bên ngoài thành lò: t 3 = t 𝑏𝑚𝑛 = 90 oC a. Xác định lượng nhiệt tỏa ra do thành lò Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu thành lò Cấu tạo: gồm 2 lớp + Lớp 1: gạch đỏ và gạch samot 𝛿1 = 0,25 m 𝜆1 = 1,1 (kcal/mhoC) Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 17 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng + Lớp 2: lớp cách nhiệt diatomit bọt 𝛿1 = 0,2 m 𝜆1 = 1,17 (kcal/mhoC) α4 = l(t 3 − t 4 )0,25 + C𝑞𝑑 t3 −t4 273+t3 4 [( 100 273+t4 4 ) −( 100 ) ] (kcal/m2hoC) Trong đó l: hệ số kích thước đặc trưng, phụ thuộc vào vị trí thành lò đối với bề mặt đứng: l = 2,2 C𝑞𝑑 : hệ số bức xạ quy diễn (C𝑞𝑑 = 4,2 kcal/m2hK4 )  α4 = 2,2 × (90 − 34)0,25 + 273+90 4 4,2 [( 90−34 100 273+34 4 ) −( 100 ) ] = 12,38 (kcal/m2hoC) Lượng nhiệt tỏa ra trên 1m2 bề mặt ngoài của lò trong 1h Q 𝑙ò 𝑛ấ𝑢 𝑛ℎô𝑚 = α4 (t 3 − t 4 ) × F𝑙ò 𝑛ấ𝑢 𝑛ℎô𝑚 = 12,38(90 − 34) × 6,45 = 4471,66 (kcal/m2h) (không kể sức cản trao đổi nhiệt bề mặt) b. Xác định lượng nhiệt tỏa ra lúc mở cửa lò Trong mỗi giờ cánh cửa lò chỉ mở ra 10 phút Lượng nhiệt của cửa lò tỏa ra lúc mở được tính theo công thức Q 𝑚ở 𝑐ử𝑎 = q𝑏𝑥 × F𝑐ử𝑎 × K (kcal/h) Trong đó q𝑏𝑥 : cường độ bức xạ Với t = 1350oC, tra biểu đồ 3.16 (KTTG trang 101) => q𝑏𝑥 = 32000 (kcal/m2h) Chọn cửa lò là cửa tròn (trên nóc) : D = 500 ÷ 900mm. Chọn D = 700 mm 700×10−3 F𝑐ử𝑎 : diện tích cánh cửa: F = π ( 2 2 ) = 0,385 (m2) K : hệ số truyền nhiệt khi kể đến hiện tượng nhiễu xạ K= A 𝛿 = B 𝛿 = 70 45 K1 +K2 2 (kcal/mhoC) (tra đồ thị trang 101 – KTTG) = 1,56 ; tra đồ thị được K1 = K 2 = 0,68 𝛿 : bề dày thành lò; 𝛿 = 45 (cm)  K= K1 +K2 2 = 0,68 (kcal/mhoC) Lưu lượng nhiệt cửa lò tỏa ra trong 1h Q 𝑚ở 𝑐ử𝑎 = q𝑏𝑥 × F𝑐ử𝑎 × K = 32000 × 0,68 × 0,385 × Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 10 60 = 1396,3 (kcal/h) 18 Đồ á n xử lý khí thả i GVHD: Nguyễ n Đức Lượng Vậy tổng lượng nhiệt tỏa ra của lò nấu gang ∑ Q𝑛ℎô𝑚 = 4471,66 + 1396,3 = 5867,96 (kcal/h) 𝑡ỏ𝑎 6.5.3. Lò nấu hàn the Kích thước lò: D = 500 mm H = D = 500 mm Diện tích thành lò F𝑙ò 𝑛ấ𝑢 ℎà𝑛 𝑡ℎ𝑒 = 2 × 𝜋(r + bề dày thành lò) × (H + đáy + 𝑛ó𝑐 ) 2 Bề dày thành lò = đáy = nóc Bề dầy thành lò = 0,45m do nhiệt độ lò > 1000oC  F𝑙ò 𝑛ấ𝑢 ℎà𝑛 𝑡ℎ𝑒 = 2 × 3,14(0,25 + 0,45) (0,5 + 0,45 + 0,45 2 ) = 5,17 (m2) Nhiệt độ lò: t = 1050 oC Nhiệt độ bên ngoài lò: t 4 = t 𝑣𝑙𝑣 = 34oC Nhiệt độ bề mặt trong thành lò: t 2 = 1050 − 5 = 1045 oC Giả thiết nhiệt độ bên ngoài thành lò: t 3 = t 𝑏𝑚𝑛 = 90 oC a. Xác định lượng nhiệt tỏa ra do thành lò Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu thành lò Cấu tạo: gồm 2 lớp + Lớp 1: gạch đỏ và gạch samot 𝛿1 = 0,25 m 𝜆1 = 1,1 (kcal/mhoC) + Lớp 2: lớp cách nhiệt diatomit bọt 𝛿1 = 0,2 m 𝜆1 = 1,17 (kcal/mhoC) α4 = l(t 3 − t 4 )0,25 + C𝑞𝑑 t3 −t4 273+t3 4 [( 100 273+t4 4 ) −( 100 ) ] (kcal/m2hoC) Trong đó l: hệ số kích thước đặc trưng, phụ thuộc vào vị trí thành lò đối với bề mặt đứng: l = 2,2 C𝑞𝑑 : hệ số bức xạ quy diễn (C𝑞𝑑 = 4,2 kcal/m2hK4 )  α4 = 2,2 × (90 − 34)0,25 + 4,2 273+90 4 [( 90−34 100 273+34 4 ) −( 100 ) ] = 12,38 (kcal/m2hoC) Lượng nhiệt tỏa ra trên 1m2 bề mặt ngoài của lò trong 1h Q 𝑙ò 𝑛ấ𝑢 ℎà𝑛 𝑡ℎ𝑒 = α4 (t 3 − t 4 ) × F𝑙ò 𝑛ấ𝑢 ℎà𝑛 𝑡ℎ𝑒 Nguyễ n Anh Tuá n – CM14 19