Nghiên cứu chế tạo microsilica từ tro trấu thay thế muội ôxit silic trong bê tông chất lượng cao
Nghiên cứu chế tạo microsilica từ tro trấu thay thế muội ôxit silic
trong bê tông chất lượng cao
MỤC LỤC
Nội dung.............................................................................................................2
I. Tình hình nghiên cứu lò đốt trấu trong và ngoài nước.........................................................................2
I.1. Giới thiệu về trấu và tro trấu [1]....................................................................................................2
I.2. Các loại lò đốt trấu trên thế giới [1]...............................................................................................3
II. Các chỉ tiêu cơ bản của lò đốt trấu công nghiệp do nước ngoài thiết kế và chế tạo ..........................8
III. Nghiên cứu tối ưu hoá kết cấu chịu nhiệt cách nhiệt lò đốt trấu công nghiệp cấp nhiệt cho hầm sấy
tuynen công suất 20 triệu viên gạch tiêu chuẩn/năm và tận dụng tro trấu làm phụ gia khoáng cho bê
tông.......................................................................................................................................................10
III.1.Tớnh cách nhiệt, nhiệt trị và cường độ dòng nhiệt theo thể tích của nguyên mẫu lò đốt trấu
.......................................................................................................................................................10
III.1.1. Tính cách nhiệt ...........................................................................................................10
a. Phần lò đốt ........................................................................................................................10
b. Phần trên lò đốt ...............................................................................................................11
c. Phần ống dẫn khí nóng......................................................................................................12
III.1.2. Nhiệt trị thấp làm việc của trấu ......................................................................................12
III.1.3. Cường độ dòng nhiệt theo thể tích ................................................................................12
III.2. Tính lượng nhiệt yêu cầu cho quá trình sấy gạch mộc công suất 20 triệu viên gạch tiêu
chuẩn/năm....................................................................................................................................13
III.2.1. Các số liệu về lò nung Tuynen .......................................................................................13
III.2.2. Các số liệu về hầm sấy Tuynen .......................................................................................31
III.3. Thiết kế mẫu lò đốt trấu đáp ứng cho nhu cầu sấy gạch mộc công suất 20 triệu viên gạch
tiêu chuẩn/năm ............................................................................................................................39
III.3.1.Trường hợp tối thiểu ......................................................................................................39
III.3.2. Trường hợp tối đa ........................................................................................................40
III.3.3. Trường hợp trung gian ...................................................................................................41
IV. Mô hình bố trí lò đốt trấu công nghiệp cấp nhiệt cho hầm sấy tuynen công suất 20 triệu viên
gạch tiêu chuẩn/năm và tận dụng tro trấu làm phụ gia khoáng cho bê tông ...................................42
IV.1. Mô tả mô hình...................................................................................................................42
IV.2. Yêu cầu đối với tro trấu sử dụng làm phụ gia khoáng cho bê tông [1]...............................42
IV.2.1. Tính năng kỹ thuật của tro và trấu..................................................................................42
b.Thành phần khoáng ...........................................................................................................44
Trấu là một thải phẩm nông nghiệp có khối lượng lớn. Khi gia công trấu
trong những điều kiện thích hợp sẽ thu được tro trấu có nhiều tính chất tương
1
tự silica fume, như có hàm lượng ụxit silic vô định hình và tỷ diện tích bề mặt
lớn. .........................................................................................................................44
V. Kết luận ......................................................................................................44
VI. Tài liệu tham khảo ..................................................................................45
Nội dung
I. Tình hình nghiên cứu lò đốt trấu trong và ngoài nước
I.1. Giới thiệu về trấu và tro trấu [1]
Trấu là phần vỏ ngoài bao quanh hạt thóc, khi xay xát nó được tách ra dưới dạng
thải phẩm. Do trấu có khối lượng thể tích nhỏ (khoảng 0,1 tấn/m 3) nên cần phải tốn
2
khá nhiều diện tích để chứa loại phế thải này. Đối với các cơ sở xay xát gạo tập
trung, có công suất lớn thì việc xử lý lượng trấu thải ra hàng ngày là một vấn đề
cấp bách. Một trong các phương pháp xử lý là đốt trấu để giảm khối lượng và thể
tích của nó, đồng thời có thể tận dụng được lượng nhiệt toả ra trong quá trình đốt
trấu. Khi đốt trấu tạo thành một lượng tro khoảng 20% khối lượng trấu ban đầu và
toả ra nhiệt lượng khoảng 13200-16200 kJ/kg. Hàm lượng trấu trong thóc chiếm
khoảng 20%, như vậy cứ xay xát 1 tấn thúc thỡ sẽ thải ra 200 kg trấu, mà khi đốt
sẽ cho khoảng 40 kg tro. Tuy nhiên đây là số liệu trung bình vì hàm lượng trấu
trong thóc và hàm lượng tro trong trấu dao động trong một phạm vi khá lớn, phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như giống lúa, chất đất, phân bón, thời vụ, khí hậu, v.v.
Theo tài liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Thế giới (FAO)
thì sản lượng thóc năm 2003 trên thế giới là 588,56 triệu tấn, trong đó Việt Nam
chiếm 34,51 triệu tấn. Nếu sử dụng các số liệu trung bình về hàm lượng trấu, tro và
nhiệt lượng nêu trên để tính toán thì lượng tro và lượng nhiệt có thể thu được khi
đốt lượng trấu thải ra trong năm 2003 trên thế giới là 23,54 triệu tấn và 153x10 10191x1010 MJ. Còn ở Việt Nam lượng trấu và tro trấu tiềm năng thu được trong năm
2003 sẽ tương ứng là 6,9 triệu tấn và 1,38 triệu tấn; còn lượng nhiệt toả ra khi đốt
trấu là 1,8x1010-2,2x1010 MJ, tương đương với nhiệt lượng của khoảng 716.000 –
875.000 tấn than đá. Song trên thực tế, do thóc là sản phẩm nông nghiệp được sản
xuất rải rác trờn cỏc vựng lãnh thổ rộng lớn, nên khó có thể thu hồi được toàn bộ
số trấu để xử lý nhằm thu được số tro và nhiệt lượng như số liệu thống kê trên.
Do tro trấu có hàm lượng ụxit silic rất lớn và nếu được gia công trong điều kiện
thích hợp thỡ cú độ hoạt tính puzơlan rất cao, nên có thể sử dụng nó làm phụ gia
khoáng hoạt tính trong xi măng và bê tông. Cook ước tính có thể thu hồi được một
phần ba số trấu thải ra hàng năm và đốt thành tro để sử dụng làm phụ gia puzơlan
thay thế một phần xi măng. Lượng puzơlan này có tiềm năng rất lớn, đặc biệt là ở
một số nước trồng nhiều lúa như Trung Quốc, ấn Độ, Inđụnờxia, Việt Nam, Thái
Lan, v.v.
I.2. Các loại lò đốt trấu trên thế giới [1]
Mục đích của việc đốt trấu là tận dụng nhiệt lượng của trấu và lấy tro. Tuy nhiên
tro trấu thu được sẽ có tính chất khác nhau, tuỳ thuộc vào phương pháp đốt trấu.
Tuỳ theo mục đích đốt trấu mà thiết bị đốt trấu được thiết kế khác nhau. Nếu mục
đích đốt trấu là tận dụng triệt để nhiệt lượng của trấu, mà không quan tâm tới chất
lượng của tro tạo thành, thỡ lũ đốt trấu được thiết kế sao cho quá trình cháy xảy ra
triệt để, có nhiệt độ đốt cao. Nhiệt độ đốt trấu trong loại lò này không được khống
chế chặt chẽ. Nếu mục đích của việc đốt trấu là để thu được tro có hoạt tính
puzơlan thỡ lũ đốt trấu được thiết kế sao cho có thể khống chế được chế độ gia
công nhiệt.
3
Một loại lò đốt trấu điển hình có tính chất công nghiệp, sử dụng trấu như một
dạng nhiên liệu là lò đốt tầng sôi. Trong loại lò này, trấu được đốt ở trạng thái tầng
sôi. Khí nóng thổi qua ghi lò với vận tốc lớn làm cho lớp trấu trên ghi chuyển động
lên, xuống tương tự như nước đang sôi. Sự trao đổi nhiệt giữa trấu và khí nóng rất
mạnh nên quá trình cháy xảy ra nhanh và triệt để. Nhiệt độ đốt khoảng 1100oC1200oC, thời gian trấu lưu ở nhiệt độ này khoảng vài phút. Trong điều kiện đốt trấu
như vậy, ụxit silic trong tro phần lớn chuyển sang trạng thái tinh thể nên tro hầu như
không có hoạt tính puzơlan. Lò đốt này thường được bố trí cùng với nồi hơi để tạo
hơi nước.
Sơ đồ của lò đốt tầng sụi dựng để chạy máy phát điện của hãng Takuma, Nhật
Bản, được thể hiện trờn Hỡnh 1.
Hình 1: Lò đốt tầng sôi sử dụng trấu làm nhiên liệu [1]
1 = Bun ke trấu; 2 = Lò đốt tầng sôi; 3 = Nồi hơi; 4 = Tuốc bin;
5 = Máy phát điện; 6 = Lọc bụi; 7 = Bunke chứa trấu
Trên cơ sở nghiên cứu của Mehta về độ hoạt tính puzơlan của tro trấu, Pitt đã thiết
kế một loại lò kiểu xyclon, đốt trấu trong trạng thái lơ lửng, cho phép vừa tạo ra năng
lượng điện đồng thời thu được tro trấu có hoạt tính cao . Sơ đồ cấu tạo của lò đốt kiểu
xyclon được mô tả trờn Hỡnh 2. Lò gồm một buồng đốt hình trụ với phần đỉnh có
dạng hình nón cụt (1), hệ thống xyclon lọc bụi để thu hồi tro trấu (2, 3), bunke nạp
trấu (4), quạt và ống khói 6. Trấu từ bunke (4) được thổi vào buồng đốt với vận tốc
lớn qua đường ống (5) theo phương tiếp tuyến với thành buồng đốt, và được đốt cháy
trong môi trường ô xy hoá ở nhiệt độ 676-954oC. Nhờ lực ly tâm và khí nóng, trấu
chuyển động lên phần trên của buồng đốt theo hỡnh xoỏy ốc và bốc cháy. Khi lên đến
đỉnh buồng đốt các hạt trấu được đốt cháy hoàn toàn và rơi xuống phía dưới rồi theo
khí thải ra khỏi buồng đốt tới hệ thống xyclon lọc bụi (2, 3). Tro trấu thu được có cấu
trúc vô định hình và với hàm lượng than chưa cháy từ 8-12%.
4
Hình 2: Lò đốt trấu kiểu xyclon [1]
1 = Buồng đốt; 2-3 = Xyclon lọc bụi; 4 = Bun ke trấu;5= Đường ống dẫn khí phun
trấu vào lò; 6 = Quạt ống khói; 7 = Lỗ tháo tro.
5
Hình 3: Hệ thống lò đốt xyclon và nồi hơi [1]
Dựa trên loại lò đốt này năm 1975 một nhà máy điện thử nghiệm công suất 7 tấn
trấu/giờ đã được xây dựng ở Stuttgart bang Arkansas, Mỹ. Sơ đồ hệ thống lò đốt
trấu và nồi hơi của nhà máy được mô tả trờn Hỡnh 3 [1].
Hội đồng Khoa học và Nghiên cứu công nghiệp Pakistan (Pakistani Coulcil for
Scientific and Industrial Research - PCSIR) đã thiết kế một loại lò đốt thủ công cho
phép thu được tro trấu có hoạt tính cao, nhưng có công suất nhỏ và không tận dụng
được nhiệt lượng của trấu (xem Hình 4) [1].
Lò gồm 2 giỏ lưới thép hình trụ lồng
vào nhau đặt trong vỏ làm bằng
thùng phuy cũ, bên trên có chụp đậy
và ống khói. Các giỏ lưới thép được
liên kết với nhau bằng các thanh thép
nhỏ. Ghi lò được làm bằng các thanh
thép φ10mm, trên mặt có trải lưới
thép. Ngay phía trên mặt ghi lũ cú trổ
1 cửa tháo tro. Giữa thành trong vỏ
lò và giỏ lưới thép ngoài có khe hở
để thông khí. Không khí cho quá
trình chỏy cũn được cung cấp qua
khoảng trống của giỏ thép trong.
Chụp ống khói và ống khói có tác
dụng tạo sức hút tự nhiên trong lò, đẩy
mạnh quá trình cháy. Khi đốt, khoảng
không giữa hai giỏ lưới thép hình trụ
được đổ đầy trấu. Lửa được mồi từ
dưới ghi lò bằng cách đốt một vài tờ
báo cũ. Sau khi bén lửa, trấu sẽ tự
cháy ở nhiệt độ tương đối thấp và khá
ổn định. Tro trấu thu được có cấu trúc
vô định hình và hàm lượng than chưa
cháy tương đối thấp, ổn định trong
khoảng 4-6%.
Hình 4: Lò kiểu giỏ lưới thép PCSIR [1]
6
Viện nghiên cứu xi măng Ấn Độ CRI (Cement Research Institute of India) đã
thiết kế một lò đốt trấu xây bằng gạch có nguyên tắc hoạt động tương tự lò giỏ lưới
thép PCSIR (xem Hình 5) [1]. Lũ cú dung tích 1,02x1,02x1,1m, mặt xung quanh
thành lò có nhiều hàng lỗ thông gió. Lò được ngăn làm 2 phần bằng 2 vách ngăn
lưới thép đặt cách nhau 20cm. Khoảng trống giữa hai vách ngăn làm tăng mức độ
thông gió giữa lò. Xung quanh mặt trong tường lò và trên mặt ghi lò cũng có lưới
thép để ngăn không cho trấu rơi ra khỏi buồng đốt. Cửa tháo tro và cửa để nhúm lũ
được bố trí sát ngay mặt trên và mặt dưới ghi lũ. Lũ được đậy bằng chụp ống khói
để chống mưa và tạo sức hút gió tự nhiờn.
Hình 5: Lò đốt trấu xây bằng gạch CRI [1]
Trấu được nạp vào lò qua 2 cửa nạp bố trí trên chụp ống khói. Công suất của lò
khoảng 0,5 tấn trấu/ngày. Tro thu được khi đốt trấu trong loại lò này có chất lượng
tương đương tro từ lò kiểu giỏ lưới thép PCSIR.
7
Hình 6: Hệ thống cỏc lũ đốt trấu CRI [1]
Để tăng công suất, có thể xây nhiều lò cạnh nhau kết hợp thành từng cụm như trong
hình 6 . Tuy nhiên đõy cũng là loại lò thủ công có công suất nhỏ và không tận dụng
được nhiệt lượng toả ra khi đốt trấu.
II. Các chỉ tiêu cơ bản của lò đốt trấu công nghiệp do nước ngoài thiết kế và chế
tạo
Thiết kế chi tiết của mẫu lò đốt đã có sẵn trong Sh(1997). Nó bao gồm 1 buồng
đốt, 1 hệ thống cấp trấu, hệ thống cấp khí, hệ thống điều khiển và quạt gió. Buồng
đốt được làm bằng thép, tạo dáng hình trụ với đường kính trong và đường kính
ngoài là 1.37 m và 1.76 m, chiều cao là 2.75 m. Các vật liệu bên trong lò đốt tại
phần dưới của tháp buồng đốt từ lớp trong ra lớp ngoài là : gạch chịu lửa, thép, sợi
thủy tinh và thép bao che. Buồng đốt được lắp đặt trên dầm thép chữ I. Mẫu này có
ghi lò với đường kính 1.37 m, độ dày 9.5 m ( 583 lỗ /m 2, đường kính lỗ 0.0127 m)
và lỗ dỡ tro kích thước 50x50 mm, độ dài 1.1 m ở vách dưới của buồng đốt. Ống
dẫn khí một được nối với phần trên của buồng đốt theo phương tiếp tuyến. Ở phần
trên của buồng đốt, ống thép hình trụ được lắp đặt với đường kính trong 0.8 m, độ
cao 1.6 m. Nó được cách nhiệt dày 0.06 m bởi xi măng. Ống dẫn khí thứ 2 được
nối với ống hình trụ theo phương tiếp tuyến nhằm làm sạch khúi lũ. Tro được thải
ra khỏi buồng đốt bởi lỗ dỡ tro bằng 1 thiết bị vận chuyển kiểu vít lắp đặt dưới
buồng đốt. Ống dẫn khí thứ 3 được nối với phần đáy của buồng đốt để hỗ trợ hoàn
thành quá trình đốt. Hệ thống tiếp trấu bao gồm : thùng chứa trấu hình chữ nhật với
1vít lắp đặt phớa đỏy và chạy bởi 1 mô tơ công suất 0.37 kW, ống dẫn khí thứ nhất
đường kính 0.152 m dùng cấp trấu bằng khí nén và quạt nạp. Ống dẫn khí thứ 2 có
đường kính 0.102 m. Ống dẫn khí thứ 3 có đường kính 0.076 m tách ra từ ống dẫn
khí thứ 2 và sau đó được chia thành 4 ống bởi thiết bị phân phối ở đáy buồng đốt
dưới ghi lò. Hệ thống hỳt khớ bao gồm 1 quạt gió 15 kW, 1 ống với đường kính
8
0.254 m và 1 van điều chỉnh lượng không khí sạch cần hòa trộn vào trong buồng
đốt.
Các thiết bị đo sử dụng trong thí nghiệm như sau : máy đọc dữ liệu được nối với
đầu đo nhiệt độ loại K ( độ chính xác ± 1 oC ), dụng cụ kẹp, áp kế với thang đo 0 –
200 mmH2O ( độ chính xác ± 0.1 mmH 2O ), ẩm kế thang đo 0 – 100% ( độ chính
xác ± 1%), cõn đũn thang đo 0 – 50 kg ( độ chính xác ± 200 g ), máy phân tích
khúi lũ đốt cho O2, CO, NO2 và SO2 với thang đo 0 – 600 oC ( độ chính xác ± 3 oC
đối với nhiệt độ, ± 20 phần triệu đối với CO, ± 0.3% đối với O2 ).
Trên hình số 7 là sơ đồ của lò đốt trấu. Bắt đầu thí nghiệm, lưu lượng khí đi vào
ống thứ nhất, thứ 2 và thứ 3 được thiết lập. 1 mẫu trấu được đưa vào để phân tích
thành phần. Trấu được cân và đẩy vào lò đốt tới khi nó đạt chiều cao yêu cầu, sau
đó nó được đốt bởi dầu mồi cháy và giấy. 2 quạt ( số 4 và 10 ) được bật lên để hỗ
trợ quá trình đốt. Sau 10-15 phút, quạt thứ 3 ( số 3 hình 7) và hệ thống điều khiển
cấp trấu và ống dỡ tro cũng được bật lên.
Hình 7: Sơ đồ của lò đốt trấu
Nhiệt độ được giữ ở 325oC. Nhiệt độ được đo 3 phút 1 lần và khí được phân tích
10 phút 1 lần. Độ ẩm tương đối được đo bởi ẩm kế. Nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ
bầu ướt của không khí bao quanh cũng được đo. Khi thí nghiệm kết thúc, hệ thống
cấp trấu và 2 quạt ( 3 và 4) được tắt đi trong khi quạt thứ 3 ( số 10 ) vẫn để bật
nhằm mục đích hút khí nóng từ lò sấy. Cuối cùng, quạt này cũng được tắt và các
mẫu tro được đem đi phân tích thành phần.
9
III. Nghiên cứu tối ưu hoá kết cấu chịu nhiệt cách nhiệt lò đốt trấu công nghiệp
cấp nhiệt cho hầm sấy tuynen công suất 20 triệu viên gạch tiêu chuẩn/năm
và tận dụng tro trấu làm phụ gia khoáng cho bê tông
III.1.Tớnh cách nhiệt, nhiệt trị và cường độ dòng nhiệt theo thể tích của nguyên
mẫu lò đốt trấu
III.1.1. Tính cách nhiệt
a. Phần lò đốt
Lò gồm bốn lớp là: Gạch chịu lửa ( gạch samốt ), lớp cách nhiệt ( bụng khoáng ),
lớp thép chịu lực và lớp thép bao che.
Khi tính cách nhiệt cho lò chỉ cần tính cho hai lớp là lớp gạch chịu lửa và lớp cách
nhiệt (do thộp cú hệ số dẫn nhiệt λ lớn không cần tính đến ).
Các thông số tính toán:
- Nhiệt độ mặt trong của lò tm.tr = 690oC.
- Nhiệt độ mặt ngoài của lò tm.ng = 50 oC.
- Nhiệt độ giữa 2 lớp tiếp xúc là tx.
- Mật độ dòng nhiệt: q = 50 +
t m.tr
690
= 50 +
= 395 ( kcal/m2.h
2
2
).
a.1. Tính cho lớp gạch Samốt
* Phương án 1. Xây gạch Samốt theo kiểu quấn vòng quanh. δ sm
= 0,23 (m).
q.δ
sm
Nhiệt độ mặt ngoài của lớp Samốt : Tx = 690 − λ
sm
−4
Trong đó: λsm = 0,7 + 6,4.10 .
690 + Tx
.0,86
2
0,86: hệ số chuyển đổi đơn vị
Tx = 690 −
395.0,23
−4 690 + Tx
0,7 + 6,4.10 .
.0,86
2
⇔
( 690 − Tx ).( 0,9208 + 3,2.10 −4.Tx ) = 105,64
⇔
3,2.10 −4.Tx2 + 0,7.Tx − 529,7 = 0
⇒
Tx = 595 oC
Chọn
và
Tx = −2782 oC
(loại).
Tx = 595 oC
* Phương án 2. Xây gạch Samốt theo kiểu nửa mụđun δsm
Tính tương tự như trên ta đươc
= 0,114 m.
Tx = 644 oC.
10
a.2. Tính cho lớp bụng khoỏng
* Phương án 1. Với lớp chịu nhiệt gạch Samốt xây quấn vòng quanh. Chọn bụng
khoỏng cao nhôm ở 700oC, có λb.k = 0,18 (Kcal/m.h.oC).
Bề dầy lớp bụng khoỏng là:
δb.k = λb.k .
Tx −Tm.ng
q
=
0,18.( 595 −50 )
= 0,25 m.
395
* Phương án 2. Với lớp chịu nhiệt gạch Samốt xây theo kiểu mụđun. Chọn bụng
khoỏng cao nhôm ở 700oC, có λb.k = 0,18 (Kcal/m.h.oC).
Bề dầy lớp bụng khoỏng là:
δb.k = λb.k .
Tx −Tm.ng
q
=
0,18.( 644 −50 )
= 0,271 m.
395
b. Phần trên lò đốt
Các thông số tính toán :
- Nhiệt độ mặt trong: tm.tr = 590oC.
- Nhiệt độ mặt ngoài: tm.ng = 200oC.
- Nhiệt độ giữa hai lớp: ttx
- Mật độ dòng nhiệt: q = 50 +
t m.tr
590
= 50 +
= 345 (Kcal/m2.h).
2
2
b.1. Tính cho lớp gạch Samốt
Chọn δsm = 0,114 m.
Tính nhiệt độ mặt ngoài của lớp samốt:
Tx = 590 −
q.δ sm
λsm
−4
Trong đó: λsm = 0,7 + 6,4.10 .
Tx = 590 −
⇔
⇔
⇒
590 + Tx
.0,86
2
345.0,114
−4 590 + Tx
0,7 + 6,4.10 .
.0,86
2
( 590 − Tx ).( 0,7644 + 2,752.10 −4.Tx ) = 39,33
Chọn
2,752.10 −4.Tx2 + 0,6.Tx − 411,67 = 0
Tx = 548 oC
Tx = 548 oC
và
Tx = −2728 oC
(loại).
b.2. Tính cho lớp bụng khoáng
11
Chọn bụng khoỏng cao nhôm ở 700oC có λbk = 0,18 ( kcal/m.h.oC ).
Bề dầy lớp bụng khoỏng:
T −Tm.ng
0,18.( 548 − 200 )
δb.k = λb.k . x
=
= 0,182 m
q
345
Kết luận : Chiều dày cách nhiệt của phần trên buồng đốt:
δ = δ sm + δ bk = 0,114 + 0,182 = 0,296 m
c. Phần ống dẫn khí nóng
Các thông số tính toán :
- Nhiệt độ mặt trong: tm.tr = 330oC.
- Nhiệt độ mặt ngoài: tm.ng = 50oC.
- Mật độ dòng nhiệt: q = 50 +
Tính lớp bụng khoáng: λsm
q=
⇔
⇔
⇔
t m.tr − t m.ng
d
1
. ln 2
2λ.π
d1
ln
⇒
= 0,18 (
ln
d 2 2.3,14.0,18.( 330 − 50 )
=
= 1,47
d1
215
d2
= e1, 47 = 4,36
d1
d 2 = 4,36.d1 = 4,36.25,4 = 110
Vách phẳng
⇒
kcal/m.h.oC ).
d 2 2λ.π (t m.tr − t m.ng )
=
d1
q
Chiều dày lớp bụng khoỏng là:
q=
t m.tr
330
= 50 +
= 215 ( kcal/m2.h ).
2
2
t m.tr − t m.ng
δ
λ
⇒
δ=
0,18.( 330 − 50 )
= 0,23 m
215
cm
d 2−d1
= 42,3 cm
2
λ.(t m.tr − t m.ng )
q
= 23 cm.
III.1.2. Nhiệt trị thấp làm việc của trấu
Qclv = 81C lv + 300 H lv − 26(O lv − S lv ) = 81.39 + 300.5,4 − 26.( 43,3 − 0,04 )
Qclv = 3732 (kcal/kg).
Qthlv = Qclv − 6.( 9 H lv + W lv ) = 3732 − 6( 9.5,4 + 8,1)
Qthlv = 3392 (kcal/kg).
III.1.3. Cường độ dòng nhiệt theo thể tích
12
III.2. Tính lượng nhiệt yêu cầu cho quá trình sấy gạch mộc công suất 20 triệu
viên gạch tiêu chuẩn/năm
III.2.1. Các số liệu về lò nung Tuynen
Lò nung Tuynel dài 94m. Trong đó:
- Chiều dài vùng sấy và đốt nóng là 35 m.
- Chiều dài vùng nung là 24 m.
- Chiều dài vùng làm nguội là 35 m.
Chiều rộng: 2,5 m
Chiều cao tính tổn thất nhiệt là: 2,41- 0,885 = 1,525 m
Đường cong nung được thể hiện trong bảng 1
Chiều dài của cỏc vựng nhận theo nhiệt độ khoảng không trong lò nhận theo
bảng 1.
Bề rộng bề mặt lò trong vùng sấy- đốt nóng, vùng nung và làm nguội lần lượt là:
Ls, đn,ln = 4,340m; Lnung = 4,780m.
=
Độ cong vòm lò: Lc
2πR.α
2.3,14.2,5.60
=
= 2,616 m
360
360
Chiều dài tính toán của độ cung vũm lũ (trung bình nhân):
Lp
= Ls ,dn ,ln .Lc
Vùng nung:
LPnung =
Lnung .Lc = 4,780.2,616 = 3,536m
Vùng sấy và làm nguội:
LPs ,dn ,ln =
Ls ,dn ,ln .Lc = 4,340.2,616 =3,369m
Diện tích cỏc vựng của là tính tổn thất nhiệt:
- Vùng sấy: Fs
- Vùng nung: Fn
- Vùng làm nguội: Flng
Bảng 1: Kích thước cỏc vựng công nghệ của lò.
STT
Vùng công nghệ
Khoảng
nhiệt
độ(0C)
Bề dầy tường(mm)
Chiều
dài(m)
1.
Vùng sấy
25 – 200
Gạch đỏ 445
6,3
2.
Vùng đốt nóng
200 – 700
Gạch samốt 230
25,8
13
Gạch đỏ nhiều lỗ rỗng 250
Gạch đặc 2 x 220
3.
Vùng nung và 700 – 1050 Gạch samốt 230+130
hằng nhiệt
Xỉ lò cao 340
17
Gạch đỏ 2 x 220
4.
Vùng làm nguội 1050 – 700 Gạch samốt 230+130
nhanh
Xỉ lò cao 340
8
Gạch đỏ 2 x 220
5.
Vùng làm nguội 700 – 300
dần
Gạch samốt 230+130
27
Xỉ lò cao 340
Gạch đỏ 2 x 220
6.
Vùng làm nguội 300 – 80
cuối cùng
Gạch samốt 230+130
7,6
Xỉ lò cao 340
Gạch đỏ 2 x 220
7.
Vùng làm nguội
8.
Tổng chiều dài
80 – 50
Gạch đỏ 445
3,0
94,7
Bảng 2: Diện tích bề mặt trao nhiệt.
STT
Vùng công
nghệ
Diện tích vòm (m2)
Diện tích tường(m2)
1.
Vùng sấy Fs
0,5 x (2,369+2,5)x 6,3 2 x 6,3 x 1,525 = 19,22
= 18,45
2.
Vùng đốt nóng 25,8 x 3,369 = 86,92
Fdn
2 x 25,8 x 1,525 = 78,69
3.
Vùng nung và 17 x 3,563 = 60,11
hằng nhiệt Fn
2 x 17 x 1,525 = 51,85
4.
Vùng
nguội
Flngn
2 x 8 x 1,525 = 24,4
làm 8 x 3,563 = 28,29
nhanh
14
5.
Vùng
làm 27 x 3,563 = 95,47
nguội dần Flngd
2 x 27 x 1,525 = 82,35
6.
Vùng
làm 7,6 x 3,369 = 25,60
nguội
cuối
cùng Flngcc
2 x 7,6 x 1,525 = 23,18
7.
Vùng
làm 3 x 0,5 (3.369 + 2,5)
nguội Flng
= 8,8
2 x 3 x 1,525 = 9,15
Nhiệt trao đổi qua tường và vũm lũ vào môi trường xung quanh trong 1h theo
công thức:
Q1 =3,6.K .F .(t tr −t ng )
Trong đó; Q1 lượng nhiệt tổn thất.
F diện tích bề mặt (KJ/h).
ttr nhiệt độ trung bình tương(oC).
tng nhiệt độ môi trường xung quanh, tng = 25oC.
K hệ số trao nhiệt(W/m2.oC).
K=
1
δ
δ1 δ 2
1
+ + ...... + n +
λ1 λ2
λn α 2
Với; δ1 , δ2 ,......δn là bề dầy các lớp tính từ trong ra ngoài.
λ1 , λ2 ,....., λn là hệ số dẫn nhiệt từ trong ra ngoài(W/m.oC).
α2
α2 = A t mng − t ng
4
là hệ số trao nhiệt của tường ngoài ra môi trường xung quanh.
4
+
t mng − t ng
Tmng
100
4
Tng
−
100
4
.
Với: A = 2,8 đối với vòm
A = 2,2 đối với tường
tng : nhiờt độ mặt tường ngoài.
( Nhiệt độ vùng sấy là 35oC, nhiệt độ vùng nung là 55 oC, nhiệt độ vùng làm nguội
là 45oC ).
15
tng : nhiệt độ trung bình môi trường xung quanh(tng = 25 oC).
Vùng sấy :
4
α2vom
. say = 2,8. 35 − 25 +
35 + 273 4 25 + 273 4
4
−
= 9,43
35 − 25
100 100
4
α2tuong
. say = 2,2. 35 − 25n +
35 + 273 4 25 + 273 4
4
−
= 8,36
35 − 25
100 100
Vùng nung :
4
α2vom
.nung = 2,8. 55 − 25 +
55 + 273 4 25 + 273 4
4
−
=11,48
55 − 25
100
100
4
α2tuong
. nung = 2,2. 55 − 25 +
55 + 273 4 25 + 273 4
4
−
=10,07
55 − 25
100 100
Vùng làm nguội :
Vòm :
Tường :
Tường và vòm của lò có nhiều lớp với các hệ số dẫn nhiệt khác nhau :
- Gạch Samốt : λsm = 1,155 W/m0C
- Gạch đỏ : γ0gđ = 1500 kg/m3 , λgđ = 0,63 W/m0C
- Gạch nhiều lỗ rỗng : γ0gr = 1200 kg/m3 , λgr = 0,5 W/m0C
- Xỉ lò cao : λx = 0,1508 W/m0C
Hệ số trao nhiệt K (W/m2 0C) của từng vùng cho trong bảng 3.
Bảng 3: Kết quả hệ số trao nhiệt cho từng vùng.
STT
Vùng công nghệ
Vòm
Tường
1.
Vùng sấy ( Ks)
1,231
1,211
2.
Vùng đốt nóng ( Kđn )
0,662
0,6562
3.
Vùng nung và hằng nhiệt ( Kn)
0,2973
0,2986
16
4.
Vùng làm nguội nhanh ( Klngnh)
5.
Vùng làm nguội cuối cùng ( Klng.cc )
0,6672
0,6615
1,24
1,2291
Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh từ tường ra vòm ( Bảng 4).
Bảng 4: Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh ( kJ/h ).
STT
Vùng công nghệ
1.
Vùng sấy ( Qc1 )
2.
Vòm
Tường
Tổng
9 248,2
9 426,5
18 674,7
Vùng đốt nóng ( Qc2 )
93 216,5
83 650,9
176 867,4
3.
Nung và hằng nhiệt ( Q05 )
56 292,8
48 796,9
105 089,7
4.
Làm nguội nhanh ( Qox.1 )
26 493,4
22 950,4
49 443,8
5.
Làm nguội dần ( Qox.2)
114 655,6
98 054,1
212 709,7
6.
Làm nguội cuối cùng ( Qox.3 )
11 682,9
10 488,2
22 171,1
7.
Làm nguội ( Qox.4 )
2 140,4
2 226,8
4 367,2
313 729,8
275 593,8
589 323,6
Tổng
* Tính toán đốt nóng và làm nguội vỏ của vagụng ( gạch chịu lửa ) :
Tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn, coi nhiệt độ trong thiết diện của
tường đang tính toán ở 1 thời điểm, thời gian bằng nhiệt độ các thiết diện lân cận
đó, cộng lại chia đôi.
• Cấu tạo vagụng :
- Khung thép :
- Gạch 2 lỗ rỗng : δ = 220 mm = 1,6 (m3) .1,2 ( T/m3 ) = 1,92 ( tấn )
- Gạch Samốt : δ = 130 mm = 0,89 (m3) . 2,3 ( T/m3 ) = 2,05 ( tấn )
- Lớp bê tông chịu nhiệt : δ = 150 mm = 0,81 (m3) . 1,9 ( T/m3 ) = 1,34 ( tấn )
- Khối lượng 1 vagụng không có cấu kiện : 6,61 tấn
Để đơn giản tính toán, coi lớp gạch samốt và bê tông chịu nhiệt có đặc tính nhiệt
lý giống nhau ( coi là 1 loại vật liệu ).
- Bề dày tương đương : 0,28m
- Khối lượng : 3,59 tấn
- Khối lượng riêng : 2,0 T/m3
λtương đương = 1,155 ( W/m0C )
Nhiệt dung riêng C tđ = 0,9 ( kJ/kg 0C )
17
Lớp gạch đỏ : bề dày δ = 0,22m
γ0 = 1,2 ( T/m3 ) , λ = 0,5 ( W/m0C )
C = 0,92 ( kJ/kg 0C )
Phần kết cấu thép không tính toán nhiệt.
•
Tính toán hệ số dẫn nhiệt :
Samốt :
Gạch đỏ :
Chia Samốt ra làm 4 lớp :
Tính
Lớp Samốt :
Bề dày tương đương của gạch đỏ theo Samốt :
Cần chia gạch đỏ ra 4 lớp, to ban đầu của vagụng và môi trường xung quanh là
25oC.
Bảng 5: Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh qua mặt dưới vagụng.
STT Giờ
tlò
t1
t2
t3
t4
tx
t’1
t’2
t’3
t’4
tmtxq
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0
0
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
18
1
0,94
106
25
25
2
1,88
160
65
25
25
3
2,82
205
92
45
25
25
4
3,76
253
125
58
35
25
25
5
4,7
293
155
80
41
30
28
25
6
5,64
346
186
98
55
35
32
26
25
7
6,58
386
222
120
66
43
38
28
25
8
7,52
440
253
144
81
52
45
31
26
25
9
8,46
480
292
167
98
63
53
35
28
25
25
10
9,4
546
324
195
115
76
64
40
30
26
25
11
10,3
4
600
370
219
135
89
74
47
33
27
25
12
11,2
8
666
409
252
154
104
86
53
37
29
26
13
12,2
2
720
459
281
178
120
99
61
41
31
26
14
13,1
6
786
500
318
200
138
114
70
46
33
28
15
14,1
826
552
350
228
157
130
80
51
37
29
16
15,0
4
880
588
390
253
179
149
90
58
40
31
17
15,9
8
946
635
420
284
201
167
103
65
44
32
18
16,9
2
102
0
683
459
310
225
187
116
73
48
34
19
17,8
6
102
0
739
496
342
248
207
130
82
53
36
20
18,8
826
758
540
372
274
229
144
91
59
39
21
19,7
762
683
565
407
300
251
160
101
69
42
22
20,6
666
663
545
432
329
276
176
114
71
47
19
8
23
21,6
2
586
605
548
437
354
299
195
123
80
48
24
22,5
6
580
567
521
451
368
313
211
137
85
52
25
23,5
560
550
509
445
382
328
225
148
94
55
26
24,4
4
493
534
497
446
386
335
238
159
101
59
27
25,3
8
453
495
490
441
390
340
247
169
109
63
28
26,3
2
413
471
468
440
391
343
254
178
116
67
29
27,2
6
373
440
455
429
392
346
260
185
122
70
30
28,2
333
414
435
423
387
345
265
191
127
73
31
29,1
4
306
384
418
411
384
344
268
196
132
76
32
30,0
8
266
362
397
401
377
340
270
200
136
78
33
31,0
2
240
332
381
387
370
335
270
203
139
80
34
31,9
6
200
311
359
376
361
329
269
204
142
82
35
32,9
160
280
343
360
352
322
266
205
143
83
36
33,8
4
120
252
320
348
341
314
263
204
144
84
37
34,7
8
93
220
300
330
331
306
259
203
144
84
38
36
80
196
275
315
318
296
254
201
144
84
25
Nhiệt độ trung bình các lớp khác nhau của vagụng :
Khi vào vùng làm nguội ( τlng = 17,86h )
20
- Xem thêm -