đồ án thiết kế lò hơi có sản lượng hơi 125 th

Bộ quá nhiệt đối lưu được chia thành 2 cấp để tạo điều kiện làm đồng đều trở lực và nhiệt độ giữa các ống xoắn, bên cạnh đó độ gia nhiệt giữa các cấp không lớn lắm và các cấp nhiệt độ hơ

Đồ án Lò GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng mà chủ yếu là điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong

sự phát triển kinh tế của mỗi nước Hiện nay ở nước ta cũng như hầu hết các nước kháctrên thế giới, lượng điện năng do nhà máy nhiệt điện sản xuất ra chiếm tỷ lệ chủ yếu trong tổng lượng điện năng toàn quốc

Trong quá trình sản xuất điện năng, lò hơi là khâu quan trọng đầu tiên có nhiệm

vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi Nó là một thiết bị không thể thiếu được trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi cũng được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác

Trong lĩnh vực công nghiệp, lò hơi được dùng để sản xuất hơi nước Hơi nướcdùng làm chất tải nhiệt trung gian trong các thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho sản

phẩm.

Nhằm ôn lại kiến thức đã học về lò hơi ở học kỳ trước và để bước đầu làm quenvới việc thiết kế lò hơi, trong học kỳ này em được nhận nhiệm vụ thiết kế lò hơi có sảnlượng hơi 125 T/h Với sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Hoàng NgọcĐồng cùng với việc nghiên cứu các tài liệu khác, em đã hoàn thành được bản thiết kếnày

Trong quá trình thiết kế không tránh khỏi những sai sót, em kính mong sự

đóng góp ý kiến và chỉ bảo của các thầy cô giáo, em xin chân thành cảm ơn!

Lớp: 16N1

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

TÍNH TOÁN CHẾ TẠO LÒ HƠI

1 Sản lượng hơi định mức: D = 125 t/h

2 Áp suất ở đầu ra của hơi của bộ quá nhiệt: pqn = 6.4Mpa = 64 bar

3.Nhiệt độ của hơi ở đầu ra của bộ quá nhiệt: tqn = 445oC

Chọn các thông số như sau:

8.Nhiệt độ không khí lạnh: tkk l = 30oC (bằng nhiệt độ môi trường)

9.Nhiệt độ không khí nóng: tkk n = 350oC (trang 15, tài liệu 1)

CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH SƠ BỘ DẠNG LÒ HƠI

1.1 Chọn sơ bộ dạng lò hơi:

1.1.1 Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa

Dựa vào công suất của lò hơi là 125 T/h và sử dụng nhiên liệu rắn (than gầy) nên chọn lò hơi buồng lửa phun

Chọn lò hơi bố trí theo kiểu chữ π vì đây là loại lò hơi phổ biến nhất hiện nay Ởloại này các thiết bị nặng như: quạt khói, quạt gió, bộ khử bụi, ống khói điều đặt

ở vị trí thấpnhất

Vậy ta sử dụng phương pháp thải xỉ lỏng do nhiên liệu đốt là than gầy có hàmlượng chất bốc thấp (Vch=12%) 9[1]

1.1.2 Dạng cấu trúc của pheston.

Cấu tạo của pheston gắn liền với cấu tạo dàn ống tường sau của buồng lửa vì các ống của cụm pheston chính là các ống của dàn ống tường sau buồng lửa

Chiều cao của pheston tức cửa ra buồng lửa phụ thuộc vào kích thước đường khói

đi vào bộ quá nhiệt

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

Vì nó nằm ở đầu ra buồng lửa có nhiệt độ cao ta sẽ đặt các ống xa để tránh đóng xỉ,

mồ hóng… Để cho khói đi qua và lưu thông dễ dàng, tránh đóng xỉ và mài mònống ta chia cụm pheston thành 3-5 dãy ống Ở đây ta chia thành 4 dãy ống

1.1.3 Dạng cấu trúc bộ quá nhiệt.

Chọn bố trí bộ quá nhiệt đối lưu

Đối với lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt từ 510 ℃ trở xuống thì bộ quá nhiệt thườngđược đặt ở vùng khói có t < 1050 ℃, thường là đặt ở đoạn khói nằm ở đoạn đườngkhói nằm ngay sau cụm pheston Ở đây trao đổi nhiệt giữa khói và cụm ống chủ yếu

là trao đổi nhiệt đối lưu nên được gọi là bộ quá nhiệt đối lưu Các dàn được đặt cáchnhau 0,7 – 0,9m để khói dễ dàng lưu thông qua đồng thời tránh khả năng tạo nêncầu xỉ giữa các ống Thiết kế bố quá nhiệt đặt đứng

Bộ quá nhiệt đối lưu được chia thành 2 cấp để tạo điều kiện làm đồng đều trở lực

và nhiệt độ giữa các ống xoắn, bên cạnh đó độ gia nhiệt giữa các cấp không lớn lắm

và các cấp nhiệt độ hơi trung bình khác nhau nên mỗi cấp được chế tạo bởi các loạivật liệu phù hợp với nhiệt độ làm việc của nó do đó tiết kiệm được vật liệu đắt tiền

1.1.4 Bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí.

Việc bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí có liên quan chặt chẽ với nhau.Nhiệt độ không khí nóng ra khỏi bộ sấy sẽ quyết định việc bố trí bộ sấy thành một hayhai cấp và do đó bộ hâm nước cũng sẽ được bố trí cho phù hợp

Nhiệt độ không khí nóng cấp cho lò được chọn dựa vào loại nhiên liệu đốt vàloại buồng lửa Nhiệt độ không khí nóng càng cao thì nhiên liệu càng dễ cháy và dễcháy kiệt nhiên liệu nhưng kim loại chế tạo càng phải tốt và bề mặt nhận nhiệt càng lớn

do đó giá thành càng cao Nhiệt độ không khí nóng được chọn theo mục 1.3.3, tkkn =

3500C

Nhiệt độ không khí nóng cao, bề mặt nhận nhiệt lớn, cần phải đặt một phầndaaufra của bộ sấy không khí trong vùng có nhiệt độ khói cao => phân bộ sấy khôngkhí thành 2 cấp, khi đó bộ hâm nước có thể làm một cấp bố trí giữa 2 cấp bộ sấy khôngkhí Tuy nhiên như vậy thì bộ sấy không khí cấp 2 nằm ngay sau bộ quá nhiệt, vùng cónhiệt độ khói quá cao nên sẽ chóng hỏng

Để bảo vệ bộ sấy không khí cấp 2, ta chia bộ hâm nước thành 2 cấp và bộ sấy

không khí cấp 2 được đặt giữa 2 cấp của bộ hâm nước

1.1.5 Đáy buồng lửa

Đối với buồng lửa đối bột thải xỉ lỏng thì đáy buồng lửa có dạng đáy bằng, hơi nghiêng ,lỗ thải xỉ đặt giữa hoặc bên cạnh.

1.2Nhiệt độ khói và không khí.

1.2.1 Nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò (θθ th )

Là nhiệt độ khói ra khỏi BSKK tra bảng 1.1 [I] với nhiên liệu rẻ tiền, chọn θ th =

120oC nhờ đó nếu sau này sử dụng nhiên liệu đắt tiền, chất lượng cao hơn vầnhoạt động tốt

1.2.2 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (θθ” th )

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa θ’’bl được chọn theo loại nhiên liệu, nhiệt độ biếndạng của tro Đối với than gầy, nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa phải nhỏ hơn t1 –(50 1000C)

Chọn "th = 1100 ℃

1.2.3 Chọn nhiệt độ không khí nóng.

Nhiệt độ không khí nóng ra khỏi bộ sấy không khí được chọn dựa trên loại

nhiên liệu, phương pháp đốt và phương pháp thải xỉ

Theo tài liệu 1 trang 15, đối với buồng lửa thải xỉ lỏng với hệ thống nghiền thankiểu kín, ta chọn tkkn = 3500C

Sơ đồ cấu tạo tổng thể của lò hơi

8.Bộ hâm nước cấp 29.Bộ sấy không khí cấp 210.Bộ hâm nước cấp 1

11.Bộ sấy không khí cấp 1

Đồ án Lò GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Trong đó Gph là lượng hơi để phun dầu vào lò ,đối với nhiên liệu rắn thì Gph = 0.

không khí thừa được tính theo bảng 3 (Đặc tính tính toán buồng lửa thải xỉ khô

có D từ 75 T/h), tài liệu 1, phụ lục 2, trang 176

Chọn buồng lửa thải xỉ lỏng với nhiên liệu là than gầy

=> Hệ số không khí thừa đầu ra buồng lửa α’’ = 1,25

Lượng không khí lọt vào trong khói được xác định theo bảng 2.1[1]

Hệ số không khí thừa từng nơi trong buồng lửa được xác định bằng cách cộng hệ

số không khí thừa của buồng lửa với hệ số không khí lọt vào các bộ phận đangkhảo sát, được tính như sau: ’' = ’ + ∆

Ta có bảng hệ số không khí thừa:

STT Tên bề mặt đốt Hệ số không khí thừa

0: lượng không khí lọt vào buồng lửa

n: lượng không khí lọt vào hệ thống nghiền than

=7,24 + (1,25 - 1).7,494 + 0,749 = 9,863 [m3tc/kg]

trong đó: V0kk – thể tích không khí lý thuyết, [m3tc/kg]

Cp – nhiệt dung riêng của không khí, [kJ/m3tcK]

Cp = 1,2866 + 0,0001201.t

- nhiệt độ của các chất khí [0C]

Entanpi của khói lý thuyết được tính:

I0k = VRO2(C )RO2 + V0N2(C )N2 + V0H2O(C )H2O, [kJ/kg]

Trong đó C là nhiệt dung riêng [kJ/kgđộ]

Entanpi của tro bay:

ab.Alv

Itr= 100 Ctro.θ [kJ/kg]

Entanpi của khói thực tế:

Ik = I0k + ( - 1).I0kk + Itr [kJ/kg]

Đồ án Lò GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

hơi

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN

Trang 14 Lớp: 16N1

12 Thể V0H2O 0.112Hlv+0.0124Wlv+0.0161V0kk m3tc/kg 0,745tích

Đồ án Lò GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Bảng 2.2: Entanpy của khói và không khí lý thuyết

CHƯƠNG III TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

3.1 Lượng nhiệt đưa vào lò

Lượng nhiệt đưa vào lò hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu rắn hoặc tính cho 1 m3

tc nhiên liệu khí

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

Qđv = Qtlv + Qnkk + Qnl + Qph + Qđ ,[kJ/kg]

Với: Qtlv – nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu,kJ/kg

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

Qnkk – nhiệt do không khí mang vào, chỉ tính khi không khí được sấynóng trước bằng nguồn nhiệt bên ngoài lò.Ở đây không khí được sấy bằng khói lò

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

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

kg

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

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

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

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

3.2 Nhiệt hữu ích cấp cho lò để sản xuất hơi Q 1 kJ/kg

Q1 D qn (i

qn i

nc )

B Trong đó: D qn : sản lượng hơi quá nhiệt kg/h

i qn : là entanpi của hơi quá nhiệt, kJ/kg

i nc : là entanpi của nước đi vào bộ hâm nước , kJ/kg B: lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, kg/

h 3.3 Các tổn thất nhiệt của lò hơi

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

q 3 = Q3 .100, %

Qđv

q3 được chọn theo tiêu chuẩn tính toán nhiệt tùy theo loại nhiên liệu dùng và kếtcấu buồng lửa (nhiên liệu dùng là than gầy, buồng lửa phun thải xỉ khô), theo bảng

3, trang 176 tài liệu 1, ta có q3=0 %

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

phương pháp đốt, theo bảng 3 trang176 tài liệu 1, ta có q4 = 3%

3.3.3 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi q 2 [%]:

Tổn thất nhiệt này phụ thuộc vào nhiệt độ khói thải đã chọn θth và hệ số không khí thừa αth, được xác định theo công thức:

q =

Q

2

.100 = (Ith - αth.I0kkl)(100 - q4)đv

2

Q Qđv

Trong đó: Ith – entanpy của khói thải ứng với αth và θth;

Ith=Vth.(C )th , kJ/kg

Vth - thể tích khói thải ra khỏi lò

Cth – nhiệt dung riêng của khói ứng với nhiệt độ khói thải

I0kkl – entanpy của không khí lạnh ở nhiệt độ tkkl = 300C và α = 1:

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

Tổn thất nhiệt q5 được xác định theo toán đồ thực nghiệm:

q5 được xác định theo hình 3.1 trang 32 tài liệu 1 với sản lượng lò là D=125T/h→

q5 = 0,575%

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

Tổn thất nhiệt q6 được tính khi Alv > 2,5Qt lv

Ta có Alv < 2,5.28,99 = 72,475 MJ/kg => q6 = 0

3.4 Nhiệt lượng sử dụng hữu ích trong thiết bị lò hơi:

Nhiệt lượng sử dụng hữu ích trong thiết bị lò hơi trong trường hợp tổng quát đượcxác định từ biểu thức sau:

Qhi = Dqn(iqn – inc) + Dbh(ibh – inc) + ΣDDtg(i’’tg – i’tg) + Dxả(ixả - inc), kJ/kg.Lượng nhiệt sử dụng hữu ích tính cho 1kg nhiên liệu rắn:

iqn – entanpi hơi quá nhiệt, kJ/kgTra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt với tqn = 4450C, Pqn = 6,4 Mpa = 64bar

 iqn = 3280,532 kJ/kg

inc – entanpi nước cấp

tnc = 1800C, tra bảng nước và hơi bão hòa theo nhiệt độ → inc = 1037,5 kJ/kg

→ Qhi = Dqn.(iqn-inc) = 215.1000.(3560,64 – 1037,5) = 542475100 kJ/h

3.5 Hiệu suất lò hơi và lượng tiêu hao nhiên liệu:

3.5.1 Hiệu suất nhiệt lò hơi:

Hiệu suất nhiệt của lò hơi được tính theo công thức :

ηlò = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6) = 100 – (8,16 + 0 + 3 + 0,575 + 0) = 88,265%

3.5.2 Lượng nhiên liệu tiêu hao của lò hơi:

3.5.2.1 Lượng nhiên liệu tiêu hao thực tế của lò hơi:

B = Qhi

= 542475100/(0,8772.28990) = 22811,39 kg/h.

ηlò.Qt lv3.5.2.2 Lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán:

Đồ án Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BUỒNG LỬA 4.1 Xác định kích thước hình học của buồng lửa

Nhiệm vụ tính nhiệt của buồng lửa là xác định lượng nhiệt hấp thụ trong buồnglửa, diện tích bề mặt các dàn ống hấp thụ nhiệt bằng bức xạ và thể tích buồng lửađảm bảo làm giảm được nhiệt độ của sản phẩm cháy đến giá trị quy định

4.1.1 Thể tích buồng lửa V bl [m3].

Thể tích buồng lửa được giới hạn bởi mặt phẳng đi qua trục của ống sinh hơi

Thiết kế buồng lửa phải đảm bảo sao cho quá trình cháy diễn ra tốt và cháy kiệtnhiên liệu với hệ số không kí thừa nhỏ nhất

Khi bề mặt hấp thụ nhiệt bằng bức xạ trong buồng lửa quá bé thì nhiệt khói thải rakhỏi buồng lửa sẽ lớn Nếu nhiệt độ này lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của tro thì tro

sẻ chảy lỏng và bám lại trên các ống trao đổi nhiệt

Khi kích thước của buồng lửa lớn thì chi phí xây dựng lớn do phải tăng chi phícho bảo ôn, khung lò ,ống trao đổi nhiệt.Vì vậy để giảm giá thành của buồng lửathì phải giảm thể tích của buồng lửa tới mức tối thiểu tức là phải chọn qv ở mứccho phép Nhưng nếu qv quá lớn thì q3 và q4 sẽ tăng dần lên.Vì vậy khi chọn qv phảidựa vào chỉ tiêu kinh tế và phải đảm bảo đúng kỹ thuật

Xác định thể tích buồng lửa thì trước hết ta phải xác định nhiệt thế thể tích của buồng lửa

Qtlv : nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu.

Trong đó nhiệt thế thể tích của buồng lửa được chọn theo dạng buồng lửa, ở

đây buồng lửa đốt than nên chọn qv =140 kw/m3

Nhiệt thế tính toán qtlv phụ thuộc vào dạng nhiên liệu, phương pháp đốt và công

suất nhiệt của buồng lửa

4.1.3 Xác định kích thước buồng lửa.

4.1.3.1 Chiều sâu buồng lửa b:

Chọn bố trí vòi phun nhiều tầng, chiều sâu buồng lửa phụ thuộc vào số tầng vòi

phun

b = (6 ÷ 7)Dvφt

φt – hệ số hiệu chỉnh cho số tầng vòi phun

Theo tài liệu 1 trang 42, Dv = 850mm, φt = 1,3

Vậy chọn chiều sâu và chiều rộng là : 5,5m x 8m

4.1.3.3 Xác định chiều cao buồng lửa:

Chiều cao buồng lửa được lựa chọn trên cơ sở đảm bảo chiều dài ngọn lửa đểcho nhiên liệu cháy kiệt trước khi ra khỏi buồng lửa Chiều dài ngọn lửa tạo nêntrong quá trình cháy tùy thuộc vào nhiên liệu đốt, phương pháp đốt và công suất lòhơi

Chiều dài ngọn lửa tối thiểu:

4.1.4 Cách bố trí vòi phun trên tường buồng lửa.

Công suất mỗi vòi phun có thể dao động trong khoảng 1,0÷2,5 t/h, mà lượngnhiên liệu tiêu thụ tính được là : Bt = 22,127 tấn/h nên ta chọn số vòi phun là 10vòi phun tròn, với công suất mỗi vòi phun 2,2 t/h và đặt ở mỗi tường trước 5

cái,bố trí thành 2 dãy

Chiều cao phần lăng trụ của buồng lửa được xác định theo thể tích và tiết diệnngang của lăng trụ:

hltr= = 1049 ≈ 21,2 m

× = 5,5×9Tổng diện tích các tường buồng lửa(không có dàn ống đặt trong giữa buồng lửa để

nhận nhiệt cả hai phía của ống):

)

4.1.6 Phần dưới của buồng lửa:

Vì là buồng lửa thải xỉ khô nên phần dưới của buồng lửa được làm dưới dạng phễu

tro lạnh Phễu tro lạnh được tạo ra bởi các dàn ống tường trước và tường sau

cho xỉ dễ trôi theo vách nghiêng xuống dưới

Lỗ thu xỉ ở phần dưới của phễu tro lạnh có kích thước a x

b* Trong đó: a - chiều rộng buồng lửa

b* - cạnh ngắn của lỗ hình chữ nhật, được chọn theo tài liệu 1 trang

48 là b* = 1 m

=> a x b* = 5,5 x 1 m2

4.2 Các đặc tính nhiệt của buồng lửa.

4.2.1 Diện tích bề mặt các tường buồng lửa.

Ta chia buồng lửa theo chiều cao thành 3 vùng: vùng phễu tro lạnh, vùng có hình

dạng lăng trụ: từ miệng phễu tro lạnh đến các mành ống nhô vào buồng lửa, vùng

trên cùng bằng chiều cao của các mành ống nhô vào và phần tiết diện ngang nhỏ

lại

hThể tích nửa trên của phễu tro lạnh được xác định: Vpl = (b +

b + b' pl

Trong đó: hpl là chiều cao phễu tro lạnh được tính:

(b –b’)tgα,m

2 ) 4

Với b’ là cạnh ngắn của lỗ thu xỉ hình chữ nhật, b’ = b* = 1m

α là góc nghiêng của tường phễu tro lạnh hợp với phương ngang

Với b’’ là khoảng cách từ mành ống của bộ quá nhiệt nửa bức xạ đến tường

trước buồng lửa Chọn b’’ = 3m

Ta có hltr= =

≈ 21,2 m (mục 4.1.5) × = 5,5×9 1049

Chiều cao tính toán của buồng lửa:

hbltt = 0,5hpl + hltr + hvt = 0,5.5 + 21,2 + 9,6 = 33,3 m (tính từ nữa phễu tro

lạnh đến hết chiều cao cụm pheston)

Chiều dài tính toán của mặt nghiêng của các dàn ống nghiêng là

Lng = 0,5hpl/sinα =0,5.5/sin550 = 3,05m

Bề mặt giới hạn thể tích hoạt động của buồng lửa được lấy làm bề mặt tính toán

của các tường buồng lửa FV tt:

FVtt 7 3 b V tt 2 = 858,4 m2

4.2.2 Các đặc tính nhiệt của buồng lửa:

Sự truyền nhiệt của các dàn ống sinh hơi đặt trong buồng lửa chủ yếu là do bức xạ

của tâm ngọn lửa có nhiệt độ cao, các hạt tro nóng, khí ba nguyên tử choáng dầy

buồng lửa

Nhiệt lượng sinh ra hữu ích trong buồng lửa là (tính cho 1kg nhiên liệu rắn):

Q = Q

Qtr lv = Qt lv – nhiệt trị thấp của nhiên liệu làm việc;

Qkkn – nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa

Qkkn = (αbl – Δαbl – Δαng)I0kkn + (Δαbl + Δαng)I0kkl, kJ/m3Với: Δαbl và Δαng là lượng lọt không khí vào buồng lửa và hệ thống nghiền than

Nhiệt lượng hấp thu riêng trong buồng lửa: Qbx = φ(Qbl – I’’bl)

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