BÀI TẬP LỚN LÒ HƠI VÀ THIẾT BỊ ĐỐT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI ỐNG LÒ ỐNG LỬA CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH BÀI TẬP LỚN LÒ HƠI VÀ THIẾT BỊ ĐỐT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI ỐNG LÒ ỐNG LỬA CÔNG NGHIỆP GVHD: TS... TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠILò

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

BÀI TẬP LỚN LÒ HƠI VÀ THIẾT BỊ ĐỐT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI ỐNG LÒ ỐNG LỬA CÔNG NGHIỆP

GVHD: TS VÕ KIẾN QUỐC LỚP: L.02

Tp.HCM 03/2022

MỤC LỤC

DANH SÁCH THÀNH VIÊN 2

MỤC LỤC 3

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI 5

PHẦN 2 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU VÀ HIỆU SUẤT LÒ HƠI 7

2.1 THÔNG SỐ TÍNH TOÁN BAN ĐẦU 7

2.2 LỰA CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 7

2.3 TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT VÀ NHIÊN LIỆU TIÊU HAO 9

PHẦN 3 TÍNH TOÁN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC LÒ HƠI 13

3.1 TÍNH TOÁN THỂ TÍCH BUỒNG LỬA 13

3.2 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI BUỒNG LỬA 13

3.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH CỦA BUỒNG LỬA 14

3.4 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THỰC TẾ 14

PHẦN 4 TÍNH TOÁN CÁC BỀ MẶT TRAO ĐỔI ĐỐI LƯU 17

PHẦN 5: TÍNH TOÁN CÁC BỀ MẶT ĐỐT ĐỐI LƯU 19

PHỤ LỤC 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

A GIÁO TRÌNH VÀ TÀI LIỆU 26

B PHẦN MỀM SỬ DỤNG 26

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI

Lò hơi là thiết bị trong đó xảy ra quá trình đốt nhiên lựu, nhiệt lượng tỏa ra từquá trình cháy sẽ truyền cho nước trong lò để biến nước thành hơi Nghĩa là thực hiệnquá trình biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi

Lò hơi là thiết bị rất phổ biến trong các xí nghiệp, nhà máy Trong các nhà máycông nghiệp như nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chếbiến thực phẩm, v.v hơi nước phục vụ cho các quá trình công nghệ như đun nấu,chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm… Hơi ở đây thường là hơi bão hòa,

có áp suất hơi tương ứng với nhiệt độ bão hòa cần thiết cho quá trình công nghê Loại

lò hơi này được gọi là lò hơi công nghiệp, có áp suất hơi thấp, sản lượng nhỏ Trongnhà máy nhiệt điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay turbine, phục vụ cho việc sảnxuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt

độ cao, loại này được gọi là lò hơi năng lượng

Nhiên liệu đốt trong lò hơi có thể là nhiên liệu rắn như than gỗ, bã mía, có thể lànhiên liệu lỏng như dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí

Ta có thể phân loại lò hơi theo nhiều cách:

 Theo nhiệm vụ của lò hơi:

Theo nhiệm vụ của lò hơi trong sản xuất ta có: lò hơi năng lượng, lò hơi côngnghiệp, lò hơi dân dụng

 Theo chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa

Theo chế độ đốt nhiên liệu tong buồng lửa ta có: Lò hơi ghi thủ công; lò hơi ghi nửa

cơ khí; lò hơi ghi xích (ghi cơ khí); lò hơi đốt nhiên liệu lỏng, lò hơi đốt nhiên liệu khí;

lò hơi đốt bọt than thải xỉ khô hay thải xỉ lỏng; lò hơi buồng lửa xoáy; lò hơi buồng lửatầng sôi

 Theo chế độ tuần hoàn của nước trong lò

Theo chế độ tuần hoàn của nước trong lò hơi ta có: Lò hơi tuần hoàn tự nhiên; lòhơi tuần hoàn cưỡng bức; lò hơi trực lưu

Tuy nhiên cách phân loại này chỉ thể hiên một vài đặc tính nào đó của lò hơi nênthực tế gọi tên lò hơi thường người ta kết hợp nhiều kiểu phân loại

Hình 1.1 Hình ảnh lò hơi

PHẦN 2 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU VÀ

HIỆU SUẤT LÒ HƠI

2.1 THÔNG SỐ TÍNH TOÁN BAN ĐẦU

Dầu được sử dụng: FO

Áp suất hơi: p h =8barg

Sản lượng hơi: D=1,8 tấn/h

Thành phần khối lượng làm việc của Carbone: C lv=84,2%

Thành phần khối lượng làm việc của Hydrogen: H lv=11,5 %

Thành phần khối lượng làm việc của Lưu huỳnh: S lv=0,6%

Thành phần khối lượng làm việc của Oxi: O lv=1,0%

Thành phần khối lượng làm việc của độ tro: A=0,5%

Thành phần khối lượng làm việc của hàm lượng ẩm: W lv=2,2%

Bảng 2.1 Thành phần hóa học có trong nhiên liệu đốt

2.2 LỰA CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

Theo Trang 47 Tài Liệu [2], hệ số không khí tham khảo khi đốt nhiên liệu dầu FO:

α=1,05÷ 1,15, vây ta chọn hệ số không khí thừa là:

Vậy, hệ số không khí thừa trong buồng lửa là:

α bl =α +∆ α bl=1.2

Theo Trang 38 Tài Liệu [1], tổn thất nhiệt do cháy hóa học không hết q3 của buồnglửa đốt dầu FO: q3=1,0÷1,5%, vậy ta chọn tổn thất nhiệt q3 là:

q3=1,5%

Theo Trang 39 Tài Liệu [1], chọn được tổn thất nhiệt do cháy cơ học không hết q4

của buồng lửa đốt dầu FO:

2.3 TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT VÀ NHIÊN LIỆU TIÊU HAO

Sử dụng phần mềm [4], Phụ lục A, ta có: Nhiệt dộ nước sôi của nước ở áp suất p =

8 barg:

t sôi=175,4 oCTheo Tài Liệu [2], nhiệt độ của khói thải ra khỏi lò:

tth = tsôi + (70 ÷ 90) = 250oCThể tích không khí lý thuyết:

i ' =742,9 kJ /kg

i=2774 kJ/kg # {i} rsub {nc} =440,8 kJ/kg

¿Nhiệt lượng hữu ích dùng để sinh hơi:

PHẦN 3 TÍNH TOÁN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC LÒ HƠI

3.1 TÍNH TOÁN THỂ TÍCH BUỒNG LỬA

Nhiệt thế thể tích của nhiên liệu đốt (Theo Tài Liệu [2], ứng với Lò hơi ống lò ống

lửa đốt dầu FO ta sẽ có qv = 1000 ÷ 1500 kW/m3, “Lưu ý chọn nhiệt thế thể tích qv

không quá lớn cũng không quá nhỏ”)

q v =1300 K W /m3

Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán (Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO)

B=123,28 kg/h=0,0342kg/s

Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu đốt (Theo Tính Toán ở trên ứng với Lò hơi

ống lò ống lửa đốt dầu FO)

Q t lv =40290,2 kJ /kg

Nhiệt thế thể tích của buồng lửa, q V [W/m 3 ]:

V BL=B Q t lv

q v = 0,0342 40290,21300 =1,0 401m3

3.2 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI BUỒNG LỬA

Chiều dài của ngọn lửa khi đốt nhiên liệu

Hình 3.1 Đồ thị dùng để xác định chiều dài của ngọn lửa

Từ đồ thị chiều dài ngọn lửa, ứng với lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán Bt =

123,2829kg/h, ta sẽ tra ra được chiều dài của ngọn lửa khi đốt nhiên liệu là vào khoảng

2,1m

Chiều dài của buồng lửa tương ứng

l BL= 4

3.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH CỦA BUỒNG LỬA

Tiết diện của buồng lửa

Theo Tài Liệu [2], ta sẽ có D1=40 ÷50 kg/m2h ứng với Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu

FO ‘Lưu ý chọn năng suất bốc hơi riêng D1 không quá lớn cũng không quá nhỏ’ Vậynăng suất bốc hơi riêng:

Số pass bên trong lò hơi (Ứng với Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO “tính cả buồng

lửa của Lò hơi”)

2 pass khói và 1 pass buồng lửa Chọn đường kính ngoài của dàn ống trao đổi nhiệt đối lưu theo tiêu chuẩn (Ứng với

Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO)

∅ 51mm

Chọn đường kính trong của dàn ống trao đổi nhiệt đối lưu theo tiêu chuẩn (Ứng với

Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO)

∅ 46mm

Chiều dài của dàn ống trao đổi nhiệt đối lưu (Lấy bằng chiều dài của buồng lửa có

L=2,8m ứng với Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO)

L = 2,8 mTổng chiều dài ống:

PHẦN 4 TÍNH TOÁN CÁC BỀ MẶT TRAO ĐỔI ĐỐI LƯU

Chọn nhiệt độ buồng lửa sơ bộ: t bl =10 30℃

Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của 1kg nhiên liệu:

V C m =Q s −I bl}} over {{t} rsub {bl} - {t} rsub {bl} rsup { = 40344,71−21326,27

Hệ số phụ thuộc vào sắc thái của ngọn lửa, tra bảng 50 [1] ta được: β=0,75

Áp suất của buồng lửa: Chọn p = 1 ata

Hệ số làm yếu tia bức xạ trong môi trường buồng lửa

Độ đen của môi trường trong buồng lửa

α=1−e −kps =1−e−1,5848.1.0,5112=1−e−0,7881 =0,5552

Độ đen hiệu dụng của ngọn lửa

t bl} = {{T} rsub {a}} over {left ({1,27 {10} ^ {-8} ξ {H} rsub {b} {a} rsub {0} {{T} rsub {a}} ^ {3} } over {φ {B} rsub {t} {V} rsub {{C} rsub {m}} } right ) +1} -273=10 41,7 ¿

Như vậy, độ chênh lệch nhiệt độ:

∆ t k '= ¿Vậy nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa: t bl} =10 41,7 ¿

PHẦN 5: TÍNH TOÁN CÁC BỀ MẶT ĐỐT ĐỐI LƯU

Số pass khói đối lưu: 2

YÊU CẦU: Q tính theo PT truyền nhiệt = Q tính theo PT cân bằng nhiệt

ĐIỀU KIỆN: sai khác ΔQ < 2%

Hệ số bảo toàn nhiệt năng: φ = 0,964

Enthalpy khói vào pass 2: I' = Ibl'' = 21596,3kJ/kg

Enthalpy khói ra khỏi pass 2 vớit2'' = 429,0°C, nội suy:

Q cb =φ(I ’ – I ”+ Δα I z o)=0,964.(21596,3−8 308,2+0,05 492,7 3)=12833,5 kJ

kg =3067 kcal kg

Bề mặt đốt tính toán, thường lấy về phía khói, ở pass 2

H=π d tr l n2=π.0,046 2,8 46=20,64 m2

Hệ số bám bẩn (vùng đối lưu), tra bảng mục 6.41 tr 93: ε=0,015

Hệ số bao phủ, tính đến sự giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt do không được khói bao phủtoàn bộ Đối với khói đi trong ống nằm ngang: ω=1

Thành phần thể tích của hơi nước

Nhiệt độ trung bình tuyệt đối dòng khói = tm + 273 = 1008,4 K

Hệ số làm yếu bức xạ bởi khí 3 nguyên tử chứa trong sản phẩm cháy:

k k=0,8+1,6r H2O

p n s (1−0,38 T1000)= 0,8+1,6.0,11231.0,2291.0,0414(1−0,38 1008,41000 )=63,71

Độ đen của dòng khói có bụi và không có bụi ở nhiệt độ T°K

a=1−e −kps =1−e−63,71.1.0,0414 0,2291=0,45 4

Nhiệt độ vách tuyệt đối Tv = 717,75 K

Dòng khói tinh khiết (không chứa bụi):

=38,8136

Độ chênh nhiệt độ

PHỤ LỤC

Phụ lục A Tra nhiệt độ sôi của nước ở áp suất p=8 barg

Phụ lục B Tra Enthalpy của nước cấp ở các trạng thái

Phụ lục C Bảng tra Giá trị (Ct) của các khí có trong khói sau quá trình cháy

TÀI LIỆU THAM KHẢO

A GIÁO TRÌNH VÀ TÀI LIỆU

[1] Kỳ, T.T (1990) Thiết kế lò hơi Nhà xuất bản Trung tâm nghiên cứu thiết bị vànăng lượng mới Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

[2] Bài giảng Lò hơi và thiết bị đốt của Thầy Võ kiến Quốc

[3] Châm, ĐN & Đòng, HN (2008) Lò hơi và thiết bị đốt Nhà xuất bản Khoa học