Đồ án môn lò hơi công nghiệp đề tài thiết kế lò hơi công nghiệp công suất 340 kg h

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỒ ÁN MÔN LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT KẾ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT 340 kg/h GVHD ThS NGUYỄN VĂN PHÚC SVTH HUỲNH VĂN VŨ LỚP[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LỚP: SG22CNL

Tp.Hồ Chí Minh - Tháng 6 năm 2022

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu về năng lượng trong sản xuất cũng như trong đời sống là rất lớn vàngày càng tăng, trong đó nhiệt năng chiếm tỷ lệ chủ yếu Trong quá trình sản xuất

và sử dụng năng lượng dưới dạng nhiệt năng thì việc sinh hơi và đưa đến hộ tiêudùng có một vai trò quan trọng

Việc sản xuất và sử dụng hơi đã có từ rất lâu Nếu không kể đến chiếcchong chóng hơi-aelopile-do nhà toán học Hero người Hy lạp chế tạo ra từ nhữngnăm 200 trước Công nguyên, chiếc bánh xe quay bằng hơi nước của một người Ýtên là Branca chế tạo từ năm 1600 thì năm 1680 Dr Denis Papin chế tạo lò hơi có

áp suất dùng trong chế biến thực phẩm; năm1698, Thomas Savery được cấp bằngsáng chế về hệ thống bơm nước bằng hơi Năm 1690 máy hơi nước đầu tiên đượcchế tạo theo ý tưởng của Papin và được hoàn thiện bởi Thomas Newcomen và JohnCowly vào năm 1711 Lúc đó, lò hơi và máy hơi đi liền với nhau Đến 1769, mộtcông nhân cơ khí người Anh Jame Watt mới chế tạo lò hơi kiểu toa xe tách khỏiđộng cơ; từ 1804, Trevithick đã thiết kế loại lò hơi dạng như hiện nay, thân hình trụ,đáy tròn, chịu được áp suất cao Cũng đáng chú ý là từ năm 1730 Dr John Allen đãlần đầu tiên tính toán hiệu suất lò hơi làm cơ sở để không ngừng cải tiến, hoànthiện

Đến nay, đã có những lò hơi đồ sộ, mỗi giờ sản xuất đến ba bốn ngàn tấnhơi nước trên dưois triệu chiếc lò hơi ra đời với hàng trăm kiểu dáng và quy môkhác nhau Có những lò hơi nhỏ, mỗi giờ chỉ sản xuất được mấy chục lít nước nónghoặc hơi bão hòa ở áp suất bình thường 300 bar, nhiệt độ dưới 6000C cấp hơi cho tổmáy phát điện đên 1200-1300 MW

Rõ ràng việc sản xuất và sử dụng nhiệt của hơi nước đã góp phần quantrọng trong cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật, phát triển của xã hội và nâng cao đờisống nhưng cũng cần lưu ý là hơi nước ở áp suất và nhiệt độ cao cũng rất nguy hại,không chỉ cho tài sản mà cho cả đến tính mạng con người, không phải đến bây giờ

mà đã từ rất lâu; trong cuốn sánh về “Hơi nước” xuất bản năm 1898 cho biết là năm

1880 chỉ riêng nước Mỹ đã có 170 vụ nổ lò hơi làm chết 250 người và bị thương

555 người… Do vậy ta cần tìm cách tiếp tục phát huy tác dụng tích cực của việc sảnxuất hơi, đồng thời hạn chế nguy hiểm đến mức tối thiểu

Trong suốt quá trình làm đồ án với sự nổ lực của nhóm cùng với sự hướng dẫn của

thầy: ThS Nguyễn Văn Phúc đến nay đồ án nhóm đã được hoàn thành Mặc dù

chúng em đã cố gắng tìm tòi và học hỏi nhưng do kinh nghiệm, kiến thức còn hạnchế nên không tránh khỏi thiếu sót trong quá trình làm đồ án Nhóm rất mong nhậnđược sự giúp đỡ góp ý của thầy để chúng em hoàn thiện hơn về kiến thức chuyênmôn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy: ThS Nguyễn Văn Phúc đã tận tình

hướng dẫn nhóm trong thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài này Sự hướng dẫn,góp ý tận tình của thầy đã là nguồn động viên to lớn giúp nhóm rất nhiều trong quátrình thực hiện đề tài

Sau cùng, chúng em xin kính chúc Thầy dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tụcthực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

TP.Hồ Chí Minh ngày tháng 02 năm2023

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Văn Vũ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ1.1 Quá trình phát triển về cấu tạo của lò hơi:

Quá trình phát triển về cấu tạo của nồi hơi thường chuyển từ loại này sangloại khác là do yêu cầu ngày càng tăng về công suất sản lượng hơi cũng như yêucầu về giảm tiêu hao kim loại và nhiêu liệu cho nồi hơi

Các nồi hơi hình trụ và các loại nồi hơi ống lửa chuyển sang các loại nồihơi ống nước đã diễn ra cách đây hàng trăm năm Kết quả là ta đã đạt được việctăng diện tích bề mặt đốt trên cơ sở giảm đường kính ống, tức là tăng được côngsuất lò hơi mà vẫn tiết kiệm được kim loại

Trong các nồi hơi ống nước nằm ngang có buồng nước các ống sinh hơiđược liên kết với nhau thành từng chùm nhỏ các buồng nước hình hộp Điều nàykhông cho phép tăng áp suất hơi lên quá 12 – 15 at và không thể tiêu chuẩn hóaviệc chế tạo các bộ phận của nồi hơi Các nhược điểm này có thể khắc phục bằngcách nối các chùm ống thẳng với đầu góp hình trụ và cứ hai chùm nằm ngang thìnối với một bao hơi Điều đó cho phép tăng áp suất hơi, đồng thời tăng được côngsuất của nồi hơi, nhờ tăng số lượng, chiều dài ống và tăng số lượng đầu góp Cácbao hơi lúc đầu thì đặt dọc về sau thì đặt ngang, vì khi đặt dọc công suất của lò sẽ

bị giới hạn bởi không phát triển được bề mặt đốt theo chiều rộng Để ngăn ngừa sự

đóng xỉ, các hàng ống phía dưới được làm dưới dạng festôn Áp dụng các bộ phậnhâm nước và bộ sấy không khí cho phép tăng hiệu suất của nồi hơi và tăng côngsuất của các loại nồi hơi nói trên

Tuy nhiên, sự tiêu hao nhiều kim loại do có nhiều bao hơi, sự bố trí dày đặccác chùm ống cản trở công việc vệ sinh nồi hơi và các nhược điểm khác đã làmcho việc phát triển các loại nồi hơi trên đây không còn nữa

Ngày nay, nồi hơi đã được thay thế bởi các loại nồi hơi ống nước đứng Cácống sinh hơi được đấu trực tiếp vào bao hơi Lúc đầu số bao hơi lên tới 3 – 5 vàcác ống thẳng, về sau dần dần chỉ còn 1 bao hơi và các ống thì uốn cong ở 2 đầu.Điều đó đã cải thiện điều kiện liên kết các ống và phát triển bề mặt đốt bức xạtrong buồng lửa Trong những năm gần đây người ta đã hoàn thiện loại lò hơi cómột bao hơi cũng như loại nồi hơi không có bao hơi – nồi hơi trực lưu

Thiết bị nồi hơi hiện đại bao gồm bản thân nồi hơi và các thiết bị phụ củanồi hơi Hệ thống đập than và nghiền than thành bột, vận chuyển và cung cấpnhiên liệu và nước cho lò, các loại quạt để cung cấp gió và vận chuyển khói Cácdụng cụ đo và kiểm soát, các thiết bị tự đồng điều chỉnh

Nồi hơi lớn và hiện đại thường có đủ các bộ phận như sau: buồng lửa, dànống sinh hơi, bộ quá nhiệt, bộ hâm nước và bộ sấy không khí Ngoài ra, phải có

đầy đủ tất cả các loại van, dụng cụ đo và kiểm soát, các thiết bị tự động điềuchỉnh

Buồng lửa và đường khói được làm bằng gạch chịu lửa hoặc các tấmkeramit gọi là lớp bảo ôn của nồi hơi

1.2 Phân loại lò hơi:

Có nhiều cách phân loại khác nhau, dựa theo những đặc tính khác nhau:

1.2.1 Dựa vào sản lượng hơi, thường chia thành 3 loại:

 Lò hơi công suất nhỏ, sản lượng thường quy ước dưới 20 T/h

 Lò hơi công suất trung bình, thường quy ước sản lượng hơi từ 20 đến

75 T/h

 Lò hơi công suất lớn, thường quy ước sản lượng trên 75 T/h

1.2.2 Dựa vào thông số của hơi, thường chia thành 4 loại:

 Lò hơi thông số thấp, thường quy ước áp suất p < 15 bar, nhiệt độ t <

350 0C, thường dùng là hơi bão hòa

 Lò hơi thông số trung bình, thường quy ước áp suất từ 15 đến 60 bar,nhiệt độ từ 350 0C đến 450 0C

 Lò hơi thông số trung bình, thường quy ước áp suất trên 60 bar, nhiệt

độ từ 450 0C đến 540 0C

 Lò hơi thông số siêu cao, thường quy ước áp suất trên 140 bar, trongloại này có khi còn chia thành lò hơi dưới hoặc trên thông số tới hạn

1.2.3 Dựa theo chế độ chuyển động của nước trong lò hơi, có thể chia thành 4

loại:

 Lò hơi đối lưu tự nhiên: ở đây môi chất chỉ chuyển động đối lưu tựnhiên do sự chênh lệch về mật độ trong nội bộ môi chất mà khôngtạo được vòng tuần hoàn tự nhiên, thường gặp trong các lò hơi côngsuất nhỏ

 Lò hơi tuần hoàn tự nhiên: đây là lò hơi thường gặp, nhất là trongphạm vi công suất trung bình và lớn Khi vận hành, môi chất chuyểnđộng theo vòng tuần hoàn, nghĩa là theo một quỹ đạo khép kín rõràng, nhờ sự chênh lệch mật độ môi chất

 Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức: dưới tác dụng của bơm, môi chấtchuyển động theo quỹ đạo khép kín, gặp trong lò hơi có thông sốcao

 Lò hơi đối lưu cưỡng bức: đây là lò hơi trực lưu hoặc đơn lưu; trongloại lò hơi này, dưới tác dụng của bơm, môi chất chỉ đi thẳng mộtchiều, nhận nhiệt, biến dần thành hơi đưa ra sử dụng mà không cótuần hoàn đi lại

1.2.4 Dựa theo cách đốt nhiên liệu, có thể chia thành mấy loại:

 Lò hơi đốt theo lớp: nhiên liệu rắn (than, củi, bã mía…) được xếpthành lớp trên ghi để đốt Có loại cố định, có loại ghi chuyển độngthường gọi là ghi xích, có loại ghi xích thuận chiều và ngược chiều

 Lò hơi đốt phun: nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng phun thành bụi,nhiên liệu rắn nghiền thành bột phun vào buồng lửa, hỗn hợp vớikhông khí và tiến hành các giai đoạn của quá trình cháy trong khônggian buồng lửa

 Lò hơi đốt đặc biệt: thường gặp hai loại buồng lửa xoáy và buồnglửa tầng sôi

Buồng lửa có thể đốt được than cám nguyên khai hoặc nghiền

sơ bộ Nhiên liệu và không khí được đưa vào buồng lửa hình trụ theochiều tiếp tuyến với tốc độ cao Dưới tác dụng của lực ly tâm, xỉlỏng và các hạt nguyên liệu có kích thước lớn bám sát thành lớp vàotường lò, rồi đến các lớp có kích thước nhỏ hơn, những lớp này cháyhoàn toàn theo lớp, còn những hạt than nhỏ cùng với chất bốcchuyển động ở vùng trung tâm và cháy trong không gian

Còn trong lò hơi buồng lửa tầng sôi (tầng lỏng), nhiên liệu rắnnguyên khai hoặc nghiền sơ bộ sau khi được đưa vào, dưới tác dụngcủa gió có tốc độ đủ cao, dao động lên xuống trong một khoảng

không gian nhất định của buồng lửa và tiến hành tất cả các giai đoạncủa quá trình cháy

1.2.5 Các cách phân loại khác: Ngoài các cách trên còn có một số cách phân loại

 Dựa theo cách lắp đặt, có loại lò hơi di động, có loại lò hơi tĩnh tại

 Dựa theo công dụng, có loại lò hơi cấp nhiệt, có laoij lò hơi động lực.Dựa theo đặc điểm bề mặt truyền nhiệt, có loại lò hơi ống lò, có loại lòhơi ống lửa, có loại lò hơi ống nước, có loại lò hơi nằm, có loại lò hơiđứng

Người ta có thể tăng bề mặt truyền nhiệt của nồi hơi bằng cách đặt vào trong bìnhlớn nhất một hay hai đến 3 ống 500  800 mm gọi là ống lò Khói đi trong ống lò

- Nồi hơi ống lò thường có sản lượng bé, khoảng 2  2,5 t/h

b Nồi hơi ống lửa:

Trong loại này ống lò được thay bằng ống lửa với kích thước nhỏ hơn (50 150mm) Buồng lửa được đặt dưới nồi hơi Khói sau khi đi qua ống lửa còn có thểquặt ra hai bên đốt nóng bên ngoài lò

- Ưu điểm: Loại nồi hơi này có bề mặt truyền nhiệt lớn hơn, suất tiêu haokim loại giảm so với loại ống lò Nhưng loại này khả năng tăng công suất và chấtlượng hơi theo yêu cầu vẫn còn hạn chế

c Nồi hơi phối hợp ống lò - ống lửa:

- Nồi hơi phối hợp ống lò - ống lửa được sử dụng khá rộng rãi hiện nay do

nó lợi dụng được ưu điểm của nồi hơi ống lò và nồi hơi ống lửa vì vậy những nồinày năng suất bốc hơi cao hơn, cho phép tăng công suất của nồi hơi lên cao hơn

Do kích thước của nồi hơi này rất gọn nên được sử dụng chủ yếu cho nhucầu di động: nồi hơi xe lửa, tàu thủy, cho các trạm phát điện di động (nồi hơilôcô)

d Nồi hơi xe lửa:

Là loại nồi hơi phối hợp có sản lượng hơi lớn nhất, có thể đạt 20t/h, năngsuất bốc hơi cũng cao nhất trong các loại nồi hơi ống lò và ống lửa, từ 30  35 đến

e Nồi hơi lôcô:

Dùng để chạy máy hơi phát động lực, nó được chế tạo thành hai loại: Loại diđộng và loại tĩnh tại Đối với nồi hơi lôcô tĩnh tại, ống lò có cấu tạo hình lượn

sóng Để dễ dàng cho việc làm sạch lò, ống lò, cụm ống lửa và buồng khói sau khiđược nối với nhau bằng bulông Khi vệ sinh, sửa chữa chúng có thể tháo rời nhau

ra

f Nồi hơi tàu thủy:

Do yêu cầu về kích thước gọn, không cho phép tăng chiều dài của nồi hơi nênngười ta không nối dàn ống lò với ống lửa mà đặt ống lò với ống lửa song songvới nhau, khi ấy dòng khói ra khỏi ống lò được quặt trở lại để đi trong các ống lửanên lò còn có tên gọi là lò lửa quặt Ngoài những ưu và nhược điểm chung của lòhơi phối hợp, lò hơi tàu thủy còn có:

 Ưu điểm: Kích thước rất gọn, chiếm diện tích đặt ít

 Khuyết điểm: Vận hành, sửa chữa vất vả, do kích thước buồng lửa quá nhỏ

và đặt ở những độ cao khác nhau

1.3.2 Lò hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên:

a Nồi hơi ống nước nằm ngang:

Các ống nước được đặt nằm nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một gócnhỏ (từ 12 – 250) Các hệ thống ống nước được nối với nhau bằng hai hộp góp.Hai hộp góp này được nối với bao hơi đặt dọc

Khuyết điểm của lò hơi có bao hơi đặt dọc là số dãy ống theo chiều ngangđược chọn phụ thuộc vào đường kính bao hơi (không được tùy ý chọn) Muốn

tăng số dãy ống ngang thì cần thiết tăng số lượng bao hơi, trong khi đó số ốngtheo chiều đứng cũng không thể tăng quá nhiều được, do điều kiện phải đảm bảo

ổn định chế độ tuần hoàn nước

Khuyết điểm của nồi hơi có hộp góp là có một hộp phẳng rộng nên khôngthể tăng áp suất lên cao được, các ống nước hấp thụ nhiệt khác nhau có giản nởnhiệt khác nhau nhưng lại được nối chung cùng một hộp góp nên dễ gây xì hở mốinúc ống vào thành hộp góp

b Nồi hơi có bao hơi đặt nằm ngang:

Ngoài ưu điểm cho phép tăng bề mặt đốt của lò hơi, giảm được suất tiêuhao kim loại (tới 30% so với lò có bao hơi đặt dọc), lò hơi có bao hơi đặt nằmngang còn có ưu điểm nữa là ống góp được nối với bao hơi bằng những ống cong,tạo nên một cơ cấu đàn hồi

Nhìn chung lò hơi ống nước nằm nghiêng có những ưu điểm sau:

- Tăng áp suất và sản lượng hơi nước lên rất nhiều so với lò hơi ống lửa

- Ống nước nghiêng nên dễ dàng thải cáu bám trong ống

- Cho phép sử dụng nhiên liệu có chất lượng xấu

Nhưng lò hơi có ống nước nằm nghiêng có những khuyết điểm sau:

- Suất tiêu hao kim loại để chế tạo lò hơi lớn

- Tường buồng lửa phải làm việc trong diều kiện nặng nề vì tiếp xúc vớikhói hay ngọn lửa có nhiệt độ cao

- Tuần hoàn nước còn yếu vì ống đặt nằm nghiêng với góc bé

- Lò hơi ống nước nằm nghiêng được dùng chủ yếu cho các xí nghiệp côngnghiệp mà ở đây điều kiện xử lý nước không được đầy đủ

Ở nước ta, loại lò hơi này chỉ được sử dụng trong một số xí nghiệp côngnghiệp Thông số hơi của loại lò này không quá 1,5MN/m2, 3500C, sản lượng hơikhông quá 12 t/h

c Nồi hơi ống nước đứng:

Để tăng cường độ tuần hoàn của nước, người ta chuyển các ống nước nằmnghiêng thành thẳng đứng Khi ấy các ống được nối vuông góc với bao hơi, nên đểbảo đảm độ bền của mối núc, người ta đã táp thêm vào thành bao hơi một tấm théprèn hình bậc thang, ống sẽ được nối vuông góc với các bậc thang của tấm thépnày

Ưu điểm: Dễ dàng xem xét và làm sạch bên trong đường ống

Khuyết điểm: Giữa các bao hơi bị uốn cứng với nhau gây khó khăn choviệc giản nở nhiệt, dễ bị rò nứt nhất là lúc nhóm lò và lúc thay đổi phụ tải nhanh

1.3.3 Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức với bội số lớn:

Để tăng cường khả năng tuần hoàn của nồi hơi, người ta đặt thêm bơm tuầnhoàn Khi đó, nó sẽ làm việc theo chế độ tuần hoàn cưỡng bức với bội số tuầnhoàn lớn

Hiện nay có hai phương hướng sử dụng loại lò hơi này:

1 Trang bị cho các cơ sở sử dụng lò hơi bé (nồi hơi dùng khí thải)

2 Trang bị cho các cơ sở sử dụng lò hơi lớn (như nhà máy điện) Khi ấy ápsuất được thiết kế tới 21MN/m2, công suất D = 2500 t/h Tuy áp suất làm việccủa nồi lớn nhưng áp lực đẩy của bơm tuần hoàn khá bé, chỉ cần đủ khắc phục trởlực của vòng tuần hoàn

1.3.4 Lò hơi trực lưu:

- Nồi hơi trực lưu có môi chất chuyển động cưỡng bức Đặc điểm của nó làmôi chất làm việc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạngthái hơi quá nhiệt có thông số quy định Lò hơi trực lưu ra đời vào khoảng năm1925-1930

- Cho phép tăng áp suất của hơi lên cao Tuy nhiên, chỉ có nồi trực lưu mớisản xuất ra được nồi hơi có áp suất trên tới hạn

Khuyết điểm: Duy nhất ở nồi trực lưu mà đến nay chưa ai khắc phục được làyêu cầu nước cấp phải đặc biệt sạch Hơn nữa do trữ lượng nước trong nồi hơi chỉthực dụng khi phụ tải thay đổi ít

1.3.5 Lò hơi đặc biệt:

a Nồi hơi có áp suất cao trong buồng lửa:

- Các nồi hơi thông thường được làm việc với áp suất trong buồng lửa bằng

áp suất khí quyển còn nồi hơi loại này sử dụng áp suất dương ở 0,3  0,5 MN/m2.Khi ấy trở lực đường gió, đường khói được khắc phục chỉ bởi quạt gió mà khôngcần quạt khói phần không khí nóng cung cấp cho hệ thống nghiền than được gianhiệt trong bộ sấy không khí thứ cấp với áp lực bình thường, còn bộ sấy không khí

có áp lực cao gọi là bộ sấy không khí sơ cấp

Tăng áp suất trong buồng lửa sẽ làm tăng được tốc độ khói, do đó làm tăng hệ

số truyền nhiệt, và có tác dụng làm giảm kích thước của nồi hơi đi rất nhiều Mặtkhác ở áp suất lớn, quá trình cháy xảy ra tốt hơn, các tổn thất nhiệt giảm bớt đi + Nồi hơi Vêlôc: Nhiên liệu lỏng hay khí được phun vào trong buồng lửa Ápsuất thải ra khỏi buồng lửa còn khoảng 0,25 MN/m2, T = 500 ÷ 6000C được đưavào tua bin khí để phát điện Môi chất tuần hoàn trong nồi hơi dưới dạng tuần

hoàn cưỡng bức bội số lớn Hiệu suất của nồi vêlêc đạt tới 92%, suất tiêu hao kimloại bé, kích thước gọn nhưng không dùng được với nhiên liệu rắn

- Loại nồi hơi áp suất buồng lửa dương có kích thước gọn, khởi động nhanhnên được dùng trong ngành giao thông đường sắt, hàng hải và trong các nhà máyđiện gánh phụ tải

b Nồi hơi phản ứng sinh hơi của nhà máy điện nguyên tử

Về nguyên tắc hơi, nó không khác gì so với nồi hơi thông thường, nhưng cơbản của nồi hơi phản ứng sinh hơi không có quá trình buồng lửa

1.4 Chọn phương án thiết kế:

Dựa vào đặc điểm của một số loại lò hơi ở trên và dựa vào đặc điểm của công

ty thủy sản tôi chọn nồi hơi ống lò ống lửa 2 pass

- Nồi hơi phối hợp ống lò - ống lửa được sử dụng khá rộng rãi hiện nay do

nó lợi dụng được ưu điểm của nồi hơi ống lò và nồi hơi ống lửa Vì vậy những nồinày năng suất bốc hơi cao hơn, cho phép tăng công suất của nồi hơi lên cao hơn

Do kích thước của nồi hơi này rất gọn nên được sử dụng chủ yếu cho nhucầu di động: nồi hơi xe lửa, tàu thủy, cho các trạm phát điện di động (nồi hơilôcô)

Ưu điểm của nồi hơi ống lò ống lửa

Nhỏ gọn trong xây dựng

Biến động của nhu cầu hơi có thể được đáp ứng dễ dàng.

Rẻ hơn nồi hơi ống nước

Nhược điểm của nồi hơi ống lò ống lửa

Do nước lớn, áp suất hơi yêu cầu thời gian tăng khá cao

Áp suất hơi đầu ra không thể rất cao do nước và hơi nước được giữ trong cùng một bình

Hơi nước nhận được từ nồi hơi ống lửa không khô lắm

Trong nồi hơi ống lửa, trống hơi luôn chịu áp lực, do đó có thể có khả năng nổ lớn dẫn đến tai nạn nghiêm trọng

CHƯƠNG 2 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU VÀ TÍNH TOÁN NHIỆT CHO LÒ HƠI 1.1 Chọn các thông số ban đầu:

- Thông số công suất = 340 (kg/h),

- Áp suất làm việc p = 6 bar,

- Nhiệt độ nước vào 270C

- Nhiệt độ môi trường 290C

1.2 Tính toán nhiệt cho lò hơi:

- Nhiệt trị của nhiên liệu :

Thành phần làm việc của GAS:

Phương trình cháy metan:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O1m3tc CH4 + 2m3tc O2 = 1m3tc CO2 + 2m3tc H2OPhương trình cháy propan:

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O 1m3tc C3H8 + 5m3tc O2 = 3m3tc CO2 + 4m3tc H2OPhương trình cháy hyđrô:

H2 + 0,5O2 = H2O 1m3tc H2 + 0,5m3tc O2 = 1m3tc H2OPhương trình cháy Ôxyt:

CO + 0,5O2 = CO2 1m3tc CO + 0,5m3tc O2 = 1m3tc CO2

Thể tích không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy (𝜆 = 1):

Lượng tiêu hao oxy lý thuyết:

Omin= V0kk = 2.[CH4]+5.[C3H8]+0,5.[H2]+ 0,5.[CO]-[O2]

= 2.[26%]+5.[3%]+0,5.[53%]+0,5.[6%]-[1,82%]

CO2: cháy CH4 = [CH4], cháy C3H8 = 3[C3H8]

H2O: cháy H2 = [H2], cháy C3H8 = 4[C3H8], cháy CH4 = 2[C2H4]N2: cháy nhiên liệu: [N2], cháy không khí: 0,79.lmin

VRO2 = [CH4] +3 [C3H8] = 0,26 + 3.0,03 = 0,35 m3tc/ m3tc

VH2O = [H2] + 2.[CH4] + 4.[C3H8] = 0,53 + 2.0,26 + 4.0,03 = 1,17 m3

tc/m3 tc

VN2 = [N2] + 0,79.Lmin = 0,1 + 0,79.4,53 = 3,68 m3

tc/m3 tcTổng spc lý thuyết:

VSPCmin = VCO2 + VH2O + VN2 = 0,35 + 1,17 + 3,68= 5,20 m3

VKK = L =𝜆.lmin=1,1.(4,52) = 4,972 m3

tc/m3 tc

VSPC= VCO2 + VH2O + VN2 + VO2 DƯ

VO2 DƯ = 0,21.LMIN.(𝜆 – 1) = 0,21.4,52.(1,1-1) = 0,095 m3

tc/m3 tc

VN2 = [N2] + 0,79.L = 0,1 + 0,79.4,972 = 4,03 m3

tc/m3 tc

VSPC= VCO2 + VH2O + VN2 + VO2 DƯ=0,35+1,17+4,03+0,095 = 5,645 m3

tc/m3 tc

- Thể tích sản phẩm cháy:

Vk= VSPCmin+.(𝜆 – 1).Lmin = 5,2+(1,1-1).4,52 = 5,652 m3

tc/m3 tc

Enthalpy của không khí và của sản phẩm cháy :

Entanpi của khói với 1 m3tc nhiên liệu được xác định bởi công thức:

Ik=Ik0+(α−1) I0 kcal/mtc3

Entanpi của khói khi α=1

I0k = VRO2 (Ct)CO2 + VN2(Ct)N2 + V0H2O (Ct)H2O , kcal/m3tc

Entanpi của không khí lý thuyết:

I0 = V0(Ct), kcal/m3tcTrong đó:

t: Nhiệt độ của các loại khí, oC

Ct: Gọi là entanpi theo thể tích của từng loại khí ở nhiệt độ kcal/m3

Giá trị Ct (cp.tth) tính theo phụ lục bảng 2/trang 259 sách TKLH-Ts.NguyễnThanh Hào.

Chọn nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là 3500C

Entapi của khói thải:

I0k = VRO2 (Ct)CO2 + VN2(Ct)N2 + V0H2O (Ct)H2O , kcal/m3tc

Tính theo phụ lục bảng 2/trang 259 ta có giá trị của :

Cân bằng nhiệt được thiết lập đối với chế độ nhiệt ổn định của lò hơi cho 1 m3tcnhiên liệu (gas) Phương trình cân bằng nhiệt có dạng:

Qk : Nhiệt lượng sấy nóng không khí

Qk=0 (vì không sấy không khí)

in: Nhiệt lượng vật lý của nhiên liệu

Do không khí được đưa trực tiếp vào buồng đốt không qua bộ sấy không khí nên

Vậy: Ql0 = Q1th = 4424,8 kcal/m3tc

1.3.3 Tính các tổn thất nhiệt trong lò hơi:

Tổn thất nhiệt trong nồi hơi được biểu thị bằng giá trị tương đối %

q i=Q i

Q0l ×100 % (i=2,3,4,5,6 )

a Tổn thất nhiệt theo khói thải:

Khói được tạo thành trong quá trình cháy tức là từ không khí và nhiên liệu Không khí vào lò có nhiệt độ khoảng 20-30 0C, trong khi đó nhiệt độ khói thải rakhỏi lò thường lớn hơn 110 0C Như vậy phải mất một lượng nhiệt để đốt nóngkhông khí và nhiên liệu từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ khói thải Tổn thất nàygọi là tổn thất nhiệt do khói thải, ký hiệu là q2 (%)

Tổn thất nhiệt theo khói thải xác định bằng hiệu số giữa entanpi của khói rakhỏi bề mặt đốt cuối cùng của lò hơi và entanpi của không khí lạnh q2 %

Ik: entanpi của khói Sơ bộ chọn nhiệt độ khói thải là θ khói = 3500C

b Tổn thất nhiệt do cháy hóa học không hết:

Khi nhiên liệu cháy không hoàn toàn thì trong khói còn có các chất khí cháykhông hoàn toàn như CO, H2, CH4 Những khí này còn có thể cháy và sinh nhiệt

được nhưng chưa cháy đã bị thải ra ngoài, gây nên tổn thất nhiệt gọi là tổn thất nhiệt

do cháy không hoàn toàn về hóa học, ký hiệu là q3 (%)

Xác định bằng tổng nhiệt trị của các sản phẩm không cháy hết còn lại trongkhói q3 %

c Tổn thất nhiệt do cháy cơ học không hết q4 %:

Nhiên liệu đưa vào lò có một phần chưa kịp cháy đã bị thải ra ngoài theo cácđường: bay theo khói, lọt qua ghi lò hoặc rơi xuống đáy buồng lửa cùng với xỉ gâynên tổn thất nhiệt gọi là tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học q4 %

Xác định bằng lượng nhiên liệu cháy không hết trong xỉ, trong bụi tro haytrong khói và lượng nhiên liệu lọt xuống dưới đáy buồng lửa q4 %

Chọn theo [1, 39], Ta có: q4=0%

Vậy: Q4=0 kcal/kg

d Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh q 5 %:

Bề mặt xung quanh của lò luôn có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trườngxung quanh, do đó luôn có sự tỏa nhiệt từ mặt ngoài lò đến môi trường gây nêntổn thất, gọi là tổn thất do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh, ký hiệu là q5 (%) Muốn giảm q5 phải thiết kế lò và bọc cách nhiệt sao cho hợp lý

Q6=0kcal/mtc3

f Tính tổng tổn thất nhiệt trong nồi hơi:

Tổng tổn thất nhiệt được xác định theo công thức:

1.3.5 Nhiệt lượng hữu ích - tiêu hao nhiên liệu cho nồi hơi:

a Nhiệt lượng hữu ích xác định theo công thức:

Với D: Năng suất nồi hơi D = 340 kg/h

inc : entanpi nước cấp cho lò

Hơi sau khi qua các thiết bị nhiệt trao đổi nhiệt và được ngưng tụ, phần nướcngưng 27 0C được đưa trở lại tank chứa nước cấp, rồi sau đó đi qua bộ hâm nướcmới vào nồi hơi Nên nhiệt độ nước trước khi vào lò vào khoảng 27 0C

i nc =113,56 kj/kg=27,1 kcal/kg

ibh : entanpi hơi bão hòa ứng với áp suất P = 6 bar = 6/0,981 = 6,12 at

Tra bảng phụ lục 2/trang 138 Bảng nước sôi và hơi bão hòa khô theo nhiệtđộ:

c Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán của lò hơi :

Để xác định tổng thể tích sản phẩm cháy và không khí chuyển dời qua toàn

bộ lò hơi và nhiệt lượng chứa trong chúng người ta sử dụng đại lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán theo công thức:

tcnhiên liệu /kg hơi

e Hệ số bão hòa nhiệt năng :

Sự phân bố tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh trên đường khói người tacoi như là tỷ lệ thuận với nhiệt lượng do khói truyền lại trong đường khói và đưavào công thức tính nhiệt lượng do khói truyền cho bề mặt đốt một hệ số bảo toànnhiệt năng :

= 1−q5

100 =0,965

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC LÒ HƠI 1.1 Tính thiết kế kích thước lò hơi:

Nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa :

1.1.1 Nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa:

Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt mục 4.2.1, ta có:

1.1.2 Thể tích và diện tích buồng lửa:

Dựa vào kích thước ngọn lửa ,ta chọn buồng đốt là:

1.1.3 Nhiệt thế thể tích của buồng lửa qv:

Nhiệt sinh ra trên một đơn vị thể tích buồng lửa:

qv =

B.Q t

V bl

2;

Trong đó B – suất tiêu hao nhiên liệu, m3/h

Qt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kcal/m3

, nhiệt độ trong buồng lửa.

θ1' '=350 0C,, nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa

ψ: Độ dày đặc dàn ống trong buồng lửa phun

Với e – cơ số của logarit tự nhiên

k – hệ số làm yếu tia bức xạ bởi môi trường buồng lửa

p – áp suất trong buồng lửa, ata

Đối với ngọn lửa mờ khi đốt nhiên liệu khí:

r H2O=V H2O

V K =5,6441,17= 0,21

rn =V RO2+V H2O

V❑K =1,17+0,355,644 = 0,27

1.1 Công suất béc đốt:

Dựa vào nhiệt lượng cần cấp cho nồi hơi là Q0

l = 4424,8 kcal/m3

tcSuy ra nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa trong 1h là:

Qh = Q0 Bt = 4424,8 x 59,57 x 4,186/3600 = 306,5 kW

Ta chọn được công suất của Béc đốt cho nồi hơi là 306,5 kW

Ta chọn béc đốt của hãng Riello có ký hiệu là RL 38/M TC FS1