Luận văn Tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO)

Tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO)

Luan van

Đề tài: Tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp

sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO)

Chương 1 :TÍNH TOÁN LÒ HƠI

- San lugng hoi : D= 5 Tắn/giờ

Nhiên liệu dầu mazu(FO) có các thành phần :

ALL SAFETY CONTROLS AND PIPING

PROCESSOR ‘OR COMBINATION ‘SKIDS AND SUPPORTS:

FORCED DRAFT BURNERS

GVHD : ThS.V6 Kién Quéc Page 4

PHẢN I: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ

HIỆU SUÁT CỦALÒ %

1,4% ta có thể chọn sơ bộ nhiệt độ khói thải g

0 = 160°C (với nhiệt độ đọng sương là tạ, = i tm

Bang kết quả tính toán quá trình cháy

Vw Ÿ, Vu to, Vy." Vụ, Vø`— | Yno

Nm’/ m'tc | NmỶ/ mÌd NmỶ/ mÏtc | NmỶ/ mÏte| NmỶ/ mÌtc NHỶ/ m*t¢ Nm*/ mÌtd Nm’ mt

10,6243 | 12,53 10,2 1,58 839 | 9,23 148 15 ILEntanpi Cia Khong Khí Và Sản Phẩm Cháy:

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

Khi + =1,1 ta có :

1 =lƑ+(œ—D.l2(KU | kg)

Trong đó :

Tỷ : là entanpi khói lý thuyết khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu với ø =1

I, =Vao, (Cp te no, +Virq(Cp ten, +Vitgo-(Cp te nyo (KI 1 kg)

=1,58.282,488 + 8,39.207,784 + 1,48.243,084=2549,4kJ / kg Với:

@ kJ/mÌe kl/mắc K/m’te K/m'te kl/kg

Tương tự ta tính toán ở các nhiệt độ khác nhau ta được bảng entanpi cho khói như bảng sau: (Bảng 1)

Bảng 1

vc (kifm'tc)_ (ki/m*tc) (ki/m'te) | (ki/m'te) | (kava) TƑQU 1kg) | 1z (J 0kg) | 1,(U Fkg)

Bảng 1 (tiếp theo)

1IL.Cân Bằng Nhiệt Lò Hơi

Nhiệt lượng đưa vào ứng với Ikg nhiên liệu

O,, = Of, + O,, =40370,6 +176,85 =40547,45(kJ / kg)

V.Hiệu suất của lò hơi:

~_ Hiệu suất toàn phần của lò hơi (Hiệu suất của lò hơi)

Vay điện tích thiết kế sơ bộ là 100 m?

'Nhiệt thế thể tích buồng lửa ta chọn theo kinh nghiệm trong khoảng 1800+2300kW/mẺ

Để tiết kiệm không gian buồng lửa cũng như giảm giá thành vật tư chế tạo ta chọn giá trị nhiệt thế có giá trị 1900kW/mÌ

> Chiều đài ngọn lửa :

Dựa vào đồ thị dưới đây ta

chọn chiều dai ngọn lửa sơ bộ

khoảng 3m

Chiều đài ngọn lửa sẽ chiếm từ

oo ooo ano tata tod econ) ead E0

vậy chiều đài ống lò trong Tế na tự!

>_ Xác định kích thước sơ bộ của lò :

e_ Diện tích bức xạ trong buồng đốt :

F,, =7.d1=9,76 m?

Diện tích bức xạ này chiếm gần 10% tổng diện tích sinh hơi

e_ Diện tích đàn đối lưu :

=> Fy =F —F,, =90,24m*

Ta chọn loại ống có đường kính @ = 51mm theo tiéu chudn

Với lò hơi loại đốt dầu ta chọn loại có 2 pass khói và chiều đài mỗi pass ống bằng chiều dài ống lò làI=4m

Bảng kết quả tính toán kích thước cơ bản của lò

01 | Chiều dài buồng đốt mm 4000

03 | Diện tích bức xạ bề mặt trong m 9,76

04 | Diện tích dàn đối lưu m 90,24

05 | Số ống sinh hơi đối lưu Số ông 140

PHAN II: TÍNH TRAO DOI NHIET

TRONG BUONG LUA

Với chiều dài của buồng lửa

"Ta chọn bề mặt trong của ống lửa là loại lượn sĩng cĩ đường kính lượn d = 150mm

Vi vay khi tính thể tích Ống lửa ta tính theo đường kính trung bình chính là đường

kính của ống lửa đã tính chọn ban đầu.Diện tích ta tính gần đúng theo đường kính buồng lửa đã tính chọn ban đầu

Chọn sơ bộ nhiệt độ khĩi ra khỏi buồng lửa là z, = 1200”

+ Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa

100~4;—4;

100

Q — nhiệt lượng do khơng khí mang vào lị khi cĩ sấy sơ bộ bên ngồi, vì lị khơng cĩ

sấy khơng khí nên Q, = 0

2 = Quy +2,- II

;- nhiệt lượng do khơng khí mang vào buồng lửa

Q = (% ~Aay- Aa, yer + (Aa, +Aø, Mu

=(Aø, + Aø,)1„„ = 0,05.455,78 = 22,79k7 / kg

100~1,5

>0, =40541,45 +22,79 = 39962KI / kg 100

‹* Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa với Ikg nhiên liệu

Qj, = 9 (Qy ~Ti,) = 0,982 (39962 — 23387, 148) =16277KI / kg

% Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của Ikg nhién ligu

_ @ —1¡

V„ =—————

"nh: IH

Tit Qy = I, = 39962 ki/kg = 9544,3 kcal/kg

Tra bang 1 ,suy ra: t, = 1946" C

Vay :

ty = 9544,3 — 5586

™ 1946—1200

$ Hệ số bám bẫn bề mặt hấp thụ bức xạ quy ước, tính đến sự giảm hấp thụ nhiệt

do làm bắn bề mặt, được chọn theo bảng trang 46 ta được

F,= 9,8 m?— dign tích toàn bộ buồng lửa

'H; — diện tích vách do dan ống choáng chỗ

p — áp suất của buồng lửa, chọn p = lata

k— hệ số làm yếu tỉa bức xạ trong môi trường buồng lửa

IV.TÍNH TOÁN CÁC BÈ MẶT ĐÓI LƯU

> TÍNH TOÁN SƠ BỘ DIỆN TÍCH TRUYEN NHIỆT VÀ HE SO

TRAO DOI NHIỆT CHO DÀN ĐỐI LƯU -Nhiệt lượng mà nước nhận được từ dòng khói:

B - lượng tiêu hao nhiên liệu, B = 321 kg/h

F- diện tích trao đổi nhiệt trong buồng sinh hơi, mỄ

k— hệ số truyền nhiệt, kcal/m2h%C

Af,„ - độ chênh nhiệt độ của sơ đồ chuyển động ngược chiều

£„„- hệ số chuyển đổi từ sơ đồ ngược chiều sang sơ đồ phức tạp hơn

= B- Af„ AI, AC =Afas — Âu,

Az„„ - hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn của các môi chất trao đổi nhiệt

ø, và ø, - hệ số tỏa nhiệt từ khói cho vách ống và từ vách ống đến nước

ở và 4 - bề dày và hệ số dẫn nhiệt của ống

Ở, va A, - l6p tro xỉ và muội trên bŠ mặt của ống

ổ, và Â,- vách ống

6, và Â,- lớp cáu trên bề mặt của dng

Nhiệt trở của lớp tro xi ổ,/ Â, gọi là hệ số làm bẩn ¿, tra bảng ta được:

s›;- vận tốc trung bình của đòng khói trong ống, chọn: », = 14 m/s

d~— đường kính trong của ống, d= 51 mm

=Re,=_l0051_ — sg20 107,85.10

Ta thấy: 2200 < Re, < 10* => Khói chuyển động trong ống ở trạng thái quá độ

pr _ oas { Pa

Tinh hé sé bite xa Oy,

Chiều đầy hiệu dụng của lớp bức xạ:

=> Pro, = Neo,-P =0,125.1=0,125at 4]

Pig = tyo:P =0,106.1 = 0,106at (4

Vì lượng nước được bơm vào rất nhỏ so với lượng nước trong lò hơi nên ta có

thể lấy nhiệt độ trung bình của nước gần bằng với nhiệt độ nước trong lò

s;~ vận tốc trung bình của nước trong lò hơi, chọn: ø„, = 1 m/s

d~ đường kính ngoài của ống, d = 54,2 mm

= Re, = FETE =2,5.10° > 10° , nước chảy rối trong lò hơi

Các kích thước trong lò hơi:

Chọn đường kính thân lò D=2200 mm

Đường kính trong ống lửa ở mỗi pass t„ = 5lmm

Đường kính ngoài ống lửa ở mỗi pass d„,= 54/2mm

Chiều đài ống lửa mỗi pass: l = 4 mét ( bằng chiều dài buồng đốt )

Để tiện cho việc chế tạo lắp ráp và đạt hiệu quả cao ta chọn số ống như sau:

Số liệu ban đầu :

Chọn nhiệt độ khói ra khỏi pass 1 là:

Ø =0,982- hệ số bảo toàn nhiệt năng

Fivao , Tira ~ cntanpi của khói vào và ra khỏi bề mặt đốt

Tra bing 1, ta được:

ơi - hệ số tỏa nhiệt từ phía khói

ø;- hệ số tỏa nhiệt từ phía nước

Xác định hệ số tỏa nhiệt từ phía khói đ;, từ công thức:

Trong đó:

@ - hé sé bao phi tinh dén su giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt đốt do không được khói

bao phủ toàn bộ

Đối với các chùm ống đặt nằm ngang, dòng khói đi trong ống thì @ = 1

,¡ - hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 1

đ„- hệ số tỏa nhiệt bức xạ của pass 1

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 1:

Lưu lượng thể tích trung bình

Như vậy hệ số tỏa nhiệt đối lưu:

K= 0,8 + 1,6.0,106 (1-038 4 5,07

V0, 231.0,046 “1000 1000

Như vậy hệ số tỏa nhiệt bức xạ pass 1 được xác định:

Oy, =O, a.C,, =136.0,21.0,98= 27, Tkeal /m? WC = 115,9KI [mC 0.0, +O, = 15,644 27,7 = 43, 35keal ! m°h°C = 181,5kJ / m°h°C

Ar,„„- hiệu số nhiệt độ lớn hơn của các môi chất ở đầu pass 1

tax = sao — tuuạc = 1182 — 152 = 1030°C

Az„„ - hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn ở cuối pass 1

Arss,= tua — tuuạc = 700 — 152 = 548°C

> TINH TOAN NHIET PASS 2

Số liệu ban đầu :

Chọn nhiệt độ khói ra khỏi pass 2 là:

Tš„„„ Ï2„- entanpi của khói vào và ra khỏi bề mặt đốt

Tra bang 1, ta duge:

ở; - hệ số tỏa nhiệt từ phía khói

; - hệ số tỏa nhiệt từ phía nước

( - hệ số cao phủ tính đến sự giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt đốt do không được khói

bao phủ toàn bộ

Đối với các chùm ống đặt nằm ngang, dòng khói đi trong ống thì @ = 1

đ¿; - hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 2

Ø„; - hệ số tỏa nhiệt bức xạ của pass 2

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 2:

Lưu lượng thể tích trung bình

Như vậy hệ số tỏa nhiệt bức xạ pass 2 được xác định:

Oy = &, aC, = 68.0,26.1=17, 68keal | m7h°C

Gy = OO, + Oy, =1.22,5 +17, 68 = 40, 18keal | mềh°C

Vậy:

K= ————— = 25,07kcal / mÊh°C

+0,015 40,18

* Phương trình truyền nhiệt:

K.HAt

Ở„¿ = —p— ›keakg

fi Trong đó:

Ar,„„- hiệu số nhiệt độ lớn hơn của các môi chất ở đầu pass2

Af,„„ = basao — tuuạc = 700 — 152 = 548°C

Az„„ - hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn ở cuối pass 2

Arss,= tua — tuuạc = 400 — 152 = 248°C

O,2 = BEER =1479,99kcal / kg = 6196, 71kJ / kg

# Xác định AQ(%) gitta Quy va Quo:

Số liệu ban đầu :

Chọn đường kính trong của ống là dự = 28mm

Chọn đường kính ngoài của ống là d,, = 34mm

Nhiệt độ khói ra khỏi bộ hâm nước chính là nhiệt khói thải đã chọn ban đầu

Nhiệt độ và entanpi của khói thải

f„ =f„4 =16009CŒ

Tyg = Ty = 2590,83k7 / kg

Nhiệt độ khói vào bộ hâm nước là nhiệt sau khi ra khỏi pass 2 của lò hơi

Nhiệt độ và entanpi vào bộ hâm nước:

ø =0,982- hệ số bảo toàn nhiệt năng

B, =321kg/h 1a lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán

~ _ Nhiệt độ tính toán trung bình của khói thải

- _ Chọn tốc độ khói đi trong ống là ø, =10m/s

Với øy =(8+12)ml s theo tiêu chuẩn

ty afi, 7 397,35

D, 5,25

Chọn 2, =22W /mK

+30=105,69°C

Ta chon 3 phan tir

Với chiều dài mỗi phần tử là:

dụ = 51mm, đường kính tương đương của ống

1= 4m, chiều đài của ống,

@ = 15m/s, vận tốc trung bình của đòng khói

/2 =0,33kg/m”, khối lượng riêng của khói ở nhiệt độ trung bình

T — nhiệt độ trung bình của dòng khói

Vậy trở lực ma sát của đồng khói

Chọn tổng chiều dài đường ống dẫn khói: L,„= 4m

0.583

) =176,78N /m?

Đường kính ống dẫn khói: Diaz 0,78(m)

Thể tích khói di chuyén trong éng din: = V =1,9(m*/s)

“Trở lực của ống dẫn khói được xác định:

l h„¿ m2 =Â+——-— d, 2 P

k=0,4.10? ~ độ nhám tuyệt đối của vách ống

AH= 208,23 02:12, Le =191N/m?

3 Tinh cho ống khói

Ta chon ống khói có chiều cao

Chương 2 TÍNH BÈN CHO CÁC CHI TIẾT

I TINH BEN CHO THAN LO CHIU AP LUC BEN TRONG

Số liệu ban đầu:

2 Tính hệ số bền vững của mối han

Vì lò được hàn bằng điện và hàn bằng hơi nên ta có thể chọn:

‹* - Số liệu ban đầu:

Chọn chiều dày buồng lửa: S„ = 16 mm

Đường kính buồng lửa: Dạ = 780 mm

1= 4000 mm ~ chiều đài ống lửa

II TÍNH GIA CƯỜNG LỎ NGƯỜI CHUI

® Số liệu ban đầu:

Áp suất: P=5 bar

Kích thước lỗ gia cường: 3001400

'Bề dày tắm kim loại gia cường : chọn Sạ = 14mm

4

đực =2|saz~1} (2200+10)(10~2) =195mm

Mà kích thước lỗ oval là 3004400, nên lổ người chui này phải được gia cường

3 Kích thước các chỉ tiết gia cường phải thỏa điều kiện:

DS =fit fir t fra >(4— 4 )-Šs

V TINH CHO ONG LUA CHIU ÁP LỰC BÊN NGOÀI

Số liệu ban đầu:

a= 6,25 — đối với ống lửa nằm ngang

1= 4000 mm - chiều đài ống lửa

Số liệu ban đầu:

Chiều đày của ống dẫn hơi: S„„ = 3 mm

Đường kính ống dẫn hơi: D„,= 120 mm

Vật liệu : thép 20K

ứng suất cho phép xác định

O= 77.0 * =1.13,2 = 13,2 kg/mm?

(Trong trudng hop nay 77 = 1,0)

Bề day ống dẫn hơi được xác định:

VI TINH BEN CHO BASS CAU

Các số liệu ban đầu:

Chương 3 XỬ LÝ NƯỚC CÁP CHO LÒ HƠI

I CHAT LUQNG NUOC CAP CHO LO

1 Mục đích của việc xử lí nước

Sự làm việc chắc chắn và ổn định của lò hơi phụ thuộc rất nhiều chất lượng nước cấp cho lò để sinh hơi

Trong nước thiên nhiên có hòa tan những tạp chất, mà đặc biệt là các loại muối

canxi , magiê và các loại muối khác Trong quá trình làm việc của lò, khi nươc sôi và

bốc hơi, các muối này sẻ tách ra ở pha cứng dưới dạng bùn hoặc cáu tỉnh thể bám vào vách ống của lò hơi Các cáu và bùn này có hệ số dẫn nhiệt thấp, thấp hơn so với kim loại hàng trăm lần, do đó khi bám vào vách ống sẻ làm giảm khả năng truyền nhiệt từ khói đến môi chất trong ống, làm cho môi chất nhận nhiệt ít hơn và tổn thất nhiệt do

khói thải tăng lên, hiệu suất của lò giảm xuống, lượng tiêu hao nhiên liệu tăng lên

'Khi cáu bám trên vách ống sẻ làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại, gây ra hiện

tượng ăn mòn cục bộ

'Khi cáu bám trên các ống sinh hơi, các ống của bộ quá nhiệt sẽ làm tăng nhiệt

độ của vách ống lên, do đó làm tuổi thọ của ống giảm xuống , có những trường hợp nhiệt độ vách ống tăng lên quá mức cho phép có thể gây ra nổ ống

Ngoài những chất sinh cáu, trong nước còn có những chất khí hòa tan như oxi

và cacbonic, các loại khí này gây ăn mòn mạnh các bề mặt ống kim loại của lò, nhất là

ở bộ hâm nước

'Vì những nguyên nhân trên, đòi hỏi phải có những biện pháp đặc biệt để bảo vệ

lò hơi khỏi bị cáu bám và ăn mòn, đảm bảo cho lò hơi làm việc an toàn

Để giảm độ ăn mòn và bảo đảm cho lò hơi làm việc an toàn cần thực hiện 3

nhiệm vụ sau :

+ Ngăn ngừa hiện tượng bám cáu trên tắt cả các bề mặt đốt

® Duy trì độ sạch của hơi ở mức độ cần thiết

++ Ngăn ngừa quá trình ăn mòn của đường nước, đường hơi

2 Chất lượng nước cấp cho lò hơi

Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các khái niệm về đặc tính của

nước thiên nhiên như sau :

Độ cứng, độ kiềm và độ kho kết của nước

Độ cứng của nước thể hiện là tổng nồng độ các ion Ca” và Mg” có trong

nước, được kí hiệu là °H

Độ cứng cho phép của nước cắp vào lò hơi phụ thuộc vào thông số hơi của lò

Lò có thông số hơi càng cao thì yêu cầu chất lượng nước cấp vào càng cao, nghĩa là nồng độ tạp chất trong nước cấp vào lò phái thấp

'Yêu cầu chất lượng nước (độ cứng ) của lò hơi phụ thuộc vào thông số hơi như

~ Lò hơi ống lò, ống lửa : °H<0,5mgđI/I

IH XỬ LÝ NƯỚC CHO LÒ

Để giảm độ cứng của nước cấp cho lò nhằm giảm hiện tượng đóng cáu người ta

dùng các biện pháp sau :

4ˆ Tách những vật có khả năng tạo thành cáu ở trong lò ra khỏi nước trước kỉ đưa nước vào lò, gọi là phương pháp xử lý nước trước khi đưa nước vào lò

+ Biến những vật chất có khả năng sinh cáu ở trong lò ( do nước cấp chưa được xử

lý hoặc xử lý không hết ) thành những vật chất tách ra ở pha cứng dưới dạng bùn (

không ở dạng cáu ) rồi dùng biện pháp xả lò để thải ra khỏi lò Phương pháp này gọi

Tà xử lý nước bên trong 1d

Trong phần này chúng ta chỉ nghiên cứu phương pháp xử ký nước trước khi đưa vào

lò hay còn gọi là phương pháp xử lý nước ngoài lò :

ion (kation hoặc anion)

Dưới đây ta trình bày phương pháp trao đổi ion, cụ thể là phương pháp dùng kết hợp kationit Hydro (HR) va anionit (RaOH)

Các phương trình phản ứng xãy ra :