Btl lò hơi và thiết bị Đốt tính toán thiết kế lò hơi Ống nước công nghiệp ghi xích Đốt than

Dự kiến tổng diện tích tiếp nhiệt F: Đây là toàn bộ diện tích nhận nhiệt bằng trao đổi nhiệt bức xạ và trao đổi nhiệt đối lưu.. Đối với lò hơi sinh hơi bão hòa, chỉ có các bề mặt sinh hơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

 BTL LÒ HƠI VÀ THIẾT BỊ ĐỐT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI ỐNG NƯỚC CÔNG NGHIỆP GHI XÍCH

ĐỐT THAN

LỚP L01 - NHÓM 19

Tp Hồ Chí Minh, 03/2025

MỤC LỤC

2.1 Thể tích không khí và sản phẩm cháy: 1

2.3 Tính tổn thất nhiệt và hiệu suất lò hơi: 2

2.4 Tiêu hao nhiên liệu: 3

Bảng 3.1: Thông số ban đầu của nước và hơi nước: 3

3 XÂY DỰNG LÒ HƠI 4

3.1 Thể tích buồng lửa 4

3.2 Nhiệt lượng diện tích của Buồng lửa ghi xích 4

3.3 Diện tích buồng lửa 5

1.1 Số ống 5

ĐỀ BÀI

Tính toán thiết kế lò hơi ống nước ghi xích đốt than có thành phần như sau: Clv=62,7%; Hlv=3,1%; Sclv=2,8%; Olv=1,7%; Alv=23,8%; Wlv=5%

Biết áp suất hơi là 10 barg và sản lượng hơi là 2,4 tấn/h, không sử dụng bộ hâm nước và sấy không khí

Vì đây là dùng phương pháp đốt ghi nên ta có hệ số không khí thừa: α=1,3÷ 1,5, ta chọn

α =1, 4

Áp suất hơi nước = 10+1 = 11 bar nên t bℎ =184 ,05℃, vì nhiệt độ khói thải cao hơn nhiệt

độ bão hòa là ∆ t =70÷ 90℃ nên t tℎ =184 ,05+80=264 ,05℃ Vậy ta chọn t tℎ =265℃

Không có bộ sấy không khí ∆ α skk=0

Không có bộ hâm nước ∆ α ℎ n=0

Chọn độ lọt của không khí tại buồng lửa là ∆ α bl =0 ,05

Chọn hệ số xả lò p=3 %

Chọn nhiệt độ nước cấp t nc =100℃

Chọn nhiệt độ không khí lạnh t kkl =30℃

Chọn nhiệt độ của nhiên liệu t nl =35℃

Phần trăm tổn thất do cháy không hoàn toàn về hóa học: q3=2,5 % (do khi đốt nhiên liệu

rắn trên lò ghi thủ công q3=2−3 %)

Phần trăm tổn thất do cháy không hoàn toàn về cơ học: q4=8 %(q4=5−11%)

Phần trăm tổn thất do tỏa ra môi trường xung quanh: q5=1,6 %

Phần trăm tổn thất do xỉ bay theo khói theo tài liệu lò hơi của thầy Trần Thanh Kỳ:

+ Đối với lò ghi ta có a b =0 ,7 ÷ 0 ,8, ta chọn a xỉ =0 ,7

+ (Ct)xỉ =133 ,8 kcal/kg=560 ,06 kJ /kg ứng với t xỉ =600℃

Q6=a xỉ A lv

100(Ct ) xỉ =0 ,7 × 23 , 8

100 ×560 , 06 =93 ,3 kJ/kg

1 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LÒ HƠI:

1.1 Thể tích không khí và sản phẩm cháy:

 Thể tích không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu:

V kk0

=0,089(C lv

+0,375 S c

lv)+0,265 H lv − 0,033.O lv

V kk0 =0,089 (62,7+0,375×2,8)+0,265×3 ,1−0,033×1,7

V kk0 =6 , 44(m3

/kg)

 Thể tích khí 3 nguyên tử (CO2và SO2)

V RO2=0,0187(C lv

+0,375 S c

lv)=0,0187(62,8+0,375×2,8)

V RO2=1 ,19(m3

/kg)

 Thể tích N2:

V N02

=0 ,79V kk

0

+0,008 N lv

=0 ,79×6 , 44+0,008×0 ,9

V N02

=5 ,09(m3

/kg)

 Thể tích hơi nước lý thuyết:

V H02O

=0,112 H lv

+0,0124.W lv

+0,0161.V kk

0

V H02O

=0,112×3 ,1+0,0124 ×5+0,0161×6 , 44

V H02O

=0 ,51(m3

/kg)

1.2 Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu:

 Nhiệt trị thấp làm việc:

Q t lv

=339.C lv

+1030 H lv −109.(O lv − S c lv)−25.W lv

Q t lv =339×62,7+1030×3 ,1−109×(1,7 −2,8)−25×5Q lv t

=24443 ,2(kJ /kg)

 Nhiệt lượng do nhiên liệu mang vào:

Q nl =c nl t nl

Với c nl nhiệt dung riêng của nhiên liệu

c nl =C nl k

100 −W

lv

100 +4,184.W lv

100Nhiên liệu rắn lấy c nl =1,03(kJ /kg)

c nl =1,03× 100 −5

100 +4,184 × 5

100=1,1877(kJ /kgC )

⟹ Q nl =c nl t nl =1,1877 ×35=4 1,5695(kJ /kg)

 Nhiệt độ do không khí nóng mang vào buồng lửa:

Vì đồ án không có bộ sấy không khí nên:

Q kkn =α0.V kk0 [(Ct )¿¿ kkn − (Ct ) kkl ]=0(kJ /kg)¿

 Nhiệt lượng do hơi phun sương mang vào:

Với nhiên liệu đốt là than nên không có thành phần này

Q p =G p(i p −2500)=0

 Nhiệt lượng đưa vào lò hơi ứng với 1 kg nhiên liệu:

Q đv =Q t

lv

+Q nl +Q kkn +Q p =24443 ,2+4 1,5695+0+0=2 4484,7695( kJ /kg)

1.3 Tính tổn thất nhiệt và hiệu suất lò hơi:

 Tổn thất do khói mang ra ngoài:

Q2=(I tℎ − I kkl) (1− q4

100)=(2248 ,98−303,485)(1− 3

100)¿1887 ,13 (kJ /kg)

q2=Q2

Q đv= 1887 ,13

24949 , 07 =7 ,5 %

Ta có α tℎ =α +∆ α skk +∆ α bl +∆ α bℎ =1, 4+0+0 ,05+0=1, 45

α bl =α +∆ α bl =1, 4+0 ,05=1, 45

⇒ I kkl =α tℎ I kkl0 =α tℎ V kk0 .C kkl t kkl =1, 45×6 , 44 ×1,3×30=364,182(kJ /kg)

Với nhiệt độ khói thải: t tℎ =270℃, tra bảng ta được:

{(Ct ) R O2=357 , 46+ (265−200)×(558 ,81−357 , 46)

300 −200 =488,3375( kJ

m3tc)

(Ct ) N2=259 ,92+ (265−200)×(392,01−259 ,92)

m3tc)

(Ct ) H2O =304 , 46+ (265−200)×(462,72−304 , 46)

m3tc)

(Ct ) tro =169 ,8+ (265−200)×(264 −169 ,8)

300 −200 =231,03( kJ

m3tc)

I tℎ =I k =I k

0

+(α tℎ −1)I kk0

+I H2O α +I tro

 I k0

=V RO2(Ct)RO2+V H2O

0 (Ct)N2

¿1 ,19 × 488,3375+0 ,51× 407,329+5 ,09×345,779¿2548,875(kJ /kg)

 I kk0=V kk

0

(Ct ) kk =6 , 44 ×1 ,3×265=2218 ,58( kJ /kg)

 I H α2O

=0,0161(α −1)V kk

0 (Ct ) H2O

¿0,0161× (1, 45−1)×6 , 44 × 407,329=19,005 (kJ /kg)

Ta chọn độ tro của nhiên liệu bay theo khói α b =0 ,15

 I tro =a b A lv

100(Ct ) tro =0 ,15× 23 , 8

100 ×231 , 03 =8,2478 (kJ /kg)

Suy ra:

I tℎ =I k =I k

0

+(α tℎ −1)I kk0

+I H2O α +I tro

I tℎ =I k =2548,875+(1, 45−1)×2218 ,58+19,005+8,2478=3574,489(kJ /kg)

Tổn thất nhiệt do khói thải mang đi

Q2=(I tℎ − I kkl).(1− q4

100)=(3574,489−364,182)×(1− 8

100)=2953,482(kJ /kg)

¿>q2= Q2

Q đv= 2953,482

2 4484,7695=12,06 %

Hiệu suất nhiệt toàn phần:

η tp =100 %−(q2+q3+q4+q5+q6)

Với

q6=Q6

Q đv= 93,306

2 4484,7695=0 , 45 %

¿100 % − (12,06+2,5+8+1,6+0 , 45)=75 ,39 (%)

Nhiệt lượng hữu ích dùng để sinh hơi:

Q1=η Q đv=75 ,39

kg

1.4 Lượng nhiên liệu tiêu bao B:

Ta có:

D x =ρ D=0 ,03×2400=72 (kg/ℎ)

Ứng với áp suất p = 11 bar ¿>{i ' =781,1( kJ

kg)

i ' '=2781(kJ

kg)

Ứng với nhiệt độ của nước ở 100 độ C: t nc =100℃ => i nc =419 ,06( kJ

kg)

Q1=D

B(i ' ' −i nc)+D x

B (i ' −i nc)

B (2781− 419 ,06)+72

B (781,1− 419 ,06)

=> B =308,522(kg/ℎ)

Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán:

B t =B(1− q4

100)=308,522×(1− 8

100)=283 ,84(kg/ℎ)

1 Thể tích không khí lý thuyết V kk0 6 , 44(m3/kg)

2 Thể tích khí 3 nguyên tử V RO2 1 ,19 (m3

/kg)

4 Thể tích hơi nước lý thuyết V0H2O

0 ,51(m3

/kg)

5 Nhiệt trị thấp làm việc Q t lv 24443 ,2 (kJ /kg)

6 Nhiệt lượng do nhiên liệu

7 Nhiệt độ do không khí nóng

8 Nhiệt lượng đưa vào lò hơi

ứng với 1 kg nhiên liệu Q đv 2 4484,7695(kJ /kg)

9 Tổn thất do khói mang ra

11 Nhiệt lượng hữu ích dùng để

kJ kg

12 Lượng tiêu hao nhiên liệu

2 XÂY DỰNG LÒ HƠI:

2.1 Dự kiến tổng diện tích tiếp nhiệt (F):

Đây là toàn bộ diện tích nhận nhiệt bằng trao đổi nhiệt bức xạ và trao đổi nhiệt đối lưu Đối với lò hơi sinh hơi bão hòa, chỉ có các bề mặt sinh hơi:

F= D

D o(m2)

D o là năng suất bốc hơi riêng [kg/m2h]: lượng hơi sinh ra trong một đơn vị thời gian từ một đơn vị diện tích bề mặt sinh hơi

D o nằm trong khoảng 25 – 40 [kg/m2h] → chọn D o=35 [kg/m2h]

Theo đề bài năng suất bốc hơi toàn phần D = 2,4 tấn/h = 2400 kg/h

Tổng diện tích tiếp nhiệt: F= D

D1=2400

35 =68 ,57(m2)

Vậy diện tích thiết kế sơ bộ là 68 ,57(m2)

2.2 Nhiệt thế thể tích buồng lửa (qV):

Tham khảo bảng về đặc tính của từng loại buồng lửa:

Do thiết kế buồng lửa loại ghi xích nên:

q v =220÷ 280(kW /m3), ta giả sử chọn q v =250(kW /m3)

⟹ V bl=B t Q t lv

283 , 84

250 =7 ,71(m3)

2.3 Nhiệt thế diện tích của buồng lửa, q R [W/m3]:

Vì là lò hơi ống nước ghi xích đốt than nên q r =1000 1160(kW /m2

)

Ta chọn qr =1000 kW /m2

q r =q F=B Q t

lv

R

Suy ra diện tích cháy của ghi (F n iên ℎ liệu):

R=F

nl=B Q tℎ

283 , 84

1000 =1,927(m2

)

2.4. Xác định kích thước sơ bộ của lò hơi:

 Ta có các thông số của lò hơi như sau:

 Chiều cao của lò hơi (H):

H=V bl

F nl= 7 ,71

1 , 927=4 (m)

 Chiều dài của lò hơi (L):

L = 4 ÷ 6 (m) – lấy L =4(m)

 Chiều rộng của lò hơi (W):

V bl =H L.W →W = V bl

H L=7 ,71

4 × 4 =0 , 48 (m)

 Chọn ống có đường kính d = 51 mm ( theo tiêu chuẩn)

 Bước ống bề mặt hấp thụ bức xạ: s =(2 2,5) d, ở đây ta chọn s =2d

s =2×d=102mm=0,102m

 Bước ống của bề mặt hấp thụ nhiệt đối lưu: s ' =148 mm=0,148 m

 Số ống bố trí dọc chiều dài buồng đốt N1:

N1=L

0,102=40 ống

Chọn 40 ống x 2 dãy

 Số ống bố trí ở mặt trước và mặt sau buồng đốt N2:

N2=W

s =0 , 48 0,102+1=6 ống

Chọn 6 ống x 1 dãy

 Diện tích trao đổi nhiệt bức xạ:

%F bx =20÷ 40 % (lò ơi ℎ ống nước )→C ọn ℎ % F bx=30 %

F bx =30 % F=30 %×68 ,57=20,571m2

 Diện tích trao đổi nhiệt đối lưu:

F dl =70 % F=70 %×68 ,57=47,999 m2

 Số ống bề mặt trao đổi nhiệt đối lưu:

N dl= F dl

2.5 Dự kiến số pass của lò hơi

 1 pass lửa

 2 pass khói gồm:

 Pass thứ nhất 2 dãy x 19 ống

 Pass thứ nhất 2 dãy x 19 ống

Bảng kết quả tính toán kích thước cơ bản của lò

4 Số ống theo chiều dài BĐ 40 ống

3 TÍNH TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG BUỒNG LỬA:

Lấy thông số từ BT1:

+ Q đ v=2 4484,7695 (kJ/kg)

+ q2 =12.06%

+ q3 = 2 ,5 %

+ q4 = 8%

+ q5=1,6 %

+ q6 = 0,45%

+ Qkk = (α +∆ α bl).V kk o .(Ct)kk=(1 , 4 +0 ,05).6 , 44 1 ,3.260=3156,244 kJ/kg

+ Qkth = 2953,482(kJ /kg)

+ V RO2=1 ,19 (m3/kg)

+ V N o2=5 ,09 (m3/kg)

+ V H o2O =0 ,51 (m3/kg)

+ V kk o =6 , 44 (m3/kg)

+ α tℎ =α +∆ α bl =1, 4 5

+ I kkl =364,182(kJ /kg)

+ B =308,522(kg/ℎ)

Chọn quy ước để so sánh t bl ' ' =900÷ 1100℃

Chọn sơ bộ nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa, t bl ' ' =1100℃

Nhiệt độ cháy lý thuyết (ta) do nhiệt lượng (hữu ích) khi cháy 1 kg nhiên liệu sinh

ra trong buồng lửa (Qo) quyết định

(Vì Ibl = Qo => biết được ta)

Q o =Q o ' 100 − q3− q6

100 +Q k

' −Q k

Trong đó:

Q o ' =Q đv-tổng nhiệt, xác định theo mục 4.2, kcal/kg

Q k ' - nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa, kcal/kg (tính theo CT tr.45) Đối với các LH – CN, không có không khí lọt vào BL & hệ thống nghiền than, có thể

tính đơn giản:

Q k ' =α I kkl

0

=1 , 4 ×6 , 44 ×1 ,3×30=351,624( kJ /kg)

Q k – nhiệt lượng do không khí mang vào lò khi có sấy sơ bộ từ bên ngoài, kcal/kg

Do không dùng bộ sấy không khí nên Q k=0

Q o =Q đv 100 − q3− q6

100 +Q k

'

¿2 4484,7695 100 −2 ,5 − 0 , 45

100 +351,624=¿24114,09 (kJ/kg)

Ta có: I bl =I k

0

+(α tℎ −1)I kk0 +I H2O

α +I tro

¿V RO2 (Ct ) RO2+V N02

(Ct ) N2+V H02O

(Ct ) H2O+(α tℎ −1).V kk0 (Ct ) kk+0,0161.(α tℎ −1).V kk0 (Ct ) H2O +I t ro

C ọn ℎ t bl 1 =9 00℃{(Ct ) kk =1256,940 kJ /m3tc

(Ct ) RO2=1952,280 kJ /m3

tc

(Ct ) N2=1239 ,84 kJ

m3tc

(Ct ) H2O=1526,130 kJ

m3tc

(Ct ) tro=825kJ

kg

 I t ro 1 =a b A lv

100(Ct ) tro =0 ,15× 23 , 8

100 × 825 =29 , 45 (kJ /kg)

I1300¿V RO2.(Ct)RO2+V N2

0 .(Ct)H2O+(α tℎ −1).V kk0 .(Ct)kk+0,0161.(α tℎ −1).V kk0 .(Ct)H2O +I t ro=13155,593 (kJ/kg)

C ọn ℎ t bl 2 =1100℃{(Ct ) kk =1562,55 kJ /m3tc

(Ct ) RO2=2458 ,39 kJ /m3

tc

(Ct ) N2=1513 ,74 kJ

m3tc

(Ct ) H2O =1925 ,11 kJ

m3tc

(Ct ) tro=1092kJ

kg

I t ro 2 =a b A lv

100(Ct ) tro =0 ,15 23 , 8

100 .1092→ I tro 2 = 38,9844(kJ/kg)

0 (Ct ) N2+V H2O

0 (Ct ) H2O+(α tℎ −1).V kk0 (Ct ) kk+0,0161.(α tℎ −1).V kk0 (Ct ) H2O +I t ro=16269,3025 (kJ/kg)

=> t a =9 00+(1100−9 00) 24114 , 09 −13155,593

22014.0041−13155,593 =1005℃ = 1278 K

1 Độ đen của buồng lửa khi dàn ống được phân bố đều khắp các vách

Tính theo công thức :

a o= 0 , 82.[a '+(1− a ') ρ ']

1− (1−' ) (1− ρ ' ) (1− a ')

Trong đó:

 a’ – Độ đen hiệu dụng của ngọn lửa

 ψ’ – Độ dày đặc của dàn ống trong buồng lửa

 ρ – Tỉ số giữa bề mặt cháy và bề mặt hấp thụ bức xạ, ρ = R/Hb = 2,843

+ R – Diện tích mặt cháy của lớp nhiên liệu nằm trên mặt ghi, m2

+ Hb = F x ∗ x = 0,968.0,7 = 0,6776 (m2)

Với :

F = bl = 19.0,012 + 5.0,148 = 0,968 (m2)

x– Hệ số góc của dàn ống của vách tương ứng, tra đồ thị H.5.7, tr.56, x = 0,7

 ξ – Hệ số bám bẩn bề mặt (ξ=0,9)

a) Độ dày đặc của dàn ống trong buồng lửa

F v − R= 0.6776

20,571−1 , 927=0,0363

Trong đó: Fv là toàn bộ bề mặt vách BL, tính theo kích thước các bề mặt giới hạn thể tích

BL, m2 Vậy ta có Fv = 20.571 m2

b) Độ đen hiệu dụng của ngọn lửa

Đối với các buồng lửa có ngọn lửa sáng (khi đốt nhiên liệu lỏng và nhiên liệu rắn có nhiều chất bốc) thì ta chọn a =1 và k không cần xác định

Vậy độ đen của môi trường trong BL: a=1

Hệ số sắc thái ngọn lửa β = 0,65 (chọn theo bảng tr.50)

Độ đen hiệu dụng của ngọn lửa a’: a ' =β a=0 ,65.1=0 ,65

c) Hệ số bám bẩn

Độ đen của buồng lửa khi dàn ống được phân bố đều khắp các vách:

a o= 0 , 82.[a '

+(1− a ') ρ ']

1− (1−' ) (1− ρ ' ) (1− a ')=¿0,778

2 Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của 1kg nhiên liệu (5.2 tr.45)

V C m=Q o − I ' ' bl

t a −t bl ' '

Với nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa sơ bộ t ' ' bl =1100 ℃ chúng ta dựa vào bảng

3.3/Tr.32 sách Thiết kế lò hơi – Trần Thanh Kỳ, ta được:

I k o = 1881 kcal/kg

I o = 1501 kcal/kg

Enthalpy khói ra khỏi buồng lửa:

I bl ' '

=I k o +(α −1) I o

=1881+(1,3−1).1501=2331 (kcal/kg)

Vậy: V

C m=Q o − I bl ' '

t a −t ' ' bl =(24114 , 09

4,184 )−2331

15 94 −1100 =¿5,778kcal/kg.oC

4 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (của Lò hơi phác thảo) được tính theo công thức

(mục 5.1, tr.43):

t bl ' '= T a

(1 ,27.10 − 8 ξ H b a o .T a3

φ B t .V C m )0 ,6

+1

−273

(1 ,27.10 −8 0 , 9 ∗0,0363 ∗0,778 ∗15943

0 , 9 84 ∗283 ,84 ∗5 ,57 )0 ,6

+1

−273 =987 ,88℃

Trong đó:

 Ta – Nhiệt độ cháy lý thuyết tuyệt đối, Ta = 1278 K

 Bt – Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán

Bt = B (1− q4

100)=308,522.(1− 8

100)=283 ,84 (kg/h)

 φ – Hệ số bảo toàn nhiệt năng; φ = (1− q5

100)=(1− 1 ,6

100)=0 ,9 8 4

 ξ – Hệ số bám bẩn bề mặt (ξ=0,9)

 V C m – Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của 1kg nhiên liệu, kcal/kgoC

 Hb – Tổng diện tích trao đổi nhiệt bằng bức xạ, m2

 a0 – Độ đen của buồng lửa

Kết luận: Sai số của t bl ' ' tính toán không vượt quá 5% của t bl ' ' quy ước từ 900 ÷ 1100 ℃

t ' ' bl tínℎtoán =987 ,88℃<1100℃

Do đó nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là t bl ' '= 987,88 ℃