iệt sinh của nhiên liệu ác nhiên liệu được đặc trưng bằng lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn lột đơn vị nhiên liệu 1 kg hoặc 1 m2 gọi là nhiệt trị cao @,, dai lugng Ính cả nhiệt tạo
Trang 1iệt sinh của nhiên liệu
ác nhiên liệu được đặc trưng bằng lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn
lột đơn vị nhiên liệu (1 kg hoặc 1 m2) gọi là nhiệt trị cao @,, dai lugng
Ính cả nhiệt tạo thành hơi nước, khi hydro eda nhiên liệu kết hợp với nhiệt bốc hơi của nước chứa trong nhiên liệu Nhiệt tri cao xác định ở
lận coi hơi nước của sản phẩm cháy biến thành trạng thái long 0°C
Ñ, = [389C + 1256H - 109(0 - S)] 103, J/kg (2.3)
“Thực tế khi nhiên liệu cháy, hơi nước đi theo với sản phẩm cháy Vì VẬY,
ta dưa vào một đặc trưng giả định của nhiên liệu gọi là nhiệt trị thấp
hi lượng này không tính nhiệt do hơi nước mang đi Quan hệ giữa Q và
hu sau:
= Q.- 25,1 10°.Gy,0
Q = [339C + 1256H — 109(0 -§) ~25,1Gy,0).10°, Sky (2.4) Các ký hiệu ở hai công thức trên:
H, O, 8 và W là các thành phần cacbon, hydro, oxy, lưu huỳnh và:
ẩm trong nhiên liệu, % khối lượng
# no = 9H + W là khối lượng của hơi nước tạo thành khi đốt cháy
100 kg nhiên liệu
Cong thức (2.4) tính cho các nhiên liệu rắn, lông Đối với nhiên liệu khí
nhiệt trị thấp tính theo 1 mỶ nhiên liệu:
9, = (127CO + 108H; + 360CH, + 598C,H, + 147 H,S) 10°, Jim? (2.4a)
§day CO, Hạ, CH,, CyH,, H,S ~ phén trăm thể tích của các khí tương ứng,
'% thể tích
È) Lượng không khí lý thuyết dùng để đốt cháy nhiên liệu
Lượng không khí khô lý thuyết dùng để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu xác định theo công thức sau:
Đối với nhiên liệu rắn, lỏng:
L, = 0,115C + 0,346H + 0,043 (S - O), kg/kg (2.5)
88
Trang 2Đối với nhiên liệu khí:
Các ký hiệu còn lại như trong công thức (2.4a)
Thực tế khi đốt cháy 1kg nhiên liệu cần phải có một lượng không khí dư:
L= aL„; kgfkg
trong đó: ø>1 - hệ số dư không khí;
1~ lượng không khí khô thực tế
©) Thanh phan cia cdc khi trong khói lò
“Thành phần của các khí trong khói lò khô đối với nhiên liệu tính bằng kilôgam trên 1 kg nhiên liệu:
Đối với nhiên liệu rắn và lỏng:
Hệ số dư không khí ơ xác định từ phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Đối với nhiên liệu rắn, lỏng:
Trang 3?~ hiệu suất của lò đốt;
#ạ, f — nhiệt độ của nhiên liệu và khói lò, độ;
~ nhiệt trị cao của nhiên liệu, J/kg;
¿ - nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ của khói, J/kg:
i — nhiệt lượng riêng của không khí đưa vào đốt nhiên liệu, J/kg;
x, — ham 4m của không khí đưa vào đốt nhiên liệu, kg/kg;
W - lượng hơi nước dùng để thổi nhiên liệu hoặc hơi ẩm trong
nhiên liệu khí, kg/kg nhiên liệu;
¡“ ~ nhiệt lượng riêng tương ứng với W, J/kg
Nhiệt dung riêng của khói lò xác định theo công thức:
Cg = eo, Coo; + Gạo; Cạo, + đụ, Cụ, + Gọ, Cọ, a von wav cz oun a, GR "33 trôi l8ina x
rong đó: Coo,, Cạo, - nhiệt dung riêng của các khí tương ứng, J/kg.độ,,
~ khối lượng của khói khô, kg/kg nhiên liệu
Đối với nhiên liệu rắn, lồng:
=1 + aL, - (9H + W + A)/ 100, kg/kg nhiên liệu _ (8.8) Đối với nhiên liệu khí:
04
Gx=1+aL,- Pi ead CH, (2.8a)
85
Trang 43) Hàm ẩm 0à nhiệt lượng riêng của khói lò:
Lượng hơi ẩm trong khói lò:
Đối với nhiên liệu rắn, lỏng:
Guz = (9H + W)/100 + aX,L, + W*, ke/kg nhiên liệu 2.9)
Đối với nhiên liệu kí
n,o= 3` oe CH, + oX,L, + W', kgíkg nhiên liệu — (2,9)
Hàm ẩm của khói lò xác định theo công thức:
Nhiệt lượng riêng của khói lò:
9) Cân bằng nhiệt lượng
Nhiệt lượng đưa vào lò gồm các đại lượng sau (tính theo 1 kg nhiên liệu):
~ lượng nhiệt do nhiên liệu mang vào: In = Cnty» Ske;
~ lượng nhiệt do không khí mang và: Mx = ALL
~ lugng nhigt tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu: — ạ =Q„;
~ lượng nhiệt do hơi nước dùng để thổi nhiên liệu g'= Wi;
*_ Lượng nhiệt tổng cộng:
2=, † gi +4 +4", dike
+ Nhigt lượng tiêu hao trong quá trình đun nóng:
~ Lượng nhiệt đun nóng sản phẩm:
4,= G,C,Œ,,— tạ), W
trong đó: G, - lượng sản phẩm cần đun nóng, kg/s;
C, ~ nhiệt dung riêng của sản phẩm, J/kg.độ;
fay tes — nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm, độ.
Trang 5nhiệt đun nóng thiết bị chứa sản phẩm:
4= GC(0;—t), W,
ng đó: G - khối lượng của thiết bị chứa sản phẩm, kg/s
- Lượng nhiệt tổn thất qua tường:
q.=a;F( - t,)
a, hệ số cấp nhiệt từ tường thiết bị ra môi trường xung quanh,
Wim”4ộ,
- bề mặt của thành thiết bị, m”;
£ ~ nhiệt độ bể mặt ngoài của thành thiết bị, độ;
1„ ~ nhiệt độ của môi trường xung quanh, độ;
* Lượng nhiệt tổng cộng của khói lò dùng trong quá trình đun (còn gọi là phần nhiệt có ích):
* Nhiét t6n that do khói lò mang ra ngoài:
Q;= GiC, +G,0; + G.Ơ, Jikg
‘tong 46: G- khối lượng của các khí trong khói lò, kg nhiên liệu;
€ ~ nhiệt dung riêng tương ứng của khí + Lượng nhiệt tổn thất do phản ứng cháy không hoàn toàn:
Do vẫn còn lại một lượng CO ra theo khói lò (ta biết rằng 1 kg cacbon
tháy thành CO chỉ tỏa ra 1,03.107J, còn nếu cháy thành CO; thì tỏa ra
34.10” J) Nhiệt lượng này xác định theo công thức sau:
co CO+CO;
trong đó: CO và CO; - hàm lượng của khí CO và CO¿, % thể tích
Qs = 2,39.10° „Jikg
Đối với nhiên liệu rắn Qạ = (0,115 + 0,02)Q,
Đối với nhiên liệu lỏng và khí Q, ~ (0,005 + 0,115) Q,
® Lượng nhiệt tổn thất do quá trình cháy chưa hết:
Khi đốt các nhiên liệu rắn sẽ có một phần nhiên liệu rơi ra theo xỉ và nột phần ra theo khói (không bị cháy); lượng nhiệt này có thể tính theo công
87
Trang 6thite sau:
@1C, +50,2).104.4 100-C, eA
ke
trong d6: A ~ hàm lượng tro của nhiên liệu, % khối lượng;
C,~ ham lugng cacbon không cháy trong xỉ, % khối lượng; đối
than gẫy và than đá bằng: 15 - 20%, đối với than ban: 15-25%),
* Lượng nhiệt tổn thất qua tường lò ra ngoài:
= oF
~ to), W
trong đó: œ'~ hệ số cấp nhiệt từ trong lò ra ngoai, W/m?.°C;
F’— bé mat ngoai của tường lò m,
£~ nhiệt độ ngoài của tường 16, °C
* Lượng nhiên liệu dùng troi nổ quá trình đun nóng có thể xác din}
từ phương trình cân bằng nhiệt: :
Néu goi la 1 và 1, là nhiệt lượng riên
nóng (J/kg) va 'G là lưu lượng khói lò
định theo phương trình cân bằng nhiệt:
đụ 0, = 1) B =Q,
9
2.13)
GG, =i) hộ
ig của khói lò trước và sau khi đun
(gis), thì lượng nhiên liệu có thể xác
Hiệu suất của lò đốt xác định theo phương trình:
Kích thước của lò đốt phải đảm bảo để ch lo nhiên liệu cháy được hoàn
toàn, các kích thước chủ yếu của lò xác định bài ing các số liệu thí nghiệm
88
Trang 7
ning tỏa ra trén 1m® bề mặt của ghỉ lò và ứng với hiệu suất nhiệt cia 16 Q/V (W/m”), nghĩa là nhiệt năng tỏa ra theo một đơn vị thể biết các trị số của ứng suất nhiệt ta xác định kích thước của lò
Đối với than đá bụi (bể đày của lớp than 125 mm) St = 5,8.10° + 7.10°
Wm”; còn ứng suất nhiệt thể tích đối với khí hóa, khí thiên nhiên và than bùn: $ = 2,33.10° + 2,9.10° Wim®; than dé va than gay: a 2,9.10° +
35.10°, W/m*,
Đun nóng bằng dòng điện
Dun nóng bằng dòng điện là phương pháp biến điện năng thành nhiệt
năng để đun nóng vật liệu; quá trình được thực hiện trong các lò kiểu khác
nhau: lò hổ quang, lò điện trở, lò cảm ứng,
Trong lò hổ quang, điện năng tạo thành tia lửa điện đốt nóng môi
trường, tia hổ quang có thể tập trung công suất lớn trong thể tích nhỏ, do
đó, đạt được nhiệt độ cao (từ 1500°C đến 2000°C và cao hơn nữa) Ở lò hổ quang có độ giảm nhiệt độ rất lớn, do đó, đun nóng không được đồng đều và
89
Trang 8khó điều chỉnh nhiệt độ Lò hổ quang thường dùng làm chảy các kim
sản xuất canxi cacbua, phospho
Lò điện trở chia làm hai loại:
hoặc đối lưu
chiểu hoặc điện trường xoay chiéu, khi đó trong vật liệu sẽ xuất hiện đòi điện cảm ứng (đòng xoay chiểu) để đốt nóng vật liệu
“Trong công nghiệp hóa học thường ứng dụng lò điện trở gián tiếp,
điện cảm ứng và một phần bằng dòng điện có tần số cao để đun nóng
1100 °C Cac phan chính của lò gồm:
các khe của lớp lót này đặt dây điện trở 4, các đã:
điện trở ố từ ngoài vào
trong
iy điện trổ này nối với day
Điện trở làm bằng dây hoặc tấm niken-crôm: (hợp kim gồm 20% Cr, 30
~ 80% Ni, 0,õ ~ 50% Fe), hoặc hợp kim crôm-sắt, nhôm,
Kích thước của vòng xoắn phải chọn cho thích hợp để hạn chế sự phản
xạ tương hỗ giữa các vòng và độ bền cơ học của dây
Lượng nhiệt cần đun nóng xác định bằng phương trình cân bằng nhiệt:
Q=GCt, = GCt, +2, W
Trang 9ning j được quấn xung quanh
"(khong tiếp xúc với thiết bị) bằng dây
xoắn ốc 2, khi cho dòng điện xoay
thiểu qua day dan, trên vỏ thiết
“xuất hiện dòng điện xoáy dun nóng
“thiết bị
Dây dẫn thường được làm bàng n zi Hình 2-10 Sơ đổ lò điện cảm ứng: tl 5
loặc nhôm
3.1.4.8 Đun nóng bằng dòng aigh có tần số cao
Phương pháp này dùng để đun nóng các chất điện môi hay các chất bán dẫn (hoặc các chất dẻo, caosu, gỗ, ) Vật liệu đun nóng đặt vào giữa hai bản của tụ điện, dưới tác dụng của điện trường xoay chiều các phân tử có cực của
9
Trang 10
môi sé dao
'g tương ứng với tân số của đồng điện, khi dao
như vậy các phần tử sẽ tiêu hao một phần điện năng để khắc phục lực 8
sát, phân điện năng này biến thành nhiệt năng để đốt nóng vật liệu
Lượng nhiệt tỏa ra tỷ lệ bậc một với tắn số và tỷ lệ bậc hai với điện
của dòng điện Có thể điểu chỉnh nhiệt độ bằng cách thay đổi tần số
đồng diện
Đun nóng bằng phương pháp này thường dùng dòng điện có tần số
từ 0,ð.10° Hz đến 100.108 Hz Điều chỉnh tần số bằng bộ đèn phát sóng Đị
nóng bằng dòng điện có tần số cao có ưu điểm là nhiệt tỏa ra trên toàn bội
dày của vật liệu đun nóng, đảm bảo đun nóng được đồng đều, nhanh, có
điều chỉnh được dễ dàng và có thể hoàn toàn tự động hóa
Công suất điện dùng để đun nóng chất điện môi xác định theo công thị sau:
EV? Dn
trong đó: #- bề mặt của tụ điện, m?;
f tan số của đồng điện, Hz;
Y- hiệu điện thế dòng diện, V;
Ð- hằng số điện môi, phần lớn các loại vật liệu có 7 = 2 - 6;
#- hệ số tổn thất, biểu thị phần điện năng có ích dùng để đi
nồng vật liệu so với toàn bộ điện năng tiêu thụ, thường 7= 0,2 - 0,6; đối với mica „= 0,00015; amiăng n = 0,15; 7 L- khoảng cách giữa hai bản cực
Trong nhiều quá trình hóa học thường cần tiến hành ở nhiệt độ cao, yêu cầu đun nóng đồng đều, nhưng dùng điện hoặc khói lò thì không thích hợp, hoặc điều kiện an toàn không cho phép Trong các trường hợp này người ta dùng chất tải nhiệt đặc biệt (các chất lỏng có nhiệt độ sôi cao hoặc hơi của n6) làm chất tải nhiệt trung gian, các chất này lấy nhiệt từ khói lò hoặc dòng điện rồi truyền cho thiết bị cần đun nóng Quá trình tuần hoàn chất tải
nhiệt có thể dùng bơm hoặc tuần hoàn ty nhién, Dun nóng bằng chất tải
nhiệt đặc biệt cho phép ta điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng Nhiệt độ lớn nhất để đun nóng phụ thuộc vào tính chất của chất tải nhiệt, có thể từ 360 đến trên
500°C
92
Trang 115.1 Dun nong bang déu khodng
Khi cẩn đun nóng đồng đều, tránh quá nhiệt cho sản phẩm, người ta
lẩu khoáng làm chất tải nhiệt trung gian Dầu khoáng chứa trong vỏ
ết bị bọc ngoài được đun nóng bằng khói lò, và truyền nhiệt cho thiết
dẫn dấu khi Hình 2.11 Sơ đồ đun nóng bằng dầu:
ey - thiết bị đun nóng; 2- vỏ bọc ngoài; 3- bình giãn;
m Dae a 4- thùng chứa; 5- bơm; 6, 7, 8- ống dầu
trong dầu thoát ra
ị Khi cho dầu mới vào đun nóng thường nó có chứa một lượng ẩm nhất
định, do đó khi tiếp xúc với nhiệt độ cao (100 - 120°C) nó sẽ sôi bùng lên,
hiện tượng này có thể làm cho toàn bộ dầu trong thiết bị thoát lên bình giãn
Để tránh cho bình giãn khỏi bị tràn người ta nối với thùng chứa 4 bằng ống
8 Trong thùng 4 thường có đặt bộ phận đun nóng dấu sơ bộ (đến 60 hoặc
80°C) dé giảm bớt độ nhét của dầu khí vận chuyển Đun nóng bằng dầu chỉ
dùng trong trường hợp không dùng được các phương pháp khác, vì nó có nhược điểm là hiệu số nhiệt độ không lớn (khoảng từ 15 đến 20°C) nên luo) nhiệt truyền qua không được lớn và khó điều chỉnh nhiệt độ Nhiệt độ
hạn đun nóng dâu thấp (x 250°C) vì nhiệt độ cháy của đầu không vượt qua
300 - 310°C
Tính toán thời gian đun nóng tiến hành theo hai giai đoạn của quá
trình đun nóng dầu và đun nóng sản phẩm đến một nhiệt độ đã cho
98
Trang 12
2.1.5.2, Dun nóng bằng nước quá nhiệt
Nhiệt độ tới hạn của nước là
374°C tương ứng với áp suất 225
at Dòng nước ở gần nhiệt độ và
áp suất tới hạn là một chất tải
nhiệt phổ biến
Sơ đổ đun nóng bằng nước
tuần hoàn tự nhiên được mô tả ở
hình 2.12 Nước được đun nóng
bằng khói lò trong thiết bị gia
nhiệt 7 ở lò đốt 2, khối lượng
riêng của nước sẽ giảm và được
đẩy lên trên theo ống ở vào ống
xoắn 4 để đun nóng, sau khi đun Hình 2.12 Sơ đồ đun nóng
nóng xong nước sẽ nguội đi, khối bằng nước tuần hoàn tự nhiên
lượng riêng tăng lên và đi về lò
đốt theo ống 5 Cường độ tuần hoàn phụ thuộc vào độ giảm nhiệt độ của
nước trong ống xoắn và hiệu số chiểu cao của thiết bị truyền nhiệt ở lò di
và thiết bị đun nóng Thực tế vận tốc tuần hoàn thường bằng 0,1 - 0,2 m/s `
Đùn nóng bằng nước quá nhiệt có thể thực hiện được ở nhiệt độ tới han nếu ta duổi hết không khí, khí không ngưng và phải khắc phục hiện tượng đóng cặn và ăn mòn ống để làm việc an toàn ở áp suất 295 at Vi vậy người
ta chỉ cho dùng nước cất Lượng nhiệt cung cấp của hệ thống tuần hoàn tự nhiên:
trong d6: G - lương hơi nước, ke/s;
Ở - nhiệt dung riêng, J/kg độ;
Trang 13chiều cao khoảng cách giữa hai thiết bi, m;
» Ø¡ - khối lượng riêng của chất tải nhiệt ở hệ nóng và lạnh,
kg/m’
L áp suất của đường ống tuần hoàn trong hệ:
aes we
AP, + AP2= —-p, 0+) 4)+ -pal+ Df) (2.22)
W,, Ws - vận tốc của chất tải nhiệt trong đường ống nóng và lạnh, mis
là hệ kín nên theo phương trình dòng liên tục, ta có
21.5.3 Dun nóng bằng chất tải nhiệt hữu cơ
Ta biết rằng đun nóng bằng nước quá nhiệt thì phải làm việc ở áp suất
cao còn đun nóng bằng dầu khoáng thì nhiệt độ tới hạn tương đối thấp Vì
vậy có nhiều trường hợp người ta phải dùng chất tải nhiệt hữu cơ để đun
nóng Những chất tải nhiệt này có nhiệt độ sôi cao, áp suất hơi bão hòa
tương đối nhỏ, ví dụ như: naphatalin, eteđipheny], và hỗn hợp đẳng phí của
chúng Chất được dùng phổ biến nhất là diphenyl va etediphenyl, hén hgp
nay gém 26,5% diphenyl (CgH,-C,H,) va 73,5% etediphenyl (CgH,-O-C,H,),
nhiệt độ sôi của hỗn hợp là 258°C và đóng rắn ở 12,3°C, áp suất hơi bão hòa
riêng phần ở 200 độ là 0,25 at còn d 350°C 1a õ,3 at, trong khi đó áp suất của
hơi nước ứng với nhiệt độ đó là khoảng 16 at và khoảng 169 at
95