THIẾT kế LÒ đốt RÁC NĂNG SUẤT 5000KG

ms cb2.Buồng trao đổi nhiệt : Mô hình buồng trao đổi nhiệt : -Khói thải di chuyển bên trong ống kim loại theo hướng từ kênh khói đi thẳng lên,còn không khí khô được đưa vào

THIẾT KẾ LÒ ĐỐT RÁC NĂNG SUẤT 5000 KG/GIỜ

PHẦN I:

1.Kênh khói :

Giả thiết ban đầu :

-Mô hình truyền nhiệt đối lưu ổn định trong đường ống có tiết diện xác định

Nhiệt độ khói thải ra khỏi buồng sơ cấp (đầu kênh) t1 12000C

Nhiệt lượng khói thải đi vào cửa kênh khói Q 1200 kW Nhiệt dung riêng của khói thải ở 12000C cp1 1,34 kJ/kg.0C

Khối lượng riêng của khói thải ở 8000C ρ 0,363 kg/m3

-Cách bố trí kênh khói :

Kênh khói có 3 mặt truyền nhiệt (2 mặt tường bên và 1 mặt trên trần) ra môi trường không khí còn 1 mặt đáy truyền nhiệt xuống đất nền.Tính toán tỏa nhiệt ta chỉ tính trên mặt tiếp xúc với không khí,mặt còn lại khá phức tạp nên ta tạm thời xem như tỏa nhiệt ra cả 4 mặt đều là môi trường không khí

1m

3m

Tính tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh trên 1m kênh khói :

a) Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khói thải trong lòng kênh :

* Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt :

1 p1 1( 1) 2 p2( 2 2)

G c t t G c t t Q(W)

-Ta chọn sơ bộ nhiệt độ ở tại đoạn đầu kênh khói (x=1m) : t 1 ’’ =800 0 C

-Lưu lương khối lượng khói thải chạy vào cửa kênh khói :

bảng thông số vật lý của không khí : 2

Nu C Gr với C và n là hai hệ số lấy từ bảng tra,

(Gr.Pr)m =1,57.109 do 2.107 < (Gr.Pr)m < 2.1013 tra bảng ta được C=0,176 và n=1

Nhiệt độ khói thải tại vị trí x=4m : 3 0

h) Tốc độ khói tại đoạn cuối kênh :

Vận tốc khói thải tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.Ta có :

L-chiều dài của ống hoặc rãnh (m)

d-đường kính tiết diện chảy.Đối với ống hoặc rãnh không tròn thì tính theo kích thước xác định (m)

Pđh-áp suất động học của dòng khói thải (N/m2)

với ν=152,5.10-6 (m2/s) là hệ số nhớt động học của khói ở 9000C

-Khói có chế độ chuyển động xoáy rối trong kênh nên : 0,1750,12 0,1750,12 0,046

ms

ms cb

2.Buồng trao đổi nhiệt :

Mô hình buồng trao đổi nhiệt :

-Khói thải di chuyển bên trong ống kim loại theo hướng từ kênh khói đi thẳng lên,còn không khí khô được đưa vào từ phía bên hông buồng trao đổi nhiệt và chuyển động bên ngoài ống kim loại.Đường di chuyển của không khí khô cắt nhau nhiều lần với đường di chuyển của khói thải

Ta chọn mô hình lưu động như hình b) của hình vẽ.Hai dòng lưu chất có lưu động cắt nhau nhiều lần như trên sẽ được xử lý như chuyển động song song thuận chiều

Giả thiết ban đầu :

 Ống kim loại trao đổi nhiệt là gang xám;ống trụ, trơn với đường kính ống :

 Lưu lượng không khí cần thiết chạy qua thiết bị G=5000 (m3/giờ)

 Đường kính cửa đi vào và ra khỏi thiết bị của không khí d=0,34 (m)

 Nhiệt độ không khí vào t2’=300C

 Nhiệt độ không khí ra t2’’=1000C

 Đường kính cửa ra khỏi thiết bị của khói thải : dra=0,3 (m)

Thông số đầu vào:

-Nhiệt độ khói thải đi vào t1’=7100C

-Lưu lượng khói thải vào thiết bị : G1=1,63 (kg/giây)

Tính toán và thiết kế :

a) Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí khô trong thiết bị :

-Kích thước xác định : đường kính ngoài của ống d2 =150 (mm)=0,15 (m)

-Nhiệt độ xác định : nhiệt độ trung bình của không khí trong thiết bị

bảng thông số vật lý không khí : cp=1,005 (kJ/kg.độ) ; 2

   (W/m.độ), 6

G S

-Chuẩn số Reynolds của không khí :

2 2

6 2

b) Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khói thải trong ống kim loại :

-Ta chọn sơ bộ nhiệt độ trung bình của khói tm = 6000C để tính t1’’,sau này kiểm tra lại:

tm= 6000Cbảng thông số vật lý của khói tìm được : cp=1,214 (kJ/kg.độ)

t1’’= ' 1

G S

c) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị :

ln

t

t t

ln 558

.

Q F

d n

h) Tốc độ của khói ở đầu ra thiết bị :

Vận tốc khói thải tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.Ta có :

'' 1

Lưu lượng khối lượng của khói :

103.10

xd d





với ν=103.10-6 (m2/s) là hệ số nhớt động học của khói ở 6840C

-Khói có chế độ chuyển động xoáy rối trong ống dẫn bằng kim loại nên :

-Tỉ số trở lực/khối lượng riêng P/=350÷750.Ta chọn P/=740

Thông số đầu vào :

Lưu lương khói thải : G=0,597 (kg/giây)

Vận tốc dòng khói thải : vt=22,23 (m/giây)

Tính toán và thiết kế :

-Khối lượng riêng của khói thải : ρ=0,3797 (kg/m3)

-Lưu lượng thể tích của dòng khói : Gv= 0,597 1,57

0,3797  (m3/giây) -Tính sơ bộ vận tốc qui ước :

G D

G v

-Chọn Cyclone của hãng NIOGAS có các kích thước đã được tiêu chuẩn hóa :

Đường kính Chiều rộng

cửa vào

Chiều cao cửa vào

Đường kính ống tâm

Chiều cao vỏ trụ

Chiều cao nón

D (m) b =0,21D h = 0,66D d0=0,58D H1=1,6D H2=2D 0,85 (m) 0,179 (m) 0,561 (m) 0,49 (m) 1,36 (m) 1,7 (m)

-Bán kính trung bình vòng quay : 0, 425 0, 245 0,335

o tb

R r

(m) -Yếu tố phân ly :

150,37

t tb

G W F

-Thời gian lắng : 0 0, 425 0, 245

0,3280,549

o t

R r W

4) Hệ thống quạt làm mát :????

5) Quạt bơm ly tâm : Được dùng để vận chuyển lượng khí lớn

Khói được hút vào theo hướng trục,đi ra theo hướng tiếp tuyến với trục

Giả thiết :

-Hiệu suất của quạt : η=0,7

-Chiều cao mà khói thải cần quạt đưa lên : h=4 (m)

-Đường kính cửa hút của quạt : dhút=0,65 (m)

Thông số đầu vào :

-Khối lượng riêng của khói ở 1000C : ρ=0,95 (kg/m3)

-Vận tốc khói thải ở cửa hút : v =15 (m/giây)

-Chiều dày màng nước : δ=0,002(m)

-Độ nhớt của nước ở 300C : μ=801,5.10-6 (kg/m.giây)

-Khối lượng riêng của nước ở 300C : ρ=995,7 (kg/m3)

-Chiều dài ống : l=1 (m)

Thông số đầu vào :

Lưu lượng khói : G=4,975 (m3/giây)

20,17 0,0022 995,7

U w

w

CHƯƠNG II

THÀNH PHẦN CHẤT THẢI RẮN CÔNG NGHIỆP 3.1 Thành phần CTR:

Lượng chất thải rắn cần xử lý là 250 kg rác/ h

Bảng 3.1 Thành phần trong chất thải rắn

Thành phần Tỉ lệ phần trăm (%)

Bảng 3.2 Thành phần hóa học trong có trong thành phần của chất thải rắn

Bảng 3.3 Thành phần hóa học của chất thải rắn theo khối lượng

Ẩm(W)

% Khối lượng 56,096 6,742 28,156 2,032 0,081 6,894 92,28 7,72

Bảng 3.4 Hiệu chỉnh lại thành phần hóa học của chất thải rắn theo khối lượng

Thành phần C H O N S Tro (A) Ẩm (W)

% Khối lượng 52,07 6,26 26,14 1,89 0,07 6,40 7,17

3.2 Tính nhiệt độ cháy lý thuyết của CTR:

Rác thải công nghiệp cháy hoàn toàn ở buồng sơ cấp Nhiệt độ yêu cầu ở buồng sơ cấp là 8500C

3.2.1 Nhiệt sinh thấp r

L L với  là hệ số dư không khí

Để nhiên liệu cháy tốt và vì là nhiên liệu rắn nên:   1.2

1, 2*5, 420 6,504

tt

L

   (m3/kg rác)

3.2.4 Lượng không khí ẩm thực tế ở 700C Latt:

Với nhiệt độ 700C, độ ẩm không khí vào khoảng 80%, tra đồ thị I-d, ta có:

2

d  gH kgkkkvới d được gọi là hàm ẩm (g/kgkkk)

Vậy lượng không khí ẩm thực tế là:

cr: Nhiệt dung riêng của rác

Bảng 3.6 Thành phần chất thải rắn và nhiệt dung riêng tương ứng :

Thành phần CTR % Khối lượng Nhiệt dung riêng (kcal/kg0C)

Nhiệt dung riêng của rác thải công nghiệp:

t  C, nhiệt độ ban đầu của không khí

ckk: Tỉ nhiệt của không khí, c kk 0,24kcal kg C/ 0

3.3 Thành phần dầu DO bổ sung:

Dầu DO chủ yếu cháy ở buồng thứ cấp Nhiệt độ yêu cầu ở buồng thứ cấp là

12000C Ở buồng thứ cấp, nhiên liệu dầu được phun vào cháy cùng với khói lò Trong khói lò còn dư thành phần O2 Nhiên liệu bổ sung vào lò là dầu DO có thành phần sử dụng như sau:

Bảng 3.7 Thành phần sử dụng và hàm lượng của dầu DO:

H.lượng (%) 86,40 10,80 0,30 0,30 0,5 0,30 1,40

3.4 Tính nhiệt độ cháy lý thuyết của dầu DO:

3.4.1 Nhiệt sinh thấp d

t

Q :

d t

Q  C H O S  W(kcal/kg dầu)

81*86,4 300*10,8 26*(0,3 0,5) 6*1,4 10235

d t

3.4.3 Lượng không khí khô thực tế ở 8500C Ltt: (Không khí ở đây là một

phần khói lò buồng sơ cấp còn dư)

0

tt

L L với  là hệ số dư không khí

Để nhiên liệu cháy tốt và vì là nhiên liệu là lỏng nên:  1,15

Với nhiệt độ 8500C, hàm ẩm có trong khói lò d 12,749gH2O /kgkkk

Vậy lượng không khí ẩm thực tế là:

Ltt: Lượng không khí khô thực tế, L  tt 12,132(m3/kg dầu)

Vk: Thể tích khói lò sinh ra, V  k 13,113(m3/kg dầu)

t  C, nhiệt độ ban đầu của không khí

ckk: Tỉ nhiệt của không khí, c kk 0,24kcal kg C/ 0

Trong lò, được chia làm 2 buồng đốt có nhiệt độ khác nhau, được ngăn cách bằng lớp gạch samốt có chiều dày là 230m Ở khu vực buồng sơ cấp nhiệt độ yêu cầu

là 8500C và buồng thứ cấp nhiệt độ yêu cầu là 12000C

Ở khu vực tường của 2 buồng trong lò được thiết kế bằng các lớp như sau: Samốt – gạch đỏ - bông gốm – thép bảo vệ

Ở khu vực vòm của 2 buồng trong lò được thiết kế bằng lớp samốt

Bảng 4.1 Kết cấu tường cho cả lò

Samốt Hệ số dẫn nhiệt λsamot = 0,05+0.00015t12 kcal/mh

0C

Gạch đỏ Hệ số dẫn nhiệt λgachdo = 0,47+0.00051t23 kcal/mh

0C

Bông gốm Hệ số dẫn nhiệt λbonggom = 0,015+0.000165t34 kcal/mh

0C

Lớp thép Hệ số dẫn nhiệt λthep = 40 kcal/mh

4.1 Buồng sơ cấp:

4.1.1 Tính nhiệt phân bố qua tường:

2 1

sam t gach o b gom

t1: Nhiệt độ tại bề mặt bên trong của tường lò

tkk: Nhiệt độ không khí ngoài, t kk 300C

sc gach o

v sc sam t

sam t gach o b gom

 : Hệ số cấp nhiệt trong Nhiệt độ trong buồng sơ cấp rất cao nên hệ số cấp

nhiệt trong 1 rất lớn nên

4 4 2 5

v tc sam t

 Lượng nhiệt đưa vào buồng sơ cấp:

- Nhiệt do rác cháy cung cấp, Q rc

- Nhiệt lý học do rác mang vào, Qr

- Nhiệt lý học do không khí ẩm mang vào, Q kk

- Nhiệt do buồng thứ cấp tích lũy do dẫn nhiệt qua vách ngăn, Q vach

- Nhiệt do buồng thứ cấp tích lũy do bức xạ qua lỗ, Q lo

 Lượng nhiệt mang ra khỏi buồng sơ cấp:

- Nhiệt mang ra do tro xỉ, Q tro

- Nhiệt lượng mất mát do bốc ẩm lượng rác, Q bocam

- Nhiệt lượng chuyển pha thù hình của nước từ pha lỏng sang pha hơi,

chuyenpha

Q

- Nhiệt lượng mất mát do nâng hơi ẩm từ 1000C đến 8500C, Q nangam

- Nhiệt tổn thất để nâng nhiệt độ rác đến nhiệt độ bắt lửa, Q nangrac

- Nhiệt lượng mất mát do nâng không khí từ 700C đến 8500C, Q nangkk

- Nhiệt mất mát qua cửa nạp rác, Q cuanap

- Nhiệt mất mát qua các lỗ ghi, Q loghi

- Nhiệt tổn thất qua tường, t

sc Q

- Nhiệt tổn thất qua vòm, v

sc Q

- Nhiệt tổn thất qua nền, n

sc Q

- Nhiệt do khói lò mang ra, Q khoisoc pa

5.1.1.2 Nhiệt lý học do rác mang vào, Qr

Q : Nhiệt do rác mang vào

cr: nhiệt dung riêng của rác, c r 0, 291kcal kg C/ 0

tr: Nhiệt độ ban đầu của rác, t r 300C

Gkk: Lượng không khí ẩm cấp vào buồng sơ cấp, G KK  3917,54kg h/

ckk: Nhiệt dung riêng của không khí, c KK 0, 24(kcal kg C/ 0 )

tkk: Nhiệt độ vào lò của không khí, t KK 700C

 : Chiều dày gạch samốt

tsc: Nhiệt độ trong buồng sơ cấp, 0

 : Hệ số cấp nhiệt bên buồng thứ cấp

sc

 : Hệ số cấp nhiệt bên buồng sơ cấp

Fvach: Diện tích vách ngăn, F vach3, 2m2

Vì nhiệt độ trong buồng sơ cấp lẫn buồng thứ cấp rất cao nên hệ số cấp nhiệt

1 , 2

  rất lớn nên

1 2

1 1,

  rất nhỏ có thể bỏ qua khi tính toán

tsc: Nhiệt độ buồng sơ cấp, t sc 8500C

ttc: Nhiệt độ buồng thứ cấp, t tc 12000C

Trong đó:

GTro: Lượng tro xỉ tạo ra trong buồng sơ cấp, G Tro  32(kg h/ )

Tro

c : Nhiệt dung riêng của tro xỉ, c Tro0,18(kcal kg C/ 0 )

tTro: Nhiệt độ của tro xỉ, t Tro 8500C

cam: Nhiệt dung riêng của ẩm có trong rác, c am1kcal kg C/ 0

tbh: Nhiệt độ bốc hơi nước, t bh1000C

tbd: Nhiệt độ ban đầu của ẩm ở trong rác, t bd 300C

t850: Nhiệt độ cần nâng hơi ẩm đến 8500C, 0

Gkk: Lượng không khí ẩm cấp vào buồng sơ cấp, G KK  3917,54kg h/

I850: Hàm nhiệt của không khí ở 8500C, I850  282,371kcal kg/

I70: Hàm nhiệt của không khí ở 1000C, c70 30, 422kcal kg/

Fcn: Diện tích cửa nạp liệu, F cn  0, 4*0, 4(m2 )

tkk: nhiệt độ không khí, t kk 300C

tsc: nhiệt độ trong buồng sơ cấp t sc8500C

5.1.2.10 Nhiệt tổn thất qua vòm, v

sc Q

5.1.2.11 Nhiệt tổn thất qua nền, n

sc Q

Lượng tổn thất nhiệt qua đáy lò có thể lấy gần đúng bằng 15% -20% lượng nhiệt tổn thất qua tường lò

(0,15 0,2)* (kcal/h)

(285.Tài liệu tính toán nhiệt luyện kim- Hoàng Kim Cơ)

Tổn thất nhiệt là 20% nên n 0, 2* t 0, 2*6193,154 1238,6 /

5.1.2.12 Nhiệt do khói lò mang ra, Q khoisoc pa

kh oc p thu sc sc sc cn tro boc m chuyenpha nangam nangkk n ac

Nhiệt độ trong lò theo tính toán như trên là lớn hơn nhiệt độ yêu cầu Vì vậy ta

cần giảm nhiệt đúng với nhiệt độ yêu cầu của buồng sơ cấp là 8500C, do đó ta

phải tăng thêm lượng không khí cấp vào buồng sơ cấp

Ta tăng hệ số α cấp vào buồng sơ cấp để nhiệt độ trong buồng giảm đúng với nhiệt độ yêu cầu Đồng thời khi tăng α sao cho hàm nhiệt I tính trên

đúng bằng với I850 (hàm nhiệt của khói lò ở 8500C) thì ta chọn đúng hệ số α

Lượng không khí ẩm mang vào: G kkam 4082,88m h3/

Tổng nhiệt mang vào: Q thu  3310533kcal h/

Lượng nhiệt do khói mang ra: Q kh oc pois a 1988037kcal h/

Lượng khói sơ cấp mang ra: 3

5.2 Cân bằng nhiệt buồng thứ cấp:

 Lượng nhiệt đưa vào buồng thứ cấp:

- Nhiệt do dầu cháy cung cấp, Q dc

- Nhiệt lý học do dầu mang vào, Q d

- Nhiệt do khói lò buồng sơ cấp mang vào, Q kh oc pois a

 Lượng nhiệt mang ra khỏi buồng sơ cấp:

- Nhiệt mang ra do tro, Q tro

- Nhiệt cần cung cấp khói lò từ buồng sơ cấp để đạt nhiệt độ yêu cầu, Q cungcap

- Nhiệt tổn thất qua tường, t

tc Q

- Nhiệt tổn thất qua vòm, v

tc Q

- Nhiệt tổn thất qua nền, n

tc Q

- Nhiệt mất mát do dẫn nhiệt qua vách ngăn buồng sơ cấp – thứ cấp, Q vach

- Nhiệt mất mát do bức xạ qua lỗ giữa buồng sơ cấp – thứ cấp, Q lo

- Nhiệt mất mát do bức xạ qua kênh khói, Q kenhkhoi

- Nhiệt khói lò mang ra, Q khoi

Q : Nhiệt do dầu DO cháy cung cấp

B: Lượng dầu tiêu thụ, kg/h

Q : Nhiệt do nhiên liệu dầu mang vào

cd: Nhiệt dung riêng của dầu, 0

5.1.1.3 Nhiệt do khói lò buồng sơ cấp mang vào, Q kh oc pois a

Lượng nhiệt do khói mang ra: Q kh oc pois a 1988037kcal h/

Tổng lượng nhiệt thu: Q thu Q dcQ d Q khois aoc p( cal/h)k

Q : Nhiệt mang ra do tro, kcal/h

Gtro: Khối lượng tro mang ra, G tro  0.003 (B kg h/ )

ctro : Nhiệt dung riêng của tro, c tro 0.18(kcal kg C/ 0 )

ttro: Nhiệt độ ra của tro t tro 12000C

5.2.2.4 Nhiệt tổn thất qua vòm, v

sc Q

5.2.2.5 Nhiệt tổn thất qua nền, n

tc Q

Lượng tổn thất nhiệt qua đáy lò có thể lấy gần đúng bằng 15% -20% lượng nhiệt tổn thất qua tường lò

(0,15 0,2)* (kcal/h)

(285.Tài liệu tính toán nhiệt luyện kim- Hoàng Kim Cơ)

Tổn thất nhiệt là 20% nên n 0, 2* t 0, 2*5128,044 1025,6 /

5.2.2.6 Nhiệt mất mát do dẫn nhiệt qua vách ngăn buồng sơ cấp – thứ cấp, Q vach

Fkenhkhoi: Diện tích cửa nạp liệu, F kenhkhoi  0,5*0,5 0, 25(  m2 )

tkk: Nhiệt độ của không khí , t kk 300C

ttc: Nhiệt độ buồng thứ cấp, t tc12000C