đồ án môn học lò hơi

Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện kể cả nhàmáy điện nguyên tử Lò Hơi là khâu quan trọng đầu tiên có nhiệm vụ biếnđổi năng lượng tàng trữ trong nhiên liệu thành nh

ở các hệ số không khí thừa khác nhau 4Bảng Entanpi của khói và không khí 5

III.2_ Xác định kích thước buồng lửa 7

VII.1_ Thiết kế bộ hâm nước câp II 24 VII.2_ Thiết kế bộ hâm nước câp I 26PHẦN VIII : THIẾT KẾ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ 29 VIII.1_ Thiết kế sấy không khí cấp II 29 VIII.2_Thiết kế sấy không khí cấp I 31

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng là động lực của quá trình phát triển của nhân loại cũngnhư của bất kỳ quốc gia nào Ngày nay mọi quốc gia đều nhận rhức đượcrằng để phát triẻn kinh tế bền vững buộc phải biết kết hợp hài hòa giữa baquá trình phát triển đó là : Kinh tế - Năng lượng – Môi trường

Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện (kể cả nhàmáy điện nguyên tử) Lò Hơi là khâu quan trọng đầu tiên có nhiệm vụ biếnđổi năng lượng tàng trữ trong nhiên liệu thành nhiệt năng của Lò Hơi LòHơi cũng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhưtrong ngành luyện kim, hóa chất, công nghiệp nhẹ và trong dân dụng khác…

Vì thế việc nghiên cứu thiết kế Lò Hơi là vô cùng quan trọng và có ýnghĩa to lớn, đặc biệt là với sinh viên ngành Năng lượng Qua việc tính toánthiết kế em đã hiểu và nắm rõ hơn các quá trình nhiệt trong Lò Hơi đốt nhiênliệu nói chung ( và Than nói riêng ), hiểu được phương pháp tính nhiệt trong

Lò Hơi, cách bố trí các dàn ống, cách bố trí các bề mặt đốt sao cho quá trìnhNhiệt đạt hiệu quả cao nhất Qua đây em cũng hiểu và hoàn thiện hơn phầnkiến thức đã được môn học Lò Hơi trang bị

Em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Xuân Quang, thầy MaiThanh Hà Huế và các thầy cô trong Viện KH&CN Nhiệt – Lạnh đã tận tìnhchỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này Dù đã hết sức cố gắng nhưngtrong quá trình tính toán em vẫn không tránh khỏi sai xót Em rất mong sựđộng viên và giúp đỡ của các thầy cô để em có thể hiểu và nắm rõ hơn phầnkiến thức đã được trang bị

Em xin chân thành cám ơn!

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN VĂN KIÊN

Nhiệm vụ thiết kế :

- Sản lượng hơi định mức : D = 310 [tấn/h]

- Thông sồ hơi :

+ Áp suất hơi quá nhiệt : p = 6 [MPa]

+ Nhiệt độ hơi quá nhiệt : t = 450 [0C]

+ Áp suất trong bao hơi : pbh = 6,6 [MPa]

PHẦN I : TÍNH CÁC ĐẶC TÍNH CỦA NHIÊN LIỆU

1.2_Thể tích thực của sản phẩm cháy ở các hệ số không khí thừa khác nhau :

Đại lượng tính toán Đơnvị

Đườmg khóiBuồng

0.52

5 0.529

0.522

6.28

1 5.859 6.122 6.545

VK=VRO2+VR2+VH2O m3/kg 6.758 7.295 7.563

7.831

7.402

7.67

0 8.099

rRO2 = VRO2/VK - 0.151

0.140

0.135

0.130

0.138

0.13

3 0.126

rH2O = VH2O/VK - 0.076

0.071

0.069

0.068

0.071

0.06

9 0.066

rn = rRO2+rH2O - 0.227

0.211

0.204

0.198

0.208

0.20

2 0.192

Entanpi của không khí và khói I-θ

0 3927.15 3580.68 4643.28 267.98

200

0 4155.56 3787.32 4913.02 269.73

PHẦN II : CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

Cân bằng nhiệt và hiệu suất lò hơi

Đại lượng tính

Kýhiệu Đơn vị Công thức tính Kết quảNhiệt lượng đưa vào của than Qđv kcal/kg Qđv=Qlv

Entanpi khói thải It kcal/kg Theo bảng I-θ 316.22Nhiệt độ không khí lạnh tl

KK)(100-q4)/Qt

Tỷ lệ lượng tro mang theo xỉ ax - 1-ab (với ab=0.95) 0.05

Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn oC Nhiệm vụ thiết kế 450

Áp suất hơi quá nhiệt pqn bar Nhiệm vụ thiết kế 60Entanpi hơi quá nhiệt iqn kcal/kg Tra đồ thị 789.9521531Nhiệt độ nước cấp tnc oC Nhiệm vụ thiết kế 110Entanpi nước cấp inc kcal/kg Tra bảng 111.4832536Lượng nhiệt sử dụng hữu hiệu Ql kcal/h D(iqn-inc) 210325358.9Lượng tiêu hao nhiên liệu B kg/h Ql*100/(Qdv*ηt) 44800.76 Tiêu hao nhiên liệu tính toán Btt kg/h B(1-q4/100) 44352.76

Hệ số giữ nhiệt ϕ - 1-q5/(ηt+q5) 0.998

PHẦN III : THIẾT KẾ BUỒNG LỬA

III.1 _ Chọn vòi phun

- Vòi phun đặt ở tường trước, với sản lượng hơi 320 t/h ta chọn 8 vòi phun tròn

Kích thước cơ bản lắp vòi phun l/dTrục vòi phun dưới đến mép phễu tro 2Trục vòi phun ngoài đến mép tường 2Giữa các trục vòi phun theo dẫy phương ngang

Giữa các trục vòi phun theo phương dọc 2.4

III.2 _ Xác định kích thước buồng lửa:

- Thể tích buồng lửa :

Vbl=(Btt*Qt

lv)/qv = (44348.25*4999)/(0.15*106) = 1478.1295 [m3]với qv = 0,15.106 [kcal/h]

+ Nhiệt thế theo chiều rộng buồng lửa : qr = 27 [t/mh]

+ Chiều rộng buồng lửa : a = 10 [m]

+ Chiều sâu buồng lửa : b = 8 [m]

+ Chiều cao buồng lửa : h = Vbl/(a.b) = 18.476 [m]

1,3 1,5

18,5 22,17 16,2

104

8

6

5 1

- Chọn tốc độ gió

+ Gió cấp 1 = 20 [m/s]

+ Gió cấp 2 = 35 [m/s]

- Chọn đường kính ống sinh hơi trong buồng lửa : d = 0,06 [m], bước ống

s = 0,084 [m] , bước ống tương đối σ = 1.4

- Nhiệt độ không khí nóng vào lò : tKK = 300 [0C]

- Chọn nhiêt độ khói ra khỏi buồng lửa : t’’ = 1250 [oC]

=> i’’ = 2928,19 [kcal/kg]

- Tính nhiệt buồng lửa :

Nhiệt độ không thứ nguyên của khói ra buồng lửa được xác định bằng công thức :

T’’

bl : nhiệt độ khói ra đầu ra buồng lửa [0K]

Ta : nhiệt độ cháy lý thuyết [0K]

Bo : tiêu chuẩn Boltzman

abl : độ đen buồng lửa

M : hệ số kể đến sự phân bố nhiệt không đồng đều theo chiều cao+ Với buồng lửa than phun chọn M = 0,46

+ Tiêu chuẩn Boltzman :

t tb

th t a

B VC B

4,9.10 − .F T

ϕ

=

ψ

Bt : lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán [kg/h]

Ft : diện tích bề mặt buồng lửa [m2]

nl

a a

-Tổng diện tích trao đổi

nhiệt của dãy H = 3.14159*z*d*l l = 6 m

= 1161.72-Vận tốc khói trung bình

đi qua dãy Feston ω = BlvVkh(б+273)/f*273*3600

= 8.52019 m/s-Lượng nhiệt nhận được

của dãy Qfs = φ(I'fs – I''fs)

= 210.017 kJ/kg

I'fs = 2377.84 kJ/kgI''fs = 2252.11 kJ/kg-Độ chênh nhiệt độ

trung bình trong dãy ∆t = б - tbh

= 879.841 0C-Với pbh = 6.6 Mpa ; tbh = 281.9 0C

-Hệ số tỏa nhiệt đối lưu αdl = 1.16*Cz*Cvl*αtc

= 185.009 W/mK

Cz = 0.945 (Tra toán đồ)

Cvl = 0.95 (Tra toán đồ)

αtc = 177.65 (Tra toán đồ)-Hệ số tỏa nhiệt bức xạ αbx =

Cd = 1.59536

ε = 0.01551

-Hệ số trao đổi nhiệt k = α1/(1 + ε*α1)

= 51.2201 W/mK-Lượng nhiệt trao đổi

theo tính toán Qf1 = k*H*∆t/(Blv*1000/3600)

= 198.575-Sai số : ∆Q = 100*(Qfs - Qfs1)/Qfs

= 5.44824 %

(thỏa mãn yêu cầu)

PHẦN V: PHÂN PHỐI NHIỆT

than ϑ"bl ϑ"qnI ϑ"qnII

ϑkt =ϑ"kkI ϑ"hnI ϑ"kkII

Ikt = I"kkI I"hnI I"kkII

tnc,inc

V.1_Bộ quá nhiệt

Ta bố trí hai bộ quá nhiệt ngược chiều đường khói Tổng lượng nhiệt

mà hai bộ quá nhiệt nhận được để biến hơi từ trạng thái bão hòa khô trong bao hơi thành trạng thái quá nhiệt như yêu cầu thiết kế là:

Qqn = D.(i’’

qnCII – ibh)/Blv

i’’

qnCII = 3302 [kJ/kg] (tra đồ thị với pqn = 6 MPa ; tqn = 450 0C)

ibh = 2777 [kJ/kg](tra đồ thị với pbh = 6,6 MPa)

Ta bố trí hai bộ hâm nước ngược chiều đường khói Tổng lượng nhiệt

bộ hâm nước nhận vào từ trạng thái có nhiệt độ môi trường tới tnc = tbh – 50 =

Lượng nhiệt khói truyền cho không khí :

QskkII=ϕ (ikhói vào-ikhói ra+∆αhnikkl)

 ikhói ra = ikhói vào + ∆αhnikkl - QskkII

QskkI=ϕ (ikhói vào-ikhói ra+∆αhnikkl)

 ikhói ra = ikhói vào + ∆αhnikkl - QskkI

 i khói ra = 1283,57 [kJ/kg]

 i khói ra = 307,074 [kcal/kg]

 t khói ra = 125,36 0 C

PHẦN VI : THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT

VI.1 _ Bộ quá nhiệt cấp II

1_Chọn các thông số

- Vị trí đặt bộ quá nhiệt sau giàn Feston

- Chọn đường kính ống : d = 0,038 [m]

- Chọn kiểu bố trí chùm ống : bố trí các ống song song

- Chọn kích thước của đường khói

+ Chiều rộng : a = 10 [m] (bằng chiều rộng lò)

+ Chiều cao : h = 6 [m]

- Chọn bước ống S2 = 0,152 [m], chọn sơ bộ số hang ống Z2 = 26 [m]

- Chiều dày ống σ = 0,0035 [m], vậy bước ống tương đối σ2 = S2/d = 4

- Nhiệt độ hơi

+Trước khi vào bộ quá nhiệt cấp II: t’

hơiQNII = 331 0C+ Nhiệt độ sau bộ qua nhiệt cấp II : t’’

k

1

ψ α

= α

+ α

ψ : hệ số sử dụng nhiệt phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng

ψ = 0,658

0,65.406,476 k

406,476 1

T

T ln T

- Chọn kiểu bố trí chùm ống : bố trí các ống song song

- Chọn kích thước của đường khói

+ Chiều rộng : a = 10 [m] (bằng chiều rộng lò)

= 77,794 [w/m2.0C] (tra toán đồ Hình 10.19 sách Lò Hơi Tập I)

Cvl = 0,96 (tra toán đồ Hình 10.19 sách Lò Hơi Tập I)

k

1

ψ α

= α

+ α

ψ : hệ số sử dụng nhiệt phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng

ψ = 0,658

0,65.406,476 k

406,476 1

T

T ln T

- Chiều dài bộ quá nhiệt cấp I : c = (z2 – 1).S2 = 0,532 [m]

PHẦN VII : THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC

VII.1_ Thiết kế bộ hâm nước câp II

1.Chọn các thông số:

- Vị trí đặt chùm ống trong lò hơi: sau buồng đốt

- Chọn đường kính ống d=0,032 [ m ],chiều dày d=0,003m,kiểu ống trơn

- Chọn kiểu bố trí ống trong chùm ống: song song

- Chọn kích thước của đường khói: chiều rộng của đường khói bằng chiều rộng của lò hơi a=10 [m ], chiều cao h=5 [ m ] của đường khói

-Nhiệt độ trung bình của nước : t= 684,5 0C

- Tính tiết diện khói qua chùm ống:

2

kh kh kh

B - lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/s

Vkh - thể tích khói tại điều kiện tiêu chuẩn, m3/kg

nhiệt độ khói trung bình: Ttb

- Tính hệ số toả nhiệt đối lưu:

* Đối với chùm ống bố trí song song:

t

dl 1,163.C C s2 vl dl

α = α [W/m2K]

trong đó:các hệ số tra theo toán đồ

CS2 =1- hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào số dãy ống

Cvl = 0,995; αtc = 85 [W/m2K]

=> αđl = 1,163.1.85

T ln T

- Tính diện tích trao đổi nhiệt:

 n = 4441 [ống]

- Tính số hàng ống:

z2 = n/z1 = 4441/235 = 18-Tổng số ống thực tế là: nthực = 2.18.235 = 8460 ống

-Chiều dài của bộ hâm : c = (18-1).0,096=1,6 m

VII.2_ Thiết kế bộ hâm nước câp I

1 Chọn các thông số:

- Vị trí đặt chùm ống trong lò hơi: sau buồng đốt

- Chọn đường kính ống d=0,032 [ m ],chiều dày d=0,003m,kiểu ống trơn

- Chọn kiểu bố trí ống trong chùm ống: song song

- Chọn kích thước của đường khói: chiều rộng của đường khói bằng chiều rộng của lò hơi

a=10 [m ], chiều cao h=5 [ m ] của đường khói

-Nhiệt độ trung bình của nước : t= 142,25 0C

- Tính tiết diện khói qua chùm ống:

2

kh kh kh

B - lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/s

Vkh - thể tích khói tại điều kiện tiêu chuẩn, m3/kg

nhiệt độ khói trung bình: Ttb

- Tính bước ống ngang s1:

s1 = =10/(235-1)=0,0427 [ m ]

- Tính hệ số toả nhiệt đối lưu:

* Đối với chùm ống bố trí song song:

t

dl 1,163.C C s2 vl dl

α = α [W/m2K]

trong đó:các hệ số tra theo toán đồ

CS2 =1- hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào số dãy ống

T

T ln T

- Tính diện tích trao đổi nhiệt:

-Chiều dài của bộ hâm : c = (31-1).0,096=2,9 m

PHẦN VIII : THIẾT KẾ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ.

VIII.1_ Thiết kế sấy không khí cấp II

1 Chọn các thông số:

- Chọn kiểu bộ sấy không khí: kiểu ống

- Vị trí đặt trong đường khói ra của lò hơi

2 Bộ sấy không khí kiểu ống:

- Chọn đường kính ống d=0,04 [ m ], chiều dày ống σ =0,0015 [m]

- Chọn kiểu bố trí ống trong chùm ống: song song

- Chọn bước ống s1 =0,075m( bước ống ngang theo chiều đi của không khí )

s1= s1/d=1,875

-Chọn bước ống dọc s2=0,044 [ m ] , s2= s2/d=1,1

- Chọn vận tốc khói qua chùm ống: ωkhói =14 [m/s]

- Chọn vận tốc không khí đi qua chùm ống: ωkk =6 [ m/s ]

-Chọn số khoang bộ sấy không khí :N=2

- Các thông số nhiệt như nhiệt độ, enthalpy khói trước và sau bộ sấy không khí, enthalpy của không khí trước và sau bộ sấy được lấy từ kết quả của phần phân phối nhiệt

Nhiệt độ khói trước khi vào bộ sấy không khí cấp 2 là:

kk2=3000C(theo yêu cầu)

B - lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/s

Vkh - thể tích khói tại điều kiện tiêu chuẩn, m3/kg

với: dt = d-2σ = 0,037, [ m ] - đường kính trong của ống

- Tính số ống trong 1 hàng ( về phía không khí ):

z1 = a/s1 =10/0,075=134

- Tính số hàng ống theo chiều đi của không khí:

T ln T

∆ − ∆

∆ = ∆

∆

= 63,66 0C

- Tính hệ số toả nhiệt từ vách ống đến không khí:

* Đối với chùm ống bố trí song song:

- Chọn kiểu bộ sấy không khí: kiểu ống

- Vị trí đặt trong đường khói ra của lò hơi

2 Bộ sấy không khí kiểu ống:

- Chọn đường kính ống d=0,04 [ m ], chiều dày ống σ =0,0015 [m]

- Chọn kiểu bố trí ống trong chùm ống: song song

- Chọn bước ống s1 =0,075m( bước ống ngang theo chiều đi của không khí )

s1= s1/d=1,875

-Chọn bước ống dọc s2=0,044 [ m ] , s2= s2/d=1,1

- Chọn vận tốc khói qua chùm ống: ωkhói =14 [m/s]

- Chọn vận tốc không khí đi qua chùm ống: ωkk =6 [ m/s ]

-Chọn số khoang bộ sấy không khí :N=2

- Các thông số nhiệt như nhiệt độ, enthalpy khói trước và sau bộ sấy không khí, enthalpy của không khí trước và sau bộ sấy được lấy từ kết quả của phần phân phối nhiệt

+ Nhiệt độ khói trước khi vào bộ sấy không khí cấp 1 là:

t’ khói =1810C , i'khói= 1797,33 kJ/kg + Nhiệt độ khói ra khỏi bộ sấy kk cấp 1 là:

t’’

khói=126,80C, i’’

khói= 1298,04 kJ/kg+ Nhiệt độ kk đi vào: t'kk2=300C (chọn), nhiệt độ ra là t"kk2=1000C

kh kh kh

với: dt = d-2σ = 0,037, [ m ] - đường kính trong của ống

- Tính số ống trong 1 hàng ( về phía không khí ):

B - lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/s

Vkk - thể tích không khí tại điều kiện tiêu chuẩn, m3/kg

- Tính chiều cao của 1 khoang của bộ sấy không khí:

v r v r

T

T ln T

∆ − ∆

∆ = ∆

∆

= 71,32 0C

- Tính hệ số toả nhiệt từ vách ống đến không khí:

* Đối với chùm ống bố trí song song:

Tập 1,2 – GS.TSKH Nguyễn Sỹ Mão

2_Tính nhiệt Lò Hơi

GS.TSKH Nguyễn Sỹ Mão

3_Hướng dẫn tính đồ án Lò hơi (tài liệu bổ sung)

Mai Thanh Hà Huế

4_Tính Nhiệt lò hơi công nghiệp

Đỗ Văn ThắngNguyễn Công HânTrương Ngọc Tuấn