Chương 8 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ CỦA THIẾT BỊ SẤY

Thiết bị gia nhiệt không khí Trong các thiết bị sấy, chất tải nhiệt thường dùng là không khí ẩm hay khói lò.. Thiết bị trao đổi nhiệt dùng bề mặt bằng gạch ít dùng trong thiết bị sấy vì

Chương 8 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ CỦA THIẾT BỊ SẤY

8.1 Thiết bị gia nhiệt không khí

Trong các thiết bị sấy, chất tải nhiệt thường dùng là không khí ẩm hay khói lò Vì vậy thiết bị gia nhiệt không khí cũng gồm hai nhóm tương ứng với hai loại chất tải nhiệt này

8.1.1 Thiết bị gia nhiệt không khí bằng hơi nước

Thiết bị này gia nhiệt không khí đến nhiệt độ khoảng 120 0 C, do đó có thể sử

dụng hơi nước bão hòa ở áp suất 4 ÷ 6 at

Các kiểu thiết bị gia nhiệt này thường cấu tạo từ các ống thép hay ống gang có cánh tản nhiệt bên ngoài Các ống ghép thành dãy so le hay song song, hai đầu nối với ống góp Hơi nước đi vào ở ống góp trên, hơi nước ngưng thoát ra ở ống góp dưới Sử dụng ống có cánh tản nhiệt có lợi là tăng cường trao đổi nhiệt ở phía tiếp xúc với dòng không khí nhưng cũng có nhược điểm là trở lực lớn và khi có bụi bám vào cánh thì việc làm vệ sinh cánh khó khăn Các bộ gia nhiệt không khí có thể đặt ngay trong buồng sấy hay đặt ngoài buồng sấy

Thiết bị gia nhiệt kiểu này dùng chất tải nhiệt là hơi nước hay nước nóng

Bảng 8 – 1: Hệ số trao đổi nhiệt và trở lực thuỷ lực của thiết bị gia nhiệt không khí

kiểu ống

Lưu tốc

của

không khí

Hệ số truyền nhiệt K [

C mh

Kcalo

thủy lực

Hơi nước Vận tốc chuyển động của nước [m/s]

8.1.2 Bộ gia nhiệt không khí bằng khói lò

Khi nhiệt độ không khí yêu cầu cao (200 ÷ 300 0 C) hay ở những nơi chưa đặt lò

hơi cần dùng thiết bị gia nhiệt bằng khói Thiết bị gia nhiệt này dùng khói lò bao gồm các kiểu sau:

- Thiết bị gia nhiệt kiểu hồi nhiệt Bề mặt gia nhiệt bằng gạch hay bằng kim loại

Thiết bị trao đổi nhiệt dùng bề mặt bằng gạch ít dùng trong thiết bị sấy vì hiệu quả truyền nhiệt thấp, trở lực thủy lực lớn và có sự hòa lẫn khói với không khí

Thiết bị trao đổi nhiệt hồi nhiệt hay dùng trong thiết bị sấy là kiểu dùng bề mặt kim loại kiểu quay Ở kiểu này có nhược điểm là có xảy ra quá nhiệt cục bộ ở bề mặt trao đổi nhiệt làm cho nhiệt độ ở đó lớn hơn nhiệt độ cho phép

- Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu phiến Loại này ít dùng, chỉ dùng khi nhiệt độ khói

thấp

- Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống thép Thiết bị này được dùng rộng rãi hơn cả

Nó cho phép nhiệt độ không khí gia nhiệt đến 300 ÷ 400 0 C Tùy theo nhiệt độ mà sử

dụng chủng loại thép khác nhau Ví dụ, ở thép carbon nhiệt độ làm việc của vách ống

không quá 500 ÷ 550 0 C, nhiệt độ khói không quá 600 0 C Nhiệt độ lớn hơn phải dùng

thép hợp kim

Trong vận hành thiết bị gia nhiệt bằng khói lò cần chú ý nhiệt độ khói không thể thấp hơn nhiệt độ đọng sương vì khi đó nếu nhiệt độ khói thấp hơn thì hơi nước sẽ

ngưng tụ thành nước và khí CO 2 và SO 2 trong khói sẽ hoà tan vào nước ngưng này tạo nên acid ăn mòn bề mặt kim loại Vì vậy nhiệt độ khói luôn luôn lớn hơn nhiệt độ đọng sương (xác định bởi nhiệt độ và độ ẩm tương đối của khói)

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng đốt thường cao Trong khi đó nhiệt độ khói vào calorifer yêu cầu thấp Do vậy cần hoà trộn thêm không khí lạnh vào để làm giảm nhiệt độ của khói

8.2 Buồng đốt trong thiết bị sấy

8.2.1 Đặc điểm của buồng đốt trong thiết bị sấy

Buồng đốt trong thiết bị sấy khác với buồng đốt trong lò hơi Buồng đốt trong thiết bị sấy có thể sử dụng nhiên liệu xấu hơn vì nhiệt độ môi chất yêu cầu thấp

(thường không vượt quá 900 ÷ 1000 0 C) Tường buồng đốt trong thiết bị sấy không

được bảo vệ bằng dàn ống sinh hơi, do vậy cần hạ thấp nhiệt độ trong buồng đốt bằng

cách chọn hệ số không khí thừa cao (2 ÷ 2,5) Sau đó sản phẩm cháy lại hỗn hợp với

không khí để được khói có nhiệt độ thích hợp Mặc dù hệ số không khí thừa cao nhưng không làm tăng tổn thất nhiệt do khí thoát vì sản phẩm cháy được sử dụng làm môi chất sấy, lưu lượng của nó là do quá trình sấy yêu cầu Hệ số không khí thừa ở buồng đốt xác định bởi nhiệt độ cháy ổn định nhỏ nhất cho phép của nhiên liệu Yêu cầu quan trọng nhất của buồng đốt trong thiết bị sấy là sản phẩm không được nhiễm bẩn bởi mồ hóng và tro Hàm lượng tro và mồ hóng trong khói cho phép rất nhỏ, do vậy cần bố trí các thiết bị lọc bụi Do các yếu tố kể trên buồng đốt của thiết bị sấy có nhiệt thế thể tích và nhiệt thế trên ghi nhỏ hơn so với buồng đốt của lò hơi

Hình 8 - 1 giới thiệu sơ đồ cấu tạo buồng đốt sinh khối kiểu thuận chiều thường

sử dụng trong sấy nông sản

Trong bảng (8 - 2) và (8 - 3) đưa ra các trị số về nhiệt thế thể tích Q/V và nhiệt thế trên ghi Q/F của buồng đốt dùng các loại nhiên liệu khác nhau

Bảng 8 – 2: Nhiệt thế thể tích của buồng đốt dùng trong thiết bị sấy

Dạng nguyên liệu Q/V [Mcal/m 3 h]

Khí tự nhiên và khí đốt nhân tạo 200 ÷ 250

Hình 8 - 1: Sơ đồ cấu tạo buồng đốt sinh khối kiểu thuận chiều

1 Cửa cung cấp chất đốt, 2 Cửa cung cấp không khí sơ cấp,

3 Ghi lò, 4 Đường ống dẫn không khí nóng đến buồng sấy,

5 Cửa cung cấp không khí thứ cấp tạo xoáy lọc bụi

1

5

Bảng 8 – 3: Nhiệt thể trên ghi của buồng đốt dùng trong thiết bị sấy

Kiểu buồng lửa và dạng nhiên liệu Q/F [Mcal/m 2 h]

Ghi thủ công nằm ngang

Gỗ, than bùn cục (độ ẩm 50%) 600 ÷ 800

Than đá (lớp dày 125 mm) 500 ÷ 600 Antraxit (A.C lớp dày 80 mm) 480 ÷ 600

Ghi nghiêng thủ công

Mùn cưa, gỗ phế liệu 500 ÷ 600

8.2.2 Các loại buồng đốt của thiết bị sấy

Buồng đốt dùng nhiên liệu lỏng có cấu tạo đơn giản, gọn gàng Buồng đốt này thường làm bằng thép, khi đốt các nhiên liệu khí nhiệt độ thấp sử dụng các buồng đốt bằng gạch Sử dụng các thiết bị sấy dùng nhiên liệu lỏng và khí có nhiều thuận lợi là sản phẩm cháy không chứa tro hay bụi do đó không cần thiết bị khử bụi nên cấu tạo gọn nhẹ, vận hành thuận tiện, đảm bảo tốt điều kiện vệ sinh môi trường, dễ tự động hóa quá trình cháy Buồng đốt kim loại thường dùng với nhiên liệu lỏng hay khí có nhiệt trị cao

Buồng đốt dùng nhiên liệu rắn có cấu tạo phức tạp hơn Để sản phẩm không sợ bám bụi như gạch ngói, v.v… thì buồng đốt đơn giản vì không cần thiết bị khử bụi Khi sản phẩm sấy cần tránh bám bụi thì thiết bị buồng sấy sẽ phức tạp hơn do cần bố trí thêm buồng lắng bụi, cyclone hay các loại thiết bị khử bụi khác

Hàm lượng tro bụi trong khói có thể lấy gần đúng như sau: đối với buồng lửa ghi

thủ công lượng bụi trong khói chiếm 20 ÷ 30% hàm lượng tro của nhiên liệu; buồng lửa là 20% và buồng lửa than phun là 60 ÷ 80% lượng tro trong nhiên liệu Trong thiết

bị sấy hay dùng thiết bị kiểu nửa hoá khí Trong buồng đốt kiểu này cũng xảy ra quá trình hóa khí nhưng với mức độ hạn chế so với lò hóa khí do đó nhiệt trị của khí cháy

tạo ra thấp 600 ÷ 900 kCal/ 3

tc

m (ở lò sinh khí nhiệt trị khí cháy là 1000 ÷ 1500

buồng lửa do khí cháy tạo thành Trong buồng đốt kiểu này lớp nhiên liệu trên ghi thường dày hơn ở kiểu buồng đốt thông thường Ví dụ, khi đốt than antracit trong

buồng lửa nửa hóa khí thì chiều dày lớp nhiên liệu là 300 ÷ 400 mm, trong buồng đốt

lò ghi thông thường là 100 ÷ 150 mm

8.3 Tính toán khí động, chọn quạt gió

8.3.1 Các kiểu quạt gió dùng trong thiết bị sấy

Trong thiết bị sấy thường dùng các loại quạt hướng tâm và hướng trục Theo áp suất tạo ra có thể chia quạt ra ba loại:

- Quạt thấp áp, tổng cột áp tạo ra đến 100 mmH 2 O

- Quạt trung áp, tổng áp suất tạo ra 100 ÷ 300 mmH 2 O

- Quạt cao áp, tổng áp suất tạo ra 300 ÷ 1500 mmH 2 O

Quạt hướng trục có áp suất thấp (thường chỉ ở mức hàng chục mmH 2 O) Quạt

hướng trục dùng trong thiết bị sấy để thông gió cục bộ và được đặt ngay trong buồng sấy Quạt này cũng sử dụng để hút khí ở các thiết bị sấy bức xạ, sấy tiếp xúc, sấy buồng

Trong các thiết bị sấy thông gió tập trung thường dùng quạt ly tâm Việc dùng loại quạt nào cho thích hợp cần căn cứ vào việc tính toán trở lực của hệ thống

8.3.2 Cách chọn quạt gió

Công suất quạt được xác định theo công thức:

N =

q

0

η 102

V.H

, [kW]

Ở đây: V – lưu lương thể tích của không khí, [m 3 /s]

tb

0

ρ

ρ H

0

 - khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn 0 = 1,29kg/m 3

b

t

 - khối lượng riêng trung bình của không khí trong buồng sấy, [kg/m 3 ]

q

 - hiệu suất của quạt

Công suất động cơ điện là:

N đ =

K

d

η N.K

K

 - hiệu suất của khớp nối

Trở lực thuỷ lực của toàn bộ hệ thống là

2

W ρ H

2 0

H i - tổng trở lực của hệ thống thiết bị, [mmH 2 O]

2

W 0 2



- áp suất động khí thải ra ở ống xả khí, [mmH 2 O]

 - khối lượng riêng của khí thải, [

kg

m 3

]

Trở lực của hệ thống sẽ được tính toán cụ thể cho từng hệ thống Tốc độ khí thổi

ra ở miệng ống xả cần chọn thích hợp để đảm bảo việc thoát khí được thuận lợi Nếu

chọn tốc độ này nhỏ quá, khi có lưu lượng không khí lớn việc thoát khí rất khó khăn Khi bố trí nơi đặt miệng ống xả phải chú ý đến hướng gió và tốc độ gió sao cho phù hợp với điều kiện cụ thể của hệ thống

Căn cứ vào lưu lượng thể tích không khí cần thiết V và trở lực của hệ thống H có

thể chọn được quạt gió Khi chọn quạt gió cần chú ý chọn chế độ làm việc ở khu vực hiệu suất cao

Quạt gió được sản xuất theo các quy chuẩn quốc gia Vì vậy, khi chọn quạt ngoài

các thông số chính là lưu lượng thể tích không khí cần thiết V và trở lực của hệ thống

H, ta cần phải biết các quy chuẩn của quốc gia sản xuất quạt như hướng quay, cột áp

tổng và cách nối trục, …

Ngoài ra, mỗi loại quạt, nhà sản xuất thường cung cấp kèm theo một biểu đồ đặc tính để người sử dụng chọn lựa chế độ làm việc tối ưu Hình 8 – 2 là biểu đồ chọn quạt

ly tâm thấp áp và trung áp của Nga Trục tung của phần trên biểu đồ là cột áp tổng của quạt p [mmH 2 O], trục tung của phần dưới biểu đồ là năng suất của quạt V [m 3 /h] và

trục hoành là vận tốc của không khí v [m/s] Trên biểu đồ có các đường sau đây:

- Các đường hiệu suất của quạt  không đổi

- Các đường cột áp động của quạt có đặc trưng A = const:

Trong đó: n: số vòng quay của quạt,

N 0: số hiệu của quạt

- Đường biểu diễn cột áp động của quạt

- Các đường biểu diễn quan hệ của các số hiệu của quạt với vận tốc của không khí

Ví dụ: Cần chọn quạt có năng suất V=7000m 3 /h, cột áp p=120mmH 2 O, ta thực

hiện như sau:

- Kẽ các đường dóng song song với trục hoành ở cả phần trên và phần dưới của biểu đồ tại các giá trị cần chọn

- Đường dóng ở phần dưới của biểu đồ cắt qua các đường biểu diễn quan hệ của các số hiệu của quạt với vận tốc của không khí đều có thể thoả mãn năng suất yêu cầu

Trên hình 8 – 2, các quạt có số hiệu N 0 4N 0 6 đều thoả mãn yêu cầu

- Từ các điểm giao ở phần dưới của biểu đồ, dóng các đường song song với trục tung lên phần trên của biểu đồ để biết hiệu suất quạt  và các đường có đặc trưng A =

const

Giả sử, ta chọn quạt N 0 5, khi đó A=5500, p đ =15mmH 2 O và  0,55

Số vòng quay của quạt:

n=

5

5500

=1100 vg/ph

Cột áp tĩnh của quạt:

3000

7000

11000

15000

19000

23000

N 3 O

N 4 O

N 4.5 O

N 5 o

N 5.5 O

N 6 O

8

0

N A

n 

0 40 80 120 160

A= 2500

A= 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000

3500

30 00



= 0

0.50

0.45

= 0

Hình 8 – 2: Biểu đồ chọn quạt ly tâm thấp áp và trung áp của Nga

8.3.3 Trở lực của hệ thống thiết bị sấy

Thiết bị sấy có nhiều kiểu khác nhau, trong mỗi kiểu lại có những phương án lưu chuyển không khí khác nhau Do vậy việc xác định trở lực của toàn bộ hệ thống cần căn cứ vào các thiết bị cụ thể và sơ đồ bố trí chúng (nguyên lý) trong thực tế

Trở lực cơ bản của hệ thống là:

Trong đó:

H cal – trở lực của calorife

H on – trở lực của đường ống (bao gồm trở lực ma sát và cục bộ)

H S – trở lực của buồng sấy

H d – áp suất động của khí thoát

H d =

2

W2

0

ρ

8.4 Thiết bị khử bụi

8.4.1 Công dụng của thiết bị khử bụi trong hệ thống sấy

Trong hệ thống thiết bị sấy, khử bụi đối với khí thoát nhằm thu hồi sản phẩm bay theo khí và khử bụi đối với khói để sử dụng khói làm môi chất sấy Khử bụi khí thoát của thiết bị sấy còn nhằm mục đích bảo vệ môi trường khỏi nhiễm bẩn bởi chất độc, ví

dụ, bụi than nồng độ 35g/m 3 có thể gây nổ

Bụi có thể phân ra các loại sau:

- Bụi nhỏ có kích thước < 100m

- Bụi trung bình có kích thước < 200m

- Bụi lớn có kích thước > 200m

Bụi nhỏ có kích thước 0,1 ÷ 10m trong không khí yên tĩnh sẽ lắng và không

khuếch tán Bụi nhỏ có kích thước 0,01 ÷ 0,1m không lắng trong không khí yên tĩnh

và có thể khuếch tán Cần chú ý đến tính chất trên khi chọn thiết bị khử bụi

Hiệu quả của khử bụi được xác định theo hệ số làm sạch:

a

a a

100 1

2

1





Hai thiết bị làm sạch có hệ số làm sạch 1 và 2 khi mắc nối tiếp thì hệ số làm sạch chung là:

c 12 1.2

Hệ số làm sạch chưa đánh giá đầy đủ chất lượng của thiết bị, ví dụ, thiết bị làm sạch cỡ hạt nhỏ có 1 = 70% có chất lượng cao hơn thiết bị làm sạch cỡ hạt lớn có 2

= 95% Vì vậy hệ số làm sạch chỉ để đánh giá chất lượng của các thiết bị khử bụi khi chúng làm việc với bụi có cỡ hạt như nhau Khi so sánh hai thiết bị khử bụi không dùng trị số  mà dùng (100 - )

Ví dụ, so sánh thiết bị khử bụi có  = 90% và thiết bị có 2 = 95% thì độ làm sạch của thiết bị 2 so với thiết bị 1 là:



 95 100

90 100

8.4.2 Các kiểu thiết bị khử bụi

8.4.2.1 Buồng lắng

Buồng lắng là không gian có kích thước lớn hơn nhiều so với đường dẫn khí Trong buồng lắng bụi và không khí chuyển động với tốc độ thấp theo phương nằm ngang làm bụi lắng xuống Điều kiện lắng bụi là:

H

A



Trong đó: v - tốc độ chuyển động của hạt trong buồng lắng, [m/s]

v cb - tốc độ cân bằng của hạt

Năng suất của buồng lắng là:

Trong đó: B - chiều rộng của buồng, [m]

Có thể tăng hiểu quả lắng bụi bằng cách đặt các vách ngăn trong buồng lắng

8.4.2.2 Cyclone

Cyclone dùng để khử bụi khô (hình 8 - 3) Khí chuyển động theo đường cong

tiếp tuyến với vách ống nhỏ bên trong Ở gần vách trong

áp suất khí càng nhỏ còn ở càng xa vách áp suất khí càng lớn, chênh áp này tạo nên chuyển động quay của dòng khí Tốc độ của dòng

khí ở cửa vào cyclone là 15

÷ 20 m/s Do lực ly tâm bụi

văng ra đập vào thành ống

và rơi xuống

Tốc độ khí ở cửa ra là

3 ÷ 8 m/s Cyclone có

đường kính càng nhỏ hiệu quả càng cao Vì vậy khi lưu lượng lớn nên dùng nhiều cyclone ghép thành

bộ

Khi tính toán thiết kế cyclone cần xác định đường kính ống lớn D, các kích thước khác chọn theo tiêu chuẩn trên cơ sở đường kính này

D = 1,632

p

V





2

, [m]

Trong đó: V – lưu lượng, [m 3 /s]

Hiệu quả khử bụi của cyclone phụ thuộc vào đường kính D, cỡ hạt bụi d

Trên cơ sở các công thức về cơ lưu chất và hình học, người ta thiết lập quan hệ

giữa lưu lượng thể tích V (m 3 /h) và các kích thước cơ bản của cyclone dưới dạng bảng

Khi tính toán, thiết kế cyclone có thể chọn theo bảng này

Hình 8 – 3: Các kích thước cơ bản của cyclone

h 1

h 2

h 3



D

d

D 1

Bảng 8 – 4: Kích thước của cyclone, [m]

90÷450 0,2 0,050 0,10 0,04 0,07 0,100 0,16 0,10 0,150 240÷1050 0,3 0,075 0,15 0,06 0,10 0,140 0,24 0,15 0,225 370÷1800 0,4 0,100 0,20 0,08 0,13 0,185 0,32 0,20 0,300 675÷3380 0,5 0,125 0,25 0,10 0,17 0,230 0,40 0,25 0,875 810÷4050 0,6 0,150 0,30 0,12 0,20 0,275 0,48 0,30 0,450 1440÷7200 0,8 0,200 0,40 0,16 0,23 0,366 0,64 0,40 0,600 2250÷11250 1,0 0,250 0,50 0,20 0,33 0,458 0,80 0,50 0,750 3240÷16200 1,2 0,300 0,60 0,24 0,40 0,550 0,96 0,60 0,900 4400÷22000 1,4 0,350 0,70 0,28 0,46 0,641 1,12 0,70 1,050 5750÷28700 1,6 0,400 0,80 0,32 0,54 0,733 1,23 0,80 1,200 7290÷36450 1,8 0,450 0,90 0,36 0,60 0,825 1,44 0,90 1,350 9000÷45000 2,0 0,500 1,00 0,40 0,67 0,916 1,60 1,00 1,500 14100÷70500 2,5 0,625 1,25 0,50 0,88 1,145 2,00 1,20 1,875

8.4.2.3 Phin lọc bụi

Phin lọc bụi dùng để khử bụi của khí có nhiệt độ thấp Phin lọc bằng sợi vải làm

việc với nhiệt độ 90 0 C Phin lọc bằng vải len làm việc với nhiệt độ 125 0 C và khí không

chứa SO 3 và SO 2

Phin lọc bụi kiểu ống tay áo có trở lực qua phin là:

Ở đây: V – phụ tải riêng của phin, [m 3 /m 2 h]

z – độ bám bụi của vải

k, a, n – các hệ số phụ thuộc vào vải và phin

8.4.2.4 Thiết bị khử bụi kiểu ướt

Trong thiết bị này nước chảy thành màng xung quanh vỏ Khí thổi vào theo hướng tiếp tuyến với bề mặt, do lực ly tâm bụi văng ra và bị màng nước cuốn đi Mức

độ làm sạch phụ thuộc vào đường kính hình trụ Đường kính càng nhỏ độ làm sạch càng cao,

Ví dụ, D =1 m thì  = 85 ÷ 87%

Tốc độ khí cần khống chế để nó không làm đứng màng nước Tốc độ lớn nhất của khí là: