Khảo sát, đánh giá, đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cháy trong các

Ngày nay việc sử dụng các nguồn nhiên liệu trong các lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp ngày càng tăng.. Việc sử dụng tiết kiệm nhiên liệu trong các lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

DƯƠNG THỊ BẮC

KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỂ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU

QUẢ CHÁY TRONG CÁC LÒ CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật nhiệt

Hà Nội – 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

DƯƠNG THỊ BẮC

KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỂ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU

QUẢ CHÁY TRONG CÁC LÒ CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật nhiệt

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS TS TRẦN GIA MỸ

Hà Nội – 2015

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS TS Trần Gia Mỹ Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong công trình nào

Tác giả luận văn

Dương Thị Bắc

ii

MỤC LỤC

1.1.2 Các quá trình cháy nhiên liệu lỏng 3

1.3 Cân bằng nhiệt của lò và lượng tiêu hao nhiên liệu 11

1.3.1 Các khoản nhiệt cấp vào lò 18 1.3.2 Các khoản nhiệt được chi của lò 12

Chương 2 THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG MỘT SỐ LÒ

VÀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT CÔNG NGHIỆP 15

2.2 Sử dụng năng lượng trong các lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp 16

2.2.1.Đặc điểm kết cấu các lò công nghiệp và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp 17 2.2.2 Các yêu cầu cơ bản về lò công nghiệp 17

2.2.3 Các hướng cơ bản để tiết kiệm năng lượng trong các lò công nghiệp và hệ

2.3 Khảo sát lò công nghiệp và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp 23

Chương 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG LÒ VÀ

HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT CÔNG NGHIỆP ĐƯỢC KHẢO SÁT

iii

Chương 4 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CHÁY TRONG LÒ VÀ

4.2.3 Xác định công suất và số lượng ống bức xạ 73

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 2 Vùng phản ứng quanh một giọt dầu 4

Hình 1 3 Ổn định ngọn lửa bằng cách phun dầu vào vùng hồi lưu 7

Hình 1 4 Diễn biến phản ứng khi hạt cacbon cháy 9

Hình 2 1 Biểu đồ nguồn năng lượng 15

Hình 2 2 Các lĩnh vực sử dụng năng lượng ở Việt Nam giai đoạn 2010 – 2030 16 Hình 2 3 Sự phụ thuộc hiệu suất nhiệt vào nhiệt độ khói thải và hệ số không khí 21

Hình 2 6 cách xếp gạch trên các xe goòng 25

Hình 2 8 Xe goòng xếp liệu xí nghiệp gạch Cam Thượng 26

Hình 2 9 Mạ kẽm tại nhà máy chế tạo KCT Yên Thường 28

Hình 2 10 Chế độ nhiệt độ quá trình nấu kẽm 28

Hình 4 1 Tường lò trước và sau khi tăng cường cách nhiệt 61 Hình 4 2 Sơ đồ hệ thống đốt than bằng mỏ đốt 61

Hình 4 4 Sơ đồ bố trí xe goòng và mỏ đốt trong lò nung tuynel 67

Hình 4 6 Sơ đồ bố trí ống bức sạ bể mạ kẽm 74

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Thời gian cháy giọt và đám sương 6

Bảng 2 1 Tổng hợp khả năng khai thác than đến năm 2030 [12] 15

Bảng 2 2 Khai thác dầu thô đến năm 2025 [12] 16 Bảng 2 3 Thành phần sử dụng của than [5] 23

Bảng 2 4 Thể xây và các lớp vật liệu lò nung gạch tuynel 25

v

Bảng 3 1 Bảng tính cháy than 33

Bảng 3 3 Nhiệt độ làm việc từng vùng trong lò 36

Bảng 3 7 Nhiệt độ làm việc từng giai đoạn của bể mạ 50

Bảng 3 8 Lượng nhiệt nấu chảy kẽm và mạ sản phẩm 51

Bảng 3 9 Lượng nhiệt tổn thất do bức xạ 53

Bảng 3 10 Lượng nhiệt tổn thất qua tường bể mạ ở các giai đoạn 55

Bảng 3 11 Lượng nhiệt tổn thất qua đáy và thể xây bể mạ 56

Bảng 3 12 Lượng tiêu hao dầu của bể mạ qua từng giai đoạn 56

Bảng 3 14 Lượng dầu cần bổ sung cho từng giai đoạn bể mạ 58

Bảng 4 1 Lượng nhiệt cấp cho từng giai đoạn bể mạ 70 Bảng 4 2 Lượng nhiệt tổn thất qua nắp bể mạ 72

Bảng 4 3 Lượng nhiệt tổn thất qua thể xây bể mạ 72

Bảng 4 4 Lượng tiêu hao dầu khi sử dụng ống bức xạ 73

Ngày nay việc sử dụng các nguồn nhiên liệu trong các lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp ngày càng tăng Việc sử dụng tiết kiệm nhiên liệu trong các lò và

hệ thống cấp nhiệt công nghiệp không những góp phần giảm chi phí sản xuất, tăng tính cạnh tranh, tăng lợi nhuận mà còn đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao, đồng thời giảm sự phát thải các chất độc hại, khai thác hợp lý các nguồn nhiên liệu, thực hiện phát triển kinh tế - xã hội bền vững Vì những lý do trên tôi

thực hiện đề tài: Khảo sát, đánh giá và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cháy trong các lò công nghiệp

2.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Đối tượng

Đối tượng nghiên cứu là các lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp, cụ thể là

lò nung gạch tuynel xí nghiệp gạch Cam Thượng Ba Vì - Hà Nội và bể mạ kẽm nhà máy chế tạo KCT Yên Thường Đông Anh - Hà Nội

2

4 Phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết kết hợp với thu thập số liệu thực tế: đánh giá và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cháy trên cơ sở lý thuyết cháy và các số liệu thu thập từ thực tế vận hành của các lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp

5 Nội dung

Luận văn bao gồm các nội dung sau đây, với mỗi nội dung được trình bày thành một chương:

- Cơ sở lý thuyết cháy

- Thực trạng sử dụng năng lượng trong lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp

- Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng trong lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp được khảo sát

- Các giải pháp nâng cao hiệu quả cháy trong lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp được khảo sát

3

Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHÁY 1.1 Cơ sở lý thuyết cháy nhiên liệu lỏng

1.1.1 Sự cháy nhiên liệu lỏng

Quá trình cháy nhiên liệu lỏng (chủ yếu là các loại dầu) vừa là quá trình cháy

dị thể, vừa là quá trình cháy đồng thể

Để đốt cháy nhiên liệu lỏng cần phải tách nhiên liệu thành hạt nhỏ để tăng bề mặt tiếp xúc giữa nhiên liệu và không khí, quá trình đó được gọi là quá trình biến bụi Khi biến bụi diện tích bề mặt tiếp xúc với chất oxy hóa tăng lên nhiều bậc và quá trình bay hơi diễn ra nhanh chóng Quá trình cháy của các hạt bụi dầu xảy ra theo các giai đoạn sau:

- Biến nhiên liệu lỏng thành các giọt riêng biệt

- Hòa trộn giữa bụi dầu và không khí

- Hỗn hợp được sấy nóng và bụi dầu bốc hơi

- Phân hủy các hợp chất hydrocacbon

- Xảy ra các phản ứng cháy

Hình 1 1 Quá trình cháy bụi dầu

1- giọt dầu, 2- vùng hơi dầu, 3- vùng xảy ra các phản ứng cháy

1.1.2 Các quá trình cháy nhiên liệu lỏng

a Cháy các giọt riêng biệt

Sự cháy các giọt riêng biệt, cố định trong môi trường yên tĩnh được nghiên cứu bằng cách treo đối tượng nghiên cứu lên sợi chỉ thạch anh ở trong lò Lò chứa khí có thành phần và nhiệt độ đã biết Khi đó quá trình bay hơi được tăng nhanh nhờ nhiệt độ cấp từ không khí tới giọt Hơi khuếch tán ra khỏi giọt, hỗn hợp với không khí và bắt lửa khi đạt một thành phần và nhiệt độ xác định Trong không khí

4

các giọt cháy ở 8000C Nhiên liệu cháy hoàn toàn thành khói, ngoài mặt cháy không còn hơi nhiên liệu, trong mặt cháy không còn oxy Hình dáng kéo dài bắt nguồn từ lực nâng của vùng phản ứng có nhiệt độ cao và khói bao quanh nó hình 1.2a

Để tính toán người ta đơn giản hóa là mô hình cầu Hình 1.2b và c vùng phản ứng được thay thế bằng một bề mặt phản ứng

Nl , Kh, O 2 : nồng độ hơi nhiên liệu, khói và oxy

Hình 1 2 Vùng phản ứng quanh một giọt dầu

a dạng thực, b mô hình cầu, c mô hình cầu đơn giản

Khi đó toàn bộ thời gian cháy của giọt bao gồm thời gian bắt lửa chậm trễ và thời gian cháy Bắt lửa chậm là thời gian từ khi bắt đầu cấp nhiệt cho đến khi cháy Thời gian bắt lửa chậm trễ cần để nung giọt, làm bay hơi, nung và hỗn hợp để cho những phản ứng cháy đầu tiên kết thúc Giả sử bắt lửa chậm chủ yếu là do các điều kiện động học quyết định, thời gian chậm trễ thực nghiệm được xác định theo định luật Arrhenius [1]:

Dầu nhẹ: lna = - 9.45 và b = 0.88*104

Dầu nặng: lna = - 8.0 và b = 0.79*104

5

Các thử nghiệm tính thời gian cháy của các giọt riêng biệt đã được nhiều tác giả thực hiện và đa số các tác giả chấp nhận các giả thiết sau:

Mô hình tương tự với hình 1.2c,

Giọt nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt, bỏ qua vai trò của bức xạ và đối lưu,

Giọt có nhiệt độ đồng đều, nhiệt cấp chỉ để bay hơi,

Hơi nhiên liệu khuếch tán tới mặt cháy, khói theo hướng ngược lại tới bề mặt giọt, Ngoài bề mặt giọt là môi trường không khí yên tĩnh,

d - đường kính giọt nhiên liệu

ΔT - hiệu nhiệt độ giữa ngọn lửa và giọt

q - nhiệt hóa hơi của dầu

Qtd- nhiệt trị thấp của nhiên liệu

[O2] - hàm lượng oxy trong môi trường xung quanh ngọn lửa

[O2]min - nhu cầu oxy tối thiểu của nhiên liệu

Các chỉ số: g - khí ở giữa giọt và ngọn lửa

t - chất giọt

b Cháy trong đám sương

Khi cháy trong đám sương cần phải tính đến ảnh hưởng lẫn nhau của các giọt nhiên liệu Các giọt có độ lớn khác nhau và khoảng cách giữa chúng khác nhau nên ảnh hưởng qua lại cũng khác nhau Thời gian cháy trong đám sương có thể coi gần

6

gấp đôi thời gian cháy một giọt riêng lẻ, và k có giá trị 0.005 – 0.01 cm2/s Đối với dầu nhẹ, môi trường xung quanh yên tĩnh và vận tốc tương đối bằng 0, khi đó thời gian cháy được thể hiện ở bảng 1.1 [1]:

Bảng 1 1 Thời gian cháy giọt và đám sương

Đường kính giọt, mm Thời gian cháy của giọt

c Diễn biến của quá trình hỗn hợp và phản ứng

Ngọn lửa dầu thường gồm hai phần chồng lên nhau phần đầu là hóa hơi, bắt lửa và một phần cháy, phần thứ hai có tính chất của ngọn lửa khí Yêu cầu thời gian

để phân rã các phân tử và tỉ số C/H cao trong dầu cho nhiều khả năng tạo muội Với nồng độ 20g/cm3 tạo ra ngọn lửa chiếu sáng Và khi đốt dầu nặng không thể đốt cháy hoàn toàn các giọt, các phân tử có nhiệt độ sôi lớn nhất tạo ra một chất dạng cốc và lắng đọng, khi đó thời gian cháy các mạch gấp đôi thời gian cháy của giọt tương đương Đối với giọt có kích thước 1 mm ở 7000

C thời gian cháy là 2s với hệ

số k = 0.0043 cm2/s

1.1.3 Ngọn lửa dầu

Ngọn lửa dầu của các thiết bị biến bụi không xoáy có trường dòng và trường phản ứng tương tự như ngọn lửa khí Việc tính chính xác ngọn lửa dầu rất khó Thường sử dụng công thức thực nghiệm [1]:

Lk I (1.4)

Trong đó:

I - xung của dòng không khí

Để ổn định ngọn lửa người ta sử dụng vùng hồi lưu trong hạt nhân dòng xoáy hoặc sau vật cản Trong các thiết bị biến bụi áp suất bằng cách thay đổi góc của dòng có thể thay đổi thời gian lưu của giọt trong vùng chảy ngược về và đặc tính

7

ngọn lửa Trên đường đi qua vùng khí hồi lưu nóng các giọt sẽ bay hơi hoàn toàn Hơi cùng với khói chuyển động ngược dòng, nhờ trao đổi nhiệt rối xâm nhập vào dòng không khí chảy về phía trước Trong vùng chuyển hướng xác lập sự cân bằng giữa vận tốc dòng và vận tốc ngọn lửa

Bề mặt ngọn lửa rối

Hình nón phun của các giọt dầu

Tâm xoáy

Hơi dầu trong vùng hồi lưu

vị trí vận tốc hướng trục bằng 0 Không khí

Không khí

Thiết bị biến bụi

Vận chuyển hơi đến bề mặt ngọn lửa

Hình 1.3 Ổn định ngọn lửa bằng cách phun dầu vào vùng hồi lưu

1.2 Cơ sở lý thuyết cháy nhiên liệu rắn

1.2.1 Sự cháy của nhiên liệu rắn

Quá trình cháy của nhiên liệu rắn là quá trình cháy không đồng thể giữa một chất thể rắn và một chất thể khí Tuy nhiên trong quá trình cháy cũng xảy ra một phần quá trình cháy đồng thể đó là quá trình cháy chất bốc

Cháy nhiên liệu rắn bao gồm các phản ứng:

8

Quá trình cháy đồng thể xảy ra trong toàn bộ thể tích, cháy không đồng thể chỉ xảy ra trên bề mặt nhiên liệu rắn Vì vậy sự vận chuyển CO2 từ vùng phản ứng

ra ngoài và O2 từ ngoài vào vùng phản ứng đóng một vai trò đáng kể

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy nhiên liệu rắn: phản ứng hóa học, khuếch tán trong lỗ, và khuếch tán qua màng biên

Các giai đoạn cháy nhiên liệu rắn:

Pha I: oxy có thể thâm nhập vào bên trong viên than Nồng độ của nó ở mọi điểm bằng nồng độ trong buồng khí Khi đó vận tốc cháy được quyết định bởi phản ứng giữa oxy và tường cacbon của lỗ nhiên liệu Vận tốc phản ứng hiệu quả được xác định [1]:

khq = km* MC (l/thời gian) (1.5) Trong đó:

MC - khối lượng nhiên liệu theo thể tích

km - khả năng phản ứng tính theo gam cốc

Pha II: khi nhiệt độ cháy của cốc tăng quá 7500C vận tốc phản ứng tăng tại

bề mặt giới hạn các pha tăng Bên trong hạt cốc số lượng phân tử oxy giảm dần tạo nên sự chênh lệch nồng độ giữa tâm và mặt ngoài Mức độ nhanh chậm của quá trình cháy phụ thuộc vào sự cung cấp oxy bằng khuếch tán trong lỗ Hệ số vận tốc phản ứng hiệu quả được xác định [1]:

khq = η km MC (1.6) Trong đó: η - hiệu suất sử dụng

Pha III: nhiệt độ trên 9000C oxy không thể thâm nhập vào bên trong các lỗ được, quá trình cháy chỉ diễn ra trên mặt ngoài hạt nhiên liệu và nó được bao bởi khí chuyển động nên trên bề mặt có màng khí Vận tốc phản ứng lúc này phụ thuộc vào sự khuếch tán của oxy qua màng biên Nồng độ của khí phản ứng trong màng biên có độ dày δ giảm, hệ số vận tốc hiệu quả [1]:

khq = Ftđ * D/δ (1.7) Trong đó:

Ftđ - bề mặt tương đối của nhiên liệu quy về không gian phản ứng

D - hệ số khuếch tán

9

Thông qua giá trị của khq có thể biểu diễn phương trình chuyển động của lớp nhiên liệu được dòng khí tích cực chuyển động qua với vận tốc u [1]:

d(u cx) = - khq * cx dx, mol/s cm2 (1.8) Trong đó:

cx - nồng độ nhiên liệu tại x

Hình 1 4 Diễn biến phản ứng khi hạt cacbon cháy

Pha I: phản ứng hóa học quyết định vận tốc,

Pha II: khuếch tán trong lỗ quyết định vận tốc,

Pha III: khuếch tán qua lớp biên quyết định vận tốc,

1.2.2 Đặc điểm của sự cháy than

Khi than cháy xuất hiện nhiều quá trình thành phần mà khi đốt dầu hay khí không có Phản ứng cháy than là không đồng thể, cấu trúc của than thay đổi trong quá trình phản ứng Ban đầu than được sấy khô, sau đó một phần biến thành khí, phần khác chuyển thành cốc Đặc điểm cháy than bao gồm:

Sự thay đổi than khi nung, tách khí

Sấy và vai trò của hơi nước

Cháy đồng thể và cháy không đồng thể

Vai trò của tro

 Sự thay đổi của than khi nung, tách khí

10

Khi nhiệt độ tăng từ 400 đến 5000C than mềm dần, chất khí thoát ra, đến khoảng 9000C vẫn còn khí thoát và hình thành một chất rắn gọi là cốc Lưu lượng, nhiệt độ hình thành và thành phần của khí thoát ra có ý nghĩa đối với quá trình cháy

Thành phần hóa học của khí thoát ra thay đổi theo nhiệt độ và hàm lượng chất bốc Khi nung đến khoảng 5500C chất bốc bao gồm 40 ÷ 50% CH4, ngoài ra có

CO, H2, CO2, N2 Nhiệt trị thấp của hỗn hợp này khoảng 35000 kJ/m3 [1]

Độ rỗng của cốc đóng vai trò quan trọng đối với quá trình cháy, thường nằm trong khoảng 40 ÷ 55%, trong đó các lỗ bé hơn 6 m chiếm khoảng 4 ÷ 23% và lớn hơn 6 m khoảng 27 ÷ 51% [1]

 Sấy và vai trò của hơi nước

Ẩm có thể ở trên bề mặt cũng như trong lỗ than Khi sấy than xuất hiện các quá trình như khi sấy vật có lỗ nói chung Hơi nước được hình thành thêm do phản ứng dưới 2000

C, giữa các thành phần chứa hydro và oxy có trong than Hơi nước ở mức nào đó có lợi vì quá trình cháy CO diễn ra nhanh và dễ dàng hơn do có nhóm

OH Ngoài ra hơi nước tham gia vào quá trình cháy thông qua hai phản ứng khí nước

 Cháy đồng thể và cháy không đồng thể

Quá trình cháy không đồng thể chỉ diễn ra với một phần nhỏ của nhiên liệu lỏng nhưng lại diễn ra với phần lớn nhiên liệu rắn Quá trình cháy đồng thể đóng vai trò quan trọng đốivới nhiên liệu rắn, được thể hiện theo hai cách sau:

Các chất bốc tách ra từ hạt than và cháy giống hơi hay giọt dầu trong ngọn lửa bọc lấy hạt than hoặc trong môi trường của hạt than Vì nhiệt độ bắt lửa của các chất chỉ khoảng 5000C nên chúng khởi đầu quá trình cháy của hạt than Hàm lượng chất bốc quyết định các tính chất bắt lửa của nhiên liệu rắn: cốc và antraxit có ít chất bốc nên khó bắt lửa hơn so với than mỡ, than khí hoặc cả than nâu và gỗ Các phản ứng đồng thể thứ hai bắt nguồn từ các phản ứng không đồng thể

Các phản ứng không đồng thể cạnh hạt các bon C:

2C + O2 = 2CO

C + O2 = 2CO Phản ứng khử nước:

11

C + H2O = CO + H2Các phản ứng trên đều sinh ra khí CO và H2 Các khí này cháy đồng thể Hai quá trình này có thể chồng chéo nhau nếu sự thoát chất bốc và oxy hóa diễn ra đồng thời

1.3 Cân bằng nhiệt của lò và lƣợng tiêu hao nhiên liệu

Buồng lửa là không gian bị giới hạn trong đó xảy ra quá trình cháy và biến đổi năng lƣợng Cần tính cân bằng nhiệt của buồng lửa để xác định lƣợng nhiên liệu đáp ứng đƣợc các yêu cầu công nghệ

1.3.1 Các khoản nhiệt cấp vào lò

 Nhiệt do cháy nhiên liệu [2]

Qc = B*Qtd, kJ/h (1.9) Trong đó:

B - lƣợng nhiên liệu đƣợc đốt cháy trong một giờ, m3/h hoặc kg/h

Qtd - nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/kg hoặc kJ/m3

 Nhiệt vật lý do không khí được nung nóng trước [3]

ikk - enthalpy của không khí ở nhiệt độ đƣợc nung, kJ/m3

 Nhiệt vật lý do nhiên liệu được nung nóng trước [3]

QVLnl = B inl, kJ/h (1.11) Trong đó:

inl - enthalpy của nhiên liệu ở nhiệt độ đƣợc nung, kJ/m3

Vậy nhiệt cấp vào lò:

G - khối lượng sản phẩm cần nung, kg/h

idsp, icsp - enthalpy của sản phẩm trước và sau khi nung, kJ/kg

 Nhiệt để nung xỉ [3]

Q2 = Gx ix, kJ/h (1.14) Trong đó:

Gx - lượng xỉ tạo thành, kg/h

ix - enthalpy của xỉ, kJ/kg

 Nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn hóa học

Nếu đốt nhiên liệu không có ngọn lửa thì không có tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn hóa học Khi đốt nhiên liệu theo phương pháp có ngọn lửa thì sản phẩm cháy ra khỏi lò chứa khoảng 1% CO, 0.5% H2 chưa kịp cháy Nhiệt trị của hỗn hợp CO và H2 khoảng 12140 kJ/m3 Gọi p là phần lượng khí chưa cháy (thường

p = 0.005 ÷ 0.03 lượng sản phẩm cháy) [3]:

Q3 = p*B*Vα*12140 = B Vα(0.005 ÷ 0.03)*12140, kJ/h (1.15) Trong đó:

Vα - lượng sản phẩm cháy tạo thành khi đốt 1 đơn vị nhiên liệu, m3/m3 hoặc m3/kg

 Nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn cơ học [3]

Q4 = k B Qtd, kJ/h (1.16) Trong đó: k - hệ số mất mát do cháy không hoàn toàn cơ học:

- Với nhiên liệu rắn k = 0.03 ÷0.05

- Với nhiên liệu khí k = 0.02 ÷ 0.03

- Với nhiên liệu lỏng k = 0.01

 Nhiệt tổn thất do sản phẩm cháy mang ra khỏi lò [3]

Q5 = ikh (BVα - ∑V0), kJ/h (1.17) Trong đó:

Q6 - tổng lượng nhiệt tổn thất qua thể xây của lò, W

QT6, QN6, QĐ6 - lượng nhiệt tổn thất qua tường, nóc, đáy lò, W

Lượng nhiệt tổn thất qua thể xây của lò được xác định theo công thức:

6

, W 1

tT - nhiệt độ mặt trong của thể xây, 0C

tkk - nhiệt độ không khí xung quanh lò, 0C

λ1, λ2,…, λn - hệ số dẫn nhiệt các lớp vật liệu, W/mK

δ1, δ2,…, δn - chiều dày các lớp vật liệu xây lò, m

F - diện tích mặt ngoài lò tiếp xúc với không khí, m2

αkk - hệ số truyền nhiệt đối lưu từ mặt ngoài của lò ra môi trường không khí, W/m2K

Lượng nhiệt tổn thất qua đáy lò có thể được tính theo công thức trên hoặc có thể lấy gần đúng bằng (15 † 20)% lượng nhiệt tổn thất qua tường lò

C0 - hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối, C0 = 5.7 W/m2K4

TK - nhiệt độ trung bình của lò, K

F - diện tích phần khe hở và cửa mở, m2

Ψ - hệ số thời gian mở cửa

Φ - hệ số màng ngăn

Vậy lượng nhiệt chi của lò:

14

Qchi = Q1 + Q2 + Q3 +Q4 + Q5 + Q6 + Q7

1.3.3 Lượng tiêu hao nhiên liệu

 Lượng tiêu hao nhiên liệu

Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt có [3]:

Qcấp = Qchi

Do đó: Qc + QVLkk + QVLnl= Q1 + Q2 + Q3 +Q4 + Q5 + Q6 + Q7 (1.20) Giải phương trình (1.20) với ẩn B tìm được suất tiêu hao nhiên liệu, kg/h hoặc m3/h

 Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn

Các loại nhiên liệu khác nhau hoặc nhiên liệu cùng loại nhưng nhiệt trị khác nhau được đốt trong các lò, cấu trúc của các lò có thể khác nhau và công nghệ gia công khác nhau Do đó muốn đánh giá và so sánh chúng về mặt sử dụng nhiệt người

ta dùng chỉ tiêu kỹ thuật là suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn b

Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn là lượng nhiên liệu tiêu chuẩn cần thiết để gia công một đơn vị khối lượng vật nung Các nhiên liệu khác nhau được quy về nhiên liệu tiêu chuẩn Nhiên liệu tiêu chuẩn là nhiên liệu được quy ước, nhiệt trị của

nó bằng 29300 kJ/kg Vậy suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn được xác định theo công thức [2]:

*29300

d t

15

Chương 2 THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG MỘT SỐ LÒ

VÀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT CÔNG NGHIỆP

2.1 Tổng quan về tình hình năng lượng

2.1.1 Tình hình năng lượng thế giới

Các nguồn năng lượng đang được sử dụng bao gồm nhiên liệu hóa thạch (than

đá và dầu mỏ, khí thiên nhiên), nhiên liệu hạt nhân (Uranium) và các nguồn năng lượng tái tạo như: năng lượng mặt trời, sinh khối, địa nhiệt … Hiện nay nhiên liệu hóa thạch chiếm khoảng 90% năng lượng sơ cấp, trong đó dầu mỏ chiếm 40%, than chiếm 26% và khí thiên nhiên chiếm 24% [11]

Hình 2 1 Biểu đồ nguồn năng lượng 2.1.2 Tình hình năng lượng Việt Nam

Than là nguồn nhiên liệu lớn nhất của nước ta Khai thác và sử dụng than ở Việt Nam có lịch sử lâu đời, mức độ khai thác, sử dụng và xuất khẩu ngày càng tăng Xét về trữ lượng, tính đến 1/1/2005 tổng trữ lượng than đã tìm kiếm thăm dò khoảng 6.14 tỷ tấn Khả năng khai thác than, dựa trên cơ sở dự báo cho giai đoạn

2015 – 2030 trong quy hoạch phát triển ngành than được thể hiện ở bảng 2.1

Bảng 2 1 Tổng hợp khả năng khai thác than đến năm 2030 [12]

Sản lượng (triệu tấn) 55 - 58 60 - 65 66 – 70 Trên 75

Khả năng khai thác dầu thô từ năm 2015 – 2025 được thể hiện bảng 2.2

lên 19 tỷ m3

Về nhu cầu sử dụng năng lượng, giai đoạn 2010 – 2030 điện năng và tổng sản phẩm dầu chiếm tỷ trọng lớn Tỷ lệ tiêu thụ điện năng tăng từ 15.2% năm 2010 lên 32.1% năm 2030, tiêu thụ than giảm nhẹ từ 20.1% xuống còn 18.2%, sử dụng khí đốt tăng từ 1% lên 1.6%, sản phẩm dầu tăng từ 33.7% lên 40.6%, đối với năng lượng phi thương mại giảm từ 28.9% xuống còn 7.5%

Dự báo nhu cầu năng lượng của các ngành theo kịch bản tăng trưởng kinh tế, kết quả được thể hiện biểu đồ sau [12]

Hình 2 2 Các lĩnh vực sử dụng năng lượng ở Việt Nam giai đoạn 2010 – 2030

Theo biểu đồ trên trong giai đoạn 2010 – 2030 nhu cầu lớn nhất thuộc ngành công nghiệp, tiếp đến là giao thông vận tải, sau đó là dân dụng và dịch vụ thương mại

2.2 Sử dụng năng lượng trong các lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp

2.2.1 Đặc điểm kết cấu các lò công nghiệp và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp

Trong công nghiệp có rất nhiều loại lò được sử dụng để tiến hành các chế độ gia nhiệt khác nhau, các vật nung rất đa dạng về hình dáng kích thước và thành

phần vật liệu

17

Các lò nung công nghiệp theo nhiệm vụ chia làm hai loại lò nung trước khi gia công áp lực và lò nung nhiệt luyện, theo đặc điểm vận hành chia lò thành lò làm việc liên tục và lò làm việc theo chu kỳ, theo kết cấu được chia thành lò buồng, lò tuynel, lò quay …

2.2.2 Các yêu cầu cơ bản về lò công nghiệp

- Nung chất lượng kim loại là đảm bảo tiêu hao nhiệt riêng thấp nhất, thực hiện chính xác chế độ công nghệ đã chọn, oxy hóa và thoát cacbon ít nhất

- Kết cấu đơn giản và thông dụng (có thể nung các phôi có hình dạng, khối lượng, kích thước khác nhau)

- Làm việc tin cậy khi nhiệt trị của nhiên liệu dao động và khi thay đổi nhiên liệu

- Tin cậy khi hoạt động, tiện lợi khi vận hành và sửa chữa

- Đảm bảo các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường và an toàn lao động

Hiện nay đang diễn ra quá trình hiện đại hóa các lò công nghiệp do tồn tại một lượng lớn các lò làm việc kém hiệu quả Các nguyên nhân cơ bản của hoạt động kém hiệu quả có thể được đánh giá như sau:

- Thời gian chờ nóng kéo dài, có thể đạt đến 30% toàn bộ thời gian làm việc của lò

- Tỷ lệ nhiên liệu cháy không hết hóa học cao 10 ÷ 20%, do thiết bị đốt không hoàn thiện, không thực hiện hoặc thiếu việc điều khiển tự động tỷ lệ nhiên liệu và không khí

- Tổn thất nhiệt lớn qua tường, lỗ hở, không khí lạnh thâm nhập vào không gian làm việc của lò qua cửa mở hay không đóng kín

- Không thu hồi nhiệt khói thải

- Kết cấu lò và chế độ làm việc lò không tương xứng với đặc điểm sản xuất Đối với dây chuyền sản xuất liên tục cần phải sử dụng các lò hoạt động liên tục, với sản xuất từng mẻ và đơn chiếc cần phải sử dụng lò hoạt động theo chu kỳ

Kết cấu hiện đại các lò cần phải thỏa mãn các yêu cầu tăng cường trao đổi nhiệt trong không gian làm việc và tiêu hao nhiên liệu riêng thấp nhất Phương tiện hữu hiệu để tăng cường độ và sự đồng đều nung vật liệu, giảm thời gian nung và

18

giữ nhiệt là tái tuần hoàn khí lò Khi đó diễn ra sự xáo trộn mạnh khí nóng với khí nguội, loại bỏ được các vùng lạnh tù đọng, tăng vận tốc chuyển động của khí cạnh các bề mặt nung, sự trao đổi nhiệt bức xạ và đối lưu tới vật nung được tăng cường

Trong các lò tái tuần hoàn để nung đều mẻ nung vật nung được xếp thành nhiều hàng theo chiều rộng và chiều cao của lò, cần đảm bảo sự thâm nhập khí vào bên trong mẻ và tạo ra sự chuyển động, như vậy ở trong các khoảng trống giữa các chồng và tường lò sao cho toàn bộ sự trao đổi nhiệt từ khí và tường tới mặt ngoài của mẻ không vượt quá sự trao đổi nhiệt từ khí đến bề mặt các chi tiết ở bên trong

mẻ Việc tuân thủ điều kiện này phụ thuộc vào tỷ lệ các lượng khí chuyển động vào bên trong và bên ngoài mẻ, nghĩa là phụ thuộc vào kết cấu không gian làm việc, kết cấu và phân bổ các thiết bị đốt, các yếu tố chế độ khác quyết định chiều chuyển động và mức độ tái tuần hoàn khí nóng

Phương pháp hữu hiệu khác để làm giảm thời gian nung và nâng cao chất lượng vật nung là sử dụng phương pháp đốt khí trong lớp tương đối “mỏng” cạnh nóc lò hoặc cạnh tường bên Tường lò được nung đến nhiệt độ cao 1500 ÷ 1800K bức xạ mạnh lên bề mặt vật nung đảm bảo nung nhanh và đều Phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi gia nhiệt các chi tiết mỏng

Phương pháp quan trọng tiết kiệm nhiên liệu lò là lắp đặt các thiết bị trao đổi nhiệt tận dụng nhiệt khói thải Hiện nay phần lớn các lò trong công nghiệp không có thiết bị trao đổi nhiệt Việc lắp đặt thiết bị này cho phép tiết kiệm nhiên liệu từ 10 đến 25 % [10]

Lượng nhiên liệu đáng kể có thể được tiết kiệm bằng cách tự động hóa và tối

ưu hóa chế độ nhiệt của lò và giảm tổn thất nhiệt qua tường Việc nung hai giai đoạn các phôi lớn cho phép giảm thời nung từ 2 đến 3 lần, giảm đáng kể tiêu hao nhiên liệu riêng và tổn thất kim loại theo oxit Việc giảm các thao tác vào liệu và ra liệu giảm tổn thất tiêu hao nhiệt để nung lò trong các khoảng thời gian giữa hai chu

kỳ hoạt động và như vậy tiết kiệm được nhiên liệu Việc tự động hóa chế độ nhiệt

và nhiệt độ với việc duy trì tự động hệ số không khí định trước cho phép tiết kiệm

10 ÷ 20 % nhiên liệu [10]

Việc tiết kiệm nhiên liệu dẫn tới giảm phát thải chất khí vào môi trường, nghĩa là giảm chất độc hại và tiết kiệm nhiên liệu nhờ tối ưu hóa chế độ nhiệt và hiện đại hóa lò

Kiểu lò và kết cấu của lò ở một mức độ lớn quyết định sơ đồ hệ thống cấp nhiệt: các mỏ đốt có vùng điều chỉnh rộng cần thiết trong các lò buồng để nung từng

mẻ với việc điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu từ đầu tới cuối Trong các lò dài cần phải cấp nhiệt theo chiều dài của lò vì vậy cần phải sử dụng nhiều thiết bị đốt với công suất bé Vùng điều chỉnh của những mỏ đốt này không lớn vì trong các lò này chế độ nhiệt không thay đổi theo thời gian

Trong các lò buồng không lớn để nung phôi trước khi gia công áp lực nên lắp đặt số lượng mỏ đốt tối thiểu (1 hoặc 2 mỏ đốt) đảm bảo nung nhanh và đồng đều Chế độ khí động học lò lúc này phải được duy trì sao cho loại trừ không khí lạnh hút vào và ngọn lửa phì ra ngoài

Lò để nung nhanh bằng đối lưu cần phải được trang bị các mỏ đốt có vận tốc cao Việc sắp xếp các mỏ đốt này cần phải thúc đẩy việc sử dụng tối đa động năng của các dòng sản phẩm cháy có nhiệt độ cao để trao đổi nhiệt cho vật nung Điều này áp dụng cho các lò dài và các lò buồng có khí tuần hoàn

Trong các lò nhiệt luyện với chế độ nhiệt độ phức tạp trong cùng lò có thể thực hiện sự thay đổi nhiệt độ theo nhiều bậc (tôi, thường hóa, ủ) cần các mỏ đốt không chỉ với vùng điều chỉnh công suất nhiệt rộng và còn với hệ số không khí thay đổi Việc lắp mỏ đốt như vậy nhằm đáp ứng cần thiết phải tạo ra trong các chế độ tái tuần hoàn sản phẩm cháy một cách mạnh mẽ

Phương pháp hữu hiệu khác để giải quyết vấn đề tiết kiệm nhiên liệu với sự

đa dạng các lò là phải thiết lập các chương trình đa mục tiêu cho phép liên kết một

20

khối lượng lớn các công việc khoa học kỹ thuật như thiết kế, xây dựng, vận hành sửa chữa vào làm một nhiệm vụ

2.2.3 Các hướng cơ bản để tiết kiệm năng lượng trong các lò công nghiệp và hệ

thống cấp nhiệt công nghiệp

Để đánh giá khả năng nâng cao hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu chúng ta xem xét phương trình cân bằng nhiệt [10]:

B Q q  q B q q q q q q (2.1) Hiệu suất nhiệt của lò [10]:

Lượng nhiên liệu tiết kiệm được [10]:

B - lượng tiêu hao nhiên liệu, m3/h

Qtd - nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/m3

qVL - nhiệt vật lý do nhiên liệu và không khí được nung nóng trước, kJ/m3

21

100 300 500 700 900 1100 1300 1500 0

Nhiệt độ khói thải, C 0

b

c

d

Hình 2 3 Sự phụ thuộc hiệu suất nhiệt vào nhiệt độ khói thải và hệ số không khí [10]

a Tổn thất nhiệt bằng 0, chỉ tính tổn thất nhiệt theo khói thải

b Tổn thất nhiệt bằng 5 % toàn bộ năng lượng mang vào thiết bị

c Tổn thất nhiệt bằng 10 % toàn bộ năng lượng mang vào thiết bị

d Tổn thất nhiệt bằng 20 % toàn bộ năng lượng mang vào thiết bị

Hệ số không khí :

α1= 1.0 α4 = 1.6

α2 = 1.2 α5 = 1.8

α3 = 1.4 α6 = 2.0 Hình 2.3 đường từ 1 ÷ 6 thể hiện hiệu suất nhiệt của lò ở các nhiệt độ khói khác nhau phụ thuộc vào hệ số không khí và các tổn thất nhiệt q2, q6, q7 Nhiệt độ khói thải đặc trưng cho mức độ hấp thụ nhiệt trong không gian làm việc của lò và mức độ thu hồi nhiệt khói thải Vùng nhiệt độ 1300 ÷ 17000C tương ứng lò nung nhiệt độ cao không có thu hồi nhiệt Trong đó nhiên liệu được đốt cháy với hệ số không khí 1.1 ÷ 1.2, còn 600 ÷10000C lò có thu hồi nhiệt

22

Việc giảm nhiệt độ khói xuống 150 ÷ 5000C diễn ra trong các thiết bị sinh hơi với bề mặt vật nung tăng Từ hình 2.3 thấy rằng hiệu suất nhiệt của các lò nung nhiệt độ cao (lò nung kim loại trước khi dập với nhiệt độ 12000C) khi lò thu hồi nhiệt không vượt quá 20 ÷ 25 %, phần lớn các lò bé trong các ngành công nghiệp chế tạo máy và gia công kim loại mà hoạt động với hệ số không khí 1.2 ÷ 1.3 và có tổn thất nhiệt khoảng 5 ÷ 10 % lượng nhiệt mang vào [10]

 Các phương pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu được chia làm hai nhóm:

Nhóm 1: bao gồm các biện pháp mà việc thực hiện chúng không cần chi phí phụ và thiết bị mới, như chấp hành nghiêm túc chế độ vận hành (duy trì hệ số không khí và áp suất tối ưu, tổ chức các chế độ vào liệu tối ưu và loại bỏ thời gian chờ), loại trừ việc hút không khí lạnh vào lò, thường xuyên kiểm tra và nhanh chóng loại trừ cách nhiệt bị hỏng…

Nhóm 2: gồm các biện pháp liên quan đến hiện đại hóa lò và quá trình công nghệ, yêu cầu đầu tư và cần đưa vào kế hoạch nhà máy Các biện pháp này có thể là: lắp thiết bị trao đổi nhiệt, tăng cường cách nhiệt, lắp đặt các mỏ đốt mới Hiệu quả việc thu hồi nhiệt được đánh giá bằng đương lượng nhiên liệu như sau:

A

A T

a

 (2.4) Trong đó:

A - tổn thất nhiệt tương đối theo khí lò do không cháy hết cơ học và hóa học

" "

yr yr 0

' '

.

Chỉ số „ và “ tương ứng là các thông số ra và vào thiết bị trao đổi nhiệt

Khi nung không khí từ 350 ÷ 4500C đương lượng nhiên liệu TA = 1.6 ÷ 2.3 nghĩa là một đơn vị nhiệt không khí nung nóng thay cho 1.6 ÷ 2.3 đơn vị nhiệt từ cháy nhiên liệu [10]

23

2.3 Khảo sát lò công nghiệp và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp

2.3.1 Lò nung gạch tuynel đốt than

a Nhiên liệu sử dụng

Than thường được sử dụng trong các lò công nghiệp để gia công sản phẩn Nhiệt trị than cám thường dao động từ 17000 – 21000 kJ/kg Than cục loại tốt cũng chỉ đạt nhiệt trị trung bình 21000 – 29300 kJ/kg

Tại Xí nghiệp gạch Cam Thượng sử dụng than cám 5 Mạo Khê (Quảng Ninh) để nung gạch Thành phần của than được thể hiện ở bảng 2.3

Bảng 2 3 Thành phần sử dụng của than [5]

% Cd % Hd % Od % Nd % Sd % Ad % Wd Tổng

b Quá trình hoạt động của lò

Xí nghiệp gạch Cam Thượng sử dụng lò nung tuynel với năng suất 15 triệu viên/năm Lò sử dụng than cám để phối liệu và làm nhiên liệu đốt lò

Lò tuynel là hầm thẳng, có chế độ làm việc liên tục, sử dụng nhiên liệu đốt là than cám Sản phẩm nung được đặt trên các xe goòng chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động của sản phẩm cháy

Gạch được phơi khô, sau đó xếp lên các xe goòng có kích thước 2000 x 2000

mm thành các chồng cao 1760 mm với mỗi xe là 1900 viên và đưa vào hầm sấy, sấy tới 90 0C Sau đó được đưa vào lò nung có kích thước 70000 x 2000 x 2640 mm Lò được chia làm 3 vùng có nhiệt độ khác nhau: vùng sấy, vùng nung và vùng làm nguội Gạch được nung qua 3 vùng:

Vùng 1: gạch được sấy tới 4500C trong thời gian 13 giờ

Vùng 2: nung từ nhiệt độ 4500C đến 10450

C Quá trình này biến đổi các thành phần khoáng tạo ra sản phẩm có cường độ cao, màu sắc đỏ hồng Ở vùng này gạch được nung trong thời gian 9 giờ

Vùng 3: gạch được ủ và làm nguội từ nhiệt độ 10450C xuống 500C trong thời gian 11 giờ

Sơ đồ bố trí thiết bị lò tuynel được thể hiện ở hình 2.4

24

Chế độ nhiêt độ của lò tuynel đƣợc thể hiện ở hình 2.5

Sản phẩm mộc

Hầm sấy

Sản phẩm đã sấy

70000

5 6

1 Lò nung 70000x2000x2640 mm 5 Quạt hầm sấy 22 kW

2 Miệng Ø 150 mm để cấp than (36 miệng

một hàng)

6 Kênh dẫn gió hầm sấy

3 Quạt gió lò nung 22 kW 7 Ống khói hầm sấy Ø1200

4 Ống khói lò nung Ø1200 8 Hầm sấy 50000 x 2200 mm

Hình 2.5 Chế độ nhiệt độ của lò nung tuynel

25

Quá trình cháy của than: Than được đưa vào lò bằng các miệng cấp có đường kính 150 mm ở trên nóc lò, và rơi tự do xuống các mặt xe goòng Quạt có công suất 22 kW hút không khí từ vùng làm nguội có nhiệt độ 1800C cung cấp vào vùng nung Xỉ được thải ra ngoài theo xe goòng, khói được thải ra ngoài môi trường qua ống khói có đường kính 1200 mm, cao 25000 mm Qua khảo sát mỗi giờ xí nghiệp sử dụng hết 120 kg than Cách xếp xe gạch trên các xe goòng được thể hiện

ở hình 2.6

Goòng 1 Goòng 2

Hình 2.6 Cách xếp gạch trên các xe goòng

Kết cấu các lớp vật liệu thể xây lò được thể hiện ở bảng 2.4 và hình 2.7

Bảng 2 4 Thể xây và các lớp vật liệu lò nung gạch tuynel

Thể xây

Chiều dày các lớp vật liệu

Tổng chiều dày Gạch chịu lửa

(sa mốt A), Gạch đỏ điatômít vỏ lò Tường lò 230 mm 110mm 115mm Gạch đỏ 220mm 675mm

δ4 - chiều dày vỏ lò

26

Đáy lò nung tuynel chính là bề mặt xe goòng, gồm nhiều lớp vật liệu ghép lại tạo nên, trên cùng là lớp gạch sa mốt A 115mm, lớp gạch đỏ 110mm, lớp điatômit 115mm, gạch bao 110mm, bánh xe có kích thước 150mm

Hình 2 8 Xe goòng xếp liệu xí nghiệp gạch Cam Thượng

2.3.2 Bể mạ kẽm đốt dầu

a Quá trình hoạt động

Nhà máy chế tạo KCT Yên Thường trang bị bể mạ kẽm năng suất 2,5 tấn/h, kẽm được đưa vào bể mạ và được nấu chảy sau đó đưa sản phẩm có kích thước khác nhau nhau vào mạ (sản phẩm mỏng nhất có độ dày 4 mm và dày nhất 25 mm với chiều dài tối đa 3000 mm)

Bể mạ kẽm có kích thước nội hình là 12000 x 1600 x 2500 mm Và kích thước ngoại hình là 13060 x 2660 x 3030 mm Tường bể mạ gồm 3 lớp vật liệu Trong cùng là lớp gạch chịu lửa sa mốt A có chiều dày 230 mm, ở giữa là xơ thủy tinh có chiều dày 100 mm, ngoài cùng được đổ bê tông có độ dày 200 mm Được trang bị hai ống khói có đường kính 600 mm và cao 20000 mm, bố trí hai mỏ đốt thấp áp ở hai đầu theo chiều dài của bể mạ Kết cấu các lớp vật liệu thể xây bể mạ được thể hiện ở hình 2.9

δ1- chiều dày lớp gạch chịu lửa sa mốt A, δ2- chiều dày lớp bông thủy tinh,

δ3- chiều dày lớp bê tông

Quy trình mạ kẽm

Sản phẩm cần mạ đƣợc ngâm trong dung dịch Keboclean trong khoảng 10 đến 15 phút để tẩy dầu mỡ sau đó rửa sạch dung dịch trên sản phẩm Dùng chất tẩy axit HCl/H2SO4 có nồng độ 8 ÷ 15%, nhiệt độ 10 ÷ 300C với thời gian ngâm 20 ÷

60 phút để làm sạch gỉ, rửa sạch axit và chất bẩn còn bám trên sản phẩm Sau đó dùng dung dịch kẽm clorua + Amoni clorua có nhiệt độ 60 ÷ 800C trong khoảng thời gian 2 ÷ 3 phút để tạo lớp bám dính trên sản phẩm Nhúng nguyên liệu vào bể

mạ trong thời gian từ 2 đến 5 phút (tùy theo trọng lƣợng nhúng) sau đó gạt xỉ trên

bề mặt kẽm nóng chảy và tiến hành lấy sản phẩm lên trong thời gian từ 1 ÷ 2 phút (kết hợp với tạo rung để làm rơi kẽm thừa) với nhiệt độ trong bể mạ 4450C Sau khi sản phẩm đã đƣợc mạ kẽm sẽ đƣợc tạo một lớp bảo vệ bằng crom, sản phẩm đƣợc nhúng vào dung dịch crom có nồng độ 1 ÷ 1.5% trong thời gian 30 giây Cuối cùng kiểm tra bề mặt sản phẩm bằng mắt và máy đo chiều dày lớp xỉ mạ

Giai đoạn 1: kẽm được xếp vào lò, nấu chảy kẽm từ nhiệt độ môi trường đến

2500C trong thời gian 6h

Giai đoạn 2: tiếp tục nấu chảy kẽm từ 250 – 4200

C trong thời gian 12h để cân bằng nhiệt độ của lò

Giai đoạn 3: tăng nhiệt độ của bể mạ lên 4450

C trong thời gian 24h để kẽm nóng chảy hoàn toàn và đưa vào sử dụng để mạ sản phẩm Trong giai đoạn này thời gian để nấu chảy kẽm là 16 giờ và thời gian nâng nhiệt độ kẽm từ 4200C đến 4450

C

là 8 giờ

30

250 420

29

b Cấp nhiệt cho bể mạ

Nhà máy chế tạo KCT Yên Thường sản xuất về sản phẩm mạ kẽm Nhiên liệu nhà máy sử dụng là dầu DO để thực hiện quá trình nấu chảy kẽm và mạ sản phẩm Tính chất và thành phần của dầu DO thể hiện ở bảng 2.5

30

1 2

31

Chương 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG LÒ

VÀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT CÔNG NGHIỆP ĐƯỢC

KHẢO SÁT

Để đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng trong các lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp, cần xác định các lượng nhiệt cấp và lượng nhiệt chi của lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp

Các lượng nhiệt cấp vào lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp: nhiệt do nhiên liệu cháy, nhiệt vật lý do không khí được nung nóng trước, nhiệt vật lý do nhiên liệu được nung nóng trước… Các lượng nhiệt chi của lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp: nhiệt nung vật, nhiệt do khói thải mang đi, nhiệt do tro xỉ mang ra và nhiệt truyền qua kết cấu … Trên cơ sở bảng cân bằng nhiệt có thể đánh giá được hiệu quả của lò và hệ thống cấp nhiệt công nghiệp

Trong khuôn khổ luận văn, đã tiến hành khảo sát hai thiết bị sử dụng hai loại nhiên liệu khác nhau đó là lò tuynel tại xí nghiệp gạch Cam Thượng đốt than cám,

bể mạ kẽm nhà máy chế tạo KTC Yên Thường đốt dầu DO Đặc điểm nhiên liệu và kết cấu cũng như quá trình hoạt động của lò tuynel và bể mạ kẽm được mô tả trong chương 2 của luận văn

3.1 Lò nung gạch tuynel đốt than

3.1.1 Tính toán sự cháy than cám

a Các số liệu ban đầu

Các thành phần than cám 5 được thể hiện ở bảng 2.3 chương 2

Nhiệt độ của than: 300C

Nhiệt độ của không khí: 1800C

32

c Tính sản phẩm cháy

Trong lò nung gạch tuynel than đƣợc cấp trực tiếp từ trên nóc lò vào vùng nung, không khí đƣợc đƣa qua vùng làm nguội để đốt nóng sau đó đƣợc đƣa tới vùng nung Hệ số không khí α = 1.3

Kết quả tính cháy than đƣợc thể hiện ở bảng 3.1

33

Bảng 3 1 Bảng tính cháy than

Tính cháy cho 100 kg than

5.69 + 21.39