CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN NHIỆT LÒ HƠI

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN NHIỆT LÒ HƠI1.1 Thành phần nhiên liệu... Tường buồng đốt chụi lực có 3 lớp.. Vậy tổng chiều dày tường buồng đốt là 300mm... Nhiệt trở vách ống trơn  v/ v bằng kim

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN NHIỆT LÒ HƠI

1.1 Thành phần nhiên liệu.

 Thành phần khô của nhiên liệu :

Thành phần làm việc của bã mía theo sách (4):

47

23,5%

k lv

lv

C

C

W

(theo (2))

6,5

3, 25%

0,5 0,5

k

lv H

0,5 0,5

k

lv A

44 22%

0,5 0,5

k

lv O

Cũng theo (2) ta có : lv 4226 48,5. lv 4226 48,5.50 1801( / )

t

 Thể tích không khí và sản phẩm cháy

Thể tích không khí khô lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu: V o  0,0899(C lv 0,375S lv) 0,265  H lv 0,0333O lv

3

0,0899(23,5 0,375.0) 0,265.3, 25 0,0333.22 2,2413( / )

o

Thể tích khí N2: 02 0,79 0 0,8 0,79.2,2413 1,771( 3 / )

100

lv N

N

Thể tích khí 3 nguyên tử:

2

RO

Thể tích lý thuyết của hơi nước:

2

0 0,111 lv 0,0124 lv 0,0161 0 ( 3 / )

H O

2

0 0,111.3, 25 0,0124.50 0,0161.0,4.2,2413 1,031( 3 / )

H O

Thể tích sản phẩm cháy :

0 ( 1) 0 0,439 1,771 1,031 0,4.2,2413 4,138( 3 / )

k N RO H O

Các phần thể tích của khí 3 nguyên tử bằng áp suất riêng phần của các khí ở

áp suất tổng là 0,1MPa, được tính theo các công thức 2.21 đến 2.23 trang 80 sách (2):

2 2 / 0, 439 / 4,138 0,11

RO RO k

2 2 / 1,031/ 4,138 0, 25

H O H O k

2 2 0,11 0, 25 0,36

n H O RO

 Entapi của không khí và sản phẩm cháy

Chọn nhiệt độ khói thải là 200 C0

Entapi của khói thải:I k0 V RO2( )c CO2 V N2( )c N2 V H O02 ( )c H O2 (kcal kg/ )

Tra bảng 3.2 theo (1) ta có giá trị của c :

0 0, 439.85, 4 1,771.62,1 1,031.72,7 222, 4( / )

k

Entapi của không khí lý thuyết :I0 V c0 ( ) 2,2413.63,6 142,5(    kcal kg/ ) Entapi của khói đối với 1kg nhiên liệu được xác định

0 ( 1) 0 222, 4 (1, 4 1)142,5 279, 4( / )

k k

1.2 Cân bằng nhiệt lò hơi.

Phương trình cân bằng nhiệt : Q0l Q1Q2Q3Q4Q5Q kcal kg6( / )

Tổng nhiệt khi đốt 1kg nhiên liệu : 0l l ( / )

th k n f

Do không khí được đưa trực tiếp vào buồng đốt không qua bộ sấy không khí nên không có Q Q i k, f, n

0l l 1801( / )

th

Tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt hóa học q3:

Khi đốt nhiên liệu rắn trên lò ghi thủ công Chọn q3 3%(theo 1)

Tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt cơ học q4:

Đốt nhiên liệu trên ghi chọn q4  11%(theo 1)

Tổn thất nhiệt ra môi trường q5không đáng kể chọn q5  0,5%(theo 1)

Tổn thất nhiệt do xỉ thải q6:

6

0

( ) lv

xi xi l

a ct A q

Q



xi

a - phần xỉ thải ra khỏi lò Đối với lò ghi chọn a xi 0,8

( )ct xi- entapi của xỉ, kcal/kg chọn nhiệt độ xỉ thải t xi  600 0C

Theo (1) ta chọn ( )ct xi  133,8(kcal kg/ )

6

0,8.133,8.1, 25

0,08%

1801

q

Tổn thất nhiệt do khói thải q2:

Chọn nhiệt độ không khí lạnh là 300C, độ ẩm

80%

  ,I l0  85(kJ kg/ ) 20,3(  kcal kg/ )

2

(279, 4 0, 4.20,3)(100 10)

13,6%

1801

Tổng tổn thất trong lò hơi :

2 3 4 5 6 13,6 3 11 0,5 0,07 28,17%

q q  q q  q q      



Hiệu suất lò hơi :

100 100 28,17 71,83%

Lượng nhiên liệu tiêu hao :

0

( ) 500(654,09 27)100

237,8( / )

p pb

l

Lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán :

(1 ) 237,8(1 ) 211,6( / )

t

q

1.3 Tính toán nhiệt trao đổi trong buồng lửa

Nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa :

'

3 6 0

100

, / 100

l

0

0



 : lượng không khí lọt vào buồng lửa chọn là 0,1

n



 = 0

0

100 3 0,08

1801 0,1.20,3 1747,6( / )

100

Tính thể tích buồng lửa V0:

Thể tích buồng lửa được xác định theo ứng xuất nhiệt buồng lửa

3 0

. l / ( / )

th

Ta chọn 3 3

0

. l / 300.10 ( / )

th

3

211,6.1801

1,3( ) 300.10 300000

l

th

B Q

Tính diện tích ghi

Diện tích ghi được xác định theo nhiệt thế trên ghi . l / ( / 3 )

th

(3))

0

. l / 500.10 ( / )

th

2 3

211,6.1801

0,85( ) 450.10 450000

l

th

B Q

Chiều cao lò đốt : 1,3 1,5( )

0,85

V

R

Chọn chiều dài buồng đốt là 1m, chiều rộng buồng đốt là 0,8m

Toàn bộ diện tích vách buồng lửa : F v  2(1.0,8 1.1,5 0,8.1,5) 7    m2

Bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ ngọn lửa : 3,6 3,6. 1,3 0,67( )

7, 72

o v

V

F

Vậy ta có các thông số lò đốt như sau :

Chiều cao lò đốt là 1,5m

Chiều dài lò đốt là 1m

Chiều rộng lò đốt là 0,8m

Tường buồng đốt chụi lực có 3 lớp Lớp trong cùng lót bằng gạch chụi lửa xốp samôt có kích thước 25012565mm Lớp thứ 2 gồm các tấm peclit dày 50mm, lớp thứ 3 là gạch có kích thước 25012565mm

Vậy tổng chiều dày tường buồng đốt là 300mm

1.4 Tính toán các bề mặt đối lưu.

 Phương trình cân bằng nhiệt

Phương trình truyền nhiệt thứ nhất: ( / )

t

kH t

B





Q : nhiệt lượng do bề mặt đốt hấp thụ bằng đối lưu và bức xạ đối với 1kg nhiên liệu,kcal/kg

H : bề mặt đốt tính toán, thường lấy bề mặt ngoài (phía khói), m2

t

 : độ chênh nhiệt độ ,0C

B : tiêu hao nhiên liệu tính toán, kg/h

Phương trình cân bằng nhiệt thứ hai: cân bằng nhiệt giữa nhiệt lượng do khói truyền lại và nhiệt lượng do hơi, nước hoặc không khí hấp thụ:

0

( 'I I" I z) Q kcal kg, /

     

 hệ số bảo toàn nhiệt năng: 5 10

100 100

q

I’ và I” – entapi của khói vào và ra khỏi bề mặt đốt, kcal/kg

Nhiệt độ khói vào lò là 900 C0

' (466.0, 439 297.1,771 364.1,031) 0, 4.2, 2413.306 1380, 2( / )

Nhiệt độ khói ra khỏi lò là 200 C0

" 279, 4( / )

Entapi của không khí lọt vào lò :I z0 V c t0 pt hu  2,2413.1,3.27 78,7(  kcal kg/ )

Hệ số không khí lọt    0,01 0,05 0,06   ( gồm thiết bị khử bụi và đường khói)

Nhiệt lượng do không khí lọt vào lò :  I z0  0,06.78,7 4,722(  kcal kg/ )

0

( ' " z) 0,995(1380, 2 279, 4 4,7) 1105,5( / )

 Tính hệ số truyền nhiệt k

Hệ số truyền nhiệt của tường nhiều lớp :

2 0

1

t v c



Nhiệt trở của tro xỉ đóng bên ngoài ống  t/ tgọi là hệ số bám bẩn 

Đối với bề mặt không có thổi lò chon   0,01

Nhiệt trở vách ống trơn  v/ v bằng kim loại trong tất cả các trường hợp đều không tính

Nhiệt trở lớp cáu trong ống  c/ cở lò hạ áp, nhưng vì để đảm bảo sự làm việc bình thường của lò hơi, bề dày lớp cáu không được vượt quá giá trị cho phép, cho nên trở nhiệt này thường được bỏ qua trong tính toán

 Hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu 1

Lưu lượng thể tích trung bình của khói

( 273) 211,6.4,138(550 273)

0,74 3600.273 3600.273

t k

BV

Nhiệt độ tính toán của dòng : ' " 900 200 0

550

 

Thể tích khói đối với 1kg nhiên liệu V k  4,138(Nm kg3 / )

Chọn đường kính ống nước là  51 2,5(  mm)(đường kính ngoài và bề dày) Bước ống 60mm Số ống trong một chùm ống là 18 ống

Tốc độ khói được tính trong công thức trang 66 (1) : V , /m s

F

 

Diện tích tiết diện khói qua . 2, 2

4

d

Chọn kích thước khói đi vào: ab = 0,80,2(m)

2

2

3,14.0,051

4

Vậy vận tốc khói tính được là: 0,74 5,7( / )

Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu khi dòng khói chảy dọc theo chùm ống

Đường kính tương đương d m td, :

0,051 0,199( ) 200( ) 16.3,14.0,051

td

ab

z d

Tra đồ thị hình 6.7 trang 77 (1) theo đường kính tương đương d td  200mmvà vận tốc khói   5,7( / )m s ta được H  13,1(kcal m h C/ 2 0 )\

Khi làm nguội dòng khói  k C C lv lH

Hệ số hiệu chỉnh chiều dài tương đối C lđược tính đến vì

/ td 1,5 / 0,52 2,9 50

Tra đồ thị hình 6.7 trang 78 (1) theo tỷ số l d/ ta được C l  1,3

Hệ số hiệu chỉnh cho các đặc tính vật lý của dòng khi thay đổi nhiệt độ và thành phần môi chất C lv

Tra đồ thị hình 6.7 trang 78 (1) theo tỷ lệ thể tích khí 3 nguyên tử

20 0, 25

H

r  và nhiệt độ của dòng khói  550 C0 ta được C lv  1,03

Vậy ta được hệ số tỏa nhiệt đối lưu

1 C C lv l H 1,03.2,9.13,1 39,13(kcal m h C/ )

Hệ số tỏa nhiệt từ khói cho vách 2 0

    

 hệ số bao phủ tính đến sự giảm hấp nhiệt của bề mặt đốt do không được khói bao phủ toàn bộ Chọn   0,9 theo hình 6.1 trang 62 (1)

b

 :hệ số tỏa nhiệt bằng bức xạ

Hệ số tỏa nhiệt bức xạ của sản phẩm cháy cho dòng khói có bụi theo công thức trang 82 sách (1): 8 1 3 1 ( / )4 2 0

b

V

T T



 Trong công thức trên :

v

a - độ đen của vách các bề mặt hấp thụ bức xạ, đối với các bề mặt đốt của lò hơi chọn a v  0,82

T- nhiệt độ tuyệt đối của dòng khói, T = 550+273 = 823K

Tv – nhiệt độ tuyệt đối của vách ngoài bề mặt bức xạ, K tv chọn bằng chọn bằng nhiệt độ trung bình của mặt ngoài lớp tro đóng trên ống

v

t   t t

t : nhiệt độ trung bình của môi chất trong ống,0C Đối với chất lỏng sôi chọn

t là nhiệt độ sôi  t 143,62 0C

:

 Độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ của vách ống bám bẩn và nhiệt độ của môi chất trong ống (0C), giá trị nó phụ thuộc vào dạng nhiên liệu đốt, dạng bề mặt đốt và nhiệt độ dòng khói Đối với các chùm ống sinh hơi ở nhiệt độ khói lớn hơn 4000C chọn  t 60 0C(theo công thức 6.34 trang 137 sách(2))

0

143,62 60 203,62

v

      

Vậy Tv = 203,62 +273 = 476,62K

a : độ đen của dòng khói có bụi ở nhiệt độ T(K) theo công thức 6.31 trang

136 sách (2)

1 kps

a e

Tổng lực hấp thụ của dòng khói có bụi kps

Hệ số làm yếu bức xạ của môi trường buồng đốt được tính toán phụ thuộc vào nhiệt độ khói đầu ra buồng  "Ttheo công thức 5.24 trang 111 sách (2)

1 2

HC ZL ZL coc

Nồng độ trung bình của tro trong khói ZL(g m/ 3)xác định theo công thức 2.24 [2]

10 p /

ZL A YH V G

Với độ tro A p  1, 25%,

YH

 phần tro của nhiên liệu do khói mang đi  YH 0,07

3

4,138( / )

G

3

10 p / 10.1, 25.0,07 / 4,138 0,21( / )

Giá trị k coc  10

Các hệ số không thứ nguyên x1 và x2tính đến ảnh hưởng nồng độ các hạt cốc trong ngọn lửa phụ thuộc vào dạng nhiên liệu Đối với nhiên liệu dễ cháy

1 0,5

x  , khi nhiên liệu cháy trong không gian x2  0,1

Hệ số làm yếu bức xạ bởi phần không sáng của môi trường buồng đốt, bao gồm các khí 3 nguyên tử k HC r k n. G

ở đây r n r RO2 r H O2 0,36

Áp suất tổng khí 3 nguyên tử: p n  p r.n  0,36.1 0,36 

G

k - hệ số làm yếu bức xạ bởi khí 3 nguyên tử, 1/(m.MPa) xác định theo công thức 5.26 trang 111 sách (2)

2

0,61

r k

pn

                   

Hệ số làm yếu bức xạ của hạt tro ,1/(m.MPa) xác định theo công thức 5.27 trang 111 sách (2):

" 2 2 3

44 ( )

ZL

T zl

k



zl

d giá trị trung bình đường kính các hạt tro (m) theo bảng 5.4 trang 112 sách (2) chọn d zl  20 m

" 2 2 3 2 2 3

0,054 ( ) (900 273) 20

ZL

T zl

k

 0,36.2,89 1,0404

HC n G

Do đó : k k HCk ZLZLk x x coc 1. 2  1,0404 0,054.0,21 10.0,5.0,1 1,552   

Vậy độ đen của dòng khói có bụi a  1 ekps   1 e 1,552.1.0,61  0,39

Hệ số tỏa nhiệt bức xạ (có sự bức xạ của tro bụi):

4

2 1 (476,62 / 823)



2 0

1 k b 0,9.39,13 20, 41 40,1(kcal m h C/ )

Hệ số tỏa nhiệt từ vách cho môi chất lạnh 2có thể bỏ qua nên  2 0

28,62( / ) 1

0,01 0 0 0 40,1

 Độ chênh lệch nhiệt độ t

Theo trang 94 tài liệu số (1) : , 0

2,3lg

tl tn tl tn

t    C

 



 Với tl:hiệu số nhiệt độ lớn hơn của các môi chất trao đổi nhiệt ở tận cùng của bề mặt đốt ( độ chênh nhiệt độ khói):  tl 900 200 700   0C

Với tn:hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn ở tận cùng đầu kia của bề mặt đốt (độ chênh lệch nhiệt độ nước):  tn 143,62 27 116,62   0C

0

700 116,62

325,9 700

2,3lg 2,3lg

116,62

tl tn tl tn





Từ phương trình truyền nhiệt thứ nhất :

2

1105,5.211,6

25,1( ) 28,62.325,9

t t

Q B

kH t



 Vậy diện tích bề mặt đốt tính toán H = 25,1(m2)

Các kích thước của lò hơi :

Chiều cao tổng thể lò 3509mm

Chiều dài tổng thể lò là 2500mm

Chiều rộng tổng thể lò là 2300mm