Bài tập lớn lò công nghiệp ( Lò liên tục )

Bài tập lớn cung cấp đến những người đọc khả năng tính toán quá trình cháy của lò liên tục nung thép. Từ những tính toán trên có thể tính được chiều cao cột khói của lò liên tục. Bài tập được tính toán chính xác và đã được kiểm duyệt

1 Số liệu đề bài

- Số thứ tự trong danh sách lớp : n = 7

- Lưu lượng khói : V = 4,0 + 0,05.n = 4,0 + 0,05.7 = 4,35 ( m3/h )

- Nhiệt độ không khí : tkk = n = 7 0C

- Hệ số ma sát ở các kênh λ = 0,05

- Hệ số ma sát ở các ống của thiết bị trao đổi nhiệt λ = 0,03

- Diện tích tiết diện và đường kính thủy lực qua thiết bị trao đổi nhiệt lần lượt

là : 1,6 m2 và 0,08 m2

Bảng nhiệt độ các điểm

Nhiệt độ tại các điểm ( 0 C )

Bảng chiều dài các đoạn

Độ dài các đoạn ( m)

Bảng kích thước mặt ngang của các đoạn

Kích thước mặt ngang qua các đoạn (m*m)

đổi nhiệt

Yêu cầu : Tính chiều cao ống khói

2 Xử lý số liệu

2.1 Nhiệt độ các đoạn

Nhiệt độ đoạn kênh bằng nhiệt độ trung bình tại 2 đầu kênh

Nhiệt độ tại đoạn kênh 1 – 2 :

Trong đó :

t1 : Nhiệt độ khói tại điểm 1 ( 0C )

t2 : Nhiệt độ khói tại điểm 2 ( 0C )

Tính tương tự cho các đoạn tiếp theo Số liệu được tổng hợp tại bảng bên dưới

2.2 Diện tích tiết diện

Diện tích tiết diện tại các kênh khói bằng tích số kích thước mặt ngang

Diện tích tiết diện tại đoạn kênh 1 – 2 :

Tính tương tự cho các đoạn tiếp theo Số liệu được tổng hợp tại bảng bên dưới

2.3 Đường kính thủy lực

Đường kính thủy lực của các kênh được tính bằng công thức

Trong đó :

F : Diện tích tiết diện tại kênh ( m2 )

S : Chu vi của kênh dẫn ( m )

Đường kính thủy lực của kênh 1 – 2 :

Tính tương tự cho các đoạn kênh còn lại Số liệu được tổng hợp trong bảng dưới

2.4 Vận tốc qua các kênh

Vận tốc qua các kênh khói được tính theo công thức :

Trong đó ;

V : lưu lượng thể tích của khói ( m3/h )

F : diện tích tiết diện qua các kênh ( m2 )

Vận tốc qua các kênh khói 1 – 2

Tính tương tự cho các đoạn kênh còn lại Số liệu được tổng hợp trong bảng dưới

2.5 Khối lượng riêng của khói

Trong đó :

β : hệ số dãn nở nhiệt ( 1/0C) , β = 1/273 ( 1/0C )

Khối lượng riêng của khói tại kênh 1 – 2 :

Tính tương tự cho các đoạn kênh còn lại Số liệu được tổng hợp trong bảng dưới

3 Tính toán tổn thất áp suất

Các tổn thất áp suất trên đường dẫn khí lò gồm tổn thất áp suất để thắng cục bộ , tổn thất áp suất để thắng ma sát và tổn thất áp suất để thắng hình học :

3.1 Tổn thất cục bộ

Tổn thất cục bộ xảy ra ở những chỗ : dòng chảy thay đổi hướng , dòng chảy thu hẹp hoặc mở rộng ra , dòng chảy phân nhánh hay nhập lại ,…

Trong hình vẽ tại điểm 1 dòng khói được thu nhỏ đột ngột , tại điểm 2 dòng khói bị chuyển hướng đột ngột 90 độ , tại điểm 3 , 4 ,5 dòng khói cũng bị chuyển hướng đột ngột 90 độ nên tại những điểm này dòng khói sẽ bị tổn thất cục bộ

Công thức tính trở lực cục bộ :

Trong đó :

ξ : hệ số trở lực cục bộ ( tra theo tài liệu )

w0 : vận tốc dòng khói ( m/s)

ρ0 : khối lượng riêng của không khí tại 00C

β : hệ số dãn nở nhiệt ( 1/0C )

3.2 Tổn thất ma sát

Công thức tính trở lực ma sát :

Trong đó :

λ : hệ số trở lực ma sát

l : chiều dài kênh dẫn (m)

d : đường kính thủy lực (m)

3.3 Tổn thất hình học

Tổn thất để thắng trở lực hình học trong chuyển động từ dưới lên trên của dịch thể nặng hơn so với không khí xung quanh và trong chuyển động từ trên xuống dưới của dịch thể nhẹ hơn không khí xung quanh Cả 2 trường hợp dòng dịch thể chuyển động về phía có áp suất hình học lớn hơn lên phải tiêu tốn năng lượng Trong hình vẽ có 2 đoạn kênh có sự thay đổi về chiều cao hình học Tại đoạn 2 –

3 , khói có nhiệt độ cao nên có khối lượng riêng nhỏ hơn không khí do đó để khói

đi xuống thì phải tốn thêm năng lượng để có thể thắng áp suất hình học Đoạn 4 –

5 , khi khói đi lên thì ta không cần tốn năng lượng nên không những không có tổn thất mà còn được lợi thêm về phần năng lượng

Công thức tính tổn thất hình học :

Trong đó :

H : độ chênh chiều cao (m)

ρtkk : khối lượng riêng của không khí tại t0C (kg/m3)

ρtk : khối lượng riêng của khói tại t0C (kg/m3)

Công thức tính tổng tổn thất áp suất bằng :

Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng dưới đây

Từ bảng trên ta có :

- Σhcb = 4,4+21,2+21,2+11,5+10,9+20,6 = 89,7 (Pa)

- Σhms = 1,4+17,5+2,5+1,4+4,4 = 27,1 (Pa)

- Σhhh = 31.1 – 19,6 = 11,5 (Pa)

Vậy

4 Tính chiều cao cột khói

Khi tính toán ống khói , lực hút của ống khói phải lớn hơn giá trị tổng tổn thất áp suất của khí lò trong đường kênh dẫn để bù vào những giá trị tổn thất hoặc chưa được tính đến sẽ xuất hiện trong khi vận hành lò Trong thực tế , lượng tăng áp suất này thường là 20 – 30% tổng tổn thất áp suất của khí lò

Độ chân không cần tạo ra ở chân ống khói :

Từ đồ thị ta chọn chiều cao sơ bộ của ống khói H0 = 32 (m) , chọn độ giảm nhiệt độ trong ống gạch là t = 1,3 K/m

Nhiệt độ tại chân ông khói : tB = t6 = 245 (0C )

Độ hạ nhiệt độ trong ống khói :

Nhiệt độ tại miệng ống khói bằng :

Nhiệt độ trung bình của khói trong ống :

Chọn vận tốc khói ở miệng ống là : wOC = 2,5 (m/s)

Đường kính miệng ống khói là :

Đường kính tại chân ống khói là :

Vận tốc khói tại chân ống khói :

Áp suất động tại miệng ống khói:

Áp suất động tại chân ống khói:

Khối lượng riêng trung bình của không khí tại 70C:

Khối lượng riêng trung bình của khói trong ống :

Chiều cao ống khói :

Vậy chiều cao của ống khói là 32,78 m như vậy chiều cao sơ bộ là 32 m có thể chấp nhận được