Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt

Lò dầu truyền nhiệt đốt dầu và đốt than Nguyên lý làm việc chung : Nhiên liệu được đốt trong buồng lửa sinh nhiệt, sản phẩm cháy khói vàngọn lửa trao đổi nhiệt chủ yếu bằng bức xạ cho

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LÒ DẦU TRUYỀN NHIỆT VÀ NHIÊN LIỆU

1.1 Giới thiệu sự cần thiết của lò dầu truyền nhiệt :

Lò hơi nước đã có hàng trăm năm nay, nó có những ưu điểm rõ rệt mà takhông thể phủ nhận được như: có thể làm việc với nhiệt độ rất cao, chi phí lắp đặtban đầu rẻ, môi chất tải nhiệt rất dễ kiếm Tuy nhiên sự ra đời của lò dầu truyềnnhiệt có những ưu điểm hơn nhiều, lò dầu dầu truyền nhiệt vẫn làm việc với nhiệt

độ cao, nhưng áp suất làm việc rất thấp, tức là nếu cùng một nhiệt độ so với lò hơinước thì lò dầu truyền nhiệt làm việc với áp suất thấp hơn nhiều., ví dụ lò dầutruyền nhiệt khi làm việc ở 600ºF thì áp suất làm việc vẫn rất thấp, nhưng nếu sovới lò hơi nước nếu làm việc ở 600ºF thì áp suất khi làm việc lên đến 1600psi, dovậy lò dầu truyền nhiệt làm việc rất an toàn, nên có thể hoàn toàn tự động hóa rấtcao, mặt khác lò dầu truyền nhiệt làm việc không có nước nên không bị ăn mòn hóahọc bởi nước, và rất sạch sẽ Ngoài ra lò dầu truyền nhiệt làm việc với hiệu suất rấtcao, nó ít tổn thất nhiệt

Hình 1.1 Lò dầu truyền nhiệt đốt dầu và đốt than

Nguyên lý làm việc chung :

Nhiên liệu được đốt trong buồng lửa sinh nhiệt, sản phẩm cháy ( khói ) vàngọn lửa trao đổi nhiệt ( chủ yếu bằng bức xạ) cho cụm ống trao đổi nhiệt 1 gianhiệt cho dầu chuyển động cưỡng bức ( nhờ bơm dầu ) bên trong ống làm dầu nónglên, khói sau khi trao đổi nhiệt ở cụm ống trao đổi nhiệt 1 quay trở về pass 1 ( làkhoảng cách giữa cụm ống trao đổi nhiệt 1 và cụm ống trao đổi nhiệt 2) lần nữakhói trao đổi nhiệt cho cả 2 cụm ống, sau đó khói về pass 2 là khe hẹp giữa mặt

ngoài cụm ống trao đổi nhiệt 2 và vách lò, dầu sau khi nhận nhiệt của khói nóng lên

và đi ra ngoài đến thiết bị sử dụng nhiệt Khói sau khi trao đổi nhiệt, thì nhiệt độ sẽgiảm xuống và thoát ra ngoài nhờ cột áp của ống khói, ngoài ra một phần khói được

sử dụng tái tuần hoàn quay trở về buồng đốt

1.2 Giới thiệu về dầu truyền nhiệt :

Dầu truyền nhiệt là một chất lỏng dùng để truyền nhiệt, nên cần đảm bảo tínhtruyền nhiệt, phải có hệ số dẫn nhiệt cao, có tính bền nhiệt khi làm việc với nhiệt độcao

Các yêu cầu chất lượng đối với dầu truyền nhiệt:

- Phải truyền nhiệt tốt

- Có độ nhớt cao

- Nhiệt độ bắt cháy cao

- Có thể trộn lẫn tương thích với các dầu gốc khoáng khác

- Độ ổn định nhiệt tốt

Các thông số kỹ thuật chung của dầu truyền nhiệt:

1 Tỷ trọng:

Tỷ trọng là tỷ số của khối lượng nhiên liệu trên thể tích của nhiên liệu ở nhiệt

độ tham khảo 15 ºC Tỷ trọng được đo bằng tỷ trọng kinh tế Kiến thức về tỷ trọnghữu ích trong các tính toán định lượng và đánh giá khả năng bát lửa Đơn vị của tỷtrọng là kg/m3 Đối với dầu truyền nhiệt gốc khoáng của hãng Total tỷ trọng ở 15 ºCđối với loại dầu Seriola 1510 là 876 kg/m3 và loại Seriola 6100 là 887 kg/m3

2 Độ nhớt:

Độ nhớt là một đặc tính quan trọng trong việc bảo quản sử dụng dầu Nó ảnhhưởng đến nhiệt độ của quá trình gia nhiệt sơ bộ để vận chuyển, bảo quản Đối vớidầu Seriola 1510 độ nhớt đo ở 40ºC là 29 m m2/s và loại Seriola 6100 độ nhớ đo ở40ºC là 119m m2/s và đo ở 100ºC với 2 loại dầu Seriola 1510 và Seriola 6100 lầnlượt là 5.2 m m2/s và 12.5 m m2/s

3 Điểm bốc cháy:

Điểm bốc cháy của nhiên liệu là nhiệt độ tại đó nhiên liệu được gia nhiệt đểhơi có thể bắt cháy ngay khi ngọn lửa đi qua Điểm bốc cháy của dầu Seriola 1510

là 260ºC và dầu Seriola 6100 là 290ºC

4 Cặn carbon:

Cặn carbon chỉ ra xu hướng dầu bám một lớp xỉ rắn carbon trên bề mặt nóngảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt cho dầu tải nhiệt

1.3 Nhiên liệu đốt cho trong lò dầu truyền nhiệt

1.3.1 Nhiên liệu than

1.3.1.1 Phân loại

Than được phân loại thành những loại chính bao gồm anthraxit, bitum vàthan non Tuy nhiên, ranh giới giữa chúng không rõ ràng Than còn được phân loạithành than bán anthraxit, bán bitum, và bitum phụ Nếu xét trên góc độ địa chất,anthraxit là than lâu đời nhất Nó là than cứng chứa chủ yếu là cacbon với một íthàm lượng chất bốc và thường không có độ ẩm Than non là than trẻ nhất Loại thannày mềm và chứa chủ yếu là chất bốc, hàm lượng ẩm và ít cacbon cố định Cacbon

cố định là cacbon ở trạng thái tự do, không kết hợp với các chất khác Chất bốc liênquan đến các chất cháy được của than, bọ bốc hơi khi than được gia nhiệt

Loại than thường được sử dụng nhất là than anthraxit và bán anthraxit

Bảng 1 Phân loại than dựa theo nhiệt trị

Loại Dải nhiệt trị (kcal/kg)

1.3.1.2 Đặc tính lý hóa của than

Các đặc tính hóa lý của than bao gồm nhiệt trị, hàm ẩm, các chất bốc và tro

xỉ Đặc tính hóa của than liên quan đến các thành phần hóa học khác nhau nhưcacbon, hydro, oxy và lưu huỳnh

Phân tích tương đối cho thấy phần trăm khối lượng của carbon cố định, chấtbốc, tro xỉ và hàm ẩm trong than Khối lượng carbon cố định và chất bốc đóng góptrực tiếp vào nhiệt trị của than Carbon cố định đóng vai trò là yếu tố tạo nhiệt chínhtrong quá trình cháy Hàm lượng chất bốc cao có nghĩa là nhiên liệu dễ bắt lửa.Hàm lượng tro xỉ cũng rất quan trọng đối với thiết kế của ghi lò, thể tích đốt, thiết bịkiểm soát ô nhiễm và thiết bị xử lý tro xỉ của lò đốt Phân tích tương đối điển hìnhcác loại than khác nhau cho trong bảng 6

Bảng 2 Phân tích tương đối điển hình các loại than khác nhau

Những thông số này được mô tả dưới đây

- Cacbon cố định : là nhiên liệu rắn còn lại trong lò sau khi các chất bốc đã bay hơi Nó bao gồm chủ yếu là carbon và một ít hydro, oxy, lưu huỳnh và nitơ, không bay hơi với khí Cacbon cố định đưa ra ước tính sơ bộ về nhiệt trị của than

- Các chất bốc : là mêtan, hydrocacbon, hydro, CO và các khí không cháynhư CO2, nitơ có trong than Khoảng điển hình của các chất bốc là từ 20 – 35 %.Các chất bốc tăng tương ứng chiều dài của ngọn lửa, và giúp than bắt lửa dễ hơn,thiết lập giới hạn tối thiểu độ cao của lò và thể tích lò

- Hàm lượng tro xỉ: Tro xỉ là một tạp chất không bị cháy, hàm lượng thườngchiếm từ 5 – 40 % Tro xỉ làm giảm công suất xử lý và đốt cháy, tăng chi phí xử lý,ảnh hưởng đến hiệu suất cháy và hiệu suất của lò, tạo tro xỉ và clanke hóa

- Hàm ẩm : Độ ẩm trong than phải được vận chuyển xử lý và lưu trữ Vì nólàm mất khả năng dễ cháy nên làm giảm lượng nhiệt trên mỗi kg than Dải điển hình

là 0,5 – 10%

- Độ ẩm : làm tăng tổn thất nhiệt, do bốc hơi và hơi quá nhiệt Về một khíacạnh nào đó giúp giải quyết các hạt than mịnh dính với nhau Giúp truyền nhiệt bứcxạ.

- Hàm lượng lưu huỳnh : Khoảng điển hình là từ 0,5 – 0,8% Lưu huỳnh ảnhhưởng đến xu hướng tạo tro xỉ và clinke, ăn mòn ống khói và các thiết bị khác như

bộ sấy khí và các thiết bị trao đổi nhiệt, hạn chế nhiệt độ khí thải

Bảng 3 Bảng so sánh thành phần nhiên liệu của than

STT Thành phần làm việc của nhiên liệu, % Q

t lv kcal/kg V c %

1.3.2.2 Trọng lượng riêng

Được định nghĩa là tỷ số giữa khối lượng của một thể tích dầu đã cho vớikhối lượng của thể tích tương tự của nước ở nhiệt độ cho trước Tỷ trọng của nhiênliệu trên nước được gọi là trọng lượng riêng Trọng lượng riên của nước là 1 Vìtrọng lượng riêng là một tỷ số, nó không có đơn vị Người ta sử dụng tỉ trọng kế để

đo trọng lượng riêng Trọng lượng riêng được sử dụng trong các tính toán liên quanđến khối lượng và thể tích Bảng dưới đây cho biết trọng lượng riêng của một sốdầu nhiên liệu

Bảng 4 Trọng lượng riên của các loại dầu nhiên liệu khác nhau

Trọng lượng riêng 0,85 – 0,87 0,88 – 0,98

1.3.2.3 Độ nhớt

Độ nhớt của chất lỏng là phép đo sự ma sát của dòng chảy Độ nhớt phụthuộc vào nhiệt độ và giảm khi nhiệt độ tăng Bất cứ giá trị số học nào của độ nhớtđều không có nghĩa trừ khi nhiệt độ cũng cụ thể Độ nhớt được đo bằngStokes/Centistokes Trong một số trường hợp, độ nhớt sử dụng đơn vị Engler,Saybolt hoặc Redwood Mỗi loại dầu đều có nhiệt độ riêng – mối tương quan với độnhớt Dụng cụ được sử dụng để đo độ nhớt gọi là nhớt kế

Độ nhớt là một đặc tính quan trọng trong việc bảo quản và sử dụng dầu Nóảnh hưởng đến nhiệt độ của quá trình gia nhiệt sơ bộ để vận chuyển, bảo quản vàphun dầu thích hợp Nếu dầu quá nhớt, sẽ khó bơm, khó châm lửa đốt, và khó vậnchuyển Hoạt động phun cũng sẽ không tốt do cặn bám carbon ở các đầu đốt hoặcbám trên thành ống Vì vậy phải gia nhiệt sơ bộ để đảm bảo hoạt động phun dầu

1.3.2.6 Nhiệt lượng riêng

Nhiệt lượng riêng là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của 1kg dầu lên1ºC Đơn vị nhiệt lượng riêng là kcal/kgºC Giá trị này dao động trong khoảng từ0,22 – 0,28 phụ thuộc vào trọng lượng riêng của dầu Nhiệt lượng riêng quyết địnhlượng hơi hoặc nwang lượng điện cần thiết để đun dầu tới một nhiệt độ mong muốn.Dầu nhẹ có nhiệt lượng riêng thấp, dầu nặng có nhiệt lượng riêng cao hơn

mà không được ngưng tụ Nhiên liệu phải được so sánh dựa trên nhiệt trị thấp

Nhiệt trì của than thay đổi đáng kể tùy theo tro xỉ, hàm lượng ẩm và loại thancòn nhiệt trị của dầu nhiên liệu lại nhất quán hơn Dưới đây là một số nhiệt trị caocủa các nhiên liệu lỏng thông dụng

Bảng 5 Nhiệt trị cao của các dầu nhiên liệu khác nhau

Dầu nhiên liệu Nhiệt trị cao (kcal/kg)

Lượng lưu huỳnh trong dầu nhiên liệu phụ thuộc chủ yếu vào nguồn dầu thô

và một phần vào quá trình lọc dầu Hàm lượng lưu huỳnh bình thường trong dầu đốt

lò là khoảng 2-4% quá trình lọc dầu

Bảng 6 Lưu huỳnh trong các dầu nhiên liệu khác nhau

Dầu FO 2.0 – 4.0

Nhược điểm chính của lưu huỳnh là nguy cơ ăn mòn do H2SO4 tạo nên trong

và sau quá trình cháy, và nước ngưng ở những phần lạnh của ống khói, bộ sấy khí

sơ bộ và thiết bị trao đổi nhiệt

1.3.2.9 Hàm lượng tro

Giá trị xỉ liên quan đến các chất vô cơ hoặc muối trong dầu nhiên liệu Mức

độ tro trong các nhiên liệu chưng cất là không đáng kể Nhiên liệu dư có mức độ trocao hơn Những muối này có thể là hợp chất của natri, vanadi, canxi, magie, silic,sắt, nhôm, niken v.v Thông thường, giá trị tro nằm trong khoảng 0,03 – 0,07%.Tro dư trong nhiên liệu lỏng có thể gây ra cặn bám trên thiết bị đốt Tro gây nênhiệu ứng ăn mòn ở các đầu đốt, gây hư hỏng các vật liệu chịu lửa ở nhiệt độ cao vàlàm tăng ăn mòn nhiệt độ cao và tắt nghẽn thiết bị

1.3.2.10 Cặn carbon

Cặn carbon chỉ ra xu hướng dầu bám một lớp xỉ rắn cacbon trên bề mặtnóng, như lò đốt hoặc vòi phun, khi các thành phần bay hơi sẽ bay hơi Dầu dư chứa1% cặn cacbon hoặc nhiều hơn

Bảng 7 Các thông số điển hình của dầu nhiên liệu

Độ lắng, % thể tích tối đa Lên tới 0.5 Lên tới 1.8Hàm lượng nước % thể tích tối đa 1.0 0.25

1.3.3 Nhiên liệu khí

Nhiên liệu khí sử dụng tiện lợi nhất vì khối lượng vận chuyển khí ít nhất và vàđược sử dụng trong các hệ thống mỏ đốt không bảo trì và đơn giản nhất Khí đượcđưa đến ”vòi” thông qua một hệ thống phân phối vì vậy loại nhiên liệu này phù hợpvới những khu vực mật độ dân số hoặc doanh nghiệp đông Tuy nhiên, những đốitượng tiêu dùng lớn có thiết bị chứa khí riêng và một số còn tự sản xuất khí

1.3.3.1 Các loại nhiên liệu khí

Dưới đây là danh sách các loại nhiên liệu khí :

Nhiên liệu được tìm thấy trong tự nhiên :

-Khí tự nhiên

-Khí mêtan từ các mỏ than

Khí nhiên liệu làm từ nhiên liệu rắn :

-Khí từ than

-Khí từ rác thải và sinh khối

-Từ các quy trình công nghiệp (khí lò đốt)

Khí làm từ xăng dầu

-Khí hóa lỏng LPG

-Khí từ quá trình lọc dầu

-Khí từ hóa dầu

Khí làm từ quá trình lên men

Nhiên liệu khí hay được sử dụng là khí hóa lỏng LPG, khí tự nhiên, khí lòđốt, khí lò cốc, v.v Nhiệt trị của nhiên liệu khí được thể hiện bằng kcal/m3,tại nhiệt độ bình thường (20ºC) và áp suất bình thường (760 mm Hg)

1.3.3.2 Đặc tính các loại nhiên liệu khí

Vì hầu hết các thiết bị sử dụng khí đốt không thể sử dụng hàm lượng nhiệttrong hơi nước, nhiệt trị cao không quan trọng lắm Nên nhiên liệu cần được so sánh

dựa trên nhiệt trị thấp Điều này đặc biệt đúng với khí thiên nhiên, vì hàm lượnghydro tăng sẽ khiến lượng nước tạo thành trong quá trình cháy cao.

Bảng 8 Các đặc tính lý hóa điển hình của các loại nhiên liệu khí

Khí nhiên

liệu

Độ nhớttuyệt đối

Nhiệt trịcao hơnkcal/m3

Tỷ lệkhí/khínhiên liệu-

m3 khí/m3

nhiên liệu

Nhiệt độngọn lửa ºC

Tốc độngọn lửa m/s

Hơi LPG đặc hơn so với không khí : butan nặng hơn không khí khoảng 2 lần

và proban nặng hơn khoảng 1,5 lần Vì vậy, hơi có thể bay là là trên mặt đất, vàodòng thải, chìm xuống rất thấp và có thể bắt lứa ở khoảng cách khá xa so với vị trí

rò rỉ ban đầu Trong không khí tĩnh hơi sẽ phân tán từ từ Một lượng nhỏ khí hóalỏng thoát ra có thẻ sẽ làm tăng thể tích hỗn hợp không khí/hơi lên rất lớn và gây racác nguy hại đáng kể Để có thể nhận ra rò rỉ ra không khí, tất cả LPG phải được bổsung mùi Cần có hệ thống thông gió dưới đất phù hợp ở nơi bảo quản LPG Vì lý

do này, các bình chứa LPG không được trữ trong hầm hoặc tầng hầm là những nơikhông có hệ thống thông giá trên mặt đất

1.3.3.4 Khí thiên nhiên

Metan là thành phần chỉnh của khí tự nhiên, chiếm khoảng 95% toàn bộ thểtích Các thành phần khác bao gồm: Etan, Proban, Butan, Pentan, Nitơ, CO2, và một

ít các khí khác Trong đó cũng có một lượng rất ít hợp chất lưu huỳnh Vì metan làthành phần chính của khí tự nhiên với các nhiên liệu khác

Khí tự nhiên là nhiên liệu có nhiệt trị cao và không cần thiết bị lưu trữ Nó từ

từ trộn với không khí và không tạo ra khói hoặc muội Nó không chứa lưu huỳnh.Khí tự nhiên nhẹ hơn không khí và dễ dàng tan vào khí khi bị rò rỉ

1.4 So sánh các loại nhiên liệu đốt

1.4.1 Về nhiệt trị nhiên liệu khi làm việc

Đối với nhiên liệu than nhiệt trị khi làm việc của các loại than như than đá,than nâu, than mỡ, than gầy là nằm trong một dãy lớn Chúng rất dễ bắt lửa vìtrong thành phần nhiên liệu than hầu hết đều có chất bốc nằm trong phạm vi lớn,đặc biệt khi than được nghiền thành những hạt nhỏ mịn thì càng dễ bắt lửa

Về nhiên liệu lỏng (dầu DO và FO ) có nhiệt trị khi làm việc cao Tuy trongthành phần của chúng không có chất bốc hoặc chỉ có một ít khí dầu nhưng lại dễbốc cháy, và đặc biệt khi được tán nhỏ thành những hạt dạng sương thì khả năngbốc cháy của chúng càng được phát huy

Về nhiên liệu khí có nhiệt trị khi làm việc rất cao Trong thành phần củanhiên liệu khí hầu hết là các hydro cacbon bậc thấp rất dễ bắt lửa chỉ cần sự có mặtcủa oxi và tia lửa chúng có thể bốc cháy rất tốt trong môi trường thiếu oxi có thểgây nổ

Bảng 9 So sánh nhiệt trị khi làm việc của nhiên liệu

Nhiên liệu Rắn (kcal/kg) Lỏng (kcal/kg) Khí (kcal/m3)

giảm, mặt khác nhiên liệu rắn là nhiên liệu hóa thạch hoặc có nguồn gốc từ tự nhiên

có hàm lượng chất bốc khá lớn

2 Thành phần hydro

Trong nhiên liệu rắn thành phần hydro chiếm khoảng từ 6-10% Trong khi

đó thành phần hydro trong nhiên liệu lỏng là 8-10% , trong nhiên liệu khí chiếm tỷ

lệ khá lớn, ví dụ như trong khí cốc hydro chiếm 50%

3 Thành phần hàm lượng tro

Do trong quá trình vận chuyển than nên hàm lượng tro trong nhiên liệu rắntăng, mặt khác bản thân trong than cũng có tro, thông thường thành phần tro trongnhiên liệu than dao động trong một khoảng lớn khoảng từ 10-50% Chính vì trongnhiên liệu rán có thành phần tro khá nhiều nên khi đốt tạo rất nhiều bụi, đây lànhược điểm khá lớn của nhiên liệu rắn Trong nhiên liệu lỏng thì hàm lượng trochiếm ít hơn, tro có trong nhiên liệu lỏng chủ yếu từ quá trình bảo quản vận chuyển,trong nhiên liệu khí thì hoàn toàn không có tro

Bảng 10 So sánh sơ lược thành phần nhiên liệu

-1.4.3 Khả năng ảnh hưởng đến môi trường

1 Đối với nhiên liệu than

Khi than cháy do hàm lượng tri trong than là rất lớn, nên sinh ra một lượnglớn bụi thải ra môi trường, nên gây ô nhiễm môi trường xung quanh nhà máy, đểhạn chế phần nào lượng bụi bay theo khói, nên khói trước khi thải vào môi trườngphải qua một hệ thống lọc bụi, thường người ta sử dụng các xyclone để lọc bụi,hoặc nhiều cụm xyclone kết hợp lại với nhau, ngoài ra để tăng tính hiệu quả lọc bụi

có thể sử dụng thêm các túi lọc bụi và nhiều thiết bị lọc bụi khác với giá thành rẻphù hợp với điều kiện của nhà máy

2 Đối với nhiên liệu lỏng

Do thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu lỏng là khá nhiều, nên khi cháytạo SO2, kết hợp với hơi nước có trong khói thành hơi H2SO4, gây ăn mòn bề mặt đốtphần đuôi, và khi thải ra ngoài trời nếu với một lượng lớn khi có điều kiện sẽ tạomưa axit gây thiệt hại cho môi trường Để hạn chế sự phát sinh này người ta thường

sử dụng các thiết bị lọc khí, nhưng giá thành đắt hơn

3 Đối với nhiên liệu khí

Thành phần chủ yếu của nhiên liệu khí chủ yếu là hydro và carbon nên khicháy tạo ra CO2 và hơn H2O do vậy khói thải là rất sạch

1.4.4 Giá nhiên liệu

Than có giá thành rẻ nhất trong 3 loại nhiên liệu, tiếp theo là dầu và khí, vớithan nước ta là một xuất khẩu than nên khá chủ động trong nguồn cung cấp nênthan ít biến động về giá cả

1.5 Nhận xét

Qua việc so sánh nhiên liệu như đã nói trên ta có thể thấy rằng than có tính

ưu việc rất rõ rệt như giá thành rất rẽ, lại dễ bảo quản, có nhiệt trị khi làm việctương đối cao, việc vận chuyển cũng rất dễ dàng và ổn định so với dầu và khí lại đắthơn rất nhiều, lại phải tốn kém thêm thiết bị chứa và chi phí nhân công bảo quản,làm tăng chi phí đầu tư ban đầu Do đó than được chọn làm nhiên liệu đốt

CHƯƠNG II NHIỆT THẢI VÀ CÁC THIẾT BỊ THU HỒI NHIỆT THẢI

2.1 Một số đánh giá về tiềm năng sử dụng nhiệt thải

2.1.1 Chất lượng nhiệt thải

Khi thu hồi nhiệt thải, cần xem xét trước hết là chất lượng nhiệt thải

Dựa vào loại quy trình, có thể loại bỏ nhiệt thải tại bất kỳ nhiệt độ nào từnhiệt độ thấp của nước làm mát đến nhiệt độ cao của khí thải trong lò luyện hay lònung công nghiệp Thông thường, nhiệt độ cao hơn tương ứng với thu hồi nhiệt chấtlượng cao hơn và lợi nhuận so với chi phí cao hơn Trong bất kỳ nghiên cứu về thuhồi nhiệt thải nào cũng vô cùng cần thiết phải có ứng dụng của nhiệt được thu hồi.Những ví dụ điển hình về sử dụng nhiệt thu hồi bao gồm gia nhiệt sơ bộ không khíđốt, sưởi hoặc gia nhiệt sơ bộ nước cấp nồi hơi hay nước trong quy trình sản xuất.Nếu thu hồi nhiệt nhiệt độ cao có thể sử dụng hệ thống tầng bậc thu hồi nhiệt thải đểđảm bảo thu hồi được lượng nhiệt tối đa với tiềm năng sử dụng cao nhất Một ví dụ

về kỹ thuật thu hồi nhiệt thải là sử dụng giai đoạn nhiệt độ cao để gia nhiệt sơ bộkhông khí và giai đoạn nhiệt độ thấp để gia nhiệt nước cấp cho quy trình sản xuấthay để sản sinh hơi

2.1.2 Nguồn nhiệt thải và tiềm năng sử dụng:

Khi xem xét tiềm năng thu hồi nhiệt, nên ghi lại tất cả các nguồn thải khảthi, tiềm năng sử dụng của chúng (xem Bảng 11)

Bảng 11 Nguồn nhiệt thải và chất lượng

ST

1 Nhiệt tại khói lò Nhiệt độ càng cao, tiềm năng thu hồi càng lớn

2 Nhiệt trong dòng hơi Cũng giống như nhiệt tại khói lò nhưng khi

ngưng tụ lại cũng có thể thu hồi nhiệt ẩn

3

Nhiệt bức xạ & đối lưu thất

thoát từ bề mặt ngoài của

thiết bị

Cấp thấp - nếu được thu hồi, có thể sử dụng

để gia nhiệt sơ bộ không khí

4 Thất thoát nhiệt trong nước Cấp thấp- sẽ hữu ích nếu trao đổi nhiệt với

làm mát nước tự nhiên đi vào

5

Thất thoát nhiệt trong quá

trình cung cấp nước làm mát

hoặc thải nước làm mát

1.Cấp cao nếu có thể tận dụng để giảm nhu cầu làm lạnh

2.Cấp thấp nếu bộ phận làm lạnh được sử dụng như một bơm nhiệt

2.1.3 Thu hồi nhiệt thải trong công nghiệp

Có thể thu hồi nhiệt thải từ các quy trình công nghiệp khác nhau Có sựphân biệt rõ giữa nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao của nhiệt thải Bảng 12 cho biết nhiệt độ của khí thải từ các thiết bị xử lý công nghiệptrong vùng nhiệt độ cao Tất cả các kết quả này đều từ quy trình đốt nhiên liệu trựctiếp

Bảng 12 Nhiệt độ nhiệt thải điển hình trong vùng nhiệt độ cao từ các nguồn khác

nhau

Loại thiết bị Nhiệt độ ( 0 C)

Lò tinh luyện niken 1370 – 1650

Lò tinh luyện nhôm 650 –760

Lò tinh luyện kẽm 760 – 1100

Lò tinh luyện đồng 760 – 815

Lò nung thép 925 – 1050

Lò phản xạ đồng 900 – 1100

Lò đáy bằng ngoài trời 650 – 700

Lò nung xi măng (quy trình sấy) 620 – 730

Lò nung chảy thủy tinh 1000 – 1550

Nhà máy hydro 650 – 1000

Lò thiêu kết chất thải rắn 650 – 1000

2.2 Các loại thiết bị thu hồi nhiệt thải

Phần này mô tả các thiết bị được sử dụng để thu hồi nhiệt thải và cho cácứng dụng khác

2.2.1 Thiết bị thu hồi nhiệt ống trơn

Trong thiết bị thu hồi nhiệt, quá trình trao đổi nhiệt diễn ra giữa khí thải vàkhông khí qua các tấm kim loại hoặc gốm Không khí cho quá trình cháy đi trongống sẽ được gia nhiệt khi tiếp xúc với khí thải nóng đi bên ngoài ống Thiết bị thuhồi nhiệt từ khí thải được mô tả trong hình 2.1

Hình 2.1 Thiết bị thu hồi nhiệt ống trơn

2.2.2 Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ

Thiết bị thu hồi nhiệt đơn giản nhất là thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ bao gồmhai ống kim loại đồng tâm như trên hình 2.2

Hình 2.2 Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ

Ống kim loại bên trong chứa khí thải nóng còn không khí cháy (có nhiệt độthấp) cung cấp cho mỏ đốt của lò nung được đi bên ngoài ống Lượng không khínày sẽ lấy bớt nhiệt của khí thải làm nhiệt độ của khí thải giảm xuống và đồng thờinhiệt độ của không khí cháy tăng lên trước khi đi vào buồng đốt Đây chính là nănglượng thu được mà không cần phải đốt cháy nhiên liệu Do đó, chúng ta sẽ tiết kiệmđược nhiên liệu sử dụng cho lò nung

Nhiên liệu giảm sẽ giúp giảm không khí đốt cháy và như vậy, thất thoát khói lò

giảm không chỉ vì do giảm nhiệt độ khí thải mà còn do giảm thải lượng khí thải.Tên gọi thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ có được xuất phát từ thực tế rằng một phầntruyền nhiệt đáng kể từ khí nóng tới bề mặt của ống kim loại bên trong là truyềnnhiệt bức xạ Tuy nhiên, vì khí lạnh trong ống gần như là trong suốt đối với bức xạhồng ngoại nên chỉ xảy ra truyền nhiệt đối lưu đối với khí đi vào Như minh hoạttrong hình vẽ hai dòng khí thường song song mặc dù cấu hình của máy sẽ đơn giảnhơn và truyền nhiệt sẽ hiệu quả hơn nếu hai dòng khí ngược chiều nhau (đối lưu)

Sử dụng dòng song song vì thiết bị thu hồi nhiệt thường phải đáp ứng một chứcnăng nữa là làm mát đường ống dẫn khí thải và nhờ vậy có thể làm tăng tuổi thọthiết bị

2.2.3 Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu :

Một dạng cấu hình quen thuộc thứ hai của thiết bị thu hồi nhiệt là thiết bị thuhồi kiểu ống hay còn gọi là thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu Như có thể thấy trong hình

vẽ dưới đây,khí nóng được đưa qua một số các ống song song đường kính nhỏ,trong khi đó khí sẽ được gia nhiệt đi vào một vỏ bao quanh các ống và đi qua cácống nóng một hoặc vài lần theo hướng vuông góc với trục

Hình 2.3 Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu

Nếu các ống được lái dòng để khí đi qua hai lần, thiết bị trao đổi nhiệt nàyđược gọi là thiết bị thu hồi nhiệt hai dòng; nếu sử dụng hai van bướm, thì thiết bị cótên gọi là thiết bị thu hồi nhiệt ba dòng, vv

2.2.4 Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợp:

Để hiệu suất truyền nhiệt đạt mức tối đa, người ta sử dụng thiết bị thu hồi nhiệt kết hợp Thiết bị này là sự kết hợp giữa thiết bị bức xạ và đối lưu, theo đó khu vực bức xạ nhiệt cao được thiết kế trước và tiếp theo sau là khu vực đối lưu

Thiết bị này đắt tiền hơn loại thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ kim loại đơn giản nhưng nhỏ gọn hơn

Hình 2.4 Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợ p

2.2.5 Ố ng nhiệt

Ống nhiệt có thể truyền nhiệt năng gấp 100 lần so với đồng, vốn được coi làchất dẫn nhiệt tốt nhất Nói cách khác, đường ống nhiệt là một hệ thống truyền vànhận nhiệt năng liền khối nên chỉ yêu cầu bảo dưỡng ở mức thấp nhất Đường ốngnhiệt bao gồm 3 bộ phận một bình chứa kín, một kết cấu mao dẫn và chất lỏngtruyền lực Kết cấu mao dẫn được chế tạo liền khối thành bề mặt bên trong củaống bình chứa và được đóng kín trong chân không Nhiệt năng đưa tới bề mặt bênngoài của đường ống nhiệt cân bằng với chính hơi của đường ống vì ống bình chứađược làm kín trong chân không Nhiệt năng đưa tới bề mặt bên ngoài của đườngống nhiệt khiến cho chất lỏng truyền lực gần bề mặt bay hơi ngay tức thời Hơiđược tạo thành hấp thu nhiệt ẩn của quá trình bốc hơi và phần đường ống nhiệt này

trở thành vùng bay hơi Sau đó hơi đi tới đầu kia của đường ống, tại đây nhiệt năng

bị khử khiến cho hơi lại ngưng tụ thành chất lỏng, và như thế bỏ đi nhiệt ẩn của quátrình ngưng tụ Phần này của đường ống nhiệt hoạt động như vùng ngưng tụ Sau đóchất lỏng ngưng tụ quay trở lại vùng bay hơi

Hình 2.5 Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu ống nhiệt

2.2.6 Bộ sấy không khí trong lò hơi

Trong các hệ thống nồi hơi, có thể sử dụng bộ trao đổi nhiệt hâm nóngnhiệt để tận dụng nhiệt khói lò cho gia nhiệt sơ bộ nước cấp Mặt khác, trongthiết bị gia nhiệt sơ bộ không khí, nhiệt thải có thể được sử dụng để đốt nóng khôngkhí cháy Trong cả hai trường hợp này nhiên liệu yêu cầu cho nồi hơi giảm tươngứng

Cứ giảm 2200C nhiệt độ khói lò bằng cách đi qua bộ hâm nóng nhiệt haythiết bị gia nhiệt sơ bộ thì tiết kiệm được 1% nhiên liệu trong nồi hơi

Hình 2.6 Bộ sấy không khí

Nói cách khác, cứ tăng nhiệt độ nước cấp thêm 600C nhờ bộ hâm nóng nhiệt,hay tăng nhiệt độ không khí cháy lên 2000C nhờ thiết bị sấy không khí sơ bộ thì tiếtkiệm được 1% nhiên liệu trong nồi hơi

2.2.7 Bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống

Khi vật chứa nhiệt thải là chất lỏng hay hơi dùng để đốt nóng chất lỏng khácthì cần sử dụng bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống vì cả hai đường dẫn đều phảiđóng kín để giữ áp suất của chất lỏng tương ứng Vỏ bọc có chứa bó ống và thường

là các van bướm bên trong để dẫn hướng dòng chất lỏng trong vỏ bọc trên các ốngtheo nhiều đường Vỏ bọc vốn đã yếu hơn ống nên chất lỏng áp suất cao được lưu

thông trong ống còn chất lỏng áp suất thấp hơn lưu thông trong vỏ Khi hơi chứa

nhiệt thải Hơi thường ngưng tụ chuyển nhiệt ẩn tới chất lỏng được gia nhiệt Trongứng dụng này, hơi hầu như luôn luôn được chứa trong vỏ bọc Nếu thực hiện quytrình đảo ngược, ngưng tụ hơi trong các ống song song đường kính nhỏ sẽ gây nênhiện tượng bất ổn định dòng Bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống hiện có nhiềukích cỡ chuẩn khác nhau với các kết hợp chất liệu cho ống và vỏ bọc khác nhau.Hình 2.7 sau đây minh họa một bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống

Hình 2.7 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống bọc

Những ứng dụng chính của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống gồm

có chất lỏng nhiệt với nhiệt có trong hơi ngưng từ hệ thống làm lạnh và điều hoàkhông khí; nước ngưng từ hơi trong quy trình; chất làm mát từ cửa lò luyện,ghi lò

và giá đỡ ống; chất làm mát từ động cơ, thiết bị nén khí,giá đỡ và chất bôi trơn;vànước ngưng từ quy trình chưng cất

2.2.8 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Chi phí cho bề mặt trao đổi nhiệt là một yếu tố quan trọng về mặt giá cả khichênh lệch về nhiệt độ không lớn lắm Một giải pháp cho vấn đề này là thiết bị traođổi nhiệt dạng tấm, gồm có một dãy các tấm song song tạo thành một đường chảynhỏ Các tấm cách nhau bằng các miếng đệm và dòng khí nóng đi theo đường song

song qua các tấm đảo chiều trong khi đó chất lỏng cần gia nhiệt đi theo đường song

song giữa các tấm nóng Để tăng hiệu quả truyền nhiệt các tấm được uốn hình sóngChất lỏng nóng đi qua đáy phần trên đầu khí đuợc phép đi lên phía trên giữacác tấm chẵn còn chất lỏng lạnh phần đỉnh đầu được phép đi xuống dưới giữa cáctấm lẻ Khi các hướng của dòng nóng và lạnh ngược chiều nhau người ta gọi là thiết

kế dòng ngược Hình 2.8 minh họa thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Hình 2.8 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Những ứng dụng công nghiệp phổ biến là:

- Thiết bị phận khử trùng tại nhà máy đóng gói sữa

- Các nhà máy bay hơi trong ngành thực phẩm

2.2.9 Thiết bị trao đổi nhiệt bằng gốm:

Một trong những giới hạn cơ bản của bộ tận dụng nhiệt thải bằng kim loại làtuổi thọ thấp khi làm việc ở môi trường có nhiệt độ cao, vượt quá 1100 oC Để hoạtđộng được trong vùng nhiệt độ cao như vậy thì người ta sử dụng gốm Bộ tận dụngnày có thể hoạt động ở nhiệt độ khói lên đến 1550 oC còn nhiệt độ không khí nónglên đến 815 oC Bộ trao đổi nhiệt bằng gốm sử dụng lần đầu tiên trong các lò nungxi-măng, trong chu trình nhiệt để hàn nhanh các vết nứt trên các ống

Hình 2.9 Bộ tận dụng nhiệt sử dụng gốm

2.2.10 Lò hoàn nhiệt tận dụng nhiệt thải:

Lò hoàn nhiệt có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các lò nung thép và lòthủy tinh Quan hệ quan trọng tồn tại giữa kích cỡ lò hoàn nhiệt, thời gian giữa 2 lầnhoán đổi, độ dày của gạch cách nhiệt, hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung của gạch cáchnhiệt

Hình 2.10 Lò hoàn nhiệt tận dụng nhiệt thải

Trong lò hoàn nhiệt, khoảng thời gian giữa 2 lần hoán đổi là một khía cạnhquan trọng Khoảng thời gian này càng dài thì độ tích trữ nhiệt càng cao do đó tổnthất càng lớn Ngoài ra, khoảng thời gian hoán đổi càng dài làm cho nhiệt độ gianhiệt trung bình giảm và do đó tiết kiệm được nhiên liệu

Sự tích tụ bụi và xỉ trên bề mặt làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt Lượng nhiệttổn thất qua tường và không khí lọt cũng làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt giữa khói

và không khí

2.2.11 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu quay:

Cấu tạo như hình vẽ dưới đây:

Hình 2.11 Bộ tận dụng nhiệt thải kiểu quay.

Thiết bị tận dụng nhiệt kiểu quay được dùng trong tận dụng nguồn nhiệt thấp

và trung bình

Đĩa rỗng có kích thước lớn, được chế tạo bằng kim loại có nhiệt dung lớn,quay giữa 2 ống chồng lên nhau Trục quay song song với trục của 2 ống Đĩa quay

và nhận nhiệt của khói nóng, nhã nhiệt cho không khí lạnh Hiệu suất toàn phần traođổi nhiệt có thể lên tới 85% Đường kính của đĩa quay có thể lên tới 21m, lưu lượngkhông khí lên tới 1130 m3/phút

2.3.Nhận xét:

Trong các thiết bị trên, ta thấy thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ốngnhiệt trọng trường là tốt nhất Thiết bị tận dụng nhiệt khói thải bằng ống nhiệt cónhững ưu điểm nổi bật sao với những thiết bị khác:

Ở đây chúng ta so sánh ưu điểm của ống nhiệt với các phần tử truyền nhiệtkhác

Nhiệt độ bề mặt ống nhiệt đồng đều theo toàn bộ chiều dài ống Ta biết rằngbên trong ống nhiệt xảy ra hai quá trình sôi và ngưng tụ, áp suất trong phần ngưng

và phần sôi không chênh lệch nhiều, do vậy nhiệt độ ở hai vùng trên gần như nhau Ống nhiệt truyền tải nhiệt từ vùng nóng tới vùng lạnh không cần phải dùngbơm Như vậy độ tin cậy của thiết bị tăng và trong quá trình làm việc thiết bị khônggây ồn Như ta đã biết từ vùng sôi do chênh lệch áp suất dễ dàng chuyển động đếnvùng ngưng, nhờ tác dụng của lực trọng trường lại tự chảy về vùng sôi Rõ ràng bêntrong ống nhiệt xảy ra quá trình khép kín nên môi chất không cần phải có ngoại lựctác dụng So với dẫn nhiệt bằng thanh kim loại cùng kích thước, khả năng truyềnnhiệt từ nguồn nhiệt đến nơi tiêu thụ của ống nhiệt lớn hơn hàng chục lần Ưu điểmnày là do quá trình truyền nhiệt bên trong ống nhiệt thực hiện bởi sự biến đổi pha(sôi và ngưng), do đó quá trình truyền nhiệt lớn gấp hàng chục lần so với sự dẫnnhiệt bằng thanh kim loại cho dù là bằng bạc

Khi chọn môi chất thích hợp có thể bảo đảm vận hành ống nhiệt an toàn trongkhoảng nhiệt độ rộng từ -800C đến 25000C

Trên thực tế ống nhiệt thường được lắp đặt thành dàn hoặc thành cụm ống.Trong quá trình làm việc giả sử có một vài ống nhiệt bị hỏng thì hệ thống vẫn làmviệc được Mặt khác ta có thể thay thế ống nhiệt bị hỏng ngay cả khi hệ thống đanghoạt động

Nhiệt từ một nguồn nóng có thể truyền tải đến nhiều hộ dùng nhiệt ở nhiềukhoảng cách khác nhau

CHƯƠNG III TÍNH KIỂM TRA LÒ DẦU TRUYỀN NHIỆT ĐỐT THAN ĐÁ

3.1 Các thông số ban đầu

1 Công suất lò dầu truyền nhiệt : 1.250.000 kcal/h

3 Nhiệt độ dầu gia nhiệt ra khỏi lò : 300 oC

5 Lượng nhiên liệu tiêu hao : 329,44 kg/h

Bảng 14 Thành phần nhiên liệu than

Nhiệt trị làm việc của than đá Qlv

t = 4340 kcal/kg

3.2 Tính lượng không khí cấp vào lò và thể tích sản phẩm cháy

3.2.1 Lượng không khí lý thuyết

Theo công thức sách TBLH trang 20 ta có:

Theo công thức 3.18 sách TBLH trang 20 ta có:

Vkk = α.Vo

kk = 1,4.4,8251 = 6,755 , m3tc/kgLượng không khí cần cung cấp trong 1 giờ là:

Theo công thức 2.3 sách TBLH trang 7 ta có:

VRO2 = VCO2 + VSO2

= 1,866(Clv/100) + 0,375(Slv/100) , m3/kg = 1,866(47,4/100) + 0,375(Slv/100) = 0,894 m3/kg

2 Thể tích khí nitơ lý thuyết

Theo công thức sách TBLH trang 21 ta có :

VºN2 = 0,008Nlv + 0,79Vo

kk , m3/kg = 0,008.1,3 + 0,79.4,8251 = 3,822 m3/kg

3 Thể tích hơi nước lý thuyết

Theo công thức 3.27 sách TBLH trang 22 ta có

Vo

N2 = 0,112Hlv + 0,0124Wlv + 0,0161Vo

kk , m3/kg = 0,112.3m2 + 0,0124.11 + 0,0161.4,8251 = 0,572 m3/kg

4 Thể tích sản phẩm cháy khi tính đến hệ số không khí thừa

- Phân thể tích hơi nước trong khói

Theo công thức sách TKLH trang 27 ta có

rH2O = VH2O / Vk

= 0,572/114711 = 0,049

3.3 Tính entanpi của sản phẩm cháy

Entanpi của sản phẩm cháy cũng được tính ứng với 1kg nhiên liệu

3.3.1 Entanpi của không khí lý thuyết

Theo công thức sách TBLH trang 27 ta có

I°kk = VºkkCkkθkk , kJ/kgTrong đó :

- Vºkk : thể tích không khí lý thuyết (m3/kg)

- Ckk : Nhiệt dung riêng của không khí (kJ/kg.K)

- θkk : Nhiệt độ của không khí (ºC)

Entanpi của không khí lạnh được tính tại nhiệt độ 30°C, chọn theo nhiệt độmôi trường

I°kk = 4,8251.1,29.30 = 186,7275 kJ/kg

3.3.2 Entanpi của khói lý thuyết

1 Entanpi của khói lý thuyết được xác định như sau

Iºkk = IºRO2 + IºNO2 + IºH2O , kJ/kg

IºRO2 = VºRO2.CRO2t , kJ/kg

- t là nhiệt độ khói (ºC)

2 Entanpi thực tế của sản phẩm cháy

Theo công thức sách TBLH trang 27 ta có

Ik = Iºk – (α – 1)Iºkk + IºH2O + Iºtr , kJ/kgTrong đó

- IºH2O , Iºtr là entanpi của nước do không khí lọt vào lò và entanpi của tro,hai đại lượng này rất nhỏ có thể bỏ qua trong tính toán

Do vậy Ikk = Iºk – (α – 1)Iºkk , kJ/kg

Bảng 15 Entanpi của không khí và sản phẩm cháy (trang tiếp theo)

3.4 Xác định tổn thất nhiệt của lò

1 Tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học q4

Tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học được xác định theo côngthức sau :

,%

) 100 100

100 (

l

l b

b b x

x x dv

A K

K a K

K a K

K a Q

- 32600 là nhiệt trị của chất cháy được của tro

- Kx, Kb, Kl là tỉ lệ phần trăm thành phần cháy của xỉ, tro bay và tro lọt

- ax, ab, al là tỉ lệ tro của nhiên liệu phân phối theo đường xỉ, đường tro bay theo khói, và đường lọt

Khi thiết kế thông thường q4 được chọn theo nhiên liệu tiêu chuẩn tính nhiệt,

nó phụ thuộc vào phương pháp đốt và nhiên liệu đốt Đối với lò đốt nhiên liệu than

đá trên ghi ta chọn theo sách TKLH q4 = 6%

2 Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài q6

Được xác định theo công thức sau

lv x

Q

t C A a

q 

Trong đó :

- Cx là nhiệt dung riêng của xỉ (kJ/kg)

- Tx là nhiệt độ của xỉ thải mang ra ngoài tx = 600ºC

Do vậy

% 0057 , 0 2

, 18141

100

600 933 , 0 9 , 24 75 , 0

q

3 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học q3

Với nhiên liệu đốt là than đá, và phương pháp đốt là trên ghi cố định nênchọn q3 = 5%

4 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài q2

Được tính theo công thức sau

  ,%

100 1

kk kt

lv t



Trong đó:

- Qlv

t : là nhiệt trị thấp của nhiên liệu

- Ikt : là entanpi của khói thải, kJ/kg

- α : hệ số không khí thừa, lấy α = 1,4

t : nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kJ/kg)

- Qv : nhiệt thế thể tích buồng lửa (kcal/m3h)

chọn qv = 0,45.106 kcal/ m3h Nên Vbl = 329,44.4340/0,45/106 = 3,17 m3

- R : diện tích mặt cháy của ghi (m2)

- Btt : lượng nhiên liệu tiêu hao theo tính toán (kg/h)

- Qlv

t : nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kJ/kg)

- qr : được chọn theo tiêu chuẩn thiết kế, ta chọn qr = 975 kW/m2

Vậy R = 329,22.4,18.4340/(975.3600)

= 1,703 m2

3.4.3 Đặc tính cấu tạo của ghi

Do đặc điểm cấu tạo, không gian lắp đặt lò và phù hợp với nhiên liệu đốt lò

là than đá, do đó ta chọn ghi tấm, ghi được làm bằng gang đúc có nhiều lỗ, lỗ códạng hình thang, trên nhỏ dưới to, để dễ dàng cho không khí đi vào và hạn chế thanlọt Tỷ lệ tiết diện động của tấm ghi thường khoảng 8 ÷ 15 %, ghi tấm cũng có cấutạo như ghi thanh

Để đảm bảo làm sạch xỉ trên ghi, trục của ghi phải đặt vuông góc với trục lò.Khi đốt nhiên liệu có xỉ quánh và nhiệt độ của xỉ thấp thì chiều dài của ghi không 2

÷ 2,2 m Chiều rộng của ghi quyết định bởi công suất buồng lửa Thông thường nếughi quá rộng thì cứ khoảng 1 ÷ 1,2 m theo chiều rộng ghi, người ta làm một cửa lò

để dễ dàng vệ sinh và thao tác lò

Số lượng tấm ghi lắp trong buồng đốt

N = R/Fg

= 1,703.0,225 = 7,86 cái  chọn 8 cái

3.5 Tính nhiệt trong buồng lửa pass 1

1 Nhiệt lượng hữu ích trong buồng lửa

Theo công thức sách TKLH trang 45 ta có

kg kJ Q

q q Q

2 Nhiệt độ cháy lý thuyết của than

Từ Qbl = 17420,86 kJ/kg, và tra bảng entanpi bằng phương pháp nội suy tatính được nhiệt độ cháy lý thuyết của than

1600 1500 1500 52

, 17286 39

, 18575

52 , 1728 86

, 17420

Tlt = tlt + 273 = 1514,42 + 273 = 1783,42ºCGiả thiết chọn nhiệt độ khói thải ra khỏi buồng lửa là θ"bl = 1000ºC tươngứng tra bảng entanpi ta được I"bl = Igt = 11034,30 kJ/kg

3 Tỷ nhiệt trung bình của sản phẩm cháy

Theo công thức sách TKLH trang 45 ta có

1000 42

, 1510

30 , 11034 86

, 17420

gt bl tb

I Q VC





= 12,51 kJ/kgºC = 2,99 kcal/kgºC

4 Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ của khói S

Theo công thức sách TKLH trang 87 ta có

5 Độ đen buồng lửa

Độ đen buồng lửa phụ thuộc vào nhiên liệu, phương pháp đốt, chế độ nhiệt

và được tính theo công thức 10.30 sách TKLH trang 46

11

1

tb nl

nl nl

bl

a

a a

- k : là hệ số làm yếu bức xạ bởi môi trường buồng lửa

k = kkrn + μkktr hệ số làm yếu bức xạ bởi tro, do buồng lửa đốt ghi nên chọn

7 Hệ số bảo ôn

Hệ số bảo ôn được xác định theo công thức sau

φ = 1 – q5/(η + q5) = 1 – 2,8/(2,8 + 72,18) = 0,692

8 Diện tích trao đổi nhiệt bức xạ

Theo công thức sách TKLH trang 56 ta có

Hbx = ∑Fi.xTrong đó

- F : là diện tích do dàn ống choán chỗ

- X : là hệ số góc dàn ống, chọn x = 1 do các ống đặt dày

Vậy Hbx = F = 10,35 m2

9 Nhiệt độ khói thải ra khỏi buồng lửa

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa được xác định theo công thức sau :

, 2 44 , 329 962 , 0

4 , 0 42 , 1783 84 , 8 643 , 0 10 67 , 5 4 , 0

6 , 0

0

3 8









Sai số năm trong giới hạn cho phép

10 Lượng nhiệt bức xạ của buồng lửa

Lượng nhiệt bức xạ của buồng lửa được xác định theo công thức :

Qbx = φ(Qbl – I’’

bl) kJ/kgTrong đó :

- φ : hệ số bảo ôn của lò

- Qbl : nhiệt lượng hữu ích của buồng lửa , kJ/kg

- I’’

bl : entanpi của sản phẩm cháy, tương ứng với θ’’

bl = 960  tra bảng tađược I’’

bl = 10572,78 kJ/kg

Vậy Qbx = 0,962(17420,86 – 10572,78) = 6587,85 kJ/kg

Hay Qbx = (6587,85.329,44)/3600 = 602,86 kW

3.6 Tính toán nhiệt nhiệt cho pass 2

1 Cấu tạo pass 2 là phần diện tích trao đổi nhiệt được giới hạn bởi hai dãy vòngống, dạng lồng ống, khe hẹp ở giữa hai vòng là 80 mm

2 Diện tích trao đổi nhiệt trong pass 2 là phần diện tích vòng ngoài của dãy ốngtrong và vòng trong của dãy ống ngoài Không khí chuyển động trong pass 2 làdạng không khí chuyển động trong khe hẹp, nên diện tích của nó được tính nhưsau :

F2 = F21 + F22