Tính toán nhiệt lò hơi

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN NHIỆT LÒ HƠI 1.1 Thành phần nhiên liệu.  Thành phần khô của nhiên liệu : 47%, 6,5%, 44%, 2,5%, 50%k k k k lvC H O A W     (theo (2)) Thành phần làm việc của bã mía theo sách (4): 47 23,5% 100 100 100 100 50 k lv lv C C W      (theo (2)) 6,5 3, 25% 0,5 0,5 k lv HH    , 2,5 1,25% 0,5 0,5 k lv AA    44 22% 0,5 0,5 k lv OO    Cũng theo (2) ta có : 4226 48,5. 4226 48,5.50 1801( / )lv lvtQ W kcal kg      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: 0,0899( 0,375 ) 0,265 0,0333o lv lv lv lvV C S H O    30,0899(23,5 0,375.0) 0,265.3,25 0,0333.22 2,2413( / )oV Nm kg      Thể tích khí 2N : 20 0 30,79. 0,8. 0,79.2,2413 1,771( / )100 lv N N V V Nm kg    Thể tích khí 3 nguyên tử: 2 0 30,375 23,51,866 1,866 0,439( / ) 100 100 lv lv RO C S V Nm kg    Thể tích lý thuyết của hơi nước: 2 0 0 30,111 0,0124 0,0161 ( / )lv lvH OV H W V Nm kg   2 0 30,111.3, 25 0,0124.50 0,0161.0,4.2,2413 1,031( / )H OV Nm kg     Thể tích sản phẩm cháy : 2 2 2 0 0 3( 1) 0,439 1,771 1,031 0,4.2,2413 4,138( / )k N RO H OV V V V V Nm kg          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 0,11RO RO kr V V   2 2 / 1,031/ 4,138 0,25H O H O kr V V   2 2 0,11 0,25 0,36n H O ROr r r      Entapi của không khí và sản phẩm cháy. Chọn nhiệt độ khói thải là 0200 C Entapi của khói thải: 2 2 2 2 2 2 0 0( ) ( ) ( ) ( / )k RO CO N N H O H OI V c V c V c 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( / )kI kcal kg     Entapi của không khí lý thuyết : 0 0 ( ) 2,2413.63,6 142,5( / )I V c kcal kg   Entapi của khói đối với 1kg nhiên liệu được xác định 0 0( 1) 222,4 (1,4 1)142,5 279,4( / )k kI I I kcal kg       1.2 Cân bằng nhiệt lò hơi. Phương trình cân bằng nhiệt : 0 1 2 3 4 5 6 ( / )lQ Q Q Q Q Q Q kcal kg      Tổng nhiệt khi đốt 1kg nhiên liệu : 0 ( / )l lth k n fQ Q Q i Q kcal kg    Do không khí được đưa trực tiếp vào buồng đốt không qua bộ sấy không khí nên không có , ,k f nQ Q i . 0 1801( / ) l l thQ Q kcal kg   Tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt hóa học 3q : Khi đốt nhiên liệu rắn trên lò ghi thủ công. Chọn 3 3%q  (theo 1) Tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt cơ học 4q : Đốt nhiên liệu trên ghi chọn 4 11%q  (theo 1) Tổn thất nhiệt ra môi trường 5q không đáng kể. chọn 5 0,5%q  (theo 1) Tổn thất nhiệt do xỉ thải 6q : 6 0 ( ) lvxi xi l a ct A q Q  xia - phần xỉ thải ra khỏi lò. Đối với lò ghi chọn 0,8xia  ( )xict - entapi của xỉ, kcal/kg. chọn nhiệt độ xỉ thải 0600xit C Theo (1) ta chọn ( ) 133,8( / )xict kcal kg 6 0,8.133,8.1,25 0,08% 1801 q   Tổn thất nhiệt do khói thải 2q : Chọn nhiệt độ không khí lạnh là 300C, độ ẩm 80%  , 0 85( / ) 20,3( / )lI kJ kg kcal kg  2 (279,4 0,4.20,3)(100 10) 13,6% 1801 q     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%l q      Lượng nhiên liệu tiêu hao : 0 ( ) 500(654,09 27)100 237,8( / ) . 1801.73,2 p pb l D i i B kg h Q      Lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán : 4 11(1 ) 237,8(1 ) 211,6( / ) 100 100t q B B kg h     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 o k q q Q Q Q kcal kg    ' 0 0( ) , /k n lQ I kcal kg     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 Q kcal kg     Tính thể tích buồng lửa V0: Thể tích buồng lửa được xác định theo ứng xuất nhiệt buồng lửa 3 0. / ( / ) l thB Q V kcal m h (theo (3)) Ta chọn 3 30. / 300.10 ( / )lthB Q V kcal m h 3 0 3 . 211,6.1801 1,3( ) 300.10 300000 l thB QV m   Tính diện tích ghi Diện tích ghi được xác định theo nhiệt thế trên ghi 3. / ( / )lthB Q R kcal m h (theo (3)) Ta chọn 3 30. / 500.10 ( / )lthB Q V kcal m h 2 3 . 211,6.1801 0,85( ) 450.10 450000 l thB QR m   Chiều cao lò đốt : 1,3 1,5( ) 0,85 V H m R    Chọn chiều dài buồng đốt là 1m, chiều rộng buồng đốt là 0,8m. Toàn bộ diện tích vách buồng lửa : 22(1.0,8 1.1,5 0,8.1,5) 7vF m    Bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ ngọn lửa : 1,33,6 3,6. 0,67( ) 7,72 o v V S m 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 Q kcal kg 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 , 0 C tB : 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( ' " ) , /zI I I Q kcal kg       hệ số bảo toàn nhiệt năng: 5 101 1 0,995 100 100 q      I’ và I” – entapi của khói vào và ra khỏi bề mặt đốt, kcal/kg Nhiệt độ khói vào lò là 0900 C ' (466.0,439 297.1,771 364.1,031) 0,4.2,2413.306 1380,2( / )I kcal kg      Nhiệt độ khói ra khỏi lò là 0200 C " 279,4( / )I kcal kg  Entapi của không khí lọt vào lò : 0 0 2,2413.1,3.27 78,7( / )z pt huI V c t 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 : 0 0,06.78,7 4,722( / )zI kcal kg   0( ' " ) 0,995(1380,2 279,4 4,7) 1105,5( / )zQ I I I kcal kg           Tính hệ số truyền nhiệt k . Hệ số truyền nhiệt của tường nhiều lớp : 2 0 1 2 1 , ( / ) 1 1t v c t v c k kcal m h C             Nhiệt trở của tro xỉ đóng bên ngoài ống /t t  gọi 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 c  ở 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 kBVV      ( m3/s) Nhiệt độ tính toán của dòng : 0' " 900 200 550 2 2 C       Thể tích khói đối với 1kg nhiên liệu 34,138( / )kV Nm kg 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 F a b z m   Chọn kích thước khói đi vào: ab = 0,80,2(m) 2 23,14.0,0510,8.0,2 16 0,13( ) 4 F m    Vậy vận tốc khói tính được là: 0,74 5,7( / ) 0,13 m s   Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu khi dòng khói chảy dọc theo chùm ống. Đường kính tương đương ,tdd m : 4 4.0,8.0,2 0,051 0,199( ) 200( ) 16.3,14.0,051td ab d d m mm z d      Tra đồ thị hình 6.7 trang 77 (1) theo đường kính tương đương 200tdd mm và vận tốc khói 5,7( / )m s  ta được 2 013,1( / . )H kcal m h C  \ Khi làm nguội dòng khói k lv l HC C   Hệ số hiệu chỉnh chiều dài tương đối lC được tính đến vì / 1,5 / 0,52 2,9 50tdl d    . Tra đồ thị hình 6.7 trang 78 (1) theo tỷ số /l d ta được 1,3lC  Hệ số hiệu chỉnh cho các đặc tính vật lý của dòng khi thay đổi nhiệt độ và thành phần môi chất lvC . Tra đồ thị hình 6.7 trang 78 (1) theo tỷ lệ thể tích khí 3 nguyên tử 2 0 0,25Hr  và nhiệt độ của dòng khói 0550 C  ta được 1,03lvC  Vậy ta được hệ số tỏa nhiệt đối lưu : 2 01 1,03.2,9.13,1 39,13( / . )lv l HC C kcal m h C    Hệ số tỏa nhiệt từ khói cho vách 2 01 , ( / . )k b kcal m h C      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): 4 8 3 2 01 1 ( / )4,9.10 , / 2 1 ( / ) v V b V a T T aT kcal m h C T T      Trong công thức trên : va - độ đen của vách các bề mặt hấp thụ bức xạ, đối với các bề mặt đốt của lò hơi chọn 0,82va  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. vt t t   t : nhiệt độ trung bình của môi chất trong ống, 0 C . Đối với chất lỏng sôi chọn t là nhiệt độ sôi 0143,62t C  . :t Độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ của vách ống bám bẩn và nhiệt độ của môi chất trong ống ( 0 C ), 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 400 0 C chọn 060t C  (theo công thức 6.34 trang 137 sách(2)) 0143,62 60 203,62vt t t C      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 kpsa 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 "T theo công thức 5.24 trang 111 sách (2) 1 2.HC ZL ZL cock k k k x x   Nồng độ trung bình của tro trong khói ZL ( 3/g m )xác định theo công thức 2.24 [2] 10 /pZL YH GA V  Với độ tro 1,25%pA  , YH phần tro của nhiên liệu do khói mang đi. 0,07YH  34,138( / )GV m kg 310 / 10.1,25.0,07 / 4,138 0,21( / )pZL YH GA V g m     Giá trị 10cock  . Các hệ số không thứ nguyên 1x và 2x tính đến ảnh hưởng nồng độ các hạt cốc trong ngọn lửa phụ thuộc vào dạng nhiên liệu. Đối với nhiên liệu dễ cháy 1 0,5x  , khi nhiên liệu cháy trong không gian 2 0,1x  Hệ số làm yếu bức xạ bởi phần không sáng của môi trường buồng đốt, bao gồm các khí 3 nguyên tử .HC n Gk r k . ở đây 2 2n RO H O r r r  0,36 Áp suất tổng khí 3 nguyên tử: . 0,36.1 0,36n np p r   Gk - 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 7,8 16 " 273 7,8 16.0, 25 900 273 . 1 0,37 . 1 0,37 2,89 1000 10003,16 3,16 0,36 H O T G s 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 23 44 ( ) ZL T zl k T d  zld giá trị trung bình đường kính các hạt tro ( m ) theo bảng 5.4 trang 112 sách (2) chọn 20zld m . " 2 2 2 233 44 44 0,054 ( ) (900 273) .20 ZL T zl k T d      . 0,36.2,89 1,0404HC n Gk r k    Do đó : 1 2. 1,0404 0,054.0,21 10.0,5.0,1 1,552HC ZL ZL cock k k k x x       Vậy độ đen của dòng khói có bụi 1,552.1.0,611 1 0,39kpsa e e      Hệ số tỏa nhiệt bức xạ (có sự bức xạ của tro bụi): 4 8 3 2 00,82 1 1 (476,62 / 823)4,9.10 0,39.823 20,41( / ) 2 1 (476,62 /823)b kcal m h C     2 0 1 . 0,9.39,13 20,41 40,1( / . )k b kcal m h C         Hệ số tỏa nhiệt từ vách cho môi chất lạnh 2 có thể bỏ qua nên 2 0  Vậy hệ số truyền nhiệt tìm được 2 01 28,62( / . ) 1 0,01 0 0 0 40,1 k kcal m h C       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): 0900 200 700tl C    Với :tn hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn ở tận cùng đầu kia của bề mặt đốt (độ chênh lệch nhiệt độ nước): 0143,62 27 116,62tn C    0700 116,62 325,9 700 2,3lg2,3lg 116,62 tl tn tl tn t C         Từ phương trình truyền nhiệt thứ nhất : 2. 1105,5.211,6 25,1( ) . 28,62.325,9 t t Q BkH t Q H m B k 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