BÀI tập lớn lò hơi và THIẾT bị đốt TÍNH TOÁN THIẾT kế lò hơi ỐNG lò ỐNG lửa CÔNG NGHIỆP

TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI

Lò hơi là thiết bị quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng, nơi diễn ra quá trình đốt nhiên liệu Nhiệt lượng sinh ra từ việc cháy sẽ được truyền cho nước trong lò, biến nước thành hơi Qua đó, lò hơi thực hiện việc chuyển hóa hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi.

Lò hơi là thiết bị quan trọng trong các xí nghiệp và nhà máy, đặc biệt trong ngành công nghiệp hóa chất, thực phẩm, và sản xuất đồ uống Nó cung cấp hơi nước cho các quy trình công nghệ như nấu, chưng cất, cô đặc và sấy sản phẩm Hơi nước thường là hơi bão hòa với áp suất tương ứng với nhiệt độ cần thiết cho quy trình Lò hơi công nghiệp thường có áp suất hơi thấp và sản lượng nhỏ, trong khi lò hơi trong nhà máy nhiệt điện sản xuất hơi quá nhiệt với áp suất và nhiệt độ cao để quay turbine, phục vụ cho việc sản xuất điện năng với công suất lớn.

Nhiên liệu sử dụng trong lò hơi có thể bao gồm các loại nhiên liệu rắn như than gỗ và bã mía, cũng như nhiên liệu lỏng như dầu nặng (FO) và dầu diesel (DO), hoặc nhiên liệu khí.

Ta có thể phân loại lò hơi theo nhiều cách:

Theo nhiệm vụ của lò hơi:

Theo nhiệm vụ của lò hơi trong sản xuất ta có: lò hơi năng lượng, lò hơi công nghiệp, lò hơi dân dụng.

Theo chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa

Theo chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa, có các loại lò hơi như: lò hơi ghi thủ công, lò hơi ghi nửa cơ khí, lò hơi ghi xích (ghi cơ khí), lò hơi đốt nhiên liệu lỏng, lò hơi đốt nhiên liệu khí, lò hơi đốt bọt than thải xỉ khô hoặc thải xỉ lỏng, lò hơi buồng lửa xoáy và lò hơi buồng lửa tầng sôi.

Theo chế độ tuần hoàn của nước trong lò

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02

Theo chế độ tuần hoàn của nước trong lò hơi ta có: Lò hơi tuần hoàn tự nhiên; lò hơi tuần hoàn cưỡng bức; lò hơi trực lưu

Mặc dù cách phân loại lò hơi chỉ phản ánh một số đặc tính nhất định, nhưng trong thực tế, việc đặt tên cho lò hơi thường kết hợp nhiều kiểu phân loại khác nhau để thể hiện đầy đủ hơn các đặc điểm của chúng.

Hình 1.1 Hình ảnh lò hơi

TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU VÀ HIỆU SUẤT LÒ HƠI

THÔNG SỐ TÍNH TOÁN BAN ĐẦU

Dầu được sử dụng: FO Áp suất hơi:

Thành phần khối lượng làm việc của Carbone: C lv ,2%

Thành phần khối lượng làm việc của Hydrogen: H lv ,5 %

Thành phần khối lượng làm việc của Lưu huỳnh: S lv =0,6 %

Thành phần khối lượng làm việc của Oxi:

Thành phần khối lượng làm việc của độ tro:

Thành phần khối lượng làm việc của hàm lượng ẩm: W lv =2,2 % Bảng

2.1 Thành phần hóa học có trong nhiên liệu đốt

C lv H lv S lv O lv A W lv

LỰA CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

Theo Trang 47 Tài Liệu [2], hệ số không khí tham khảo khi đốt nhiên liệu dầu FO: α =1,05 ÷ 1,15, vây ta chọn hệ số không khí thừa là: α =1,15

Theo Trang 35 Tài Liệu [1], chọn được lượng không khí lọt của buồng lửa đốt dầu

Vậy, hệ số không khí thừa trong buồng lửa là: α bl =α +∆ α bl =1.2

Theo Trang 38 Tài Liệu [1], tổn thất nhiệt do cháy hóa học không hết q 3 của buồng lửa đốt dầu FO: q 3 =1,0 ÷1,5 %, vậy ta chọn tổn thất nhiệt q 3 là: q 3 =1,5 %

Theo Trang 39 Tài Liệu [1], chọn được tổn thất nhiệt do cháy cơ học không hết q 4 của buồng lửa đốt dầu FO: q 4 =2%

Theo Hình 4.1 Trang 39 Tài Liệu [1], chọn được tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh: q 5 =3,6 %

Chọn tổn thất do tro mang ra ngoài khi đốt dầu FO: q 6 =0 %

Chọn nhiệt độ nhiên liệu: t nl ℃

Chọn nhiệt độ nước cấp: t nc 5℃

Chọn nhiệt độ không khí lạnh: t kkl 0℃

Chọn lượng nước xả lò: p = 3%

Bảng 2.2 Các thông số tính toán α bl t nl t nc t kkl p q 3 q 4 q 5 q 6

TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT VÀ NHIÊN LIỆU TIÊU HAO

Sử dụng phần mềm [4], Phụ lục A, ta có: Nhiệt dộ nước sôi của nước ở áp suất p 8 barg: t sôi 5,4 o C

Theo Tài Liệu [2], nhiệt độ của khói thải ra khỏi lò: t th = t sôi + (70 ÷ 90) = 250 o C Thể tích không khí lý thuyết:

V 0 kk =0,089 ( C lv +0,375 S lv c )+0,265 H lv −0,033O lv =0,089 ( 84,2+0,375 0,6 ) +0,265 11,5−0,033 1,0,5

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:

Q lv t 39.C lv +1030 H lv −109.( O lv −S lv c )−25.W lv 39 84,2+1030 11,5−109 (1,0−0,6 )−25 2,2@29

Thể tích khí 3 nguyên tử

Thể tích niơ lý thuyết

Thể tích hơi nước lý thuyết

Nhiệt đưa vào buồng lửa:

Nhiệt lượng do nhiên liệu mang vào:

Q nl =C nl t nl =2,01382.901,24 kJ /kg

Dầu lấy C k nl =1,74+0,0025 t=1,74+ 0,0025.90=1,965 kJ /kgK

Q nl =C nl t nl =2,01382.901,24 kJ /kg

Vậy nhiệt lượng đưa vào buồng lửa

Q đv =Q lv t + Q nl @290,2+181,244@471,44 kJ /kg

Tổn thất nhiệt do khói thải mang đi

I th =I k =V RO 2 ( Ct ) RO 2 +V 0 H 2 O ( Ct ) H 2 O +V 0 N 2 ( Ct ) N 2 +( α th −1) V 0 kk ( Ct ) kk +0,0161(α th −1)V 0 kk

( Ct ) H 2 O +0 Với: α th =α bl + ∆ α hn =¿ α th =α bl =¿1,2

Nhiệt độ khói thải t th = 250 o C tra bảng Phụ lục C

( Ct ) H 2O 83,59 kJ /m 3 tc ( Ct ) kk 25 kJ /m 3 tc

Enthalpy của không khí lạnh:

I kkl =α th V 0 kk C kkl t kkl =1,2 10,528.1,3 30I2,73 kJ /kg

Tổn thất nhiệt do khói thải:

Q 2 =( I th −I kkl ) ( 1− 100 q 4 ) = ( 4701,01−492,72) ( 1− 1000 ) =4 124,45 kJ /kg Tổn thất do khói thải: q 2 = Q 2

Sử dụng phần mềm [4] tra Enthalpy tại áp suất hơi nước parg:

Theo Phụ Lục B, ta được:

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com i ' t2,9 kJ /kg i'74 kJ/kg # {i} rsub {nc} D0,8 kJ/kg ¿ Nhiệt lượng hữu ích dùng để sinh hơi:

Lượng tiêu hao nhiên liệu:

Vậy nhiên liệu tiêu hao (Lò hơi ống lò ống lửa dầu đốt dầu FO) là:

Trường hợp không có bộ sấy không khí:

Q kk = ( α+ ∆ α ) V o kk (Ct ) kkl =1,2.10,528 1,3.30I2,7 3 kJ /kg

Nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa:

Q s =V RO 2 (Ct ) RO 2 +V 0 H 2 O (Ct ) H 2 O +V 0 N 2 (Ct ) N 2 + ( α bl −1 ) V 0 kk (Ct ) kk +0,0161 ( α bl −1 ) V 0 kk (Ct ) H 2 O +0 ¿ 1,57 9 (Ct ) RO 2 +1,48 5 (Ct ) H 2 O +8,317 (Ct ) N 2 +(1,2−1).10,528 (Ct ) kk + 0,0161(1,2−1) 10,528 (Ct ) H 2 O +0

Giả sử: t bl = 1800 ℃ , theo phụ lục C:

Bảng 2.3 Giá trị Ct ứng với nhiệt độ buồng lửa

2674,26 kJ/m 3 tc 4304,70 kJ/m 3 tc 2643,66 kJ/m 3 tc 3458,34 kJ/m 3 tc

THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 t bl = 1900 ℃ , theo phụ lục C:

Bảng 2.3 Giá trị Ct ứng với nhiệt độ buồng lửa

Nội suy, ta được nhiệt độ buồng lửa: t bl = 40344,71−39667 , 58 ( 1900−1800 ) +180027,60 6 o C 42120 ,

TÍNH TOÁN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC LÒ HƠI

TÍNH TOÁN THỂ TÍCH BUỒNG LỬA

Nhiệt thế thể tích của nhiên liệu đốt trong lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO dao động từ 1000 đến 1500 kW/m³ Khi lựa chọn nhiệt thế thể tích q v, cần lưu ý không chọn giá trị quá lớn hoặc quá nhỏ để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán (Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO)

Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu đốt (Theo Tính Toán ở trên ứng với Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO)

Nhiệt thế thể tích của buồng lửa, q V [W/m 3 ]:

TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI BUỒNG LỬA

Chiều dài của ngọn lửa khi đốt nhiên liệu

Hình 3.1 Đồ thị dùng để xác định chiều dài của ngọn lửa

Theo đồ thị chiều dài ngọn lửa, với lượng tiêu hao nhiên liệu 123,2829 kg/h, chiều dài ngọn lửa khi đốt nhiên liệu ước tính khoảng 2,1 m.

Chiều dài của buồng lửa tương ứng l BL = 4

XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH CỦA BUỒNG LỬA

LỬA Tiết diện của buồng lửa

4 bl2 l BL =1,0401m 3 Đường kính của buồng lửa lò hơi (Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO) d bl = √ 4 V BL = √ 4.1,0401 =0,6 9 m πl BL π 2,8

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THỰC TẾ

Theo tiêu chuẩn TCVN 6413:1998 về lò hơi ống lò ống lửa, chúng tôi lựa chọn ống lò dạng FOX với bước nếp gấp 150 mm và chiều sâu 41 mm, như hình minh họa bên dưới.

Hình 3.2 Hình ảnh dạng lượn sóng

Số bước gợn sống tương ứng của ống trụ buồng lửa là:

THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 n l

Ta tiến hành vẽ thử 1 bước nếp gấp và đo đạc chu vi bằng phần mềm [5], ta được chiều dài tương đương ứng với 1 bước nếp gấp là:

L tđ =n L ng 0,17826=3,39 m Diện tích xung quanh thực tế của buồng lửa:

Năng suất bốc hơi riêng được tính toán theo công thức S xq = F bx = π d bl l tđ, với kết quả là S xq = 7,324 m² Theo tài liệu [2], giá trị D1 được xác định là 50 kg/m², áp dụng cho lò hơi ống lò đốt dầu FO Cần lưu ý rằng năng suất bốc hơi riêng D1 không nên quá lớn hoặc quá nhỏ để đảm bảo hiệu quả hoạt động của lò hơi.

D 1E kghơi /m 2 h Sản lượng hơi D=1,8 tấn/h

Tổng diện tích trao đổi nhiệt:

Số pass bên trong lò hơi (Ứng với Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO “tính cả buồng lửa của Lò hơi”)

2 pass khói và 1 pass buồng lửa Chọn đường kính ngoài của dàn ống trao đổi nhiệt đối lưu theo tiêu chuẩn (Ứng với

Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO)

Chọn đường kính trong của dàn ống trao đổi nhiệt đối lưu theo tiêu chuẩn (Ứng với

Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO)

Chiều dài của dàn ống trao đổi nhiệt đối lưu (Lấy bằng chiều dài của buồng lửa có

L=2,8 m ứng với Lò hơi ống lò ống lửa đốt dầu FO)

Tổng số ống sinh hơi đối lưu sơ bộ: n#5,15

2,8 ống Pass 2 46 ống, pass 3 38 ống (Số pass 2 và 3 chia theo tỉ lệ 55% và 45%)

TÍNH TOÁN CÁC BỀ MẶT TRAO ĐỔI ĐỐI LƯU

Chọn nhiệt độ buồng lửa sơ bộ: t bl 3 0℃

1454,855 kJ/m 3 tc 2279,967 kJ/m 3 tc 1437,31 kJ/m 3 tc 1987,26 kJ/m 3 tc Nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa tương ứng t bl 30 ℃ :

Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của 1kg nhiên liệu:

V =Q −I }} over {{t} rsub {bl} - {t} rsub {bl} rsup { = 40344,71−21326,27 #,844 kJ /kgk =5,69 65 kcal/ kgK

C m s bl 182 7,60 6−1030 Độ dày đặc của dàn ống ψ= H b

Chọn hệ số bám bẩn từ sách Thiết kế lò hơi của thầy Trần Thanh Kỳ (trang 46) ξ=0,9

Diện tích vách do dàn ống choáng chỗ: H b =¿ F v =¿ 7,324 m 2

Hệ số phụ thuộc vào sắc thái của ngọn lửa, tra bảng 50 [1] ta được: β=0,75 Áp suất của buồng lửa: Chọn p = 1 ata

Hệ số làm yếu tia bức xạ trong môi trường buồng lửa k =1,6.

Bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ s=3,6

The article discusses the blackness of the environment in an α combustion chamber, calculated as α = 1 - e^(-kps) = 0.555 The effective blackness of the flame is given by a' = β * α = 0.4164 The overall blackness of the combustion chamber is determined by the formula a₀ = 0.82a' + (1 - a')ψξ = 0.4164 + (1 - 0.4164) * 1 * 0.9 Further calculations involve a complex equation relating temperature and volume, emphasizing the intricate relationships in combustion dynamics.

Như vậy, độ chênh lệch nhiệt độ:

Vậy nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa: t } bl 41,7 ¿

1472,855 kJ/m 3 tc 2309,789 kJ/m 3 tc 1455,101 kJ/m 3 tc 1807,222 kJ/m 3 tc ¿ 1,57 9 (Ct ) RO 2 +1,48 5 (Ct ) H 2 O +8,317 (Ct ) N 2 +(1,2−1).10,528 (Ct ) kk +0,0161(1,2−1) 10,528 (Ct ) H 2 O +0=2

Tổng nhiệt lượng bức xạ trong buồng lửa:

TÍNH TOÁN CÁC BỀ MẶT ĐỐT ĐỐI LƯU

Số pass khói đối lưu: 2

Số ống pass 2 sẽ nhiều hơn số ống pass 3 một vài ống. n 2 = 46 ống n 3 = 38 ống

Dự kiến nhiệt độ khói ra sau pass 2:

YÊU CẦU: Q tính theo PT truyền nhiệt = Q tính theo PT cân bằng nhiệt. ĐIỀU KIỆN: sai khác ΔQ < 2%Q < 2%

Hệ số bảo toàn nhiệt năng: φ = 0,964

Enthalpy khói vào pass 2: I' = I bl'' '' 21596,3 kJ/kg 429,0

Enthalpy khói ra khỏi pass 2 với t 2 = °C, nội suy:

I ”=1,57 9 (Ct ) RO 2 +1,485 (Ct ) H 2 O +8,317 (Ct ) N 2 +(1,2−1).10,528 (Ct ) kk +0,0161 (1,2−1)10,528 (Ct ) H 2 O + 0 Độ lọt không khí sau buồng lửa: Δα= Δα bl =0,05

Q cb =φ ( I ’ – I ”+ Δα I z o )=0,964.(21596,3−8 308,2+ 0,05 492,7 3)833,5 kJ 067kcal kg kg

Bề mặt đốt tính toán, thường lấy về phía khói, ở pass 2

Hệ số bám bẩn (vùng đối lưu), tra bảng mục 6.41 tr 93: ε =0,015

Hệ số bao phủ phản ánh sự giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt khi không bị khói bao phủ hoàn toàn Đối với khói di chuyển trong ống nằm ngang, hệ số này được xác định là ω = 1 Kích thước của ống nằm ngang có đường kính δ = d tr = 0,046 m.

Nhiệt độ tính toán của khói là trung bình cộng của nhiệt độ vào và ra pass 2: t m = t 2 '' +t bl ''

Nhiệt độ vách ống, 6.36 t v =t bh +ε

Tra bảng thông số khói sách Truyền nhiệt (Bảng 23 Tr 412), nội suy:

(0,63−0,64)=0,63 6 500−400 Với thể tích khói đối với 1 kg nhiên liệu:

Vận tốc khói trong ống ở pass 2: ω = V

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của khói: α k = Nuλ

),85 δ 0,046 m 2 K Độ đen của vách chọn: a v = 0,82

Tổng lực hấp thụ của sản phẩm cháy áp suất âm p = 1 atm k =(k k r n +k n μ ) Đối với dòng khói tinh khiết (đốt nhiên liệu lỏng), số hạng thứ hai không còn nữa

Thành phần thể tích của hơi nước r

Tổng áp suất riêng phần của khí 3 nguyên tử r n =r

Bề dày hiệu dụng lớp bức xạ s trong ống khói: π d tr 2 l d tr s=3,6

Nhiệt độ trung bình tuyệt đối dòng khói = t m + 273 = 1008,4 K

Hệ số làm yếu bức xạ bởi khí 3 nguyên tử chứa trong sản phẩm cháy: k k = 0,8+1,6 r H 2 O

1−0,38 1008,4 p n s ( 1000 ) 1.0,2291 0,0414 ( 1000 Độ đen của dòng khói có bụi và không có bụi ở nhiệt độ T°K a=1−e −kps =1−e −6 3,71 1.0,0414 0,2291=0,45 4 Nhiệt độ vách tuyệt đối T v = 717,75 K

Dòng khói tinh khiết (không chứa bụi): a v +1 1−( T v ) 3.6 −8 1− ( 717,75 ) 3.6

Hệ số tỏa nhiệt từ khói cho vách α 1 =ω α k +α b =1 29,85+50,79,6 4 kcal m 2 h ℃ k = 1

THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 Δt = Δt max −Δ t min ln Δt max Δt min Δt max =t '' bl −t bh 41,7−175,46,3℃ Δt min =t '' 2 −t bh B9,0−175,4=2 53,6℃ Δt =8 66,3 −253,6 I 8,77℃ ln 866,3 253,6

B t 12 0,81kg kg Độ sai lệch ΔQ | Q tr −Q cb | |13009,07−1 2833,5|

Tiêu đề	Bài Tập Lớn Lò Hơi Và Thiết Bị Đốt Tính Toán Thiết Kế Lò Hơi Ống Lò Ống Lửa Công Nghiệp
Tác giả	Nguyễn Thế Bảo, Hoàng Trọng Khang, Tất Hán Nghị, Nguyễn Thị Kiều Trang
Người hướng dẫn	TS. Võ Kiến Quốc
Trường học	Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Cơ khí
Thể loại	bài tập lớn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	382,32 KB