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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH BÀI TẬP LỚN LÒ HƠI VÀ THIẾT BỊ ĐỐT TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ HƠI ỐNG LỊ ỐNG LỬA CÔNG NGHIỆP GVHD: TS VÕ KIẾN QUỐC LỚP: L.02 Tp.HCM 03/2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 DANH SÁCH THÀNH VIÊN STT GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 MỤC LỤC DANH SÁCH THÀNH VIÊN MỤC LỤC PHẦN TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI PHẦN TÍNH TỐN Q TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU VÀ HIỆU SUẤT LÒ HƠI 2.1 THƠNG SỐ TÍNH TỐN BAN ĐẦU 2.2 LỰA CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TỐN 2.3 TÍNH TỐN HIỆU SUẤT VÀ NHIÊN LIỆU TIÊU HAO PHẦN TÍNH TỐN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC LỊ HƠI 13 3.1 TÍNH TỐN THỂ TÍCH BUỒNG LỬA 13 3.2 TÍNH TỐN CHIỀU DÀI BUỒNG LỬA 13 3.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH CỦA BUỒNG LỬA 14 3.4 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THỰC TẾ 14 PHẦN TÍNH TỐN CÁC BỀ MẶT TRAO ĐỔI ĐỐI LƯU 17 PHẦN 5: TÍNH TỐN CÁC BỀ MẶT ĐỐT ĐỐI LƯU 19 PHỤ LỤC 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 A GIÁO TRÌNH VÀ TÀI LIỆU 26 B PHẦN MỀM SỬ DỤNG 26 GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 PHẦN TỔNG QUAN VỀ LỊ HƠI Lị thiết bị xảy q trình đốt nhiên lựu, nhiệt lượng tỏa từ trình cháy truyền cho nước lò để biến nước thành Nghĩa thực q trình biến đổi hóa nhiên liệu thành nhiệt dòng Lò thiết bị phổ biến xí nghiệp, nhà máy Trong nhà máy công nghiệp nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến thực phẩm, v.v nước phục vụ cho q trình cơng nghệ đun nấu, chưng cất dung dịch, cô đặc sấy sản phẩm… Hơi thường bão hịa, có áp suất tương ứng với nhiệt độ bão hòa cần thiết cho q trình cơng nghê Loại lị gọi lị cơng nghiệp, có áp suất thấp, sản lượng nhỏ Trong nhà máy nhiệt điện, lò sản xuất để làm quay turbine, phục vụ cho việc sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có cơng suất lớn, q nhiệt có áp suất nhiệt độ cao, loại gọi lò lượng Nhiên liệu đốt lị nhiên liệu rắn than gỗ, bã mía, nhiên liệu lỏng dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) nhiên liệu khí Ta phân loại lị theo nhiều cách: Theo nhiệm vụ lò hơi: Theo nhiệm vụ lị sản xuất ta có: lị lượng, lị cơng nghiệp, lị dân dụng Theo chế độ đốt nhiên liệu buồng lửa Theo chế độ đốt nhiên liệu tong buồng lửa ta có: Lị ghi thủ cơng; lị ghi nửa khí; lị ghi xích (ghi khí); lị đốt nhiên liệu lỏng, lị đốt nhiên liệu khí; lị đốt bọt than thải xỉ khơ hay thải xỉ lỏng; lị buồng lửa xốy; lị buồng lửa tầng sơi Theo chế độ tuần hồn nước lò GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 Theo chế độ tuần hồn nước lị ta có: Lị tuần hồn tự nhiên; lị tuần hồn cưỡng bức; lị trực lưu Tuy nhiên cách phân loại thể hiên vài đặc tính lị nên thực tế gọi tên lò thường người ta kết hợp nhiều kiểu phân loại Hình 1.1 Hình ảnh lị GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LỊ HƠI LỚP: L.02 PHẦN TÍNH TỐN Q TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU VÀ HIỆU SUẤT LỊ HƠI 2.1 THƠNG SỐ TÍNH TỐN BAN ĐẦU Dầu sử dụng: FO Áp suất hơi: ph=8 barg Sản lượng hơi: D=1,8 tấn/h Thành phần khối lượng làm việc Carbone: Clv=84,2% Thành phần khối lượng làm việc Hydrogen: Hlv =11,5 % Thành phần khối lượng làm việc Lưu huỳnh: Slv =0,6 % Olv =1,0 % A=0,5 % Thành phần khối lượng làm việc Oxi: Thành phần khối lượng làm việc độ tro: Thành phần khối lượng làm việc hàm lượng ẩm: Wlv =2,2 % Bảng 2.1 Thành phần hóa học có nhiên liệu đốt C lv 2.2 LỰA CHỌN THƠNG SỐ TÍNH TỐN Theo Trang 47 Tài Liệu [2], hệ số khơng khí tham khảo đốt nhiên liệu dầu FO: α =1,05 ÷ 1,15, vây ta chọn hệ số khơng khí thừa là: α =1,15 Theo Trang 35 Tài Liệu [1], chọn lượng không khí lọt buồng lửa đốt dầu FO là: ∆ αbl=0,05 GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 Vậy, hệ số khơng khí thừa buồng lửa là: α bl=α +∆ αbl=1.2 Theo Trang 38 Tài Liệu [1], tổn thất nhiệt cháy hóa học khơng hết q3 buồng lửa đốt dầu FO: q3=1,0 ÷1,5 %, ta chọn tổn thất nhiệt q3 là: q 3=1,5 % Theo Trang 39 Tài Liệu [1], chọn tổn thất nhiệt cháy học không hết q4 buồng lửa đốt dầu FO: q 4=2% Theo Hình 4.1 Trang 39 Tài Liệu [1], chọn tổn thất nhiệt môi trường xung quanh: q 5=3,6 % Chọn tổn thất tro mang đốt dầu FO: q 6=0 % Chọn nhiệt độ nhiên liệu: t nl=90 ℃ Chọn nhiệt độ nước cấp: t nc=105℃ Chọn nhiệt độ khơng khí lạnh: t kkl=30℃ Chọn lượng nước xả lò: p = 3% Bảng 2.2 Các thơng số tính tốn α bl 1.2 GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LỊ HƠI LỚP: L.02 2.3 TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT VÀ NHIÊN LIỆU TIÊU HAO Sử dụng phần mềm [4], Phụ lục A, ta có: Nhiệt dộ nước sôi nước áp suất p = barg: o t sôi=175,4 C Theo Tài Liệu [2], nhiệt độ khói thải khỏi lị: tth = tsơi + (70 ÷ 90) = 250oC Thể tích khơng khí lý thuyết: V 0kk =0,089 (Clv+0,375 Slvc )+0,265 Hlv−0,033Olv =0,089 (84,2+0,375 0,6)+0,265 11,5−0,033 1,0=10,5 Nhiệt trị thấp nhiên liệu: Qlvt =339.Clv +1030 Hlv −109.(Olv−Slvc )−25.W lv=339 84,2+1030 11,5−109 (1,0−0,6 )−25 2,2=4029 Thể tích khí nguyên tử V RO2=0,0187 (C +0,375 S lv lv c )=0,0187 (84,2+ 0,375.0,6 )=1,57 m3 /kg Thể tích niơ lý thuyết V N2=0,79 V kk+ 0,008 N lv=0,79.10,528+0,008 0=8,317 m3 /kg Thể tích nước lý thuyết V 0H 2O =0,112 Hlv +0,0124 W lv +0,0161.V kk =0,112.11,5+0,0124.2,2+0,0161.10,528=1,485 m /kg Nhiệt đưa vào buồng lửa: Q đv =Qlvt+ Qkkn+Qnl +Qp Nhiệt lượng nhiên liệu mang vào: Q nl=Cnl tnl=2,01382.90=181,24 kJ /kg C =Ck nlnl 100−Wlv +4,184 W lv =1,965 100−2,2 +4,184 2,2 =2,01 kJ /kgK 100100100100 Dầu lấy Cknl=1,74+0,0025 t=1,74+ 0,0025.90=1,965 kJ /kgK GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 Q nl=Cnl tnl=2,01382.90=181,24 kJ /kg Vậy nhiệt lượng đưa vào buồng lửa Q đv=Qlvt+ Qnl=40290,2+181,244=40471,44 kJ /kg Tổn thất nhiệt khói thải mang Q2=( Ith−I kkl ( ) 1− 100 q4 ) Enthalpy khói thải: I th=Ik =I k+( αth−1) I I th=I k =V RO2 (Ct )RO 2+V kk+0,0161(αth−1)V kk H2 O (Ct )H (Ct )H O O +V N2 kk +I α H2 O +I tro (Ct )N 2+(αth−1)V kk (Ct ) +0 Với: αth=α bl+ ∆ αhn=¿ αth=αbl=¿1,2 Nhiệt độ khói thải tth = 250oC tra bảng Phụ lục C { (Ct )RO 2=458,14 kJ /m3 tc → (Ct )N 2=325,93 kJ /m tc (Ct )H 2O =383,59 kJ /m3 tc (Ct )kk=325 kJ /m3 tc I th=1,5787 458,135+1,4848 383,590+8,3174 325,926+ (1,2−1).10,528 1,3 250+0,0161 (1,2−1)10,528 Enthalpy khơng khí lạnh: I kkl=αth V kk Ckkl tkkl=1,2 10,528.1,3 30=492,73 kJ /kg Tổn thất nhiệt khói thải: Q 2=(I th−I kkl ) (1− 100q )=( 4701,01−492,72).(1−1000 )=4 124,45 kJ /kg Tổn thất khói thải: q 2= Q2 =10,19% Qđv Hiệu suất lò hơi: η= Q Qđv = D bh ¿¿ B Sử dụng phần mềm [4] tra Enthalpy áp suất nước p=8barg: Theo Phụ Lục B, ta được: GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 PHẦN TÍNH TỐN CÁC BỀ MẶT TRAO ĐỔI ĐỐI LƯU Chọn nhiệt độ buồng lửa sơ bộ: tbl=10 0℃ Bảng (Ct)kk 1454,855 kJ/m3t Nhiệt lượng hữu ích sinh buồng lửa tương ứng tbl=1030 ℃: I }bl= 21326,27 kJ/k ¿ Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy 1kg nhiên liệu: V =Q −I}} over {{t} rsub {bl} - {t} rsub {bl} rsup {= 40344,71−21326,27 =23,844 kJ /kgk =5,69 65 kcal/ kgK C s m bl 182 7,60 6−1030 Độ dày đặc dàn ống ψ= Hb =1 Fv Chọn hệ số bám bẩn từ sách Thiết kế lò thầy Trần Thanh Kỳ (trang 46) ξ=0,9 Diện tích vách dàn ống chống chỗ: Hb =¿ Fv=¿ 7,324 m2 Hệ số phụ thuộc vào sắc thái lửa, tra bảng 50 [1] ta được: β=0,75 Áp suất buồng lửa: Chọn p = ata Hệ số làm yếu tia xạ môi trường buồng lửa k =1,6 Bề dày hiệu dụng lớp xạ s=3,6 GVHD: VÕ KIẾN QUỐC TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 Độ đen môi trường buồng lửa α=1−e−kps=1−e−1,5848.1.0,5112=1−e−0,7881=0,555 Độ đen hiệu dụng lửa a' =β α= 0,75.0,5552 = 0,4164 Độ đen buồng lửa: ao= t}bl= {{T} rsub {a}} over {left ({1,27 {10} ^ {-8} ξ {H} rsub {b} {a} rsub {0} {{T} rsub {a}} ^ {3} } over {φ {B} rsub {t} {V} rsub {{C} rsub {m}} } right ) +1} Như vậy, độ chênh lệch nhiệt độ: ' ∆ t k=¿ Vậy nhiệt độ khói khỏi buồng lửa: t}bl=10 41,7 ¿ (Ct)kk 1472,855 kJ/m3tc ¿ 1,57 (Ct )RO +1,48 (Ct )H 2 O +8,317 (Ct )N 2+(1,2−1).10,528 (Ct )kk +0,0161(1,2−1) 10,528 (Ct )H2 Tổng nhiệt lượng xạ buồng lửa: Qbx=Qs −I'bl' =40344,71−21596,3=18748 , kJ /kg GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang| TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com O +0=2 THIẾT KẾ LỊ HƠI LỚP: L.02 PHẦN 5: TÍNH TỐN CÁC BỀ MẶT ĐỐT ĐỐI LƯU Số pass khói đối lưu: Số ống: 84 Số ống pass nhiều số ống pass vài ống n = 46 ống n = 38 ống Dự kiến nhiệt độ khói sau pass 2: '' t2 = YÊU CẦU: Q tính theo PT truyền nhiệt = Q tính theo PT cân nhiệt ĐIỀU KIỆN: sai khác ΔQ < 2% Hệ số bảo toàn nhiệt năng: φ = 0,964 Enthalpy khói vào pass 2: I' = Ibl''''= Enthalpy khói khỏi pass vớit2 (Ct)kk 571,713 kJ/m3tc I ”=1,57 (Ct )RO +1,485 (Ct )H 2O +8,317 (Ct )N2 +(1,2−1).10,528 (Ct )kk +0,0161 (1,2−1)10,528 (Ct )H2 Độ lọt khơng khí sau buồng lửa: Δα= Δαbl=0,05 Ioz=Ikkl=492,7 kJ kg Q cân GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang| O +0 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI Qcb=φ (I ’ – I ”+ Δα I zo )=0,964.(21596,3−8 308,2+ 0,05 492,7 3)=12833,5 Bề mặt đốt tính tốn, thường lấy phía khói, pass H=π dtr l n2=π 0,046 2,8 6=20,64 m2 Hệ số bám bẩn (vùng đối lưu), tra bảng mục 6.41 tr 93: ε =0,015 Hệ số bao phủ, tính đến giảm hấp thụ nhiệt bề mặt khơng khói bao phủ tồn Đối với khói ống nằm ngang: ω=1 Ống nằm ngang: δ =dtr =0,046 m Nhiệt độ tính tốn khói trung bình cộng nhiệt độ vào pass 2: Nhiệt độ vách ống, 6.36 tv=tbh+ε Tra bảng thơng số khói sách Truyền nhiệt (Bảng 23 Tr 412), nội suy: λ=8,27 10 ( ν= 112,4 + P rf =0,61+ P rw=0,64 + 735,4−700 800−700 (0,60−0,61)=0,60 44,75−400 500−400 (0,63−0,64)=0,63 Với thể tích khói kg nhiên liệu: V kkhô=V RO2 +V N2 +(α−1)V kk=1,57 9+8,317+(1,2−1) 10,528=12,00 m3 / kg V H O =V 0H O+ 0,0161(α−1) V kk0 =1,485+ 0,0161 m3 V =V +V k GVHD: VÕ KIẾN QUỐC kkhô 12,00 2+1,51 9=13,52 tc H2 O kg Trang| TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 V= B V t t + 273 (m ) = 120,81 13,521 (7 35,4+273) =1,67 m3 3600.2733600.273s k Vận tốc khói ống pass 2: Hệ số Reynold: 2200 < Re < 10000 -> Chảy độ Re.10-3 K0 Với: K =24+ 7626,6−7 000 (27−24)=25,88 000−7 000 Tỉ số 2,8 l =60,8696>50 →εl=1 d =0,046 Hệ số Nu: Nu=K0 P r0,43 (PPrr ) f w 0,25 ε l=25,88 0,60740,43 (0,600,6366 ) 0,25 1=119,3 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu khói: Nuλ αk= δ Độ đen vách chọn: av = 0,82 Tổng lực hấp thụ sản phẩm cháy áp suất âm p = atm k =(k k r n+kn μ ) Đối với dịng khói tinh khiết (đốt nhiên liệu lỏng), số hạng thứ hai khơng cịn GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang| TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 Thành phần thể tích nước Tổng áp suất riêng phần khí nguyên tử r =r n +r H2O =r RO2 H2O Bề dày hiệu dụng lớp xạ s ống khói: s=3,6 Nhiệt độ trung bình tuyệt đối dịng khói = tm + 273 = 1008,4 K Hệ số làm yếu xạ khí nguyên tử chứa sản phẩm cháy: 0,8+1,6 r H2 O k k= pn s Độ đen dịng khói có bụi khơng có bụi nhiệt độ T°K a=1−e−kps=1−e−6 3,71 1.0,0414 0,2291=0,45 Nhiệt độ vách tuyệt đối Tv = 717,75 K Dịng khói tinh khiết (không chứa bụi): av −8 αb=4,9.10 Hệ số tỏa nhiệt từ khói cho vách Độ chênh nhiệt độ GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang| TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 Δt = −Δ t Δt max ln Δt max Δt Δtmax=t''bl−tbh=10 41,7−175,4=866,3℃ Δtmin=t''2−tbh=429,0−175,4=2 53,6℃ 66,3−253,6 =49 8,77℃ Δt = ln 866,3 253,6 Q truyền: Qtr= kHΔt =36,49 20,64 49 8,77 =3109,24 kcal =13009,07 kJ Bt12 0,81kgkg Độ sai lệch ΔQ=  ΔQ < 2% Chấp nhận kết GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang| TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 PHỤỤ̣ LỤỤ̣C Phụ lục A Tra nhiệt độ sôi nước áp suất p=8 barg Phụ lục B Tra Enthalpy nước cấp trạng thái GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang| TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 Phụ lục C Bảng tra Giá trị (Ct) khí có khói sau q trình cháy GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang| TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 TÀI LIỆU THAM KHẢO A GIÁO TRÌNH VÀ TÀI LIỆU [1] Kỳ, T.T (1990) Thiết kế lò Nhà xuất Trung tâm nghiên cứu thiết bị lượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM [2] Bài giảng Lò thiết bị đốt Thầy Võ kiến Quốc [3] Châm, ĐN & Đòng, HN (2008) Lò thiết bị đốt Nhà xuất Khoa học cà kỹ thuật Hà Nội B PHẦN MỀM SỬ DỤỤ̣NG [4] Phần mềm EES32 [5] Phần mềm Autocad 2019 GVHD: VÕ KIẾN QUỐC Trang| TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... skknchat@gmail.com THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 PHẦN TÍNH TỐN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC LỊ HƠI 3.1 TÍNH TỐN THỂ TÍCH BUỒNG LỬA Nhiệt thể tích nhiên liệu đốt (Theo Tài Liệu [2], ứng với Lò ống lò ống lửa đốt dầu FO... lửa lị (Lò ống lò ống lửa đốt dầu FO) √ d bl= V BL = √ 4.1,0401 =0,6 m πlBLπ 2,8 3.4 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THỰC TẾ Dựa theo tiêu chuẩn TCVN 6413:1998 lò ống lò ống lửa trang 91, ta chọn ống lò. .. skknchat@gmail.com O +0=2 THIẾT KẾ LÒ HƠI LỚP: L.02 PHẦN 5: TÍNH TỐN CÁC BỀ MẶT ĐỐT ĐỐI LƯU Số pass khói đối lưu: Số ống: 84 Số ống pass nhiều số ống pass vài ống n = 46 ống n = 38 ống Dự kiến nhiệt