Điện năng lượng chủ yếu mà nhu cầu phát triển khinh tế nước Hiện nước ta hầu giới, lượng điện nhà máy nhiệt điện sản xuất chiếm tỷ lệ chủ yếu mạng lưới điện nước Trong trình sản xuất điện năng, lị khâu quan trọng có nhiệm vụ biến đổi lượng tàng trữ nhiên liệu thành nhiệt Nó thiết bị khơng thể thiếu nhà máy nhiệt điện, lị sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác Ở nước ta thường dùng lị hạ áp trung áp Vì việc nghiên cứu đưa lò cao áp vào sử dụng hợp lý Trong kỳ học em giao nhiệm vụ thiết kế lò đốt than sản lượng 125 tấn/giờ
Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng LỜI NÓI ĐẦU Điện năng lượng chủ yếu mà nhu cầu phát triển khinh tế nước Hiện nước ta hầu giới, lượng điện nhà máy nhiệt điện sản xuất chiếm tỷ lệ chủ yếu mạng lưới điện nước Trong trình sản xuất điện năng, lị khâu quan trọng có nhiệm vụ biến đổi lượng tàng trữ nhiên liệu thành nhiệt Nó thiết bị khơng thể thiếu nhà máy nhiệt điện, lị sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác Ở nước ta thường dùng lị hạ áp trung áp Vì việc nghiên cứu đưa lò cao áp vào sử dụng hợp lý Trong kỳ học em giao nhiệm vụ thiết kế lò đốt than sản lượng 125 tấn/giờ Với việc giúp đỡ hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng với việc nghiên cứu tài liệu khác, em hoàn thành thiết kế Trong q trình thiết kế khơng tránh sai sót, em khính mong đóng góp ý kiến bảo thầy cô giáo, em xin chân thành cảm ơn Người Thiết kế Hồ Văn Anh Quốc SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Page Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng CHƯƠNG MỞ ĐẦU Nhiệm Vụ Thiết Kế Sản lượng nhiệt Dđm = 125 T/h Áp suất nhiệt Pqn = 9,6 MPa = 96 Bar Nhiệt độ nhiệt Tqn = 510 ºC Nhiệt độ nước cấp vào lò Tnc = 225 ºC Nhiên liệu than có đặc tính sau Thành Phần Clv Hlv Olv Slv Alv Wlv Phần Trăm % 62,7 3,1 1,7 0,9 23,8 Nhiệt trị nhiên liệu Qlvt = 24,2 MJ/kg Nhiệt độ bắt đầu chảy t3 = 1330 ºC Nhiệt độ khơng khí khơng gian lị lấy nhiệt độ mơi trường tkkl = 30 ºC SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Page Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Contents LỜI NĨI ĐẦU .1 CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ DẠNG LÒ HƠI 1.1 Chọn phương pháp đốt cấu trúc buồng lửa 1.1.1 Buồng lửa: 1.1.2 Phương pháp thải xỉ: 1.1.3 Kiểu lò hơi: 1.2 Chọn dạng cấu trúc phận khác lò 1.2.1 Dạng cấu trúc pheston: 1.2.2 Dạng cấu trúc nhiệt: 1.2.3 Bộ sấy khơng khí hâm nước: 1.2.4 Đáy buồng lửa: .7 1.3 Nhiệt độ khói khơng khí: 1.3.1 Nhiệt độ khói khỏi lị θth : 1.3.2 Nhiệt độ khói khỏi buồng lửa θ’’bl : 1.3.3 Nhiệt độ khơng khí nóng: .8 1.4 Dạng cấu tạo tổng thể lò hơi: CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN Q TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU 2.1 Tính thể tích khơng khí: 2.2 Tính thể tích sản phẩm cháy: .9 2.1 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: .9 2.2.2 Thể tích thực tế sản phẩm cháy 10 2.2.2.1 Thể tích nước 10 2.2.2.2 Thể tích khói thực: 10 2.2.2.3 Phân thể tích khí: .10 2.2.2.4 Nồng độ tro bay theo khói: 10 2.2.3 Xác định hệ số khống khí thừa: 10 2.2.4 Lập bảng đặc tính thể tích khơng khí: 10 SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Page Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng 2.3 Tính entanpi khơng khí khói 11 CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI .16 3.1 Xác định lượng nhiệt đưa vào lò .16 3.2 Xác định tổn thất nhiệt lò hơi: 17 3.2.1 Tổn thất nhiệt khỏi thải mang ngồi lị q2 [%] 17 3.2.2 Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn hóa học Q3 q3 18 3.2.3 Tổn thất nhiệt cháy không hoàn toàn học Q4 q4 18 3.2.4 Tổn thất nhiệt tỏa nhiệt môi trường xung quanh Q5 q5 18 3.2.5 Tổn thât nhiệt xỉ mang Q6 q6 .18 3.3 Nhiệt lượng sử dụng hữu ích thiết bị lò 18 3.4 Hiệu suất lò lượng tiêu hao nhiên liệu .19 3.4.1 Hiệu suất lò hơi : 19 3.4.2 Lượng nhiện liệu tiêu hao lò 19 CHƯƠNG 4: TÍNH NHIỆT BUỒNG LỬA 20 4.1 Xác định kích thước buồng lửa bố trí vịi phun nhiên liệu 20 4.1.1 Thể tích buồng lửa Vbl [m3] 20 4.1.2 Xác định chiều rộng a, chiều sâu b buồng lửa .21 4.1.4 Cách bố trí vói phun tường buồng lửa 22 4.1.5 Chiều cao khói tường sau buồng lửa hr 22 4.1.6 Phần buồng lửa .22 4.1.7 Các đặc tính nhiệt buồng lửa .23 4.2 Tính trao đổi nhiệt buồng lửa buồng 25 4.2.1 Đặc tính dàn ống sinh 25 Diện tích bề mặt tường buồng lửa 26 4.3 Tính nhiệt kết cấu bề mặt truyền nhiệt lò 28 4.3.1 Thiết kế dãy pheston 28 4.4 Phân phối nhiệt lượng cho bề mặt đốt 34 4.4.1 Tổng lượng nhiệt hấp thụ hữu ích lò 34 4.4.2 Tổng lượng nhiệt hấp thụ cụm feston 34 SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Page Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng 4.4.3 Lượng nhiệt hấp thụ xạ từ buồng lửa nhiệt đối lưu cấp II 35 4.4.4 Lượng nhiệt hấp thụ xạ dàn ống sinh .35 4.4.5 Lượng nhiệt hấp thụ đối lưu nhiệt cấp II 36 4.4.6.Tổng lượng nhiệt hấp thụ hâm nước 36 4.4.7 Độ sôi hâm nước .36 4.4.8 Tổng lượng nhiệt hấp thụ sấy khơng khí 36 4.4.9 Xác định lượng nhiệt hấp thụ hâm nươc cấp I, cấp II .37 4.4.10 Nhiệt lượng hấp thụ sấy khơng khí cấp I 37 4.4.11 Nhiệt lượng hấp thụ sấy không cấp II .37 4.4.12 Nhiệt độ khói sau bề mặt đốt .37 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT .40 5.1 Thiết kế nhiệt cấp II .42 5.1.1 Đặt tính nhiệt cấp II 42 5.1.2 Đặt tính nhiệt cấp I 48 THIÊT KẾ BỘ HÂM NƯỚC CẤP II .54 THIẾT KẾ BỘ SẤY KHƠNG KHÍ CẤP II 61 BỘ HÂM NƯỚC CẤP I 66 KHIẾT KẾ BỘ SẤY KHƠNG KHÍ CẤP I 71 SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Page Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ DẠNG LÒ HƠI Mục tiêu: xác định sơ thiết bị phương pháp cho lị thơng qua số liệu cho để thiết lập cho hệ thống tối ưu, tiết kiệm chi phí hay vận hành dễ dàng 1.1 Chọn phương pháp đốt cấu trúc buồng lửa 1.1.1 Buồng lửa: Đối với lị đốt nhiên liệu rắn cơng suất 25 T/h phương án tối ưu dùng buồng lửa phun, cịn buồng lửa ghi thích hợp với cơng suất nhỏ 35 T/h Theo đó, lị cơng suất 125 T/h đốt nhiên liệu rắn ta dùng buồng lửa phun 1.1.2 Phương pháp thải xỉ: Nhiệt độ bắt đầu chảy t3 = 1330 ºC ta suy ra: Nhiệt độ bắt đầu mềm t2 = t3 -100 = 1230 ºC Nhiệt độ bắt đầu biến dạng t1 = t3 -200 = 1130 ºC Nhận thấy 1300 ºC < t3 75T/h tra bảng (PL2) Hệ số khơng khí thừa vị trí xác định tổng hệ số không khí thừa buồng lửa với lượng lọt vào đường khói buồng lửa với tiết diện xét chọn theo (bảng PL2) TT Đường khói Buồng lửa 0,1 Cụm pheston Bộ nhiệt cấp 0,03 Bộ nhiệt cấp 0,03 Bộ hâm nước cấp 0,02 Bộ sấy khơng khí cấp 0,03 SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Page 10 Đồ án môn học Lò Hơi TT GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Bảng ĐẶT TÍNH CẤU TẠO BỘ SẤY KHƠNG KHÍ CẤP II Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Cơng thức D mm Chọn Đường kính ngồi ống dtr mm 40-2.2 Đường kính ống S1 mm Chọn Bước ống ngang S2 S1/d S2/d mm Chọn dtb mm 0,5*(D+dtr) Số cụm ống theo chiều rộng đường khói Chiều rộng cụm 10 Chiều sâu cụm n cụm a b m m 11 Khoảng cách từ tâm ống đến vách e mm 12 Z1 Dãy Z2 Dãy Bước ống dọc Bước ống tương đối ngang Bước ống tương đối dọc Đường kính ống trung bình 13 Số dãy ống ngang Số dãy ống dọc Chọn Chọn Chọn (a−2e)/s_1 " +1" (b−2e)/s_2 " +1" (2−2.0,06)/0,06 " +1" (3−2.0,06)/0,045 " +1" 14 Số ống trung bình cụm Z 𝑍=0,5.(2.𝑍_1−1).𝑍_2 Z= 0,5.(2.32-1).65 15 Tiết diện khói qua 16 Chiều rộng đường khói 17 Chiều dài l ống f 𝑍 〖 0,036 〗 ^2.4.2069)/4 m2 𝑓=(𝜋 〖𝑑 _𝑡𝑟 〗 ^2)/4.𝑛(3,14 A lo m m2 18 Tiết diện khơng khí F m SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Chọn F=l_0.a−n.d.l_0.Z_1 F= 2.7-4.0,04.2.2 Page 62 Đồ án mơn học Lị Hơi T T GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Cơng thức tính sở chọn Kết Lượng nhiệt hấp thụ BSKK II Nhiệt độ khói trước BSKK II QsII θ'sII kW C Đã Tính θ'sII = θ''hnII, Đã Tính 10713,8 580 580 Nhiệt độ khói sau BSKK II θ"sII C Chọn trước 300 400 Nhiệt độ khói trung bình θtbsII C 0,5.(θ'sII+θ"sII) 442,5 467,5 Entapi khói sau BSKK II I''skkII kJ/kG Tra bảng 4811,5 5511,5 Nhiệt độ khơng khí đầu vào t'sII C t'sII= t”sI, Đã Tính 235 235 Nhiệt độ khơng khí đầu t"sII C Nhiệm vụ thiết kế 360 360 Nhiệt độ trung bình khơng khí Thành phần thể tích nước khói ttbsII C 0,5.(t'sII+t"sII)=0,5(252+3804) 297,5 297,5 Bảng 2.3 0,056 0,056 12 Nhiệt độ vách tv 370 382,5 13 Thành phần thể tích khí nguyên tử rRO2 Bảng 2.3 0,132 0,132 14 Nồng độ tro bay theo khói μ tr g/m3tc Bảng 2.3 25.01 25.01 15 Thể tích khói lý thuyết V0K m3tc/kg Tính chương 9,041 9,041 16 Tốc độ khói ωtbk m/s ((V0K/F(1+θtbsII)/273)).Btt/3600 6,07 5,71 4,24 4,24 81 104 10 rH2O θ tb sII +t tb sII C 17 Tốc độ khơng khí ωkk m/s 18 Hệ số tỏa nhiệt từ khói đến vách α1 W/m20C SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 tb Btt × β kk × V kk ×(t sII +273) ω kk = 3600 × f ×273 Tốn đồ 12 Page 63 Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng 19 Hệ số tỏa nhiệt phía khơng khí α2 20 Hệ số sử dụng ξ 21 Hệ số truyền nhiệt K 22 Tham số P P=θ sII −θ sII 23 Tham số 24 Hệ số hiệu chỉnh Hiệu nhiệt độ khói khơng khí vào Hiệu nhiệt độ khói vào khơng khí 25 26 W/m2C Tốn đồ 10 121 145 Bảng 5.4 TNTBLH 0,85 0,85 40,9 51,4 0,491 0,391 R { R=t }sII- {t} rsub {sII} rsup {'}} over {{θ} rsub {sII} rsup {'} - {θ} rsub {sII} rsup0,925 1,471 ψ Toán đồ 25 0,98 0,98 Δt1 ∆ t 1=θ sII 140 190 Δt2 ∆ t 2=θ sII −t sII =510-360 150 150 147 166,6 K=ξ W/m20C ' }} over {{θ} rsub {sII} rsup {'} - {t} rsub {sII} rsup {'}¿ } - {t} rsub {sII} rsup {' ¿ ' Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit 28 Lương nhiệt truyền Qtn(sII) kW 29 Cân nhiệt Qcbn(sII) kW Δt SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 =375-235 ¿ ∆ t=ψ × 27 α1 × α2 α +α ∆ t 1−∆ t ∆ t1 ln ∆ t2 (k.H Δt)/Btt φ.Btt(I'skkII-I"skkII+ΔαskkII.Ikkl) Page 64 ¿ 3322,2 4734,7 6261,79 3774,5 Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Dựa vào đồ thị ta xác định nhiệt độ khói khỏi sấy khơng khí cấp II θ”skkII = 380 0C I”skkII = 5231,6 kJ/kg Lượng nhiệt từ phương trình cân nhiệt : QskkII=φ.Btt (I'skkII-I"skkII+ΔαskkII.Ikkl) =0,993.3,57(6566,1- 5231,6+0,03.251,7) = 4457,6 kW SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Page Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng BỘ HÂM NƯỚC CẤP I Ta biết nhiệt lượng cần cấp, nhiệt độ khói vào, nhiệt độ nước nhiệt độ nước vào, đồng thời chọn sơ nhiệt độ khói ra( dựa bảng phân phối nhiêt) hâm nước cấp Từ dự kiện trên, tính tốn bề mặt nhận nhiệt cần thiết, chọn diện tích chế tạo phù hợp với thực tế, đồng thời không sai lệch q 5% so với diện tích tính tốn Nếu q 5% tính tốn lại lượng nhiệt hấp thụ, nhiệt độ khơng khí ra, nhiệt độ nước vào hâm nước Đặc tính hâm nước cấp I Theo bảng phân bố nhiệt nước khỏi hâm nước cấp chưa sơi Do ta chọn hâm nước kiểu chưa sôi Sử dụng ống thép trơn để chế tạo.Theo trang 267 tài liệu [II], đường kính ống khoảng 28÷38mm Để tăng hiệu trao đổi nhiệt ta bố trí dịng mơi chất chuyển động ngược chiều, khói từ xng nước từ lên Đồng thời bố trí ơng hâm kiều sole + Bước ngang tương đối s1/d=2÷3 để hạn chế bám tro + Bước dọc tương đối s2/d=1÷1,5 (bước dọc nhỏ bám bẩn ít) + Bán kính uốn ống xoắn khoảng 1,5÷2 lần đường kính ống Chọn 60mm Tốc độ nước ống xoắn lựa chọn sở ngăn ngừa tượng ăn mòn Đối với hâm nước kiểu chưa sôi, vận tốc không nhỏ 0,3m/s Khoảng cách cụm ống hâm khơng bé 550÷600mm SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Page Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Bảng: ĐẶC TÍNH CẤU TẠO BỘ HÂM NƯỚC CẤP I ST T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Tên đại lượng Đường kính ngồi ống Bước ống ngang Bước ống dọc Bước ống ngang tương đối Bước ống dọc tương đối Khoảng cách từ tâm ống đến vách Chiều rộng đường khói Chiều sâu đường khói Chiều cao cụm ống Số ống dãy dọc Kí hiệu d S1 S2 σ1 σ2 e Đơn vị Công thức & sở tính Thay số mm mm mm Chọn Chọn Chọn S1/d S2/d Chọn mm a b h nd m m m ống Số ống dãy ngang Chiều dài ống Tiết diện đường khói Diện tích tiết diện lưu thông nước Chiều sâu cụm ống Chiều sâu khoảng trống trước BHN cấp Chiều dày hữu hiệu xạ N l f F ống m m2 m2 ls lk m m S m Chiều dày hữu hiệu lớp xạ có tính đến khoảng s’ m SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Kết 32x3 90 40 2,8125 1,25 50 Thiết kế Thiết kế Chọn Chọn sơ Sau biết tiết diện truyền nhiệt n=1+(b−2 ×e )/S 1=1+(3000−2.50)/ 90 56 ls = h Thiết kế (lk>800mm) 1,5 33 6,8 13,8 0,04 l=a−0,2 ¿ 7−0,2 F=a b−n d l = 7.3−33.0,032.6,8 π ×d 2tr π × 0,028 ¿ 33 ×2 × f =n × 2× 4 ( ) ( ) S1 + S2 0,09+0,04 −4,1 d tr = 1,87 −4,1 0,028 d tr 0,028 l s +0,2 ×l k 4+0,2 ×1,5 ' s =s × =0,087 × ls s= 1,87 Page 67 0,13 0,0935 Đồ án mơn học Lị Hơi 19 20 21 trống trước BHN Thể tích riêng trung bình nước Tốc độ nước ống Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng vtb m3/kg ωn m/s HhnI m2 Tra bảng “Nước chưa sôi nhiệt” ứng với p = 38 bar; t = 300C D ×v tb 75 ×10 ×0,001 = F ×3600 0,06 × 3600 H hnI =n × π × d n ×l × nd =33× π × 0,032× 6,8 ×56 ω n= 0,001 0,34 1263,3 Bảng : TÍNH TRUYỀN NHIỆT BỘ HÂM NƯỚC CẤP I S T T Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Lượng nhiệt hấp thụ BHN I Nhiệt độ đầu vào khói QhnI θ'hnI kW C Chương θ'hnI = θ''sII 6888.9 380 Nhiệt độ đầu khói θ”hnI C Chương 260 Nhiệt độ khói trung bình θtbhn C 0,5.(θ’hnI+θ”hnI) ¿ 0,5 ×(435+260) 347,5 Entanpi nước cấp đầu vào i'hnI kJ/kg i”hnI - QhnI/D = 6566,6 – 6888,9.3600/125000 6368,2 Entanpi nước cấp đầu Nhiệt độ nước cấp đầu vào i''hnI t'hnI kJ/kg C Chương Thiết kế 6566,6 225 Nhiệt độ nước cấp đầu t"hnI C Chương 266 Nhiệt độ trung bình nước cấp ttbhn C 0,5.(t'hnII+t"hnII) ¿ 0,5 ×(225+266) 245,5 10 Nhiệt độ vách ống có bám tro tv C tv = 25 + ttbhn = 25 + 245,5 270,5 Độ chênh nhiệt độ nước cấp Δt C ( 435−260 )−(266−225) 435−260 Δt = ln 266−225 82,3 11 SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 Cơng thức tính & sở chọn Thay số Kết Page 68 Đồ án mơn học Lị Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Thể tích khói Tốc độ trung bình khói V0 k ωtbk Thành phần thể tích nước khói Thành phần thể tích khí nguyên tử Nồng độ tro bay khói Hệ số tản nhiệt đối lưu rH2O Bảng 2.3 0.055 rn μ αdl g/m3tc W/m2K Bảng 2.3 Bảng 2.3 toán đồ 12 αdl = 1,163*Cs*Cz2*Clv*αtdl 0,129 24,566 67,3 Pn.S mmN/m2 P x rn xS¿ 0,1 ×0,205 ×0,13 với P = 0,1Mpa 0,0035 20 Lực hút khí nguyên tử Hệ số làm yếu xạ khí nguyên tử Hệ số làm yếu xạ tro bay 21 Hệ số làm yếu xạ khói 22 23 24 25 26 Lực hút khói có chứa tro Độ đen mơi trường khói Hệ số tản nhiệt xạ Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách Hệ số bám bẩn kps ak αbx W/m2K W/m2K m20C/W 27 Hệ số truyền nhiệt K W/m2K 28 Diện tích bề mặt truyền nhệt BHN cấp I HthnI m2 12 13 14 15 16 17 18 19 29 Sai số tính tốn m3tc /kg m/s Bảng 2.2 Btt V k ( θ + 273 ) 24222.9.204 ( 332,5+273 ) = 3600 f 273 3600.11 273 ω tbk = Kk toán đồ 3a Kh k toán đồ tb hn 9,204 12,49 5,2 k = Kk.rn+Kh μ ¿ 5,2× 0,209+0,0145 ×21,44 mMN/m2 a k =1−e−kps=1−e−0,182 α1 | ε= k.p.s = 1,4 x 0,13 t H hnI −H hnI H t hnI toán lại SVTH: Hồ Văn Anh Quốc – Lớp 17N2 toán đồ 18 αbx = 1.163*ak*tbx với tbx =38(W/m2K) α 1=ξ (α đl + α bx )=1 ×(67,3+ 7,33) với ξ=1 Tốn đồ α1 74,63 = 1+ ε × α 1+ 0,002× 74,63 Q hnI 6888,9× 103 t H hnI = = K ×∆ t 64,93 ×82,3 K= 1289,2−1263,3 | | 1289,2 100|=2 %