HOANG KIM CƠ (chủ biên) - ĐỒ NGÂN THANH DNG C HNG
1rfiNIrl ơ7â)2VNI
Trang 4LỜI NĨI BẦU
Các thiết bị nhiệt nĩi chung trong đĩ cá là cơng nghiệp nĩi
riêng đã và đang giữ vai trị quan trọng trong nhiều ngành kinh tế quốc dán, quốc phịng, phục vụ đời tống, nên việc tính tốn kỹ thuật nhiệt luyện kim ngày càng được ứng dụng rộng rối và cĩ tâm
quan trọng lớn cần được nghiên cứu sâu sắc
Cho đến nay việc tính tốn kỹ thuật nhiệt luyện kim cịn nhiều
điểm chưa nhất quán,về mặt lý thuyết phương pháp tính tốn là vấn đề đang được nghiên cứu để hồn chỉnh
Ở nước ta hiện nay, các tài liệu “Tính tốn kỹ thuật nhiệt luyện kim" hâu như khơng cĩ Trước tình hình cấp thiết trên, tập
thể cán bộ khoa học của trường Đại học Bách Khoa và Viện nghiên cứu khoa học (Bộ Cơ khí luyện kim) đã biên soạn cuốn sách này làm giáo trình cho sinh viên các trường Đại học kỹ thuật, làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ giảng đạy và nghiên cứu thuộc nhiều lĩnh vực chuyên mơn khác nhau cĩ liên quan đến kỹ thuật nhiệt luyện kim
Cuốn sách gồm 8 chương và phân cơng tác giả biên soạn như san :
TS.PGS Hồng Kim Cơ (chủ biên) biên soạn các chương 2, 5, 6, 7, 8: Thủy khí động lực học và cơ học chất khí, truyền nhiệt, tính cân bằng nhiệt và xác định lượng tiêu hao nhiên liệu, tính tốn kỹ thuật nhiệt các thiết bị trao đổi nhiệt, tính toản kỹ thuật nhiệt các là làm việc liên tục và gián đoạn
TS.GVC Duong Đức Hồng biên soạn chương 1 : Tỉnh tốn sự
cháy nhiên liệu
KS Đả Ngân Thanh biên soạn các chương 3, 4 : Thiết bị đốt
nhiên liệu, thể xây và tính tốn khung lị đơn giản
Cuốn sách chắc chẳn khơng tránh khỏi thiếu sĩt, chúng tơi
mong nhận được các ý kiến đĩng sĩp của bạn đọc để kịp thời
chỉnh lý bổ sung trong những lần tái bản sau
Trang 5Chuong 1
TÍNH TỐN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIEU
Cĩ thể đánh giá mức độ phát triển của một đất nước dựa vào nhu cầu sử dụng nhiên liệu
Nhiên liệu là nguồn năng lượng cơ bản cho cơng nghiệp luyện kim
Nhiên liệu là loại vật chất mà khi cháy tỏa ra một lượng nhiệt lớn Những vật chất dùng
làm nhiên liêu phải đáp ứng những yêu cầu sau :
— l.ượng tàng trữ phải nhiều va dễ khai thác đảm bảo cho việc khai thác và sử dụng nĩ cĩ lợi về mặt kinh tế,
- Sản phẩm cháy phải đễ đàng thốt khỏi vùng cháy Dạng sản phẩm cháy tốt nhất là
đang khí
— Sản phẩm cháy phải khơng cĩ hại đối với mơi trường xung quanh và đối với các thiết bị nhiệt mà trong đĩ xây ra sự cháy nhiên liệu
- Quá trình cháy phải dễ khống chế
- Lượng chất cĩ thể cháy chứa trong một đơn vị vật chất dùng làm nhiên liệu phải nhiều Chỉ cĩ những chất cĩ nguồn gốc là chất hữu cơ mới đồng thời thỏa mãn những yêu cầu trên Cácbon và hyđrơ là hai nguyên tố chính tạo thành chất hữu cơ khi bị ơxy hĩa đều cĩ
hiệu ứng nhiệt lớn, sản phẩm cháy ở thể khí và trong trường hợp nồng độ khơng lớn nĩ là loại
khí khơng cĩ hại
Tương ứng với sự phân tích cơ bản người ta phân biệt trong nhiên liệu : thành phần hữu
cơ, thành phần cháy, thành phần khơ, thành phần sử dụng mơ tả theo sơ đồ dưới đây (bảng 1.1): Bang 1.1 Ký hiệu các thành phần nhiên liệu rắn, long Ký Thành phần hiệu C H | o [oN S A Ww h Thành phần hữu cơ Thành phần cháy k Thành phần khơ d Thành phần sử dụng
1.1 NỘI DUNG TÍNH TỐN
Phản ứng cháy của nhiên liệu với chất oxy hĩa (phần lớn các trường hợp là oxy của
khơng khí) tạo thành sản phẩm cháy cĩ nhiệt độ cao Tính tốn sự cháy của nhiên liệu là
Trang 7O¢ = 7,0.0,8337 =5,84% HẺ =4,8.0,8337 =4,00% C = 85,0.0,8337 = 70,86% w3= 2,5% Tổng cơng 100% b) Nhiên liệu khí Cĩ hai cách biểu thị thành phần của nhiên liệu khí : Thành phần khơ : CO$ + CO + HỆ + CHẶ + C;HŸ + NẶ + = 100% Thành phần ẩm :
CO2 + CO® + HỆ + CH{ + C;HẠ + N + + HạO? = 100% Muốn chuyển đổi thành phần khơ về thành phần ẩm dùng cơng thức :
x2 =k,xF (1.2)
hệ số chuyển đổi :
100 — HạO? 100
k = 100 = 100 + 012420 (1.3)
Trong céng thitc (1.3) H,0* 1a phần trăm thể tích nước chứa trong khí đốt ẩm, đĩ là
lượng hơi nước bão hịa ở nhiệt độ nhất định nào đĩ của nhiên liệu khí
a_ 100
HO = 8036 +œ °
trong đĩ : œ — lượng hơi nước bão hịa tính bằng gam trong 1mỶ khí khơ ở các nhiệt độ khác
nhau, g/m? (bang 1.3)
Ky hiéu : m? — thé tích khí (khơng khí) ở điều kiện tiêu chuẩn
Trang 8Sau khi chuyển đổi xong ta cĩ : CO$ =k COĂ, % CO* =k CO, % H,0° = 100 — 803,6 + @ x =100%
Khi khí đốt dùng trong lị là hỗn hợp của hai loại khí cĩ thành phần khác nhau thì ngồi việc chuyển đổi thành phần khí khơ về ẩm của từng loại khí như tính ở trên cịn cần tính
thành phần chung của hỗn hợp để cĩ thành phần dùng duy nhất Trong trường hợp này trình
tự tính tốn như sau :
— Tính tốn thành phần sử dụng của từng loại khí ; — Tính tốn nhiệt trị thấp của từng loại khí thành phần ; — Tính tỉ lệ của các loại khí trong hỗn hợp
Đặt hệ số tỉ lệ khí A trong hỗn hợp là X Vậy hệ số tỷ lệ khí B trong hỗn hợp là (1—X) ~ Tính hệ số X, Tacs: Qh = XQ^ + ( - X)QP,, kJ/mẺ B hh Qr - Q, trong đĩ : Q* — nhiệt trị thấp của khí A, kJ/m” ; QỀ ~ nhiệt trị thấp của khí B, k]/m”; Qhh ~ nhiệt trị của hỗn hợp, kl/mỶ, Sau đĩ tính thành phần sử dụng của khí hỗn hợp : cot = xco} + (1 - X)COÿ , % (14°) co = xco’ +a -— X)COP , % Tổng cộng : 100%
1.1.2 XÁC ĐỊNH NHIỆT TRỊ THẤP CỦA NHIÊN LIỆU
Nhiệt trị của nhiên liệu là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hồn tồn một đơn vị khối
lượng (đối với nhiên liệu rắn và lỏng) hay thể tích (nhiên liệu khí) Nĩ được tính bằng
keal/kg, kcal/m? hay kJ/kg, kJ/m?
a) Nhiét tri thấp của nhiên liệu rắn, lỏng
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu rắn, lỏng cĩ thể xác định theo cơng thức của D.I Menđêléev :
Trang 9trong đĩ : C, H, O1, sở, WẨ# - thành phần cacbon, hiđrơ, oxy, lưu huỳnh, nước trong nhiên liệu sử dụng, %,
b) Nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí cĩ thể xác định theo cơng thức sau : QỶ = 127,7CO + 108H; + 359,6CH„ + 598,7C¿H„ + 555C2H; + 636C;Hạ + + 913C3Hg + 1185C4Hyy + 1465C5H)> +234HS , kJ/m? (16) trong đĩ : ~ Các trì số 127,7; 108 là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy một đơn vị (m°) CO, H> (k} /m*)
-CO, Hz, CH, 1a thanh phần sử dụng của nhiên liệu, %
1.1.3 CHON HE SỐ TIÊU HAO KHƠNG KHÍ VÀ TÍNH LƯỢNG KHƠNG KHÍ CÂN THIẾT
a) Chọn hệ số tiêu hao khơng khí ở
Lượng tiêu hao khơng khí là lượng khơng khí dùng để đốt cháy nhiên liệu và được tính theo thể tích Nến lượng khơng khí cần dùng lấy đúng theo phương trình phản ứng cháy của
từng thành phần nhiên liệu thì gọi là lượng tiêu hao khơng khí lý thuyết và ký hiệu là :
Lạ (m”/kg ; mˆ/m))
Khi dùng khơng khí khơ để đốt (1kg hay 1 m”) nhiên liệu thì lượng tiêu bao khơng khí lý thuyết (Lạ) được xác định như sau :
~ Đối với nhiêu liệu rắn và lỏng :
0,01[1,867C° + 5,6H' +0,7(S4 - O3)
x = ko, , m*/kg (1.7)
trong đĩ : 1,867 ; 5,6 lượng oxy lý thuyết cần để đốt cháy 1 kg chat tương ứng, mỶ/kg ;
- C_ H#, SỈ thành phần sử dụng của nhiên liệu, % ;
~ kọ, - phần thể tích của oxy trong khơng khí
Đối với khơng khí ko = 0,21 nên phương trình trên sẽ là :
LỆ = 0,0889C4 +0,267H? + 0,0333%(S4 - 0%), m*/kg (1.8)
- Đối với nhiên liệu khí :
LẺ =0,01(2,36CO + 2,38H2 +9,52CH„ + +7,14H2§-4,76O2), mÌ/m” (1.9)
Do khơng khí luơn cĩ một lượng ầm nhất định cho nên khi tính lượng tiêu hao khơng khí
cần tính với khơng khí ẩm Lượng này được ký hiệu là L}, và tính theo cơng thức :
12 = LK (1 + 0,00124f) , m?/kg (1.10)
Trang 10Đề đốt cháy hồn tồn nhiên liệu, trong thực tế người ta thường lấy lượng khơng khí lớn hơn lượng tiêu hao lý thuyết Lượng này gọi là lượng tiêu hao khơng khí thực tế và được xác định theo cơng thức :
La = al, ,m?/kg (m?/m?) (1.11)
trong đĩ : œ — hệ số tiêu hao khơng khí
Như vậy hệ số tiêu hao khơng khí an là tỉ số giữa lượng khơng khí thực tế (L„) và lượng khong khf ly thuyét (L,) khi đốt cùng một đơn vị nhiên liệu œ = ba
ce)
Khi L¿ > Lạ thì œ> I cĩ thể gọi là hệ số khơng khí dư Cịn nếu œ < I thì sự cháy nhiên
liệu khơng hồn tồn Hệ số œ lớn hay nhỏ tùy thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, phương
pháp đốt và kiểu thiết bị đốt (bảng 1.4)
Khi tham khảo bảng 1.4 cần chú ý một số điểm sau :
— Vẻ phương diện thao tác và kỹ thuật, buồng đốt nhiên liệu rắn cơ khí ưu việt hơn buồng
đốt thủ cơng nhưng cấu trúc phức tạp hơn nhiều, giá thành rất cao Nên sử dụng loại nào là
cịn tùy thuộc vào điều kiện cụ thể
— Chọn thiết bị đốt nhiên liệu khí phải xuất phát từ phương pháp đốt (cĩ ngọn lửa và
khơng cĩ ngọn lửa) Mơi phương pháp đều cĩ ưu điểm và nhược điểm (bảng 1.5)
Bảng 1.4 Hệ số tiêu hao khơng khí œ phụ thuộc vào dang nhiên liệu và kiểu thiết bị đốt
Dạng nhiên liệu và kiểu thiết bị đốt a Đốt củ) trong buồng đối đứng 1.25 + 1,35
Dét than da, than nâu trong buồng đốt thủ cơng 1,50 + 1,80
Đốt than đá, than nâu trong buơng đốt cơ khí 1,20 + 1.40 Đốt than bui 1,20 = 1,30 Đốt mazut 1,10 - 1,20 Đất khí bằng mỏ đốt khơng cĩ phần hơn hợp 1,10 + 1,15 Đốt khí bằng mư đốt cĩ phần hơn hợp 1,05 Bảng 1.5 So sánh các phương pháp đốt nhiên liêu khí
Đốt cháy khơng cĩ ngọn lửa Đối cháy cĩ ngọn lửa
Sự nhẫn hợp giữa nhiên liệu và khơng khí tương | Ngược lại
1 đối tối, đảm báo sự chấy nhiên liệu hồn tồn
nên hiệu suất sử đụng nhiên liệu cao, hệ sế tiêu hao nhiên liệu thấp
Nhiệt độ nung trước khơng khí khơng được quá | Nhiệt độ nung trước
„2 cao vì đễ gây nổ Thường quy định nhiệt độ hỗn Nang khí khơng bị
hợp khí cháy khơng quá 300 + 400°C
3 Hè số khơng khí dự nhỏ, nhiệt độ cháy (ý thuyết | Ngược lại
tương đối cao
Cịng suất làm việc của mỏ đốt thấp, nên cùng | Cơng suất làm việc của lượng tiêu hao nhiên liệu, số lượng mỏ đốt cần | mẻ đốt lớn, số lượng mỏ
4 nhiều Kh›i lượng nhiên liệu quá nhiều cá thể | ít, đề đặt các mỏ đối
Trang 11b) Tính lượng khơng khí cần thiết
+ Tính lượng khơng khí cần thiết khí cháy hồn tồn nhiên liệu ~ Đối với nhiên liệu rắn và lơng
Giả thiết sau khi chuyển đổi sang thành phần sử dụng của nhiên liệu cá :
Cở + Hf + O! + NỈ + St ¿ A4 — W4 = 100%
Khi tính sự cháy của nhiên liệu quy ước rằng :
— Khối lượng phân tử các khí lấy theo số nguyên gần đúng, ví dụ : Hạ =2.0; N¿ = 28 vx
~ Mỗi kilơgam phân tử khí bất kỳ đều cĩ thể tích 22,4 mÌ.:
¬ Khơng tính sự phân hĩa nhiệt của tro
— Thể tích của khơng khí và sản phẩm cháy quy về điều kiện chuẩn (02C va 760 mmHg)
Từ thành phần của nhiên liệu rấn (theo phần trăm khối lượng) được chuyển thành lượng kmol (bang 1.6) Bang 1.6 Thanh phan nhién liệu theo kmol Thanh phần sử dung Thành phần nhiên liệu | các chất trong 190 kg | Khối lượng phân tử _ Số lượng kmoi nhiễn liệu, kg C cả 12 C4 =12 | H H3 2 H3 =2 oO O# 32 O3 =13⁄2 N No 28 Nd = 28 S s3 32 S? = 32 A A3 - - w w? 18 w* =18 ° 100,0
Phản ứng cháy cacbon (C + O02 = CO )cho thấy : để cháy hồn tồn 1 kmol cacbon cần
1 kmol O» va sinh ra 1 kmol CO, di vao san phẩm cháy
Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết ở trạng thái khơ và ẩm : LỄ =0,0889CỞ +0,2667H +0,0333(Sở - O3), m”/kg (1.12) =(1+ 0.00124 di) LX, m?/kg (1.13) dkg - hàm im ci của khơng khí, g/mẺ Lượng khơng khí ầm thực tế tính theo cơng thức : Lạ = œ.Lạ, m/kg (1.14)
— Đối với nhiên liệu khí
Giả thiết đã siết thành phần khí ẩm, lượng khơng khí lý thuyết cần thiết ở trạng thái khơ và ẩm để đốt I m2 nhiên liệu khí :
LỆ = 0,04762 [0,5CO+0,5H +1,5H,8+2CHy +2 {m+ 4 2]» H,,—0,], m?/m? (1.15)
trong đĩ : CO, Hy, HạS, C„H„ - thành phần của nhiên liệu khí Ẩm, %
Lượng khơng khí ẩm lý thuyết và thực tế xác định theo các cơng thức (1 13) (1.14) + Tính lượng khơng khí cân thiết khi làm giàu Ơ+ trong khơng khí
Để cường hĩa quá trình cháy và các phản ứng cơng nghệ, thực tế đã và đang áp dụng phổ
biến phương pháp làm giàu ơxy trong khơng khí
Trang 12Khi đốt nhiên liệu khí : N›z(KK) Oo a LỆ feo =| —2<ˆ +1 |0.01{0.5CO+0,5H2 +I,5H2S +2CH„ + | | aoe seme m+— |CmHạ—O- J, m?/m* Gg mơn Ozh mim (1.16) Khi đốt nhiên liệu rắn và lỏng : LỆ = 2! [0,0889C4 + 0,2667HẾ +0,0333(S3 -O4)] mỶ /kg (1.17 2(KK) trong đĩ : N¿(KK) Ơ2(kky — phần trăm thể tích N¿ và O¿ cĩ trong khơng khí khơ đã được làm giàu oxy, %
Lượng khơng khí ẩm lý thuyết và thực tế tính theo cơng thức (1.13), (1.14)
+ Tính lượng khơng khi cần thiết khi đốt cháy khơng hồn tồn nhiên liệu
Đề tính lượng khơng khí thực tế khi đết cháy khơng hồn tồn nhiên liệu (œ < 1), cần tính lượng khơng khí khơ lý thuyết theo cơng thức (1.12) (với nhiên liệu rắn, lỏng) hay (1.15) (với nhiên liệu khí) rồi tính lượng khơng khí ẩm và thực tế theo các cơng thức (1.13), (1.14)
1.1.4 TÍNH LƯỢNG SẢN PHẨM CHAY VA THANH PHAN CUA CHUNG
Để tính sản phẩm cháy chung của nhiên liệu, đầu tiên tính thể tích sản phẩm cháy cua
từng thành -phần nhiên liệu, sau đĩ tính thể tích tồn phần của một đơn vị nhiền liệu
Trang 13b) Đối với nhiên liệu khí
+ Tính lượng sản phẩm cháy :
Vco, =0,01(CO + CO; + CHạ +ŠC„Hạ) , mỄ/mẺ : |
Vis,0 = 0,0 Hy + HyS + 2CHy +E 2 CmHạ +HạO+0,124 dyL2) , m2/mẺ; 0,01H2S , m°/m” ' V, S02 + (1.20) Vo, = 0.2(n-1)Lẹ , m°/m” ; Vụ, = 0,01; + 79Lạ) , mỔ/mỔ ; 3
Vụ = Vco, + VH„O + Vso, + Vo, + Vn, ; m2/m
+ Tính thành phần sản phẩm cháy : như cơng thức (1.19)
1.1.5 TINH KHOJ LUONG RIENG CUA SAN PHAM CHAY
Khối lượng riêng của sản phẩm cháy được xác định dựa vào kết quả tính sản phẩm cháy ở trén và theo cơng thức sau :
— N¿ạ Mn, + CO, -Mco, + H»0.My,0 +ŠO2-Mso, + O03 -Mo, _ —— , k : Po 22,4 100 gim hay : 18 o = 28N; +44 COa + HạO +64 SO¿ +32 0» kg/m? (1.21) 22,4.100
trong đĩ : N¿, CO¿, HạO hàm lượng phần trăm chất khí trong sản phẩm cháy, %
1.1.6 TÍNH NHIỆT ĐỘ CHÁY LÝ THUYẾT CỦA NHIÊN LIỆU VÀ NHIỆT ĐỘ CHÁY THỰC TẾ
a) Nhiệt độ cháy lý thuyết
Nếu tất cả lượng nhiệt sinh ra trong khi cháy nhiên liệu tập trung làm cho sản phẩm cháy
cĩ một nhiệt độ nhất định thì nhiệt độ đĩ gọi là nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu Nhiệt độ này phụ thuộc vào nhiệt trị của nhiên liệu, vào nhiệt độ ban đầu của khơng khí và nhiên liệu đồng thời cịn phụ thuộc vào hệ số khơng khí œ Khi nung trước nhiên liệu và khơng khí thì nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu tăng lên, điều này cĩ ý nghĩa lớn đối với nhiên liệu cĩ nhiệt trị nhỏ Nếu tăng hệ số khơng khí œ quá lớn thì nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên
liệu sẽ giảm đi và thể tích sản phẩm cháy tăng lên Tăng nhiệt trị của nhiên liệu cũng làm tang
nhiệt độ cháy lý thuyết của chúng
Dùng phép nội suy xác định được nhiệt độ cháy lý thuyết theo cơng thức :
tị =2 —— tứ —tị) +, PC l2 — lỊ (1.22)
trong đĩ : t,, t; — nhiệt độ giả thiết của sản phẩm cháy chọn lớn hơn và nhỏ hơn nhiệt độ
cháy lý thuyết, thường 1; - t¡ = 100°C ;
i, i, — nhiét hàm của sản phẩm cháy ứng với nhiệt độ :, và t., kJ/m° ;
i, — nhiệt hàm tổng cộng của sản phẩm cháy nhiên liệu, k]J/n.mỶ ;
d .{ Cựw :tựw.L
Qr Col tar + CKK 'IKK be t3
Vụ Va Vo
Trang 14trong đĩ :
Qo? — nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kl/kg ; k]/mỶ ;
V„ - thể tích sản phẩm cháy tạo thành khi đốt một đơn vị nhiên liệu, m”/kg ;
m°/mỶ ;
Cos Cy, — tỷ nhiệt của nhiên liệu và khơng khí ứng với nhiệt độ nung trước nhiên liệu và
khơng khí, kJ/mẺ ĐC ;
tnị, tục — nhiệt độ nung trước nhiên liệu và khơng khí, °C ;
Ly - lượng khơng khí thực tế để đốt một đơn vị nhiên liệu, m°/kg, m”/m
b) Nhiệt độ cháy thực tế :
Lượng nhiệt sinh ra do đốt cháy nhiên liệu ngồi việc làm tăng nhiệt độ của sản phẩm cháy cịn tỏa mất ra mơi trường xung quanh Vì vậy trong thực tế khơng thể nhận được nhiệt
độ cháy lý thuyết của nhiên liệu mà nhận được nhiệt độ cĩ giá trị thấp hơn và gọi là nhiệt độ
cháy thực tế
Nhiệt độ cháy thực tế phụ thuộc vào nhiệt độ cháy lý thuyết và vào điểu kiện truyền nhiệt ở nơi đốt nhiên liệu Nếu lượng nhiệt mất do tỏa ra xung quanh càng nhỏ thì nhiệt độ cháy
thực tế của nhiên liệu càng lớn và ngược lại Nhiệt độ cháy thực tế cũng là đại lượng dùng để
đánh giá khả năng cấp nhiệt của nhiên liệu trong thực tế sản xuất
Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu bằng tích số của nhiệt độ cháy lý thuyết và hệ số tồn
thất hàm nhiệt của sản phẩm cháy (hay cịn gọi là hệ số nhiệt độ) : te = n-th, PC (1 24) trong dé: ty, — nhiét d6 chay ly thuyét cia nhién ligu, °C ; n, — hé số nhiệt độ chọn theo bảng 1 7 Bang 1.7 Hệ số nhiệt độ n,
Kiểu lị Dạng nhiên liệu "i,
Lo budng van hanh chu ky Nhiên liệu rắn, lỏng 0.65 + 0,7
Lị huảng vận hành ch kỳ Nhiên liệu khí 0,70 + 0.75 Lo hiên tục 7 nt 0,70 + 0,75 Ld nung gid - nt 0,77 + 0,8 Lị hầm Nhiên liệu khi, lịng 0,78 + 0,83 Lồ đứng Than đá 0,52 + 0,62 Lị đứng Khí đốt 0.67 + 0,73
Ld quay Than bụi, mazut, khí 0,70 + 0.75
Lồ nấu thủy tỉnh cĩ buồng bồn nhiệt Khí đốt, mazut 0,60 + 0.70
| LO Mac (anh nt 0,70 + 0.75
Trang 15
1.2 CAC VI DU TINH TOAN
1.2.1 TINH TOAN SUCHAY CỦA NHIÊN LIỆU RẮN,LỎNG
a) Tính tốn sự cháy của nhiên liệu rắn
Cha than đá cĩ thành phần : 85,32% CC ; 456% HS « 4,07% Of
4,25% SẼ 1,78% AK 3% WS
Xác định lượng khơng khí cần thiết, lượng và thành phần sản phẩm cháy, nhiệt độ cháy lý thuyết khi ơ = I,0
Chuyển thành phần của nhiên liệu vẻ thành phần sử dụng dựa vào hệ số chuyển đổi (bang 1-2): : 1,80% NS > x4 K 100 100 = Wo an ad = ak 100 100 - Wo _ 17g 100-3 _ sco, 100 xt = xe — nên Củ = C° a 85,32.0,8945 = 76,32% Sau khi chuyển đổi cĩ : Ở - 85,32 0.8945 = 76,32 d =4,56 0,8945 = 4,08 4 = 4.07 0,8945 = 3,64 d = 180 0,8945 = 1,61 4 = 4,25 0.8945 = 3,80 4=7,78.0,97 =7,55 w! = = 3.00 3 = 100,00% Bảng 1.8 giúp ta dé dàng xác định được lượng khơng khí cần thiết, lượng và thành phản sản phẩm cháy
Để kiểm tra mức chính xác trong tính tốn cần lập bảng cân bằng khối lượng các chất
Trang 17b) Tính tốn sự cháy nhiên liệu lỏng :
Tính tốn lượng tiêu hao khơng khí, lượng và thành phần sản phẩm cháy và nhiệt độ cháy của dầu mazut cĩ thành phần như sau : 86,5% Củ ; 10,5% H ; 0/3 N? ; 030% 03 SỈ; 0,3% A" và 1,8% WỶ,
Ta sẽ tiến hành tính lượng tiêu hao khơng khí, lượng và thành phần sản phẩm cháy với hệ
số khơng khí œ = l,0 ; œ = 1,1: œ= 1,25
Các kết quả tính tốn cho 100 kg dầu mazult được đưa vào bảng 1.10
Đề kiểm tra mức độ chính xác phần tính tốn ta lập bảng cân bằng khối lượng các chất
tham gia phản ứng và các chất tạo thành khi œ = 1,0 Bang 1.10 se Cac chat tham gia Khối lượng, kg | Số TT Các chất tạo thành _— L | Mazut 100 1 CO, 7,21.44 317,20 2 Khong khi 2 HO 5.25.18 96,33 0, sos 9,835.32 314,7 3 SO, suy 0,0094.64 0,6 N, esse 47.28 1036,0 4 N, 37,0097.2R 1036,27 5 All 0,3 Tầng cộng : 1450,7 Tổng cộng 1450.70 | Xác định nhiệt trị thấp của dầu mazut theo cơng thức của Menđêlêev : Q? = 339,1C% + 1256H® - 108,86 (O3 - s4) - 25 (W4+ 9H4) = = 339,1.85,6 + 1256.16,5 — 108,86(0,3 — 0,3) — 25¢1,8 + 9.10,5) = 40107 kJ/kg Hàm nhiệt tống khi khơng nung trước nhiên liệu và khơng khí (khi n = 1,0) theo cong thức (1-23) : ả 7 iy = Qe - 4010? _ 3613.4 kJ/m°> Vv, II
Giả thiết tị= 2100°C < tị < tạ = 2200°C (phụ lục IÙ xác định được i; va ip
Trang 18t Ti két qua tinh cé igigg < ig < l2aoo nên việc chon 2100°C < t, < 2200°C 1a phi hop
và tị, được tinh theo cong thifc (1 22): tụ = 2100 + 2613 3729 — 3540,7 - 35497 109 = 2138°C D6i vdi trudng hop khi a = 1, tx, = 300°C xác định hàm nhiệt tổng của sản phẩm chay theo cơng thức (L 23) : _ Wt L Crate _ 40107 + 10,49.1.3181.300 2 V ° LL Giả thiết tị =2300°C < tụy <tạ =2400°C (phy luc TI) va bang (1 11) tinh duge i, va i, = 3988 kJ/m? O nhiét do t, = 2300°C hàm nhiệt của sản phẩm cháy là : i co, + so, = 0.147.5746,39 = 842,0 ino = 0,)08.4485,34 = 495.0 in = 0,745.3457,20 = 2575,0 2 og = 3912 kI/m? Ở nhiệt độ tạ = 2400°C ham nhiét cia sản phẩm cháy là : Ìco, + so, = 0,147.6023,25 = 907,0 li, = 0,108.4724,37 = 522,0 iy = 0,745.3620,58 = 2695,0 2 Í2apo`= 4134,0 kJ/m
Kết quả nhận được : i 5300 < iy < i 5400 cho thấy việc chọn 2300° < t.< 2400°C là phù hợp và t„ được tính theo cơng thức (1 22) :
t, = 2300 + 3988 = 3912 109 = 2335°C
h 4124 - 3912
Căn cứ vào các kết quả tính tốn cho thấy rằng khi tăng hệ số tiêu hao khơng khí sẽ làm tăng lượng sản phẩm cháy dẫn đến làm giảm hàm nhiệt của nĩ, vì vậy nhiệt độ cháy lý thuyết
giảm Khi tăng nhiệt độ nung nĩng trước khơng khí sẽ làm tăng nhiệt độ cháy lý thuyết
1.2.3 TÍNH SỰCHÁY KHÍ HỖN HỢP
Cho hỗn hợp khí lị cao và khí lị cốc cĩ nhiệt trị Q# = 6600 kJI/m, xác định lượng
khơng khí cần thiết, lượng và thành phần sản phẩm cháy, nhiệt độ cháy lý thuyết khi œ = !,]
và nhiệt độ nung trước khơng khí txy = 400°C
Trang 20Cho độ ẩm khí lị cốc Weg = 25 g/m? va dO ẩm khí lị cao đ®cao = 30g/m” theo cơng thức (1.2), (1.3) xác định thành phần ẩm của chúng : a _ wK 100g 100 + 0,1242m 100 xis = x —— ~ = 0,97 xX cốc ˆ “e855 109 4 0,1242.25 cốc K 100
Xếao = Xcao 100 + 0,1242.30 = 0,964 Xĩo
Kết quả tính thành phần ẩm của khí lị cốc và khí lị cao đưa vào bảng 1 13 Bang 1.13 Thành phản khí ẩm, % | Khi co cođ H NĐ CH3 C;H 03 H,0? L cc 2,28 7,21 54.72 3.85 25,27 3,04 0,61 3,02 Ld cao 10.30 27,56 2,41 56,1 0,09 - - 3,6 Sử dụng bảng 1.13 và cơng thức (I.6) xác định được nhiệt trị các khí như sau : 8 oy = 127,7.7,21 + 108,0 54,72 + 359,6 25,27 + 598,7 3,04 = = 17610 kJ/mÌ Q tao) = 127/7 27,5 + 108,0 2,41 + 359,6 0,09 = 3780 kJ/m Tỉ lệ hỗn hợp khí tính theo cơng thức (1.4) : a d Qiicéey 2hn _ 17610 — 6600 Q d —_ t(cốc) Qi t(cao) 172610-3780 = 0,796 Thành phần của khí hỗn hợp được tính theo cơng thức (1.4) và bang (1.13) : COP" =10,3.0,796 +2,/28.0,/204 = 8,68% coh = 27,5 0,796 + 7,21 0,204 = 23,35% NiP = 56.1 0,796 + 3,85 0,204 = 45,40% H3" =2,41 0,796 + 54,72 0,204 = 13,10% CHM = 0,09 0,796 + 25,27 0,204 = 5,23% CHM = 0,0 0,796 +304 0,204 = 0.62% of — = 0,0 0,796 + 0,61 0,204 = 0,12% H,O™ = 3,6 0.796 + 3,02.0,204 =3,5% Tổng cộng = 100%,
Trang 22Để kiểm tra độ chính xác của tính tốn, cần lập bảng cân bằng khối lượng với a = 1,1 Số _ 5
thứ Các chất tham gia tu ono, kg see Các chất tạo thành dang kg
1 | Nhiên liệu : 1 San phẩm cháy : CO, 8,68 44 382,00 CO, 38,50 44 1692,00 CO 2335 28 653,00 Oj 3,095 32 99,00 CH, 5,23 16 83,50 H,O 28.30 (8 510,0U C¿Hx 0,62.28 17,35 Nz 171,988 28 48 13,00 H, 13,10 2 26,20 Ny 45,40 28 1268 ,00 2 Chénh léch “1,91 H,0 3,50 18 63.00 Oy wn O12 32 3.84 2 Khơng khí : O, 33,52 32 1071,00 N¿; 126,588 28 545,00 = 7112,89 i 7112.89 Tính nhiệt độ cháy lý thuyết
Nhiệt hàm tổng cộng của sản phẩm cháy được tính theo cơng thức (1.23) : _ 6600 + 1,6.400.1,3302 iy Ai = 3080 kJ/m* Giả thiết t¡ = 1800°C < ty < tz = 1900°C xéc dinh ij 12 t; = 1800°C tz = 1900°C ico, = 9.1590 4360,67 = 694,5 ; Ico, = 0,1590 4634,76 = 735.5 ÌH,o = 0,1170 3429,90 = 389,9; iH,o= 0,1170 3657,85 = 427.5 io, = 0,0128 2800,48 = 35,8 ; io, = 0,0128 2971,30 = 38,0 in, =0,7112 2646,76 = 1881,0 ; in, = 90,7112 2808.22 = 1995,0 iyg00 = 3001,2 kJ/m? i}990 = 3176,0 kJ/m? Tir két qua nhan duge i;goy < is < iygog ta thdy viéc chon 1800°C < tị < 1900°C là phù hợp và tính tị, theo cơng thức (1.22) : ty, = 1800 + 3080 - 31760,0 - 3001,2 = 30012 100 = 1845°C
1.2.3 TINH SUCHAY NHIEN LIEU KHI LAM GIAU 0, TRONG KHONG KHiI
Sử dung khơng khí cĩ làm giàu O (35%) dé dét khi thién nhién véi a = 1,1 X4c dinh
lượng khơng khí cần thiết, lượng và thành phần sản phẩm cháy, nhiệt độ cháy lý thuyết trong trường hợp này So sánh sự thay đổi các tham số khi đốt bằng khơng khí thường
Thành phần sử dụng của khí thiên nhiên như sau : 93,2% CH,, 0,7% C,H,, 0,6% C,H,,
Trang 23Bảng 1 15 Luong khơng khí, thành phân va lượng sản phẩm cháy tạo thành khi đốt khí
thiên nhiên bằng khơng khí thường Nhiên liệu Khơng khí, m” Sản phẩm cháy tạo thành, mŠ Thành phần| Hàm |Thểtích| O N Tổng | œo H.0 | 0 N Téng lượng, % mỀ ? ? cộng ? 2 ? ? cộng CH, 93,2 93,2 186,4 93,2 186,4 _ 736,31 từ _ 195,75 + khơn C;Hẹ 0,7 0,7 24s |195:75 x 1,4 2,1 - khí và - CH 3,762 = | 736,31= ver 3Hg 0,6 0,6 3,0 18 | 24 _ ow | | CH 736,31 932,06 nhién Ho 0,6 0,6 3,9 24 | 30 | - liệu - N; 4,9 4,0 - - - a=1 x 100,0 100,0 195,75 | 736,31 932,06 98,8 193,9 — 741.2 | (033.9 r% - - 21 79 100,00 9,55 18,75 — 71.7 100,0 œ=11 x — — 215,32 | 809,94 1025,26 98,8 193.9 | 19.57 | $14.84 |1127,1 1": - - 210 | 79,0 100 | 526 | 17.22 | 1,73 | 72,29 | 100.0
Khi tính sự cháy khí thiên nhiên với khơng khí cĩ làm giàu O¿ cần chú ý tương ứng với một đơn vị thể tích O, trong khơng khí cĩ N;/O; = 65/35 = 1,86 đơn vị thể tích N, Các phần cịn lại trong nội dung tính tốn được tiến hành như ví dụ trước Kết quả tính được trình bay trong bang 1.16
Bảng 1.16 Lượng khơng khí, thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt khí thiên
nhiên bàng khơng khí cĩ làm giàu oxy Nhiên liệu Khơng khí, m° Sản phẩm cháy tạo thành, mŠ Thành phần| Hàm |Thể tích, Tổng lugng, %| mẻ 9; No cộng | CO2 | H29 | 92 | Nz x 1 | CH, 93.2 93,2 186,4 |195,75x | 195,75+ | 93.2 | 186.4 _ | 364.09 - CoH, 0,7 0.7 2.45 | 1.86= ee ea 14 | 21 _ khơng _ C3Hg 0,6 06 | 3,00 | 264,09 | 559 18 | 24 | — Ì kh? - CaHịọ 0,6 0,6 3.90 2.4 3,0 - - N¿ 4,9 49 — - - - 4,9 ~ axl x 100,0 100,0 | 195,75 | 36409 | 559.84 0R8 | 193.9 - | 368.99] 661.69 2% - - 35 65 100 14/05 | 29,35 - 55.70 | 100,0 oll - - 215,32 | 400,49 | 615,81 98,8 | 193.2 | 19.57 | 405.39 | 717.66 ` |#% - -— 35 65 100 13.75 | 27,05 | 2,7 | 56.50 100
Muốn xác định được nhiệt trị thấp của khí thiên nhiên cần dựa vào bảng 1.15 và bảng
Trang 24Bang 1.17 Nhiệt trị thấp, lượng oxy, lượng khơng khí cần thiết và lượng sản phẩm cháy tạo thành khi œ = I Các khí | Cơng thức | Nhiệt trị thấp | Lượng khí mŸ/m” Lượng sản phẩm cháy m”/m° | phân tử kJ/m`° 6 ; xy Khéng khi | CO, Nạ HO x Axétylen CH, 56400 2,5 11,90 2,0 9.40 1,0 12,40 Etan C;Hạ 63500 3,5 16.66 2.0 13,16 3,0 18,16 Prơpilen C;Hạ 86600 4,5 21,42 3.0 16,92 3.0 | 22,92 Propan CiHg 91100 5,0 23,80 3.0 18,80 4,0 | 25,80 Burilen C,Hạ 113700 6,0 28.46 40 22,56 4,0 30,56 Buran CaHìa 118600 6,5 30,94 40 24,14 5,0 33,44 Xiclopentan |CsHig 138500 1,5 35,70 5,5 28,20 50 | 38,20 Pentan CsHi2 146100 8,0 38,08 5,0 30,08 6.0 | 41.08 Bendơn CạH, 146200 7,5 35,70 6.0 28,20 3,0 37,20
Theo bảng I.15 và cơng thức (1.23) tính nhiệt hàm sản phẩm cháy khi đốt khí thiên nhiên
bằng khơng khí thường với œ = I,I d 35200 ip = Qe = 35200 = 3120 kJ/m? V, ‘1227 Gia thiét t; = 1900°C < tụ < tạ= 2000°C và theo bảng 1.15 xác định nhiệt hàm it, in t, = 1900°C t2 = 2000°C 100, = 0,0876 4634,76 = 413,5 ico, = 0,0876 4835,1 = 462,0 in,0 = 0,1722 3657,65 = 641,5 iH,o= 0,1722 3889,72 = 229,0 io, = 0,0173 2971,30 = 51,4 in, = 0,0173 3142.76 = 54,4 in, = 0,7229 2808,22 = 1893,0 in, = 0,7229 2970,26 = 2130,0 Ìjsop = 2999,0 kJ/m” Íaoo = 3325,4 kl/mƯ
Tir két qua tinh todn c6 ijggg < is < i2ooo nên chọn 1900”C < ty, < 2000°C là phù
hop va t, được tính theo céng thife (1.22) : 3120 - 2999,4 3325,4 - 2999,4
Theo bang 1.16 và cơng thức (1.23) tính được nhiệt hàm sản phẩm cháy khi đốt khí thiên
nhiên bằng khơng khí cá làm giàu Ơ¿ với œ = 1,I :
tụ = 1900 + 100 = 1937°C
d
Trang 25Giả thiết tụ > 2500°C từ bảng 1 16 xác định nhiệt hàm sản phẩm cháy ở 2500°C ; t = 2500°C ico, = 9.1375 6303,53 = 867 i 4,0 = 0,2705 5076,74 = 1372 in, = 0,027 401,29 = 108 ing = 0,565 3786,09 = 2185 i2soo = 4532 kJ/m”
Từ kết quả tính tốn cĩ is > i2soo nên giả thiết tụ > 2500ŸC là phù hợp
Các kết quả tính tốn trên cho thấy, khi làm giàu O; sẽ làm giảm được lượng khơng khí
cần thiết để đốt nhiên liệu và giảm lượng sản phẩm cháy tạo thành, vì vậy làm tang nhiệt độ
cháy lý thuyết
1.2.4 TÍNH SỰ CHÁY NHIÊN LIỆU TẠO THÀNH BÁN KHÍ
Đốt cháy khơng hồn tồn nhiên liệu tạo thành bán khí dùng để nung các vật yêu cầu ít hoặc khơng bị ĩxy hĩa Mục đích tính tốn phần này là xác định lượng và thành phần sản phẩm cháy khi biết trước hệ số tiêu hao khơng khí Giả thiết rằng khi cháy khơng tạo ra :
CH¿ SO; và cácbon bồ hĩng, trong sản phẩm cháy chỉ gồm CO¿, CO, HạO, Ha, N;
- Xác định lượng sản phẩm cháy : Sau khi xác định lượng N2 theo cịng thức (1.20), cịn lại 4 tham số chưa biết được ký hiệu theo thứ tự :
Vco,=*; Vco=y; VH,o=z; Vụ, = q
Đề xác định các tham số trên cần thành lập ba phương trình cân bằng - đốt với cacbon :
x+y= (CO¿ + CO + CHạ + mC,,H,)0,01 =A; m?/m? (1.26)
- đối với hyđrơ :
z+q= (Hạ + HạO + 2CHạ + - CạHạ)0,01 =B; mỸ /mỶ (1.27)
- đối với Ơxy :
2x+y+z= (2CO¿ + CO + H;O + 203)0,01 + 2L,=C; m?/m? (1.28)
Lọ, — lượng ơxy từ khơng khí đưa vào, m” /m”
Khi các cấu tử của sản phẩm cháy ở trạng thái cân bằng của phản ứng
Trang 26Bang 1.18 Trị số k phụ thuộc vào nhiệt độ khí Nhiệt độ, ˆC | 500 | 600 | 700:| 800 | 900 | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 | 1200 | 1250 | 1300 Trị số k 0,205 | 0,392 | 0,645 | 0,96 | 1,32 | 1,73 | 1,91 | 2,15 | 2.37 | 2.58 | 2.79 | 3,00 Giải phương trình (1.31) xác định được x và thay trị số x vào phương trình (1.30) lần lượt tính được y, z7, q Lượng sản phẩm cháy tạo thành : Vy =X +y+z+q+0,01 (N> +79L,), m?/m?3 (1.32)
Vi du trong lị nung ít ơxy hĩa tiến hành sự cháy khí thiên nhiên với hệ số tiêu hao khơng khí œ = 0,5 và nhiệt độ sản phẩm cháy 1300°C Thành phần khí thiên nhiên như sau :
89,9% CHạ ; 3,1% C¿;Hạ ; 0,9% C+Hạ ; 0.4% CạH:o ; 0,34 CO; ; 5,2% Na
Lượng khơng khí khơ và lượng khơng khí ẩm lý thuyết được xác định theo cơng thức (1.10) : Lạ = 004762 (2CH„ + 3,5 C2Hạ + 5C4Hạ +6,5 C¿H1o — O2) x x (+ 000124 dky) = 0.04262 (2.89,9+3,5.3,1+5 0,9+ + 6,5 0,4 — 0,2) (1 + 0,00124 10) = 9,52 m3/m3 Luong N> cĩ trong sản phẩm cháy được tính theo cơng thức (1.18) : Vx, = 0,01 (Nz +79 Lạ) = 0,01 (Ny + 79 Ly) = = 0,01 (5,2 + 79.0.5 9,52) = 3,76 m?/m? Luong O, do khéng khí cung cấp hằng : Lọ, =0,21.0,5.9,52= 1 mÌ/mÏ
Sau khi xác định được Vn, , cịn bốn tham số chưa biết được ký hiệu theo thứ tự :
Vco,=x: Vco=yY: VYnạo>2; Vn,^q
Để xác định các tham số trên cần thành lập ba phương trình cân bằng
Trang 28Chuong 2 THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC VA CO HOC CHAT KHI 2.1 CƠ SỞ TÍNH TỐN 2.I.1 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA KHÍ
Tính chất vật lý của khí gồm các tham số : trọng lượng riêng (khối lượng riêng) hệ số
nhớt động học, động lực học,nhiệt dung riêng và hệ số dẫn nhiệt Trọng lượng riêng của khí
hỗn hợp xác định theo cơng thức :
_ AIYi †32Y2 + tânYn 100
trong đĩ : ai,a2 a„ — phần trăm thề tích khí thành phần trong khí hỗn hợp, % ; TqxYz Yn — trọng lượng riêng của các khí thành phần trong khí hỗn hợp, N/m?, kG/m? Sự thay đổi trọng lượng riêng theo nhiệt độ tính theo cơng thức : Yhb N/m? ; kG/m? (2.1) T, "¬ 2.2) Trong tính tốn kỹ thuật, hệ số nhớt động học của khí hỗn hợp tính theo cơng thức : 1 Vih = m? /s (2.3) đi pati trong đĩ : a, - thành phần theo thể tích của khí thành phần trong khí hỗn hợp, % ; vị — hệ số nhớt của khí thành phần trong khí hỗn hợp, m2/s LL vat p trong dé: — hệ số nhớt động lực , Ns/m? hoặc kGs/mˆ; 9 - khối lượng riêng của khí, kg/mỶ
Trang 292.1.2 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA KHÍ (CHẤT LỎNG) Ở TRẠNG THÁI
TINH VA CHUYEN DONG
1 Khi (chat long) 6 trang thái tĩnh
Phương trình càn bằng cơ bản của thùy tính :
dp = p (Xdx + Ydy + Zdz) (2.5)
trong đĩ : dp ~ vỉ phân của áp suất thủy tĩnh trong chất khí (chất lỏng) tại điểm cĩ toa d6 x,y,z
X, Y, Z - hình chiếu lực khối đơn vị lên trục tọa độ (gìa tốc trọng trường), m/§” : Với chất khí (lỏng) khơng bị nén (p = const) ở trạng thái tình, hướng lực khối từ trên xuống nên X =0; Y =0; Z= g Từ phương trình (2.5) xác định được sư phân bố áp từ trên xuống :
P= Po + PBZ, N/m? , (2.6)
trong đĩ : pạ — áp suất tại mặt thống, N/m?
Với khí, từ phương trình (2.6) cũng cĩ quy luật biến thiên áp suất từ dưới lên :
PĐ=Po —D#Z, N/mˆ (2.7)
trong đĩ : p¿ - áp suất khí tại mặt chuẩn cĩ độ cao z = Ơ, N/m?: p c— áp suất khí tại độ cao z so với mặt chuẩn, N/m?
Trong lồ cơng nghiệp cĩ khí nĩng điền đầy khơng gian buồng lị, khí đĩ 0g < px, nếu đuy trì áp suất pạ tại đáy lồ thì áp suất khí tại độ cao H sẽ bằng : PK =Ps —PKEH (2.7a) Cũng ở độ cao H áp suất khơng khí ngồi trời : PKK =Po —PKggH (2.7b) Sự chênh áp giữa khí lị và khơng khí tại độ cao H bằng : Ap= Px —Pxk = 8H(exk —Px) (2.8) 8-87 995 gD <— & A / | | tị | R ' l | | \, 7 2 #3/|_ Ti 1) fo + £97 b) | | _— h Hình 2.! Phần bố áp suất trong chất lỏng tĩnh 4) P>Pgg› ) n<Dgy;
Vì vậy, nếu duy trì tại đáy lị bằng áp suất khí quyền, thì từ đáy lên giữa khí trong lị và
khơng khí bên ngồi sẽ cĩ độ chênh áp (áp suất dư), nên khí sẽ rị qua khe hở, cửa thao tác ra mơi trường ngồi
Trang 30Khi chất lỏng ở trạng thái tĩnh được chứa trong bình thì áp lực lên đáy bình được tính theo cơng thức : P=p.F =(p, + pgH)F, N; (2.9) trong đĩ : F — dién tích đáy, m2; H - chiều cao cột chất lỏng, m ; Po — ấp suất trên mặt thống, N/m?
Lực tinh cha chất lỏng lên mặt nghiêng của tường theo cơng thức (2.10) (hình 2.2.) :
P =pạF + pgFh,, N; (2.10)
trong đĩ : h, ¬ độ sâu của trọng tâm tiết điện E của tường dưới mặt thống
chất lỏng, m ;
Điểm đặt lực tác dụng của cân bằng
D gọi là tâm lực Vị trí của nĩ ở dưới trọng tâm C một khoảng h và vp tính theo cơng thức : Hình 2.2 Lực tinh của chất lơng tác dụng lên mặt phẳng nghiêng 1, Y.-F c YD=Yc† (2.11)
trong d6: I, - mémen quan tính của diện tích F đối với trục ngang qua trọng tam C của F ;
_œ ~ gĩc nghiêng của tường
2 Khí (chất lỏng) ở trạng thái chuyển động
Phân biệt hai chế độ chuyển động của khí (chất lỏng) : chuyển động rối và tầng, được
biểu thị bởi tiêu chuẩn Reynolds (Re)
_ sả
Re (2.12)
VỤ
trong đĩ : 0ø - tốc độ trung bình của dịng theo tiết diện, m/s ; d - đường kính thủy lực của kénh, m ;
v — hệ số nhớt động học của khí (chất lỏng) m2
Khi Re > 2300 - chế độ chảy tầng ; khi Re > 10000 - chảy rối ; cịn khi
2300 < Re < 10000 — chế độ chuyển động trung gian
Trang 31œ — hé sé Corilois dac trung ty số động năng của địng so với động năng tính theo tốc độ
trung bình tại tiết điện xét Hệ số œ phụ thuộc vào đặc điểm phân bố tốc độ Trong tính tốn kỹ thuật thừa nhận ơ = 1,0; œ2 2 a—P — ấp suất động, N/m“; x ~ tổng tổn thất năng lượng khi khí (chất lỏng) thực tế chuyển động trong kênh, N/m”;
Chỉ số 1, 2 — ứng với tiết diện thứ nhất và thứ hai của dịng 3 Tổn thất năng lượng khi khí (chất lỏng) chuyển động
Trường hợp chung, tổn thất năng lượng của dịng khí (chất lỏng nhớt) khơng bị nén bao gồm :
~ tổn thất năng lượng do ma sắt ;
- tổn thất năng lượng do trở lực cục bộ ; - tồn thất năng lượng do cột năng hình học ;
dhe =hins + hep + Hn, N/m?; (2.14)
a Tổn thất năng lượng do ma sát của dịng đẳng nhiệt ở chế độ chảy tâng và rối : w2 L TS 2 ys =A ms Po 2d T N/m ( 2.15 ) trong đĩ : Khi nhiệt độ thay đổi từ mặt 1 đến mặt 2 tương ứng với nhiệt độ dịng Tị và Tạ thì T, ®o1 + M92 T= Aa ® K; Nếu tiết dién thay déi thi w, , m/s A — hệ số ma sát ;
L ~ chiều dài kênh, m;
Ðo.@¿ — Khối lượng riêng và tốc độ dong ở 0°C và p = 101,3 KN/m”;
Nếu kênh cĩ tiết điện khơng phải hình trịn thì a= — chu vị ướt của tiết diện ;
F— diện tích của tiết điện) ;
Trường hợp chung, ^ phụ thuộc vào Re và độ nhám tường kẽnh ống dẫn (e =5) Tuy nhiên, trong phạm vi ở chế độ chảy tầng, À2 khơng phụ thuộc vào độ nhám của tường và tính theo cơng thức đơn giản : 64 =— Re : { 2.16 ) Ở chế độ chảy rối : 0,25 A=0,1) — A +8) (2.17) d Re
Trị số A của các ống bằng vật liệu khác nhau (bảng 2.1) Khi Re cĩ giá trị lớn, giá trị Â rất nhỏ, khi đĩ À^ khơng phụ thuộc vào tốc độ của dịng
Trang 32Bang 2.1 Độ nhám tuyệt đối A của các ống chế tao từ các vật liệu khác nhau Vật liệu và dạng ống Trạng thái ống A, mm Ong thuy tinh đài và ống kim | Mới và nhắn 0,00 = 0.002 loại màu 0.001 0.01 = 0,02 , Mới, sạch được đặt cần thận ——
Ống thép khơng mối nối 0 014
Sau một năm làm việc 0,015 = 0.03 0,02 Mới và sach Tới và sạch, _ 0,03 + 0.01 4 Bị gi ít sau khi làm sạch, 0.10 + 0,2 0.15 Thép hản Bị gÌ mức trung bình, 0,30 + 0.70 0,50 Bị gì trước, cũ, 0,80 +15 1,0 Bì gi nhiều hoặc bì trầm tích lớn Z.0 + 4.0 3,0 Ống thép tá Ống thép tán nhe, 0,5 +30 nệ thép Lần Ống thép tán mạnh đến 0,0 Mới và sach, 0,10 = 0,20 < 0.15 Ong mạ kẽm ; Sau mdr thai gian làm việc 0,40 + 0,70 0,50 Mới quét nhựa đường 0.0 + 0.16 0,12 Mới, kháng nhủ 0.20 + 0,50 Ống gang 0.30 Đã được sử đụng 0,5 +1,5 “Ll Rất cũ Đến 3,0 , Mới 0.05+0,10 X1 mang amidng ới 085 x : 0,0 + 0,05 Ống mới bằng bê tơng chịu ứng luc, — 0,03 é 0,15 + 0,30 Ơng nước ly tâm, ————— Bé tơng 0,20 6 - 0,30 + 0,80 ng đã được sử dụng, —qso— Ong bê tơng chưa gia cơng 1,0 = 3,0 Tráng men 0.45 - 3,U
Ống gach Trát vữa xi măng 0,45 +3,0
Xây ding vita xi mang 04~ 60
Ghi chú : Tử số chỉ giới bạn thay đổi độ nhám A ; mẫu số - giá trị trung bình A ; thực tế khi tính khí chuyển động trong kênh cĩ thể chọn ^ = 0,05
Trang 33Thực tế cịn cĩ thể tính 4 & ché d6 chay r6i theo cong thite : A
Re
Với kênh bằng ống gạch : Á = 0,175 ; n = 0,12 ; ống bằng kim loại nhan : A = 0,32 ;
n = 0,25 (với Re = 100000) ; Với kênh cĩ độ nhám : A = 0,129 ;n = 0,12
Khi tính nhanh, trong thực tế tổn thất do ma sát các dịng chảy rối trong các kênh gạch cĩ
thể chon A = 0,04 +0,05 ; với ống kim loại khơng cĩ lớp lĩt trong 2 = 0,02
Nếu dịng khí chứa bụi chuyển động trong kênh thì hệ số ma sát 2` tính theo cơng thức :
'=À(1+*+g) (2.18)
trong đĩ : g - hàm lượng bụi cĩ trong khí, kg/ kg ; À — hệ số ma sát của kênh khí khơng cĩ bụi
Các thơng số @, p, ø trong cơng thức tính trở lực ma sát dịng khí bụi lây theo trị số trung bình và g tính theo cơng thức : _—_ Gi-0,5W G+0.5(Gky + W) trong đĩ: G¡_ - khối lượng bụi vào ống sấy ; kg/h ; À= (2.17a) U ; kg/Kg (2.19)
Gx - lượng khơng khí bị hút vào ống sấy, kg/h ;
G_ - khối lượng chất sấy (lượng khơng khí, sản phẩm cháy) vào ống sấy ; kg/h;
W_ - khối lượng hơi nước bốc hơi, kg/h b Tổn thất năng lượng do trở lực cục bộ ~ Cơng thức tổng quát để tính trở lực cục bộ : 2 2 hep xnc =6 “Pa T trong đĩ : Š - hệ số trở lực cục bộ (phụ lục VD, Với dịng khí bụi chuyển động cĩ hàm lượng bụi g, kg/kg €`=£(1+0,8g) (2.21)
— Tré lye trong ld hầm (tuynen) qua cắc thiết bị trao đổi nhiệt hoặc hồn nhiệt khi nhiệt độ dịng thay đổi từ tị đến tạ và tốc độ từ œ¡ đến œ¿ tính theo cơng thức : N/m2 (2.20) 2 2 \ hẹp =o 3" , N/m?; (2.22) Trở lực trên cịn tính theo cơng thức : 2 @ ~
Trang 34- Các cơng thức tính trở lực qua lớp liệu
Những cơng thức được giới thiệu sau đây cho phép tính gần đúng với điều kiện cụ thể
Trở lực qua lớp liệu [ 24] được tính theo cơng thức : w2 2 hy =S > Pol! + Bt), N/m trong đĩ : œ¿ — tốc độ khí tương ứng với tiết diện ngang lị đứng ở điều kiện chudn, m/s ; (2.23a) Ét, — hệ số trở lực của lớp Với lớp liệu gồm các cục hình cầu ở chế độ chảy tang Re < 7: _ 2056 H ÉL= Re de
trong đĩ:H_ - chiều cao của lớp, m ;
d, - đường kính trung bình theo phân loại cục, m
l
d, = =6 > Mm d
trong đĩ : G - phần trọng lượng theo cỡ hạt ;
đ ~ đường kính cục theo cỡ hạt, tính theo đường kính trung bình của mắt sàng để cục lọt qua, m ; Ở chế độ chảy rối Re > 7: _ 1800 46 GL = Re 720.08 e Tính trở lực theo cơng thức trên khi độ rỗng f ~ 0,4 : PL VL
trong đĩ : pị, - khối lượng riêng của liệu, kg/m?;
Trang 35x y H
hoặc : gL =a—_,
a"
trong đĩ : a, n — các bệ số phụ thuộc vào đường kính trung bình của cục phối liệu
Với các cục cĩ hình dạng khơng xác định, cĩ gĩc nhọn, a va n duoc chọn ở bảng 2 2 Bang 2 2 Các hệ số a và n Đường kính trung binh của cục, mm a n 1 79,5 0,65 2 40,2 0,63 4 22,2 0.56 6 13,7 0,49 10 5,5 0,36 15 ` 2,5 0,24 20 1,7 0,15 — Tr& luc qua lép liéu con cé thé tinh : 2 H hị =ÈL “<“ +Bt), N/m? ; L 2 (2.23c) trong 46: Cy — hé s6 trd luc cita 16p x4c dinh theo dé biểu (hình 2.3) Cy = f(Re) Re = ĐadL Vị
®, — tốc độ khí ở điều kiện chuẩn tính theo tồn bộ tiết điện ngang lị, m/$ ; d, — đường kính trung bình của cục liệu, m ;
H - chiều cao cột liệu, m ;
Cy - hệ số trở lực lớp liệu được xác định bằng thực nghiệm trong đĩ nĩ phụ thuộc Re và xác định theo đồ biểu hình 2.3
Tính trở lực qua lớp liệu theo phương pháp kênh : 2 4 Ro h, =¢, L SL 2 đụ —-.—-—2 2 Pa{ 1+ Bt Bt) ( 2.23d ) trong đĩ : ế; - hệ số trở lực lớp liệu cĩ chiều cao Im (bảng 2.3) và là hàm số của Re Re-2re vV.F tr — bán kính thủy lực, r-tuF : QO Q ~ độ rỗng của lớp ; - bể mặt riêng lớp phối liệu, m2 /mẺ; TH ”
~ tiết điện sống trung bình của lớp, m*/m?;
Trang 36Ÿ 7002 500 ~ 322 200 700 22 Ja 20 10 7 2343 710 2345 770% 2 9345 7707 2 3945 7 10% Re Hình 2.3 Đồ biểu hinh niacrat
1 Antraxit dị = ISmm ;2 Antraxit dị = 2,5mm ; 3 Antraxitd, = 10mm ; 4 Đá phiến d, = 9,5mm ;
5 Quảng sắt ; 6 Than mỡ d, = 15mm ; 7 Quặng thiêu kết trong lị quay ; 8 Than ở vùng trialiabin
(các nước SNG), 9 Đá vơi ; 1Ư quặng thiêu kết trên băng tải, I1 Cốc
— Tính trở lực theo cơng thức của N M Giavơrơncơp
_ 1,6pu°Šv92 H
hy
djftẺ ,N/m? ; (2.23e)
trong đĩ: H - chiều cao lớp, m;
Trang 37Bảng 2.4 Độ rỗng của cục phối liệu hình cầu
Phương pháp xếp Độ rỗng, %
Khối cầu cùng một loai kích thước :
~ Khi xếp tơ (khối lập phương) 48,6
— Khi xếp chặt (khối hình thon) 25,9
Khối: câu cĩ hai loại kích thước (I - 0,737) 27,1
Khối cầu cỏ ba loai kích thude (1 — 0.732 — 0,268} 24
Khối cầu cĩ bốn loại kích thước (1 - 0,732 — 0.268 — 0.178) 17,0
Khái cầu cĩ hai loại kích thước (L — 0,414) 20,6
Khối câu cĩ ba loại kích thước (1 — Ị,414 — 0,255) 19,0
Khối cầu cỏ bốn (oai kích thước (l - 0,414 - 0.225 ~ 0,177) 15,8 Gan day str dung phổ biến cơng thức trở lực qua lớp liệu : 2 hy =op > N/m? : (2.23h) Cc trong đĩ : É_ ~ hệ số trở lực chọn ở đồ biểu (hình 2 4 ) ;
Trang 38Khi xép 6ng thanh cdc day so le : ho, = CK(m +3), N/m? (2.25) trong dé : m — s6 đãy theo chiều sâu bĩ ống : C= @s, 0s, 9a -ØT
Cac hé s6 Og Os,, Pa, Or (hinh 2.6)
+ Chuyển động trong ðng cĩ gai kim (qua một ngăn) :
T
h= Aø@Z.-——,N/m2 (2.26)
Ty
trong đĩ : œạ¿ — tốc độ của khí ở O°C , m/s ;
T - nhiệt độ trung bình của khí trong ống K To = 273 K A - hệ số phụ thuộc vào chiều đài ống Chiều dài ống mm 880 1135 1385 1640 A l 2.06 24 2,74 3,09 | + Dịng bao ngồi ống cĩ gai kim : h=a(n+m)To2.10^ , N/m? (2.27) trong đĩ : œạ¿ -— tốc độ khí ở 09C, mús ;
m - số dãy theo hướng dịng khí chuyển động ;
n ~ số nhĩm thiết bị trao đổi nhiệt theo hướng dịng chuyển động :
T - nhiệt độ trung bình của khí trong thiết bị, K ; a _— hệ số phụ thuộc vào loại ống
Loại ống 17,5 28 Khơng cĩ gai kim a 5,38 5,39 1,57
4 Tổn thất năng lượng của dịng do khắc phục cột năng hình hoc
Tổn thất do cột năng hình học của dịng khí nĩng (0y < Ðgx) chuyển động từ trên xuống :
T, T,
hyp = 8H pak => - Pox | N/m? ; (2.28a)
trong dé : H — chiều cao của kênh, m;-
PoKK› Ðọk ~ khối lượng riêng của khơng khí và của khí ở điểu kiện chuẩn, kg/m? ; Txx Tx - nhiệt độ trung bình theo chiều cao H đối với khơng khí và khí, K ;
Ty = 273K
Đối với chất lỏng nặng cĩ 0, >> 0g nên tổn thất do cột năng hình học khi chất lịng chuyển động từ dưới lên :
Trang 40t2 m/s 5 h K, N/mẺ tC 358 - r 180 lậu 1.8 3o 4 L BŨ 1,8 200 † 25- 1.4 26 J r 200 1,2 in! woo 1 : lẽ 0/02 0,04 006 008 01 0,12dm tái 10 1.50 12 7 s0 1,25 10 P L 700 1,00) | 4 075 1 1, 1 3 a00 8 | , 15 7 900 20 F 15 NY 8 I se ‘ooo 28 3.0 = 08 % 11 a | gg 435 4, a! L a4 Lyeng 4° 9s, 22 L Sư up | ,_? tan Tỉ 1.8 “Tao — 11 1,4 ` lr) | TA / t 7 1, , † tol Ss x a 09 0.6 10 15 20 25 30 35 40 45.5 4 100 200 200 400ÉC 08
Hình 2.6 Đồ hiểu để xác định trong cơng thức tính trở lực của bỏ ơng xếp sẽ le
2.1.3 TINH TRO LUC DUONG ONG
2.1.3.1 Tinh tré luc đường ống với chất khí (lỏng) khơng bị nén
1 Đường ống don giản Ống dẫn chỉ cĩ một đường gồm nhiều ống đơn giản là các đoạn
ống cĩ kích thước khác nhau và lưu lượng khơng đổi trên tồn bộ chiều dài Tính đường ống đơn giản bao gồm các bước sau : (hình 2.7a)
- Xác định cột năng H cần thiết để cung cấp lượng chất lỏng Q yêu cầu khi cho trước chiểu đài và đường kính các ống ;