Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến năng suất của thiết bị làm mát xỉ đáy lò hơi đốt than tuần hoàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG                VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ HỒNG TRUNG KIÊN Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến suất thiết bị làm mát xỉ đáy lị đốt than tuần hồn LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG                VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ Hồng Trung Kiên Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến suất thiết bị làm mát xỉ đáy lò đốt than tuần hồn Chun ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 62.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Chỉ Sáng GS.TS Trần Văn Địch Hà Nội -2017 Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Luận án tơi hồn thành thời gian nghiên cứu sinh Trung tâm Đào tạo, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Cơng Thương Tơi xin cam đoan nội dung khoa học Luận án thân thực hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Chỉ Sáng GS.TS Trần Văn Địch Kết khoa học, liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng trung thực Kết nghiên cứu luận án chưa tác giả công bố nước Hà nội, ngày tháng năm 2017 Người cam đoan Hoàng Trung Kiên I    LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu Trung tâm Đào tạo, Viện Nghiên cứu Cơ khí (Viện), Bộ Cơng thương, để hoàn thành Luận án này, em nhận giúp đỡ tận tình thầy, nhà khoa học Viện, đặc biệt PGS.TS Nguyễn Chỉ Sáng, GS.TS Trần Văn Địch, thực nghiệm khâu quan trọng xây dựng luận án, kết thực nghiệm thực thiết bị làm mát xỉ công nghiệp, em giúp đỡ vị lãnh đạo, đồng nghiệp Công ty CP Nhiệt điện Cẩm Phả Công ty Nhiệt điện Na Dương thuộc Tập đồn Cơng nghiệp Than Khoáng sản Việt Nam Nhân dịp em bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy, nhà khoa học, đặc biệt tập thể hai thầy hướng dẫn khoa học luận án công ty nêu NCS Hoàng Trung Kiên II    MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THU VÀ LÀM MÁT XỈ ĐÁY LÒ HƠI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN 1.1 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ thu xỉ đáy lị đốt than nhà máy nhiệt điện giới 1.1.1 Sơ đồ chung hệ thống thu tro xỉ nhà máy nhiệt điện đốt than   5  1.1.2 Phân loại công nghệ thải tro xỉ [27], [30] (hình 1.2)   6  1.1.3 Phương pháp ướt làm mát xỉ   7  1.1.4 Phương pháp khô làm mát xỉ nước (hình 1.5)   9  1.1.5 Phương pháp khô làm mát xỉ khơng khí (hình 1.6) [30]   10  1.1.6 Phương pháp khô làm mát nước gián tiếp với thiết bị kiểu tang quay [31] 10  1.2 Tổng quan thiết bị trao đổi nhiệt 12 1.3.Tình hình nghiên cứu ứng dụng làm mát xỉ đáy lò CFP Việt Nam giới …………………………………………………………………… 13 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng phương pháp làm mát xỉ đáy lò CFB Việt Nam 17 1.3.2 Một số cơng trình khoa học giới phương pháp làm mát xỉ đáy lò CFB   18 1.3.3 Thiết bị làm mát xỉ đáy lị kiểu vít quay………………………………… 19 1.4 Lựa chọn dạng thiết bị làm mát xỉ đáy lò CFB 20 1.4.1 So sánh ưu nhược điểm số phương pháp làm mát xỉ……………… 20 1.4.2 lựa chọn thiết bị làm mát xỉ mơ hình trao đổi nhiệt………………… 21 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1……………………………………………………………… 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG THIẾT BỊ LÀM MÁT XỈ 23 2.1 Nguyên lý hoạt động thiết bị làm mát xỉ kiểu vít 23 2.2 Hình thức trao đổi nhiệt thiết bị làm mát xỉ 24 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới trao đổi nhiệt thiết bị làm mát 24 III    2.3.1 Ảnh hưởng nguyên nhân gây chuyển động dịch thể[6], [33]   24  2.3.2 Ảnh hưởng chế độ chuyển động dịch thể[39]   25  2.3.3 Ảnh hưởng tính chất vật lý dịch thể đặc điểm bề mặt trao đổi nhiệt 26  2.3.4 Ảnh hưởng yếu tố khác [20],[22]  . 26  2.4 Cơ sở lý thuyết trao đổi nhiệt thiết bị làm mát xỉ kiểu “ống lồng ống” 27 2.4.1 Các hình thức truyền nhiệt thiết bị làm mát xỉ   27  2.4.2 Cơ sở xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu thực nghiệm   31  2.4.3 Dẫn nhiệt qua vách trụ thiết bị trao đổi nhiệt [2],[4],[37],[39]   35  2.4.4 Tính nhiệt độ bề mặt hai vách máy làm mát hình trụ [4], [7],[35]   38  2.5 Cơ sở lý thuyết xạ nhiệt 40 2.5.1 Dòng xạ, suất xạ cường độ xạ [4],[38]   40  2.5.2 Năng suất xạ riêng suất xạ hiệu dụng [4], [38]   42  2.5.3 Vật Xám   43  2.5.4.Trao đổi nhiệt xạ hai vật bọc [4],[38]  . 43  2.6 Tính tốn nhiệt lượng cần thiết để đáp ứng suất thiết bị trao đổi nhiệt 46 2.6.1 Nhiệt lượng truyền hai môi chất[6],[37]   46  2.6.2 Nhiệt lượng hấp thụ tỏa môi chất [4],[37]   47 KẾT LUẬN CHƯƠNG …………………………………………………………… 48 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49 3.1 Điều kiện thí nghiệm 49 3.2 Vật liệu thí nghiệm 49 3.3.Trang thiết bị thí nghiệm 49 3.3.1 Thiết bị đo lường  . 49  3.3.2 Mơ hình thí nghiệm   54  3.4 Phương pháp xác định thông số công nghệ 55 3.4.1 Xác định lưu lượng nước làm mát   55  3.4.2.Xác định vận tốc vận chuyển xỉ máy làm mát……………………………56  3.4.3.Xác định nhiệt độ xỉ vào máy làm mát   56  3.4.4 Xác định suất làm mát……………………………………………… 56 IV    3.4.4.1 Xác định suất thực nghiệm 56 4.4.4.2 Tính toán suất theo lý thuyết   62  3.5 Phương pháp thực nghiệm xử lý số liệu [9],[12],[16] 63 3.5.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm   63  3.5.2 Phương pháp cực tiểu bình phương   64  3.5.3 Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số tính thích ứng mơ hình tốn học[12]   64  3.5.4 Các bước thực nghiệm [50]  . 65  KẾT LUẬN CHƯƠNG 3: ………………………………………………………………………………………… 66  CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ CHÍNH ĐẾN NĂNG SUẤT CỦA THIẾT BỊ LÀM MÁT XỈ VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN SẢN XUẤT   67  4.1 Thực nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm 67  4.1.1. Chuẩn bị thí nghiệm  . 67  4.1.2. Thực nghiệm   67  4.2 Xử lý số liệu thực nghiệm 68  4.3 Mơ hình hóa thiết bị làm mát xỉ [22] 68  4.4 Thực nghiệm khởi đầu 69  4.4.1. Xác định ảnh hưởng thơng số cơng nghệ đến suất thiết bị làm mát xỉ thực nghiệm   69        4.4.2 Xây dựng đồ thị thực nghiệm……………………………………………………………………….73  4.5 Kết bàn luận khoa học 76  4.6 Ứng dụng kết nghiên cứu luận án vào thiết kế thực tiễn sản xuất77  4.6.1.Thiết bị làm mát xỉ kiểu vít (hình 4.5)  . 77  4.6.2. Tính tốn diện tích trao đổi nhiệt cho thiết bị làm mát kiểu vít   78        4.6.3. Cấu tạo điều kiện làm việc thiết bị làm mát xỉ đáy lị kiểu vít…………….86        4.6.3.1. Mơ tả kết cấu thiết bị……………………………………………………………………………… 86    4.6.3.2. Điều kiện làm việc thiết ………………………………………………… 89   4.6.3.3. Một số giải pháp nhằm nâng cao tuổi thọ thiết bị……………… ………… 90 4.6.3.4 Tính tốn kiểm tra độ dãn dài chi tiết nhiệt độ cao…………….93 V    4.7 Các thơng số kỹ thuật thiết bị…………………………………….…….95   4.8. Kết chạy khảo sát thiết bị làm mát xỉ kiểu vít thực tiễn sản xuất………… 96  KẾT LUẬN CHƯƠNG 4  . 99  KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN 100 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN …102 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………103  PHỤ LỤC   107  VI    DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Diễn giải nội dung v Vận tốc tang quay, vg/ph q Lưu lượng nước làm mát, m3/h t Nhiệt độ nước làm mát, oC Txr MW ρ Khối lượng riêng nước, kg/m3 ω Tốc độ nước ống, m/s Q Lượng nhiệt tổng, kw λ Hệ số dẫn nhiệt vách ống 10 α Hệ số tỏa nhiệt bề mặt vách ống, w/m2.K 11 η Hiệu suât tổn thất nhiệt, % 12 Δt Độ chênh lệch nhiệt, oC 13 F Diện tích trao đổi nhiệt, m2 14 Δp Trở kháng thủy lực môi chất chảy ống, Pa 15 ξ Hệ số ma sát 16 Re Chỉ số Reynol 17 g Gia tốc trọng trường, m/s2 18 β Hệ số dãn nở dịch thể 19 Cp Nhiệt dung riêng đẳng áp chất lỏng 20 μ Độ nhớt chất lỏng 21 α Hệ số dãn dài thép 22 CFB 23 TĐNĐL 23 PC Nhiệt độ xỉ sau làm mát, oC Đơn vị công suất điện, Me-ga-oat Circulating coal Fried Boiler (lị đốt than tuần hồn) Trao đổi nhiệt đối lưu Công nghệ đốt than phun VII    DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hình vẽ Diễn giải nội dung Trang Chương 1.1 Sơ đồ chung hệ thống thu tro xỉ nhà máy nhiệt điện 1.2 Sơ đồ phân loại phương pháp thải tro xỉ tro bay 1.3 Thiết bị làm mát xỉ đáy lò nhờ băng tải ngập trực tiếp nước Sơ đồ làm mát xỉ đáy lò nước trực tiếp vận chuyển bơm 1.5 Thiết bị làm mát tro xỉ nước gián tiếp dạng bunke 1.6 Sơ đồ xỉ làm mát khí kiểu rung 10 1.7 Thiết bị làm mát xỉ đáy lò nước gián tiếp với thiết bị kiểu tang quay 10 1.8 Thiết bị ống thẳng hành trình trao đổi nhiệt chiều 12 1.9 Thiết bị ống chữ U, hai hành trình 13 1.10 Sơ đồ dạng chắn 13 1.11 Thiết bị ống thẳng, núc ống với hành trình 13 1.12 Một số phương án lắp kín ống vào sàng 14 1.13 Sơ đồ bố trí ống theo hình chữ nhật hình tam giác 14 1.14 Sơ đồ bố trí ống 15 1.15 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị làm mát xỉ kiểu vít 19 1.4 VIII    [30] Industrial Aplication study on New type Mixet-Flow Fluidized Bed Bottom Ash Cooler Proceedings of the 20th Intenational Conference Fluidezed Bed Combustion 231-236 [31] Qingdao Songling Power Enviromental Equipment Co., Ltd, (2013) Products for CFB Boiler [32] Wei Wang, Xiaodong Si, , (2010) Heat-Transfer Model of the Rotary Ash Cooler Used in Circulating Fluidized-Bed Boilers Receirved january, Revised Manuscript Receirved Mach 7, 2010 [33] Bejan Adrian, Craus Allan D (2003) Heat Transfer Hanbook [34].Friendman S.J , Marshall W R (1971) Stadies in Rotary Drying: Part II- Heat And Mass Transfer [35] Holman J.P (2010) Heat Transfer Tenth Edition, McGraw-Hill, New York [36] Kaminski D.A.(1997) Heat Transfer Data Book General Electric Co, New York [37] Kreith F., Black W.Z (1977) Basis Heat Transfer Hrper and Raw, New York [38] Modest M F (1993) Radiantive Heat Transfer McGraw-Hill, New York [39] Sucec J (1975) Heat Transfer Simon and Shuster, New York [40] Shaw M C (1989) Metal Cutting Principles, Oxford Univercity Press, New York [41] Hoang Trung Kien, Hoang Van Got and Dao Duy Trung, (2014) Research and propose the bottom ash and slag cooling method for circulating coal fired boiler The 15th ISPD 2014 “International Symposium on Eco-materials Processing and Design”   [42] Measuring Technical Information: FCI ST50 Series Flowmeters (2015), Proline t-mass B 150 (2015), ESP Model (2016) III Tiếng Nga: [43].В.И.НУРЬЕВ, (1978) Справочник конструктора-машиностоителя MOCKBA “машиностроeние” ТОМ [44].В.И.НУРЬЕВ, (1978) Справочник конструктора-машиностоителя MOCKBA “машиностроeние”, ТОМ [45] Н.С.АЧЕРКАН, (1968) Детали машин, Расчет и конструирование Cправочник, MOCKBA “машиностроeние”, ТОМ 105    [46].Н.С.АЧЕРКАН, (1968) Детали машин, Расчет и конструирование Cправочник, MOCKBA “машиностроeние”, ТОМ [47] Н.С.АЧЕРКАН, (1968) Детали машин, Расчет и конструирование Cправочник, Mосква “машиностоение”, ТОМ [48] С.В Серенсен, (1975) Несущая cпособность и pасчеты деталей машин на прочность “машиностроeние”1979 [49] Д Н Решетов, 1974 Работоспособность и надежность деталей машин Москва, Высшaя шкoлa [50].Г.С Писареннко, АП Яколев, (1975) Справочник по сопротивлению материалов Изд “Наука Дума” [51] B.A.Сkpaгaн,(1974) Лaбораторные работы по технологии машиностроения Ленинград “машиностроения” [52] А К Горошкин (1979) Приспособление для металлорежущтих станков Москва, “машиностроeние” [53] В.И Плавинского, (1969) Машины непрерывного транспорта Изд Москва, “машиностроeние” [54] A H MAЛОВ, (1973) Справочник технолога машиностроителя Mockвa: Изд “машиностроeние”, TOM [55] И.И Артоболевскии, (1976) Маханизмы cовременной технике Mockвa: “Наука”, Изд, TOM V [56] A M Bульф (1973) Резание металлов Ленинград “машиностроения” [57] И.И Орлов Ословы конструирования "Mосква “машиностроeние” [58] В Н Журавлев О Ию Николаева (1973) "Mосква “машиностроeние”         106    машиностроительные стали PHỤ LỤC   Phụ lục Kết q trình tính tốn, xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm Phụ lục Bảng so sánh ưu nhược điểm số phương pháp làm mát xỉ đáy lò Phụ lục Xác nhận ứng dụng kết nghiên cứu Luận án vào thực tiễn sản xuất Phụ lục Biên xác nhận kết đo số thông số cơng nghệ Phụ lục Cơng văn xác nhận vận hành thiết bị làm mát xỉ, áp dụng ba thông số công nghệ vào thực tiễn sản xuất Phụ lục Giấy chứng nhận kết thử nghiệm 107    Phụ lục 1: Kết q trình tính tốn   108      109    110    Phụ lục 2: Bảng so sánh ưu nhược điểm số phương pháp làm mát xỉ đáy lò TT Phương pháp làm mát xỉ I Phương pháp ướt Nhược điểm 1.1 Làm mát trực tiếp - Gây ô nhiễm môi trường Làm mát nhanh xỉ trực nước nhờ nước thải sau làm mát; tiếp chạy qua nước băng truyền thu xỉ - Thiết bị chiếm nhiều diện tích; - Băng truyền phải làm việc trực tiếp nước 1.2 Làm mát - Gây ô nhiễm môi trường phương pháp thủy nước thải sau làm mát; lực - Thiết bị, bể chứa, hồ chứa chiếm nhiều diện tích; - Phải dùng loại bơm công suất lớn; - Các ống dẫn chịu mài mòn cao ma sát hỗn hợp bùn- xỉ II Phương khô 2.1 Làm mát -Phù hợp với phương - Xỉ thải dạng khô; nước gián tiếp nhờ pháp làm mát theo mẻ; - Có khả tái sử dụng bun ke có áo nước - Hạn chế suất nhiệt dư nước thải nóng; - Thân thiện mơi trường 2.2 Làm mát - Thiết bị phải làm việc nước gián tiếp nhờ nhiệt độ cao; thiết bị tang quay - Thiết bị tương đối phức tạp; - Khối lượng lớn - Làm mát nhanh xỉ trực tiếp nước tưới với cơng suất lớn; - Phù hợp với lị công nghệ đốt than phun (Công nghệ PC) pháp 111    Ưu điểm - Thiết bị gọn, chiếm diện tích; - Đảm bảo vận hành đồng bộ, đạt hoạt động 6000 giờ/năm, đáp ứng điều kiện làm mát liên tục, suất cao; - Tái sử dụng nhiệt thải từ tro, xỉ; - Phù hợp với lị cơng nghệ đốt than tuần hồn (cơng nghệ CFB); - Thiết bị có khả nội địa hóa cao; - Thân thiện mơi trường 2.3 Làm mát nước gián tiếp nhờ thiết bị kiểu vít quay - Thiết bị phải làm việc nhiệt độ cao; - Thiết bị tương đối phức tạp - Thiết bị gọn, nhẹ chiếm diện tích; - Đảm bảo vận hành đồng bộ, đạt hoạt động 6000 giờ/năm, đáp ứng điều kiện làm mát liên tục, suất cao; - Tái sử dụng nhiệt thải từ tro, xỉ; - Phù hợp với lị cơng nghệ đốt than tuần hồn (cơng nghệ CFB); - Thiết bị có khả nội địa hóa cao; - Thân thiện mơi trường 2.4 Làm mát - Thiết bị phải làm việc khơng khí mát nhiệt độ cao; - u cầu phải có lọc bụi khơng khí sau làm mát; - u cầu phải có quạt gió lớn để hút khơng khí nóng; - Chưa áp dụng Việt Nam - Tái sử dụng nhiệt khơng khí hấp thụ từ tro, xỉ nóng; - Thân thiện mơi trường 112    Phụ lục 3: Xác nhận ứng dụng kết nghiên cứu Luận án vào thực tiễn sản xuất   113    Phụ lục 4: Biên xác nhận kết đo số thông số cơng nghệ   114      115    116    Phụ lục 5: Công văn xác nhận vận hành thiết bị làm mát xỉ theo ba thông số thí nghiệm 117    Phụ lục 6: Giấy chứng nhận kết thử nghiệm.    118    119