[123Doc] - Tai-Lieu-Giao-Trinh-Lo-Luyen-Kim-Chuong-1-Pdf (3).Docx

Ch­ng 3 1 Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm vµ c¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n 1 1 Kh¸i niÖm Trong c«ng nghiÖp nãi chung vµ ngµnh luyÖn kim nãi riªng, nhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, ch¼ng h¹n nh− qu¸ tr×nh nÊu ch¶y, qu¸ tr×nh nung[.]

Chơng Khái niệm đặc trng 1.1 Khái niệm Trong công nghiệp nói chung ngành luyện kim nói riêng, nhiều trình công nghệ, chẳng hạn nh trình nấu chảy, trình nung nóng vật liệu sản xuất vật liệu đòi hỏi phải tiến hành nhiệt độ cao cao Để thực trình công nghệ này, ngời ta xây dựng thiết bị nhiệt gọi chung lò công nghiệp Lò thiết bị đảm nhận việc tạo nguồn nhiệt có công suất lớn với mức độ tập trung cao, đồng thời nơi tổ chức trình trao đổi nhiệt để cung cấp nhiệt cho vật liệu gia công Nhiệt cung cấp cho lò nhiệt sinh đốt cháy nhiên liệu, biến đổi điện thành nhiệt nhiệt tự phát sinh nhờ phản ứng hóa học phát nhiệt xẩy trình gia công vật liệu Nhiệt từ nguồn nhiệt đợc truyền cho vật liệu gia công làm biến đổi trạng thái, tính chất vật liệu gia công, chuẩn bị cho bớc công nghệ tạo vật liệu Sự trao đổi nhiệt lò thực truyền nhiệt xạ, đối lu, dẫn nhiệt phối hợp dạng truyền nhiệt Cấu trúc lò hợp lý chế độ nhiệt phù hợp với yêu cầu công nghệ yếu tố ảnh hởng trực tiếp có tính định đến chất lợng, giá thành sản phẩm nh suất tiêu kinh tế khác lò Lò công nghiệp thiết bị đợc sử dụng rộng rÃi nhiều ngành công nghiệp Trong ngành luyện kim lò đợc dùng để thiêu kết quặng, luyện thép, nấu luyện gang, nấu luyện kim loại hợp kim màu, nung kim loại Trong ngành vật liệu xây dựng sử dụng lò nung vật liệu nh nung vôi, nung gạch, nung clinke sản xuất xi măng, nấu chảy men, nấu thuỷ tinh Các lò sấy dùng để sấy nguyên vật liệu nông lâm sản chế biến Hiện lò công nghiệp sử dụng tới 50% lợng nhiên liệu đốt hàng năm khoảng 25% lợng điện sản xuất 1.2 Phân loại Lò công nghiệp, nh lò luyện kim đợc phân loại theo đặc trng sau: + Nguồn nhiệt sử dụng + Đặc điểm công nghệ -1- + Chế độ công tác nhiệt -2- + Kết cấu lò 1.2.1 Phân loại theo ngn nhiƯt sư dơng Theo ngn nhiƯt sư dơng, c¸c lò công nghiệp đợc chia làm ba nhóm: + Lò dùng nhiên liệu + Lò dùng điện + Lò tự phát nhiệt Mỗi nhóm lại đợc phân loại tuỳ theo đặc trng chung chúng a) Lò dùng nhiên liệu: sử dụng nhiệt sinh đốt cháy nhiên liệu Theo trạng thái nhiên liệu, lò dùng nhiên liệu đợc chia ba loại: + Lò dùng nhiên liệu rắn: than đá, than cốc, than củi + Lò dùng nhiên liệu lỏng: dầu mazut, dầu điêzen + Lò dùng nhiên liệu khí: khí lò cốc, khí lò cao, khí thiên nhiên b) Lò dùng điện: sử dụng điện biến đổi thành nhiệt Theo phơng pháp biến đổi điện thành nhiệt ngời ta chia loại: + Lò điện trở: biến đổi điện thành nhiệt dựa tợng toả nhiệt cho dòng điện qua điện trở vật dẫn có điện trở lớn Thí dụ lò điện trở nấu kim loại màu, lò điện trở nung kim loại, lò điện trở sấy vật liệu + Lò điện cảm ứng: biến đổi điện thành nhiệt dựa sở tợng cảm ứng điện từ Thí dụ lò điện cảm ứng nấu thép, nấu gang + Lò điện hồ quang: biến đổi điện thành nhiệt dựa sở tợng phóng hồ quang điện cực đặt gần Thí dụ lò điện hồ quang trực tiếp nấu thép, gang, sản xuất đất đèn, lò điện hồ quang gián tiếp nấu đồng c) Các lò tự phát nhiệt: sử dụng nhiệt phản ứng phát nhiệt sinh thân vật liệu trình gia công Thí dụ lò chuyển luyện thép thổi oxy nhiệt cấp cho lò chủ yếu phản ứng cháy tạp chất C, Si, Mn 1.2.2 Phân loại theo đặc điểm công nghệ Theo đặc điểm công nghệ, lò công nghiệp đợc phân ra: a) Lò nấu chảy: vật liệu gia công đợc nung nóng làm nóng chảy hoàn toàn Thí dụ: lò luyện thép, lò cao luyện gang, lò nấu hợp kim màu, lò nấu thuỷ tinh b) Lò nung: vật liệu gia công bị nung nóng nhng không bị hoá lỏng Thí dụ lò -3- nung kim loại gia công áp lực, nhiệt luyện, lò nung gạch, vôi, clinke -4- 1.2.3 Phân loại theo chế độ công tác nhiệt Theo đặc tr−ng trun nhiƯt tõ ngn nhiƯt tíi bỊ mỈt vËt liệu gia công lò, ngời ta phân ra: + Các lò làm việc chế độ xạ + Các lò làm việc chế độ đối lu + Các lò làm việc chế độ lớp a) Lò làm việc chế độ xạ: truyền nhiệt tới bề mặt vật liệu gia công chủ yếu truyền nhiệt xạ Theo phân bố dòng nhiệt tõ ngn nhiƯt tíi vËt nung vµ tõ ngn nhiƯt tới tờng, lò, ngời ta phân ba loại: + Chế độ xạ phân bố + Chế ®é bøc x¹ trùc tiÕp + ChÕ ®é bøc x¹ gián tiếp Thông thờng lò đợc coi làm việc chế độ xạ nhiệt độ không gian làm việc lò 600 oC Thí dụ lò nung thép để gia công áp lực nhiệt luyện, lò phản xạ nấu nhôm, đồng b) Lò làm việc chế độ đối lu: truyền nhiệt tới bề mặt vật liệu gia công chủ yếu trao đổi nhiệt đối lu Trong lò làm việc chế độ đối lu, trao đổi nhiệt đợc thực thông qua môi chất chuyển động tiếp xúc với vật liệu gia công Theo nguồn gốc lực tác động gây chuyển động môi chất, ngời ta phân ra: + Chế độ đối lu tự nhiên + Chế độ đối lu cỡng Thông thờng lò có nhiệt độ làm việc dới 600oC thuộc lò làm việc chế độ đối lu Thí dụ: lò sấy vật liệu, nông sản, thực phẩm, lò ram thép c) Lò làm việc theo lớp: vật liệu gia công vật liệu dạng hạt đợc chất đầy toàn hay phần không gian làm việc lò thành lớp, khí nóng chuyển động qua lớp hạt truyền nhiệt cho chúng Trong lò tồn ba dạng trao đổi nhiệt: xạ, đối lu dẫn nhiệt Theo trạng thái hạt vật liệu lớp, ngời ta phân ra: + Chế độ lớp chặt + Chế độ lớp sôi + Chế độ lớp lơ lững -5- 1.2.4 Phân loại theo kết cấu Theo kết cấu lò đợc chia loại: lò đứng, lò tang quay, lò buồng, lò hầm, lò giếng, lò nhiều vùng 1.3 Các đặc trng lò công nghiệp Các đặc trng lò công nghiệp bao gồm: + Chế độ nhiệt ®é + ChÕ ®é nhiƯt + C«ng st nhiƯt + Năng suất + Hiệu suất lò + Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn 1.3.1 Chế độ nhiệt độ lò a) Nhiệt độ lò: nhiệt độ lò nhiệt độ trung bình nhiệt độ nguồn nhiệt nhiệt độ tờng, lò Nhiệt độ lò phụ thuộc vào nhiệt độ cháy lý thuyết nhiên liệu, phụ tải nhiệt lò, cấu trúc tính chất cách nhiệt lò t lò = .tlt ; [oC] (1.1) Trong đó: + tlt nhiệt độ cháy lý thuyết nhiên liệu, [oC] + hệ số xét đến ảnh hởng cấu trúc tính chất cách nhiệt lò Trong thực tế nhiệt độ lò thờng đợc đo cặp nhiệt điện b) Chế độ nhiệt độ lò: quy luật thay đổi nhiệt độ lò theo thời gian tlò = f () (1.2) Những lò có nhiệt độ không thay đổi theo thời gian gọi lò có chế độ nhiệt độ ổn định tlò hay tlò = const Những lò có nhiệt độ thay đổi theo thời gian gọi lò có chế độ nhiệt độ không ổn định t lò hay tlò const -6- 1.3.2 Chế độ nhiệt lò Lợng nhiệt cấp cho lò thời điểm định đợc gọi phụ tải nhiệt lò thời điểm quy luật thay đổi phụ tải nhiệt theo thời gian đợc gọi chế độ nhiệt lò Q = f() (1.3) Những lò có phụ tải nhiệt không thay đổi theo thời gian đợc gọi lò có chế độ nhiệt ổn định Q hay Q = const Những lò có phụ tải nhiệt thay đổi theo thời gian đợc gọi lò có chế độ nhiệt không ổn định Q hay Q  const 1.3.3 C«ng st nhiƯt cđa lò Công suất nhiệt lò phụ tải nhiệt lớn mà lò tiếp nhận đợc đơn vị thời gian mà đảm bảo điều kiện làm việc bình thờng Công suất nhiệt thờng đợc tính [KW] 1.3.4 Năng suất lò Năng suất lò lợng sản phẩm gia công đợc lò đơn vị thời gian Năng suất lò thờng đợc tính [kg/h], [tấn/h] [kg/ngày], [tấn/ngày] Ngoài ra, để so sánh suất lò khác nhau, ngời ta dùng khái niệm suất riêng hay gọi cờng độ đáy lò, lợng sản phẩm gia công đợc ứng với đơn vị diện tích đáy lò đơn vị thời gian Thông thờng cờng độ đáy lò đợc tính theo [kg/m2.h] 1.3.5 Các hiệu suất lò a) Hiệu suất sư dơng nhiƯt cã Ých HiƯu st sư dơng nhiƯt có ích lò tỉ số lợng nhiệt có ích để gia công vật liệu toàn lợng nhiệt cấp từ bên vào cho lò đơn vị thời gian q Qcóích Q cấp 100 ; [%] (1.4) Lợng nhiệt cấp cho lò từ vào xác định theo công thức: -7- Q cÊp Q c vl vl  Qk  Q n ; [kj/h] (1.5) Trong đó: + Q c ợng nhiệt đốt cháy nhiên liệu, đợc xác định theo c«ng thøc: Q c = B Qd; [kj/h] (1.6) k + Qvl lợng nhiệt vật lý nung nóng trớc không khí đợc xác định theo công thức: vl Qk  BL f (i  i ); d n c k [kj/h] (1.7) k + Q n lợng nhiệt vật lý nung nóng trớc nhiên liệu đợc xác định theo vl công thức: Q n c B(i vl Víi: n  id ; )n [kj/h] (1.8) B lợng nhiên liệu đốt cháy giờ, [kg/h] [m /h] Q -d nhiệt trị thấp nhiên liệu, [kj/ kg] [kj/m ] L - lợng không khí dùng để đốt cháy kg 1m n [m /m ] nhiªu liƯu,[m /kg] f - tỉ lệ không khí nung nãng tr−íc d d i k, i -n nhiƯt hàm không khí nhiên liệu trớc nung, [kj/m ] c c i k, i n- nhiƯt hµm không khí nhiên liệu sau nung, [kj/m ] Lợng nhiệt có ích xác định theo công thức sau: Qcã Ých =QvËt liƯu + QxØ + Qthu - Qto¶ ; [kj/h] (1.9) Trong đó: + Qvật liệu - lợng nhiệt cần thiết để gia công vật liệu, [kj/h] + Qxỉ - lợng nhiệt cần thiết để tạo xỉ, [kj/h] + Qthu - lợng nhiệt cấp cho phản ứng thu nhiệt, [kj/h] + Qtoả - lợng nhiệt toả từ phản ứng toả nhiệt, [kj/h] Ta có công thức tổng quát xác định hiệu suất nhiệt có ích nh− sau:   QvËt liÖu  QxØ  Qthu  Q to¶ Q Q - 10 100 [%] (1.10) cã Ých Qc vl kk vl nl b) HiÖu suÊt sư dơng nhiªn liƯu cã Ých HiƯu st sư dơng nhiên liệu có ích tỉ số lợng nhiệt có ích lợng nhiệt cấp vào lò đốt cháy nhiên liệu: - 11 nhiên liệu Hay: Qcó Ých nhiªn liƯu  Q 100 ; [%] (1.11a) c QvËt liƯu  QxØ  Qthu  Qto¶  100 Qc [%] (1.11b) c) HiƯu st sư dơng nhiƯt cđa lò Ngoài lợng nhiệt có ích, lợng nhiệt đáng kể bị mát lò truyền nhiệt qua tờng lò, xạ qua cửa lò, khói rò qua cửa, nớc làm nguội, tích nhiệt tờng lò, nung nóng giá đở Để đặc trng cho khả sử dụng nhiệt cấu trúc lò (về phơng diện nhiệt) ngời ta sử dụng khái niệm hiệu suất sử dụng nhiệt lò, tỉ số tổng lợng nhiệt có ích lợng nhiệt mát lò so với toàn lợng nhiệt cấp cho lò q Q có ích   Q mÊt  Q cÊp Q Hay:  q má t t ại lò cấp Q khãi th¶i  Q cÊp  100 ;  ; 100 [%] [%] (1.12a) (1.12b) So sánh công thức (1-4) vµ (1-12a) ta thÊy hiƯu st sư dơng nhiƯt bao giê cịng lín h¬n hiƯu st sư dơng nhiƯt cã ích Nếu cấu trúc lò hợp lý, cho mát nhiệt lò không đáng kể, hiệu suất sử dụng nhiệt có ích có giá trị xấp xØ víi hiƯu st sư dơng nhiƯt, ®ã vỊ phơng diện sử dụng nhiệt lò có cấu trúc tèt nhÊt 1.3.6 St tiªu hao nhiªn liƯu tiªu chn Trong thực tế, lò công nghiệp sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác cấu trúc lò, công nghệ gia công khác nhau, để đánh giá so sánh chúng phơng diện nhiệt ngời ta dùng khái niệm suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn, lợng nhiên liệu tiêu chuẩn cần thiết ®Ĩ gia c«ng mét ki-l«-gam vËt liƯu, víi quy −íc ki-lô-gam nhiên liệu tiêu chuẩn có nhiệt trị thấp b»ng 7.000 kcal/kg hc 29.300 kj/kg b  B Q d 29 300 P Trong đó: ; nhiê liƯu tiª u chn⎤ ⎥ kg n ⎢ vËt liƯu công kg gia B - lợng tiêu hao nhiên liệu [kg/h] Qd - nhiệt trị thấp nhiên liệu - 12 (1.13) [kj/kg] P - suất lò [kg/h] - 13