Thiết kế lò hơi đốt dầu

ĐTGS1VhVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh LỜI NÓI ĐẦU Đã từ lâu và cho đến ngày nay nhu cầu về năng lượng trong sản xuất cũng như trong đời sống là rất lớn và ngày càng tăng, rất cần thiết cho sự phát triển kinh tế Đặc biệt là đối với nước ta khi mà nền kinh tế đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá và đang có những bước phát triển mới trên đà hội nhập với nền kinh tế thế giới Bên cạnh nguồn năng lượng điện, năng lượng nguyên tử… Nhiệt năng vẫn đóng một vai trò quan trọng, chiếm tỷ lệ không nhỏ nhất là đối với các nước có nền công nghiệp đang phát triển như ở nước ta Trong quá trình sản xuất nhiệt năng thì lò hơi là một thiết bị không thể thiếu được Từ các lò hơi có công suất lớn sản xuất ra hơi quá nhiệt dùng để chạy tuabin trong các nhà máy nhiệt điện, cho đến các lò hơi có công suất nhỏ chỉ sản xuất vài tấn hơi trong một giờ được dùng trong ngành công nhiệp nhẹ cũng là rất cần thiết Chính việc sản xuất và sử dụng nhiệt của lò hơi nước đã góp phần quan trọng trong phát triển xã hội và nâng cao đời sống Tuy vậy công viêc chế tạo, lắp đặt cũng như vận hành lò hơi lại yêu cầu rất khắt khe, mang tính khoa học và kỹ thuật cao nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối bởi đây là thiết bị áp lực có thể gây ra nguy hiểm trong lúc vận hành Là sinh viên ngành nhiệt ra trường ngoài những kiến thức về kỹ thuật lạnh, kỹ thuật sấy, điều hoà không khí… thì kiến thức về lò hơi là rất quan trọng Em kính mong được sự góp ý kiến và chỉ bày của các thầy cô giáo, để giúp em tìm thấy những sai sót, hoàn thiện kiến thức vững vàng hơn trong tiếp xúc thực tế sau này Qua đây em xin chân thành biết ơn các thầy cô giáo đã tạo điều kiện tốt giúp em hoàn thành bài làm của mình Em xin chân thành cảm ơn! ĐTGS2VhVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI ỐNG LÒ ỐNG LỬA 1 Tổng quan về lò hơi ống lò ống lửa 1.1 Giới thiệu lò hơi Lò hơi là một thiết bị không thể thiếu được trong nền kinh tế quốc dân, quốc phòng Không những nó được dùng trong các khu công nghiệp lớn như nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp cơ khí, mà nó còn đi sâu từng cơ sở kinh tế nhỏ, như nấu cơm, sấy, sưởi ấm v.v Trong các lĩnh vực công nghiệp, lò hơi dùng để sản xuất hơi nước Hơi nước sẽ làm chất trung gian tải nhiệt Và sẽ truyền nhiệt lượng cho sản phẩm cần gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt Việc sử dụng khói nóng để gia nhiệt trực tiếp cũng được sử dung rộng rãi Do tiếp xúc trực tiếp nên hiệu suất cao, thiết bị gọn nhẹ, nhưng có nhược điểm: chỉ dùng gia nhiệt những vật phẩm không yêu cầu lắm về độ sạch, trình độ thẩm mỹ và không ảnh hưởng về thành phần hoá học Nên đối với những vật phẩm yêu cầu chất lượng cao đều dùng chất tải nhiệt trung gian, tức vẫn cần thiết bị lò hơi Việc sử dụng lò hơi trong sản xuất ngày càng được sử dụng phổ biến rộng rãi Nhất là đối với lò hơi công suất nhỏ và vừa, nhu cầu sử dụng ngày càng lớn để đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển kinh tế của đất nước Với những lò hơi lớn việc sử dụng nhiên liệu là rắn, lỏng, khí còn phụ thuộc vào vị trí địa lý nơi đặt nó làm việc Phải xem xét bài toán kinh tế giữa việc vận chuyển hơi sinh ra và giá thành vận hành Ngoài ra phải kể đến ô nhiễm môi trường Đối với những lò hơi nhỏ việc sử dụng nhiên liệu là dầu có ưu việc hơn Do những lò hơi này thường đặt tại trung tâm sản xuất, các trung tâm này đặt xa vùng mỏ than Với cùng sản lượng hơi, cùng thông số làm việc, khối lượng dầu nhỏ hơn khối lượng than cần dùng Do đó chi phí vận chuyển dầu sẽ ít hơn so với than, với lò hơi đốt than cần có một diện tích chứa than lớn Điều này rất khó khăn đối với những cơ sở sản ĐTGS3VhVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh xuất đặt trong trung tâm thành phố Việc dùng dầu còn dễ dàng trong tự động, hiệu suất lò lớn và không gian lò nhỏ 1.2 Ƣu điểm và hạn chế 1.2.1 Ưu điểm - Có thể tích chứa nước lớn nên có khả năng tích lũy nhiệt lớn, đáp ứng yêu cầu về phụ tải thay đổi nhiều - Kích thước rất gọn, chiếm chỗ đặt ít - Bảo ôn lò rất đơn giản - Sử dụng rộng rãi chủ yếu ngành giao thông vận tải và công nghiệp nhẹ b)Hạn chế: - Hạn chế việc tăng áp suất và sản lượng hơi - Yêu cầu nhiên liệu sử dụng cao - Suất tiêu hao kim loại dùng để chế tạo lò lớn - Khó xử lý cáu cặn nước bám vào vách kim loại hay tro bám mặt ngoài ống - Hiệu suất lò thấp 1.2 Phân loại lò hơi 1.2.1 Lò hơi ống lò Lò hơi đơn giản nhất có dạng một bình hình trụ, ưu điểm lò này là không đòi hỏi nhiều về bảo ôn buồng lửa, có thể tích chứa nước lớn Khuyết điểm khó tăng về mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất, lò hơi có công suất bé 2-2,5 tấn/h 1.2.3.Lò hơi phối hợp ống lò - ống lửa Được sử dụng rộng rãi hiện nay do nó lợi dụng được ưu điểm của lò hơi ống lò và lò hơi ống lửa Vì vậy ở lò hơi này năng suất bốc hơi cao hơn, cho phép tăng công suất của lò lên cao hơn Ngoài ra nó còn có ưu điểm gọn nhẹ nên được sử dụng trong các nhu cầu di động: lò hơi xe lửa, tàu thuỷ Nhược điểm vận hành, sửa chửa vất vả, do kích thước buồng lửa quá nhỏ và đặt ở những độ cao khác nhau, khó cạo cáu hay tro bám ĐTGS4VhVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh 1.3 Xác định cấu trúc sơ bộ lò hơi D = 1 T/h a) Nhiệm vụ thiết kế: p = 7 kG/cm2 - Công suất thiết kế của lò hơi: tbh = 179oC - Áp suất thiết kế: Dầu FO - Nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất: - Nhiên liệu dùng để đốt: Đây là lò phối hợp ống lò - ống lửa dùng để sản xuất hơi bão hòa Thiết kế lò có buồng lửa phun dạng hình trụ nằm ngang kết hợp ống lò và ống lửa đặt trong thân trụ Bố trí ống lò ở phía dưới, cụm ống lửa ở hai bên và phía trên ống lò Hai đầu ống lò và ống lửa được giới hạn bởi mặt sàng ngăn cách không gian của sản phẩm cháy với không gian chứa nước và hơi Ở hộp khói sau có bố trí vách ngăn giữa cụm ống lửa phía trên và cụm ống lửa phía dưới Nước cấp vào lò được chứa trong không gian giới hạn giữa ống lò với ống lửa và giữa các ống lửa, với mức nước cao hơn dãy ống lửa trên cùng Phần không gian phía trên không bố trí các ống lửa là không gian chứa hơi ĐTGS5VhVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh b) Phương án thiết kế - Cấu trúc lò hơi dạng ống lò, ống lửa nằm ngang - Không có thiết bị đốt phần đuôi (bộ hâm nước, bộ sấy không khí) - Thiết kế này dùng cho những hộ tiêu thụ mà nước ngưng ở phụ tải do tiếp xúc với sản phẩm nên không đảm bảo điều kiện cho nước cấp vào lò nên nước ngưng này sẽ đưa ra ngoài mà không dùng để tái tuần hoàn cho lò 1.4 Tính nhiên liệu và sản phẩm cháy 1.4.1.Chọn các thông số ban đầu của nhiên liệu Dầu FO là phần cặn của quá trình chưng cất dầu mỏ ở áp suất thường Dầu FO được sản xuất thành nhiều loại Các loại chủ yếu khác nhau ở độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy, hàm lượng lưu huỳnh và nhiệt độ đông đặt Độ nhớt ảnh hưởng trực đến chế độ làm việc của lò Trong lò hơi, dầu FO được đốt dưới dạng phun sương nhờ thiết bị phun đặt biệt Kích thước của hạt sương càng nhỏ khi độ nhớt của dầu FO càng nhỏ Những thành phần: độ tro, lưu huỳnh và natri chứa trong dầu cũng ảnh hưởng rất lớn tới quá trình làm việc của lò Trong các nhà máy công nghiệp, dầu cung cấp cho lò hơi được chứa trong các bể bê tông kín, ít nhất có hai bể chứa dầu Phải luôn kiểm tra sửa chữa những trang bị phòng cháy Nhân viên phải được học cách sử dung các thiết bị phòng cháy thông thạo quy trình chữa cháy Dầu được cung cấp cho lò qua hệ thống bơm dầu và bình lọc dầu Thành phần hóa học của dầu FO * Các thông số khác: tkkl = 30oC : Nhiệt độ không khí lạnh lấy theo nhiệt độ môi trường tnc = 60oC : Nhiệt độ nước cấp vào lò tth = 220oC : Nhiệt độ khói thải, chọn lớn hơn nhiệt độ bảo hòa và tránh nhiệt độ thải quá cao gây tổn thất nhiệt nhiều và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh ĐTGS6VhVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh 1.4.2 Xác định hệ số không khí thừa Căn cứ vào phương pháp đốt nhiên liệu, dạng lò hơi, dặc tính của nhiên liệu để xác định hệ số khôngg khí thừa ở đầu ra của buồng lửa α Ở thiết kế này lò hơi có buồng lửa phun dầu FO nên ta chọn giá trị α = 1,15 1.4.3 Tính thể tích và entanpi của sản phẩm cháy a) Lượng không khí lý thuyết: Vokk = 0,0889.(Clv + 0,375 Slv) + 0,265.Hlv - 0,0333.Olv = 0,0889.(85,35+0,375.0,5) + 0,265.10,2 – 0,0333.0,7 = 10,28 m3tc/kg Thể tích không khí thực tế: Vtkk = α Vokk = 1,15.10,28 = 11,82 m3tc/kg Thể tích không khí thừa: Vth = (α - 1).Vokk = (1,15 – 1).10,28 = 1,54 m3tc/kg b) Thể tích sản phẩm cháy: Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: Vokk = VoN2 + VoH2O + VoRO2 Trong đó: - Thể tích khí Nitơ: VoN2 = 0,79.Vokk + 0,008.Nlv = 0,79.10,28 + 0,008.0,7 = 8,13 m3tc/kg - Thể tích hơi nước: VoH2O = 0,111.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161.Vokk = 0,111.10,2 + 0,0124.3 + 0.0161.10,28 = 1,33 m3tc/kg - Thể tích khí 3 nguyên tử: ĐTGS7VhVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh VoRO2 = VoCO2 + VoSO2 = 0,01866.(Clv + 0,375.Slv) = 0,01866.(85,3 + 0,375.0,5) = 1,6 m3tc/kg - Thể tích khói khô lý thuyết: Vokkho = VoRO2 + VoN2 = 1,6 + 8,13 = 9,73 m3tc/kg Vậy thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: Vok = Vokkho + VoH2O = 9,73 + 1,33 = = 11,06 m3tc/kg -Thể tích hơi nước: VH2O = VoH2O + 0,0161.(α - 1).Vokk = 1,33 + 0,0161.(1,15 – 1).10,28 = 1.35 m3tc/kg Thể tích sản phẩm cháy thực tế: Vk = VoN2 + VH2O + VoRO2 + (α - 1).Vokk = 8,13 + 1,35 + 1,6 + (1,15 – 1).10,28 = 12,62 m3tc/kg - Phân thể tích hơi nước: - Phân thể tích khí 3 nguyên tử: - Tổng phân thể tích: c) Entanpi của không khí và sản phẩm cháy ứng với 1kg nhiên liệu: Entanpi của không khí lý thuyết: ĐTGS8VhVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh Iokk = Vokk(Ct)kk (kJ/kg) Trong đó: Vokk: thể tích không khí lý thuyết (Ct)kk: nhiệt dung của không khí ứng với nhiệt độ tkk Entanpi của sản phẩm cháy lý thuyết: Iok = VoRO2.(Ct)RO2 + VoN2.(Ct)N2 + VoH2O.(Ct)H2O (kJ/kg) Trong đó: VoRO2: thể tích khí 3 nguyên tử VoN2: thể tích khí Nitơ VoH2O: thể tích hơi nước (Ct): nhiệt dung của các loại khí tương ứng với nhiệt độ t Entanpi của sản phẩm cháy: Ik = Iok + (α - 1).Iokk (kJ/kg) Với: α là hệ số không khí thừa ở cuối buồng lửa Giá trị (Ct) tra theo (B2 – TL1 Tr 29) Entanpi của không khí lạnh: Tra bảng 2 với nhiệt độ không khí lạnh tkkl = 30oC Ta có: Iokkl = KJ/kg Entanpi của khói thải: Tra bảng 2 với nhiệt độ khói thải tth = 220oC Ta có: Ikth= KJ/kg ĐTGS9VhVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh Bảng 1: Kết quả tính toán nhiên liệu và sản phẩm cháy STT Tên đại lƣợng Ký hiệu Kết quả Đơn vị α 1,15 1 Hệ số không khí thừa 10,28 m3tc/kg Vokk 1,54 m3tc/kg 2 Thể tích không khí Vth 1,35 m3tc/kg VH2O 12,62 m3tc/kg 3 Thể tích không khí thừa Vk 0,107 rH2O 0,1268 4 Thể tích hơi nước rRO2 0,2338 rn 5 Thể tích khói 6 Phân thể tích hơi nước 7 Phân thể tích khí 3 nguyên tử 8 Tổng phân thể tích ĐTGS1V0hVồTiHếáHtnD:k:tếNổTnlghòugSyh.hễơNợnipgNđunốgyhtọễncdiệầHCtulôùạnnghVinh Bảng 2: Entanpi của không khí và sản phẩm cháy to(oC) Iokk(KJ/kg) Iok(KJ/kg) Ik(KJ/kg) ΔIk(KJ/kg) 100 1767,7 200 1364,9 1528,3 1733 1814 300 1868,1 400 2738,3 3090 3500,7 1915,5 500 1965,7 600 4140,9 4693,6 5314,7 2014 700 2053 800 5568,7 6347,5 7182,8 2091 900 2127 1000 7034,2 8043,2 9098,3 2161 1100 2178 1200 8528,9 9785 11064 2204 1300 2238 1400 10057 11569 13078 2240 1500 2259 1600 11606 13390 15151 2283 1700 2285 1800 13181 15245 17222 2309 1900 2314 2000 14772 17133 19349 16392 19051 21510 18021 20985 23688 19675 22941 25892 21341 24929 28130 23012 26918 30370 24699 28924 32629 26386 30954 34912 28078 32985 37197 29795 35037 39506 31511 37093 41820