Đồ án môn lò công nghiệp đề tài thiết kế lò nung liên tục để nung thép cán

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG ĐỒ ÁN MÔN: LÒ CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: Thiết kế lò nung liên tục để nung thép cán Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Quốc Uy Nhóm thực hiện : Nhóm 3 Lớp học phần : D15DIENLANH2 Số thành viên tham gia : 5 người Hà nội, ngày 15 tháng 11 năm 2023 TRƯỜNG ĐH ĐIỆN LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Công nghệ Năng lượng Độc lập -Tự do - Hạnh Phúc ĐỀ TÀI LÒ CÔNG NGHIỆP Nhóm : 3 Lớp: D15DIENLANH2 1.Đề tài: Tính toán thiết kế lò nung liên tục nung thép cán 2.Số liệu ban đầu: - Năng suất lò: P= 25000 [ kg/giờ ] - Nhiên liệu: Dầu FO có thành phần sau: Nguyên tố C lv H lv Slv Olv N lv W lv Alv Thành 82,3 8,1 1,2 2,4 1,3 3,2 1,5 phần[%] - Vật nung là Thép có thành phần : Nguyên tố C Mn Si Thành phần[% khối lượng] 0,26 0,44 0,22 - Kích thước phôi thép [rộng x cao x dài,mm]: 130x130x2400 - Nhiệt độ phôi vào lò: 25 ℃ - Nhiệt độ phôi ra lò: 1250℃ 3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Chương I:Tính toán sự cháy nhiên liệu Chương II: Tính thời gian nung kim loại Chương III: Chọn cấu trúc lò, tính cân bằng nhiệt và xác định lượng tiêu hao dầu FO Chương IV: Tính toán mỏ phun cao áp đốt dầu FO Chương V: Tính toán hệ thống cấp gió và hệ thống thoát khói lò 4.Các bản vẽ và bảng biểu: 1 Bản vẽ 3 mặt cắt chính của lò 2 Bản tóm tắt các đặc tính cơ bản của lò 3 Bản vẽ cấu trúc của thiết bị nung gió và hệ thống thoát khói của lò 5.Ngày giao đề tài đồ án: 21/8/2023 6.Ngày hoàn thành đồ án: 28/11/20 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU 2 I SỐ LIỆU BAN ĐẦU .2 II TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIỆN LIỆU 2 II.1 Chuyển đổi thành phần của nhiên liệu: .2 II.2 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu: 3 II.3 Chọn hệ số tiêu hao không khí: 3 II.4 Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu: 3 II.5 Bảng cân bằng khối lượng: 4 II.6 Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy: .4 II.7 Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu: 5 II.8 Các kết quả tính toán: 6 CHƯƠNG II CHỌN CHẾ ĐỘ NUNG VÀ TÍNH THỜI GIAN NUNG KIM LOẠI 7 I SỐ LIỆU BAN ĐẦU 7 II PHƯƠNG PHÁP NUNG VÀ CHỌN GIẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ NUNG 7 II.1 Giai đoạn sấy: 7 II.2 Giai đoạn nung: 8 II.3 Giai đoạn đồng nhiệt: 8 III TÍNH THỜI GIAN NUNG 8 III.1 Xác định các kích thước cơ bản của nội hình lò .8 III.2 Tính thời gian nung kim loại: 10 III.2.1 Tính thời gian sấy: (Nung sơ bộ) 10 CHƯƠNG III: CHỌN THỂ XÂY VÀ TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT .23 I Cấu trúc lò: 23 I.1 Kích thước cơ bản của nội hình lò: 23 I.2 Chọn vật liệu và kích thước thể xây: 24 II Tính cân bằng nhiệt: 25 II.1 Các khoản nhiệt thu: 26 II.2.Các khoản chi nhiệt lượng: .27 II.3 Xuất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn và các chỉ tiêu kỹ thuật của lò: .38 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN MỎ PHUN DẦU FO 40 I Các số liệu ban đầu: 40 II Tính toán thiết kế mỏ phun dầu FO: 40 II.1 Lựa chọn kiểu mỏ phun: 40 II.2 Chọn số lượng mỏ phun và cách bố trí mỏ phun: 41 II.3 Tính các kích thước cơ bản của mỏ phun: .41 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP GIÓ VÀ THOÁT KHÓI CỦA LÒ 48 I Sơ đồ bố trí hệ thống cấp gió và thoát khói của lò: 48 II Tính toán các kích thước cơ bản của hệ thống thoát khói: 48 II.1 Lưu lượng khói đi vào kênh khói: 48 II.2 Tiết diện kênh khói: 49 II.3 Tính kích thước đường ống dẫn khói: .49 III Tính kích thước cơ bản của đường ống dẫn không khí: .50 IV Tính tổn thất áp suất trên các đường ống dẫn khói: .51 IV.1 Tổn thất cục bộ trên đường dẫn khói: 51 IV.2 Tính tổn thất do ma sát trên đường dẫn khói: 52 IV.3 Tính tổn thất hình học ở kênh khói: .53 V Tính tổn thất áp suất trên đường ống gió: .54 V.1 Tính tổn thất áp suất cục bộ trên đường ống gió: 54 V.2 Tính toán tổn thất hình học trên đường ống gió: .55 V.3 Tính tổn thất do ma sát trên đường ống gió: 56 VI Tính chọn quạt gió: 57 VI.1 Tính các thông số cơ bản của quạt gió: 57 VI.2 Chọn quạt gió: 58 VI.3 Tính công suất quạt: .58 VII Tính chiều cao ống khói: 59 VII.1 Chiều cao sơ bộ ống khói: 59 VII.2 Tính toán đường kính và chiều cao ống khói: 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 LỜI NÓI ĐẦU Góp phần vào sự phát triển của đất nước, các thiết bị nhiệt nói chung trong đó có lò công nghiệp nói riêng đã và đang giữ vai trò quán trọng trong nhiều ngành kinh tế quốc dân, quốc phòng, phục vụ đời sống… Ở các nước phát triển, lò công nghiệp tiêu thụ 50% tổng số nhiên liệu đốt hàng năm và 25% tổng năng lượng điện Ở Việt Nam, hiện nay gần như tất cả các tỉnh thành đều có công ty cán thép ( sản phẩm cán là thép tròn từ Φ3 ÷ Φ10, các thép gai có Φ12 ÷ Φ22, các thép hình chữ I, L, V, [,… với kích thước khác nhau] Sản lượng thép năm 2004 là 4,5 triệu tấn , với lượng tiêu hao dầu trung bình cho 1kg thép nung trong lò là b= 0,045 kg/kg kim loại (tương ứng với 202500 tấn dầu/4,5 triệu tấn thép) Việt Nam là nước đang phát triển, vì vậy trong những năm tới, ngành công nghiệp luyện kim nói chung và công nghiệp cán thép nói riêng sẽ phát triển mạnh mẽ Sản lượng thép và lượng tiêu hao dầu sẽ tăng lên Vì vậy, việc tính toán kỹ thuật nhiệt luyện kim đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về công nghệ cũng như tính kinh tế có tầm quan trọng lứn và ngày càng được ứng dụng rộng rãi Theo công nghệ cán thép nóng thì trước khi cán, các phôi kim loại được nung nóng trong lò tới 1150oC ÷ 1250oC Quy trình công nghệ cán thép (với sản phẩm là thép hình và thép tròn) Bản đồ án này giải quyết các vấn đề: Áp dụng kỹ thuật tính toán nhiệt, từ đó thiết kế lò nung liên tục nung phôi thép để cán 1 Tính toán sự cháy của dầu FO 2 Chọn chế độ nung và tính thời gian nung kim loại 3 Chọn cấu trúc lò, tính cân bằng nhiệt và xác định lượng tiêu hao dầu FO 4 Tính toán và thiết kế mỏ phun cao áp đốt dầu FO 5 Tính toán hệ thống cấp không khí và thoát khói của lò 1 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU I SỐ LIỆU BAN ĐẦU: 1 Nhiên liệu: Dầu FO 2 Thành phần của dầu FO: THÀNH PHẦN CỦA DẦU FO Nguyên tố Clv Hlv Olv Nlv Slv Alv Wlv Thành phần khối lượng (%) 82,3 8,1 2,4 1,3 1,2 1,5 3,2 3 Nhiệt độ nung trước nhiên liệu: Dầu FO được nung trước tới nhiệt độ: tFO = 110 oC 4 Nhiệt độ nung trước không khí: Không khí được nung đến nhiệt độ: tKK = 350 oC 5 Loại lò: Lò nung liên tục để nung thép cán II TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIỆN LIỆU II.1 Chuyển đổi thành phần của nhiên liệu: 1 Hệ số chuyển đổi nhiên liệu khô sang thành phần dùng k k−d= 100−W lv 100 = 100−3,2 100 =0,968 2 Hàm lượng tro tính theo thành phần dùng: Ad= Alv × kk−d=1,5 ×0,968=0,645 [ % ] 3 Hệ số chuyển đổi từ thành phần cháy sang thành phần dùng: k c−d = 100−( Ad−W lv) 100−(0,645+3,2) =0,96155 = 100 100 4 Chuyển đổi thành phần cháy sang thành phần dùng: Công thức tổng quát: X d= Xc × kc−d Trong đó: Xd: Thành phần sử dụng nguyên tố ‘X’ Xc: Thành phần cháy của nguyên tố ‘X’ Các thành phần dùng của nguyên tố được trình bày trong bảng I.1 2 BẢNG I.1 THÀNH PHẦN DÙNG CỦA DẦU FO Nguyên tố Clv Hlv Olv Nlv Slv Alv Wlv Thành phần khối lượng (%) 82,3 8,1 2,4 1,3 1,2 1,5 3,2 II.2 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu: QT =339 ×Clv+1030 × Hlv−108,8 ×(Olv−Slv)−25,1 ×W lv [ k J / kg] QT =339 ×82,3+1030 ×8,1−108,8 ×(2,4−1,2)−25,1 ×3,2=36031,82[kJ /kg ] II.3 Chọn hệ số tiêu hao không khí: Hệ số tiêu hao không khí được chọn tùy thuộc vào từng loại nhiên liệu và thiết bị lò Lò được thiết kế là lò nung liên tục, nhiên liệu là dầu FO, để biến bụi tốt phải dùng mỏ phun cao áp, vậy chọn hệ số tiêu hao không khí: n = 1,2 II.4 Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu: Tính toán sự cháy của nhiên liệu được thực hiện theo phương pháp lập bảng Trong bảng này, ta tính cho 100 kg nhiên liệu Toàn bộ kết quả tính toán được trình bày ở bảng I.2 BẢNG I.2 TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA DẦU FO Chất tham gia sự cháy Sản phẩm cháy tạo thành Nhiên liệu Không khí CO2 H2O SO2 O2 N2 Tổng cộng Tổng cộng Khối Chất [%] lượng PT Số [kmol O2 N2 [kmol] [kmol [kmol [kmol [kmol [kmol] [m3tc] [kg] lượng ] ] ] ] ] [kmol ] [m3tc] Clv 82,3 82,3 12 6,858 6,858 6,858 ꟷ ꟷ ꟷ Hlv 8,1 8,1 2 4,05 2,025 ꟷ 2,025 ꟷ ꟷ Olv 2,4 2,4 32 0,075 - 0,075 ꟷ ꟷ ꟷ ꟷ 3 Slv 1,2 1,2 32 0,038 0,038 ꟷ ꟷ 0,038 ꟷ Nlv 1,3 1,3 28 0,046 ꟷ ꟷ ꟷ ꟷ ꟷ Alv 1,5 1,5 ꟷ ꟷ ꟷ 8,846 8×,834,766+23432,217295 × 22,4 33,2796+,805,084+62,34823,6+004,0×382 ꟷ ꟷ ꟷ ꟷ Wlv 3,2 3,2 18 0,178 ꟷ ꟷ 0,178 ꟷ ꟷ n=1 100 100 8,846 33,2 42,12 79 5 943,6 6,858 2,383 0,038 33,32 42,604 954,33 n=1,2 10,61 39,9 5 35 50,55 1132,32 6,858 5 2,383 0,038 1,856 39,99 51,125 1145,196 Thành phần [%] 21 79 100 100 13,414 4,66 0,074 3,632 78,22 100 100 II.5 Bảng cân bằng khối lượng: Từ những kết quả tính toán được trong bảng I.2 ta lập bảng cân bằng khối lượng BẢNG I.3 BẢNG CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG Chất tham gia sự cháy Sản phẩm cháy tạo thành Chất Tính toán Giá trị [kg] Chất Tính toán Giá trị [kg] khíKhông Nhiên liệu CO2 6,858×44 301,752 Dầ 100 100 H2O 2,383 × 18 42,894 u 339,68 N2 39,99 ×28 1119,72 1118,18 FO O2 1,856 ×32 59,392 SO2 0,038×64 2,432 1526,19 O2 10,615 ×32 ∑SPC 1,5 N2 39,935 ×28 Alv ∑A=1557,86 ∑B=1527,69 Đánh giá sai số: δ = ∑ A−∑B ×100 %=1557,86−1527,69 × 100 %=0,019 % ∑A 1557,86 Nhận xét: Với sai số δ %=¿ 0,019% Chứng tỏ rằng các số liệu tính toán trong bảng I.2 là tin cậy 4 II.6 Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy: ρ0= ∑ SPC = 1527,69 =1,25 [kg/ m3tc] 100 ×V n 100 ×12,2 Trong đó: V n=12,2[m3tc/kg] II.7 Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu: 1 Nhiệt độ cháy lý thuyết: tlt [0C] Nhiệt độ cháy lý thuyết là nhiệt độ của sản phẩm cháy có được khi giả thiết rằng nhiệt lượng sinh ra trong khi cháy nhiên liệu được tập trung toàn bộ cho sản phẩm cháy (không có tổn thất nhiệt) t ¿= i∑−i1 i ×(t 2−i1 2−t 1)+t 1¿0C] Trong đó: Tlt: Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu, ¿0C] i1, i2: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1, t2, [kJ/ m3tc] ∑i:Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ tlt, [kJ/m3tc] Với: i∑= Qt+Cnl × tnl + Ln× f V n f: Tỉ lệ nung trước không khí; f=1 (nung 100% không khí) Cnl: Nhiệt dung riêng của dầu FO; CFO = 2,176 [kJ/kgK] tnl: Nhiệt độ nung trước của dầu FO; tFO = 110 [0C] iKK: Entanpy của không khí ở nhiệt độ tKK Với tkk = 350 [0C] có iKK = 463,5 [kJ/m3tc] Vn = 11,45 [m3tc/kg]; Ln = 11,3232 [/m3tc/kg] i∑= 36031,82+ 2,176× 110+ 463,3× 11,3232 11,45 =3625,96[kJ/m3tc] Giả thiết: t1 < tlt < t2 nên i1 < ilt < i2 Chọn: t1 = 2100 [0C]; t2 = 2200 [0C] Để tính entanpy của sản phẩm cháy ứng với t1 = 2100 [0C] và t2 = 2200 [0C] ta phải tính entanpy của các khí thành phần tương ứng với hai nhiệt độ này Ta có Entanpy của các khí thành phần ứng với t1 và t2, các giá trị này được trình bày trong bảng I.4 BẢNG I.4 ENTANPY CỦA CÁC KHÍ THÀNH PHẦN Khí Entanpy i [kJ/m3tc] t1 = 2100 [0C] t2 = 2200 [0C] CO2 5186,8 5464,2 5 N2 3131 3295,8 O2 3314,9 3487,4 H2O 4121,8 4358,8 SO2 4049,9 4049,9 Với các giá trị Entanpy vừa tìm được ta có: - i1=i2100= 0,01× (%C O2 ×iC O2+% H 2 O × iH2O+% N 2 ×i N2+% O2 ×iO2+%S O2 × iSO2) i1=0,01 ×(13,414 ×5186,8+ 4,66 × 4121,8+78,22× 3131+ 3,632×3314,9+ 0,074 × 4049,9) i1=3460,3 - i2=i2200=0,01× (%C O2 ×iC O2+% H 2 O × iH2O + % N2× iN2+% O2×iO2+%S O2×i SO2) i2=i2200=0,01× (13,414 ×5464,2+4,66 × 4358,8+78,22 ×3295,8+3,632 ×3487,4+ 0,074 ×4049,9 ) i2=3643,72 Như vậy: i1