TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU
SỐ LIỆU BAN ĐẦU
2 Thành phần của dầu FO:
THÀNH PHẦN CỦA DẦU FO Nguyên tố Clv Hlv Olv Nlv Slv Alv Wlv
3 Nhiệt độ nung trước nhiên liệu:
Dầu FO được nung trước tới nhiệt độ: tFO = 110 o C
4 Nhiệt độ nung trước không khí:
Không khí được nung đến nhiệt độ: tKK = 350 o C
Lò nung liên tục để nung thép cán.
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
2 Hàm lượng tro tính theo thành phần dùng:
3 Hệ số chuyển đổi từ thành phần cháy sang thành phần dùng: k c−d = 100−( A d −W lv )
4 Chuyển đổi thành phần cháy sang thành phần dùng:
X d : Thành phần sử dụng nguyên tố ‘X’.
X c : Thành phần cháy của nguyên tố ‘X’.
Các thành phần dùng của nguyên tố được trình bày trong bảng I.1.
BẢNG I.1 THÀNH PHẦN DÙNG CỦA DẦU FO
Nguyên tố Clv Hlv Olv Nlv Slv Alv Wlv
II.2 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
Q T 39 ×C lv + 1030 × H lv −108,8 × ( O lv −S lv ) −25,1 ×W lv [ k J / 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 CO 2 H 2 O SO 2 O 2 N 2 Tổng cộng
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
Nhận xét: Với sai số δ %=¿ 0,019% Chứng tỏ rằng các số liệu tính toán trong bảng I.2 là tin cậy.
II.6 Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy: ρ 0 = ∑ SPC
100 ×12,2 =1,25 [kg/ m 3 tc] Trong đó: V n ,2[m 3 tc/kg]
II.7 Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu:
1 Nhiệt độ cháy lý thuyết: tlt [ 0 C]
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 ∑ −i 1 i 2 −i 1 × ( t 2 −t 1 )+t 1 ¿ 0 C]
Tlt: Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu, ¿ 0 C] i1, i2: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1, t2, [kJ/ m 3 tc]
∑i:Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ tlt, [kJ/m 3 tc] Với: i ∑ = Q t + C nl × t nl + L n × 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 [ 0 C] iKK: Entanpy của không khí ở nhiệt độ tKK
Với tkk = 350 [ 0 C] có iKK = 463,5 [kJ/m 3 tc]
Vn = 11,45 [m 3 tc/kg]; Ln = 11,3232 [/m 3 tc/kg] i ∑ = 36031,82+ 2,176 × 110+ 463,3 × 11,3232
11,45 625,96[kJ/m 3 tc] Giả thiết: t1 < tlt < t2 nên i1 < ilt < i2
Chọn: t1 = 2100 [ 0 C]; t2 = 2200 [ 0 C] Để tính entanpy của sản phẩm cháy ứng với t1 = 2100 [ 0 C] và t2 2200 [ 0 C] 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
Với các giá trị Entanpy vừa tìm được ta có:
Như vậy: i 1 < i ∑ 46 [W/mK] Ta có các giá trị hệ số dẫn nhiệt của thép C theo nhiệt độ.
Hệ số dẫn nhiệt sơ bộ
Do chưa biết nhiệt độ tâm phôi thép cuối giai đoạn sấy, vậy ta tính hệ số dẫn nhiệt sơ bộ như sau: λ sb = λ 1 t + λ 1 m + λ 2 m
BẢNG II.1 HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA THÉP Ở CÁC NHIỆT ĐỘ
NHIỆT ĐỘ TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ λ T [W/mK]
Từ bảng trên, ta xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào λt vào t 0 b Tiêu chuẩn Bi (tính sơ bộ):
St: Chiều dày thấm nhiệt của thép; St = μ × S [m]
Vì nung một mặt nên ta chọn μ = 1
S: Chiều dày của thỏi thép; S = 0,1m
→ St = 1 × 0,13 = 0,13 [m] α∑: Hệ số truyền nhiệt tổng cộng; α∑ = 112 [W/m 2 K] λsb: Hệ số dẫn nhiệt sơ bộ của thép
47,79 =0,305 c Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt không thứ nguyên: θ m
Công thức tính: θ m = t tb k +t 2 m t tb k +t 1 m = 1275−600
Từ ( θ m = 0,41 và Bisb = 0,305) tra được tiêu chuẩn Fo: Fosb = 3 (theo hình 5.29/276 [2])
Để xác định được nhiệt độ sơ bộ của tâm phôi thép ở cuối giai đoạn sấy , từ giá trị Fosb = 3 và Bisb = 0,305 theo hình 5.28/276 [2] ta tra được: θ t sb
Vậy nhiệt độ của tâm phôi nung ở cuối giai đoạn sấy( tính sơ bộ): t 2 t =t tb k −θ sb t × ( t tb k −t 1 t ) 75−0,42 × (1275 - 25)= 750 ℃ d Hệ số dẫn nhiệt của thép( tính chính xác): λ cx = λ 1 t + λ 1 m + λ 2 t + λ 2 m
4 D,98 [ W mK ] e Tiêu chuẩn Bi chính xác
Từ ( θ m = 0,41 và Bicx = 0,324) tra được tiêu chuẩn Fo: Fosb = 3 (theo hình 5.28/276 [2])
Để xác định được nhiệt độ sơ bộ của tâm phôi thép ở cuối giai đoạn sấy , từ giá trị Fo = 3 và Bisb = 0,324 theo hình 5.29/276 [2] ta tra được: θ t sb =0,41
Vậy nhiệt độ của tâm phôi nung ở cuối giai đoạn sấy( tính sơ bộ): t 2 t =t tb k −θ sb t × ( t tb k −t 1 t ) 75−0,41 × (1275-25)= 762,5 ℃ b Nhiệt độ tâm phôi thép ở cuối giai đoạn sấy là: t 2 tb =t 2 t + 1
Tính hệ số dẫn nhiệt độ: a [m 2 /h]
Hệ số dẫn nhiệt độ được tính theo công thức: a= 3 C ,6 × λ cx p × ρ [m 2 /h]
Trong đó: λ cx: Hệ số dẫn nhiệt trung bình của phôi thép , [W/mK] ρ : Khối lượng riêng của thép; q = 7800 [kg/m 3 ]
C p : Nhiệt dung riêng của thép, [kJ/kg 0 C]
Trong đó: i c , i d : Entanpy của thép ở cuối và đầu giai đoạn sấy, [kJ/kg] t tb c , t tb d : Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở cuối và đầu giai đoạn sấy; t d = 25 [ 0 C], t c = 708,3 [ 0 C]
Giá trị i tra phụ lục XI [2] theo t tb và hàm lượng C trong thép, bằng phương pháp nội suy ta có:
5 Thời gian nung vật ở vùng nung:
5.1 Nhiệt độ bề mặt của vật nung ở vùng nung: t tb m [ ℃ ] t tb m =t 2 m + 2
3 × (1275 −600)50[ ℃ ] Áp suất riêng phần của CO2 và hơi nước H2O :
Chiều dày bức xạ có hiệu quả của sản phẩm cháy trong vùng sấy:
→ Xác định độ đen của khí lò ở vùng nung:
Căn cứ vào giá trị M CO 2và M H 2 O và nhiệt độ trung bình của khí lò, t tb k [ ℃ ¿ t tb k 75 ℃ , β=1,08
Vậy độ đen của sản phẩm cháy là: ε k =ε CO2 + β × ε H 2 O =0,227
5.2 Tính hệ số bức xạ quy dẫn: Cqd [W/m 2 K 4 ] Độ đen của sản phẩm cháy : ε k =0,227 Độ đen của kim loại : ε kl =0,8 Độ phát triển của tường lò: ω ω= 2 × H ch n + B n ×l = 2 × 1,30 5+ 2,9
Hệ số bức xạ quy dẫn: Cqd [W/m 2 K 4 ]
5.3 Tính hệ số truyền nhiệt: α Σ [W/m 2 K]
Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ: α bx [W/m 2 K] α bx =C qd k × ¿ ¿ [W/m 2 K]
Thay vào ta có: α bx =2,575 ׿ ¿
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: α đl [W/m 2 K]
Các lò có mức nhiệt độ cao thường có cả hai quá trình truyền nhiệt ( truyền nhiệt bức xạ và truyền nhiệt đối lưu) Song truyền nhiệt bức xạ là chủ yếu, đối với đối lưu chiếm khoảng 10%.
Hệ số truyền nhiệt tổng cộng là: α Σ =α bx + α đl =1,1 × 306,637,3 [ m W 2 K ]
Hệ số dẫn nhiệt( tính sơ bộ ):
Hệ số dẫn nhiệt sơ bộ
Do chưa biết nhiệt độ tâm phôi thép cuối giai đoạn sấy, vậy ta tính hệ s ố dẫn nhiệt sơ bộ như sau: λ sb = λ 2 t
Tiêu chuẩn Bi (Tính sơ bộ)
Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt không thứ nguyên: θ m
Công thức tính: θ m = t tb k +t 3 m t tb k +t 2 m = 1275−1250
Từ ( θ m = 0,04 và Bisb = 1,165) tra được tiêu chuẩn Fo: Fosb = 2,2 (theo hình 5.28/276 [2]) Để xác định được nhiệt độ sơ bộ của tâm phôi thép ở cuối giai đoạn sấy , từ giá trị Fo = 2,2 và Bisb = 1,165 theo hình 5.29/276 [2] ta tra được: θ sb t =0,13
Vậy nhiệt độ của tâm phôi nung ở cuối giai đoạn sấy( tính sơ bộ): t 3 t =t tb k −θ sb t × ( t tb k −t 2 t ) 75−0,13 × (1275-750)= 1206,75 ℃
Hệ số dẫn nhiệt của thép( tính chính xác): λ cx = λ 2 m + λ 2 t + λ 3 t + λ 3 m
Tiêu chuẩn Bi chính xác
Từ ( θ m = 0,04 và Bisb = 1,166) tra được tiêu chuẩn Fo: Fosb = 2,1 (theo hình 5.28/276 [2]) Để xác định được nhiệt độ sơ bộ của tâm phôi thép ở cuối giai đoạn sấy , từ giá trị Fo = 2,1 và Bisb = 1,166 theo hình 5.29/276 [2] ta tra được: θ t sb =0,11 t 3 t =t tb k −θ sb t × ( t tb k −t 2 t ) 75−0,11 × (1275-750)= 1217,25 ℃
Nhiệt độ trung bình của của phôi thép cuối vùng nung t tb kl =t 3 t + 1
Tính hệ số dẫn nhiệt độ: a [m 2 /h]
Hệ số dẫn nhiệt độ được tính theo công thức: a = 3 C ,6 × λ cx p × ρ [m 2 /h]
C p = i c −i d t tb c −t tb d [ kJ / kg ℃ ] t tb d = 598 [ 0 C], t tb c = 1240 [ 0 C]
Giá trị i tra phụ lục XI [2] theo t tb và hàm lượng C trong thép, bằng phương pháp nội suy ta có: i 598 = 340[kJ/kg] i 1240 = 848,9 [kJ/kg]
5.5 Tính thời gian đồng nhiệt: τ đn [h]
Mức đồng nhiệt được xác định theo công thức: δ = Δ t c Δt d = t 4 m −t 4 t t 3 m −t 3 t δ = 1250−1230
Căn cứ vào mức độ đồng nhiệt, tra giản đồ hình 5.21/269[2] được giá tri F0=0,3
Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở vùng đồng nhiệt: t tb kl [ ℃ ] t tb kl = t tb c −t tb d
2 t tb d : Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở đầu giai đoạn đồng nhiệt, t tb d 17,25 [ ℃ ] t tb c : Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở cuối giai đoạn đồng nhiệt t tb c =t t 4 + 1
Hệ số dẫn nhiệt trung bình:
Do ta giả thiết ở trên λ 1200< λ t < λ 1250 8,033 mK W λ cx = λ 3 t
Hệ số dẫn nhiệt độ :a[m 2 /h]
Nhiệt dung riêng trung bình của phôi thép ở vùng đồng nhiệt:
Trong đó: t tb kl 39,5[ ℃ ] i 1239,5 8,6 a= 3 ,6 × λ cx
Thời gian đồng nhiệt τ đn [h] τ đn = F 0 × S t 2 a = 0,3× 0,125 2
5.6 Tổng thời gian nung phôi
Trong thực tế , do có lớp oxit bao phủ trên bề mặt vật nung nên khả năng dẫn nhiệt của kim loại Tính dến ảnh hưởng này người ta tăng thoiwfgian nung phôi lên 20% vậy tổng thời gian nung trong lò là : τ Σ = τ s +1,2 τ n + τ đn =1,3+1,2.1,9+0,188 =3,7[ h]
6 Xác định chiều dài lò:
Chiều dài hữu ích vùng sấy:
Trong đó: b: Chiều rộng của phôi thép; b = 0,13 [m]
P: Năng suất lò; P = 25 × 10 3 [kg/h] n: Số hàng phôi, n = 1 τ s : Thời gian sấy, τ s =1,3[h ] g: Khối lượng của phôi thép: g= V × q= a ×b ×l ×q [ phôi kg ] g= 0,13 × 0,13 × 2,4 × 780016,4 [ phôi kg ]
Chiều dài thực tế vùng sấy:
Chọn chiều dài của kênh khói ở đầu vùng sấy là 0,5 [m] do đó chiều dài thực tế của vùng sấy:
Trong đó: Lkk: Khoảng cách từ tâm kênh khói đến bề mặt trong của tường lò( phía vào liệu )
1 × 316,4 #,42[ m ] 6.2 Chiều dài vùng đồng nhiệt:
Chiều dài hữu ích vùng đồng nhiệt:
Chiều dài thực tế của vùng đồng nhiệt:
CHỌN THỂ XÂY VÀ TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT
Cấu trúc lò
I.1 Kích thước cơ bản của nội hình lò:
Các kích thước này đã được tính toán ở chương II Số liệu trình bày ở bảng 3.1 và hình 3.1
Bảng 3.1 Các kích thước của nội hình lò
(nội hình lò) [mm] (nội hình lò)
(nội hình lò) [mm] (nội hình lò)
Các vùng trong lò Các kích thước nội hình lò
Hình 3.1 Các kích thước của nội hình lò
I.2 Chọn vật liệu và kích thước thể xây:
Khi chọn vật liệu để xây lò cần căn cứ vào nhiệm vụ của lò (lò nung, lò sấy ), đặc điểm làm việc của lò (lò làm việc với chế độ nhiệt ổn định hay không ổn định), nhiệt độ làm việc và tính chất môi trường lò Nếu thể xây tiếp xúc với môi trường mang tính axit thì phải dùng gạch axit (đinát), khi tiếp xúc với môi trường mang tính bazơ thì dùng gạch có tính bazơ (manhêhít, đôlômít, crômanhêhít ). Còn đối với môi trường trung tính thì dùng gạch samốt Ngoài ra gạch còn cần một số đặc tính sau: tính chịu tải, tính bền nhiệt, đảm bảo độ bền cơ học và hoá học. Nhiệt độ cho phép của vật liệu phải lớn hơn nhiệt độ của lò [tvl] > tlò.
Các loại vật liệu xlựa chọn đảm bảo những yêu cầu nêu trên và được trình bày ở bảng 3.2.
Lò nung liên tục có chế độ nhiệt và chế độ nhiệt độ ổn định Vì vậy lò liên tục không có ổn định nhiệt do tích nhiệt cho tường lò (trừ khi lò làm việc lần đầu hoặc lò làm việc trở lại sau một thời gian nghỉ). Để đảm bảo tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua tường lò, người ta có xu hướng tăng chiều dày tường lò khi vật liệu đã chọn thích hợp.
Các kích thước ngoại hình trình bày ở bảng 3.3.
Từ kích thước nội hình lò, kích thước thể xây ta suy ra kích thước ngoại hìnhlò. Công thức tổng quát:
Trong đó: Σ δ i : Tổng chiều dày của các lớp thể xây
X: Kích thước của lò( cao, rộng, dài)
Các kích thước trình bày trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Kích thước ngoại hình lò
Từ những kích thước nội hình, ngoại hình, thể xây ta có cấu trúc lò tổng thể trình bày trong bảng 3.3
Bảng 3.3 Vật liệu và chiều dày các lớp thể xây của lò
Thể xây Lớp chịu nóng Lớp cách nhiệt
(kích thước đã tính cho cả mạch vữa)
Tính cân bằng nhiệt
Tính lượng dầu tiêu hao trong một giờ, B [kg/h]
Tính các tiêu chuẩn kỹ thuật của lò.
II.1 Các khoản nhiệt thu:
Dầu FO khi bị đốt cháy sẽ toả ra một nhiệt lượng được xác định theo công thức:
B: Lượng tiêu hao dầu FO, [kg/h]
Q t : Nhiệt trị thấp của dầu FO, Q t 6031,82[ kJ kg ]
0,28: Hệ số chuyển đổi đơn vị
Không khí được nung nóng sẽ mang vào lò một lượng nhiệt :
Ckk × tkk = ikk: Entanpy của không khí ẩm ở nhiệt độ; tkk = 300 [°C] Ta có: i 395,42 [kJ/m 3 ]
L α : Lượng không khí thực tế cần để đốt 1 kg dầu FO L = 11,526 [m 3 /kg] f: Tỷ lệ nung trước không khí = 1
Trong đó: φ , ρ 0 : Suất tiêu hao không khí nén( φ =1 ¿ và khối lượng riêng ở điều kiện tiêu chuẩn, ρ 0 =1,293[kg/m 3 ]
Theo số liệu ban đầu, dầu FO được nung trước 100% tới nhiệt độ tdầu 0 ℃
Cdầu: Nhiệt dung riêng của dầu FO; Cdầu= 2,176 [kJ/kg.K] tdầu : Nhiệt độ nung trước của dầu FO tdầu = 110[°C]
Khi nung, kim loại bị oxi hóa, phản ứng oxi hóa kim loại là phản ứng nhiệt Qtoả = 0,28 × a × q × P [W]
Trong đó: a: tỷ lệ kim loại bị oxi hóa khi nung trong lò Đối với lò nung cán chọn a= 0,005 q: Lượng nhiệt tỏa ra khi 1 kg sắt(Fe) bị oxy hóa, q= 5650 kJ/kg]
II.2.Các khoản chi nhiệt lượng: Để nung nóng kim loại tới nhiệt độ yêu cầu cần một lượng nhiệt:
P%000 [kg/h] iđ= i30 ,9[kJ/kg] ic=i1239,5= 858,6 [kJ/kg]
Do đốt cháy không hoàn toàn hoá học nên tạo ra một lượng khí CO và H2 Các khí này là các chất cháy, vì vậy khi thoát ra khỏi lò sẽ gây ra lượng nhiệt tổn thất.
Với: p: Tỷ lệ khí CO và H2 có trong sản phẩm cháy, chọn p = 0,005(vì lò dùng mỏ đốt cao áp) g: Giá trị nhiệt trị trung bình của các khí CO, H2; g = 12150 [kJ/m 3 tc]
V n : Lượng sản phẩm cháy thực tế sinh ra khi đốt 1kg dầu FO, V n ,011[ m tc 3 kg ]
Lượng nhiệt tổn thất này được xác định theo công thức:
K: -Hệ số mất mát do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học; vì nhiên liệu lỏng nên K = 0,005 , (tổn thất 0,5%)
Qt: Nhiệt trị thấp của dầu FO; Qt = 36539,4 [kJ/kg]
Q 4 t , Q 4 n , Q 4 đ : lượng nhiệt mất do dẫn nhiệt qua tường, nóc, đáy lò Lượng nhiệt mất do dẫn nhiệt qua thể xây được xác định như sau:
Trong đó: t w 1 : Nhiệt độ mặt trong của thể xây, [ ℃ ]
Tương ứng với mỗi vùng có ( t w s 1 , t w n 1 , t w đn 1 )
Nhiệt độ này nhỏ hơn nhiệt độ khí lò nhưng lớn hơn nhiệt độ kim loại; tt=ttb k- (50 ÷ 100℃ ¿, ở đây ta chọn tt=ttb k- 50 ℃ t w 2 : Nhiệt độ mặt ngoài thể xây, [ ℃ ]
Tương ứng với mỗi vùng có ( t w s 2 , t w n 2 , t w đn 2 ) δ i : Chiều dày lớp gạch thứ i, [m] λ i : Hệ số dẫn nhiệt của lớp gạch thứ i tương ứng, [W/m ℃ ] được xác định theo công thức ở bảng 42[1]
F t : Diện tích bề mặt phía ngoài của thể xấy tiếp xúc với không khí,[m 2 ]
Vì hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của lớp gạch, do đó cần xác định nhiệt độ trung bình của các lớp gạch Nhiệt độ này tính gần đúng như sau: Đối với thể xây 3 lớp: t tb2 = t w 1 + t kk
2 λ 1 = λ cao nhôm =0,465+ 0,00052× t tb 1 [W / mK ] λ 2 = λ samốtC =0,116+ 0,0005× t tb2 [W / mK ] λ 3 = λ điatomit =0,145 +0,0003 ×t tb3 [ W /mK ]
Chiều dày của lớp vỏ nhỏ (5[mm]) nên bỏ qua δ λ kl kl
Vì trong lò nung liên tục nhiệt độ thay đổi theo từng vùng khác nhau nên phải tính riêng cho từng vùng, mỗi vùng đều có một lượng nhiệt mất riêng qua các thể xây.
Q4 s = Qs t + Qs n + Qs d [W] (vùng sấy)
Q4 ng = Qng t + Qng n + Qng d [W] (vùng nung)
Q4 dn = Qdn t + Qdn n + Qdn d [W] (vùng đồng nhiệt)
Với: s, ng, dn: Sấy, nung, đồng nhiệt t, n, d: Tường, nóc, đáy
Công thức tính nhiệt còn được viết dưới dạng sau:
Trong đó: α : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ mặt ngoài thể xây và không khí xung quanh.
Tính cho vỏ lò bằng thép: α = 7 + 0,043×t w2 [W/ m 2 K] tkk : nhiệt độ không khí bao quanh lò, (tính cho mùa hè và mùa đông) có thể chọn tkk = 30[ ° C] tw2 : nhiệt độ ngoài mặt tường lò tiếp xúc với môi trường xung quanh [ o C]
Phương trình cân bằng nhiệt:
Từ phương trình (1) với các thông số δ i , λ i , t kk , t w1 đã biết, ta xác định được tw2. Các số liệu tính toán được trình bày trong bảng 3.4.
Q4 n = Qn t + Qn n + Qn d [W] Đặc điểm của nóc lò:
Nóc lò là nóc phẳng (nóc treo) nên quá trình tính nhiệt tương tự như tính nhiệt đo lường.
Fnóc: Diện tích mặt ngoài của nóc lò, [m 2 ]
Fnóc= Lngoài × Bngoài [m 2 ] α : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ( tính cho bề mặt gạch), [W/m 2 K] α= 7,9 +0,053×t w2 [W/m 2 ] (trên nóc lò không có vỏ thép bao ngoài) 1 =α×(t caonhôm = 0,465+ 0,00052 × t tb1
Bảng 3.4 Các thông số và kết quả tính toán dẫn nhiệt qua tường lò
GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ Ở MỖI VÙNG LÒ
Sấy Nung Đồng Nhiệt t kk [ 0 C] 25 25 25 t tb k [ 0 C] 1025 1230 1275 t w1 [ 0 C] 975 1300 1275 t w2 [ 0 C] 88,3 110,8 109 t tb1 [ 0 C] 739 983 964 t tb2 [ 0 C] 503 665 653 t tb3 [ 0 C] 267 348 342 l 1 [W / mK ] 0,849 0,976 0,966 l 2 [W / mK ] 0,191 0,216 0,214 l 3 [W / mK ] 0,225 0,249 0,247 d 1 [m] 0,234 0,234 0,234 d 2 [m] 0,117 0,117 0,117 d 3 [m] 0,117 0,117 0,117 α [W/m 2 K] 10,797 11,764 11,687
Bảng 3.5 các thông số và kết quả tính toán dẫn nhiệt qua nóc lò
GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ Ở MỖI VÙNG LÒ
Sấy Nung Đồng Nhiệt t kk [ 0 C] 25 25 25 t tb k [ 0 C] 1025 1230 1275 t w1 [ 0 C] 975 1300 1275 t w2 [ 0 C] 118,85 150,37 147,86 t tb [ 0 C] 503 665 653 t tb1 [ 0 C] 739 983 964 t tb2 [ 0 C] 267 348 342 l 1 [W /mK] 0,849 0,976 0,966 l 2 [W / mK ] 0,225 0,249 0,247 d 1 [m] 0,234 0,234 0,234 d 2 [m] 0,117 0,117 0,117 a [W/m 2 K]
Do tính toán tổn thất nhiệt mất qua đáy lò rất phức tạp nên ta tính theo công thức thực nghiệm:
Vậy lượng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt ra môi trường là:
Khi lò làm việc, các cửa có thể mở một phần hoặc mở hoàn toàn để vào liệu, ra liệu Do đó có tổn thất bức xạ ra ngoài qua cửa.
Co: Hệ số bức xạ; Co= 5,67 [W/m 2 K 4 ]
Ttb k: Nhiệt độ trung bình của khí lò tại vùng có cửa, [K]
: Hệ số chắn, xác định theo chiều dày tường và kích thước cửa mở,
F: Diện tích phần cửa mở, [m 2 ]
Z: Số cửa cùng kích thước, cùng điều kiện làm việc.
: Hệ số thời gian mở cửa:
Giả thiết rằng, thời gian của một lần mở cửa = 20[s]
Số lần mở cửa trong 1 giờ là N, N được tính theo công thức:
P: Công suất của lò; P= 25000[kg/h]
G: khối lượng một phôi [kg/1phôi] g= V = 0,1250,1252,57800= 304,7 [kg/1phôi]
Lượng nhiệt tổn thất do bức xạ qua cửa vào liệu và ra liệu là:
Trong thực tế, khi vận hành lò khí lò có áp suất dương nên có lượng nhiệt tổn thất do lọt sản phẩm cháy khi mở cửa.
Ck.tk= ik: Là entanpy của sản phẩm cháy nơi cửa mở, được tra trong bảng : Hệ số thời gian mở cửa, tương tự như trên
Vo: Lượng khí lò lọt qua cửa khi mở ở điều kiện chuẩn.
Với tk: Nhiệt độ khí lò tại chỗ mở cửa, [ o C]
Với Vt: Lượng khí ló lọt qua cửa nằm:
H: Chiều cao phần mở cửa
: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào chiều dày tường lò kích thước của cửa, chọn = 0,61.
kk: Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện môi trường tkk= 30 [ o C] kk ρ kk 0
k: Khối lượng riêng của khí lò ở nhiệt độ nơi mở cửa
o= 1,312 [kg/m 3 ] (xem chương 1) ikh: Entanpy của sản phẩm cháy (khí lò) nơi mở cửa. ikh= 0,01 (CO2 ico2 H2O iH2O+ N2 iN2+ O2 iO2+ SO2iSO2)
Bảng tính giá trị entanpy của khói
Từ các thông số trên ta xác định được k , V , Vvào , nhiệt tổn thất theo khí lò khi mở quan sát được trình bày trong bảng 3.6.
Từ bảng III.6 Lượng nhiệt tổn thất do lọt sản phẩm cháy qua cửa là:
Sản phẩm cháy qua kênh khói ra ống khói có nhiệt độ tương đối cao vì vậy gây ra tổn thất nhiệt:
Cktk=ik: Entanpy của sản phẩm cháy ở nhiệt độ ra khỏi lò tk= 700 [ 0 K] ik=i700= 1025,71 [kJ/m 3 ]
Vn : Lượng sản phẩm cháy tạo ra khi đốt cháy 1kg dầu FO;
∑ V 0 : Tổng sản phẩm cháy đã lọt qua các cửa.
Vì lò liên tục nên ta có công thức:
Bảng 3.6 Tổn thất nhiệt do bức xạ và lọt sản phẩm cháy qua cửa khi mở
VÙNG SẤY VÙNG ĐỒNG NHIỆT
Cửa vào liệu Cửa ra liệu t k [ 0 C] 700 1250
Phôi được nung một mặt Phôi trượt trên hai hàng gạch nên không có tổn thất nhiệt do nước làm mát các ống đỡ phôi Ta chỉ sử dụng nước để làm nguội của cửa vào liệu và ra liệu để tránh cửa bị cong vênh Lượng nhiệt mất do nước làm mát nguội tại đây chỉ chiếm khoảng 5% tổng lượng nhiệt thu.
Qthu: Tổng các lượng nhiệt thu
Qthu= Qc+Qkk+Qdầu+ Qtoả [W]
Trên cơ sở cân bằng lượng nhiệt thu bằng lượng nhiệt chi, ta xác định được lượng tiêu hao dầu FO
Sau khi đã xác định được lượng dầu tiêu hao (B [kg/h]), ta tính các giá trị nhiệt chi và thu Các giá trị này được trình bày trong bảng 3.7.
Bảng 3.7 cân bằng nhiệt của lò
1 Nhiệt do đốt cháy dầu FO 5217810 86,54 1 Nhiệt để nung kimloại 3784256 60,115 2
Nhiệt do nung trước không khí 650760
Nhiệt mất do cháy không hoàn toàn hoá học
Nhiệt do nung trước dầu FO 34170
Nhiệt mất do cháy không hoàn toàn cơ học
Nhiệt toả do phản ứng ôxy hoá (cháy sắt)
Nhiệt mất do dẫn nhiệt qua thể xây lò
5 Nhiệt mất do bức xạ qua cửa khi mở cửa 13775,09 0,219 6
Nhiệt mất do sản phẩm cháy lọt qua cửa
Nhiệt mất do sản phẩm cháy đi vào kênh khói
Nhiệt mất do nước làm mát các cửa vào và ra liệu
Ta thấy sai số là rất nhỏ nên có thể chấp nhận kết quả tính toán trên.
II.3 Xuất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn và các chỉ tiêu kỹ thuật của lò:
1.1.1 Xuất tiêu hao nhiên liệu b [kg/kg] b1= B× Q t d
B: Lượng tiêu hao dầu FO; B= 510 [kg/h]
Qt: Nhiệt trị thấp của dầu FO; Q t d = 36539,4 [kJ/kg]
29300: Nhiệt trị của nhiên liệu chuẩn
29300× P = b1= 29300× 510 × 36539,4 25000 = 0,0254 [kg/kg] b 2 =α×(tb 1 Q Q NLTC dau [kg/kg]
1.1.2 Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích nl [%] ;
Q1: Lượng nhiệt để nung kim loại; Q1784256 [W]
Qtoả: Lượng nhiệt toả ra do phản ứng oxy hoá; Qtoả = 126560 [W]
Qc: Lượng nhiệt toả ra do đốt cháy dầu FO; Qc= 5217810 [W]
1.1.3 Hệ số sử dụng nhiệt có ích ci
Q1: Lượng nhiệt để nung kim loại; Q1784256 [W]
Qtoả: Lượng nhiệt toả ra do phản ứng oxy hoá; Qtoả = 126560 [W]
∑ Q cấp : Lượng nhiệt cấp cho lò
1.1.4 Hệ số sử dụng nhiệt của lò
Qvào: Lượng nhiệt đưa vào lò
Qvào= ∑ Q cấp = Qc+Qkk+Qdầu
Qra= Lượng nhiệt sản phẩm cháy mang theo qua kênh khói ra ống khói.
Các kết quả tính toán nhiệt của lò được trình bày ở bảng 3.8.
Bảng 3.8 các chỉ tiêu kĩ thuật của lò
CÁC CHỈ TIÊU CỦA LÒ Kí Hiệu Giá Trị Đơn Vị
1 Lượng tiêu hao dầu FO B 510 [kg/h]
2 Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn b1 0,0254 [kg/kg]
3 Suất tiêu hao dầu FO b2 0,0204 [kg/kg]
4 Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích nl 70,1 [%]
5 Hệ số sử dụng nhiệt có ích ci 61,19 [%]
TÍNH TOÁN MỎ PHUN DẦU FO
Các số liệu ban đầu
Khối lượng riêng của dầu ở 20 0 C: 20 = 1044 [kg/m 3 ]
Nhiệt trị: Qt = 36539,4 [kJ/kg]
Bảng 4.1 Kích thước của các vùng có bố trí mỏ phun
L trong L ngoài B trong B ngoài H trong H ngoài
Tính toán thiết kế mỏ phun dầu FO
II.1 Lựa chọn kiểu mỏ phun:
Khi lựa chọn mỏ phun ta phải xét đến các yếu tố sau:
Mỗi mỏ phun có chiều dài ngọn lửa nhất định, vì vậy chiều dài của vùng có bố trí mỏ phun phải lớn hơn chiều dài ngọn lửa Theo các số liệu ban đầu, vùng đồng nhiệt và vùng nung có chiều dài đủ lớn để có thể bố trí mỏ phun cao áp. Để cháy tốt dầu FO phải được biến bụi và hoà trộn tốt với không khí Độ nhớt của dầu càng cao thì việc biến bụi càng khó khăn Dầu FO có độ nhớt cao nên ta dùng khí nén hoặc hơi nước để biến bụi Các mỏ phun dùng khí nén hoặc hơi nước để biến bụi thuộc loại mỏ phun cao áp.
Chi phí vận hành cho mỏ phun cao áp dùng chất biến bụi bằng hơi nước cao hơn so với mỏ phun cao áp dùng chất biến bụi bằng không khí nén Vì nếu dùng hơi nước thì phải có lò hơi cung cấp hơi cho các mỏ phun do đó chi phí chung cho 1 kg kim loại sẽ tăng lên Nếu dùng không khí nén thì có thể lấy
Các phôi nung từ máy nén Không khí nén ngoài biến bụi dầu FO còn có tác dụng cung cấp oxi cho sự cháy, vì thế chi phí chung giảm Ngoài ra mỏ phun cao áp dùng không khí nén biến bụi còn dễ dàng thông rửa được dầu khi bị tắc
Trên cơ sở phân tích đó ta quyết định chọn mỏ phun cao áp dùng không khí nén làm chất biến bụi.
II.2 Chọn số lượng mỏ phun và cách bố trí mỏ phun: Để đảm bảo cấp nhiệt đều cho lò, nên chọn nhiều mỏ phun và đặt thành từng hàng ở
Tuy nhiên khi chọn số mỏ phun cần phải lưu ý kích thước tường lò nơi đặt mỏ phun Giữa các mỏ phun phải có khoảng cách cần thiết lớn hơn đường kính ngọn lửa.
Dựa trên những lưu ý trên,số mỏ phun được chọn cho lò là 12 mỏ và phân phối cho các vùng đốt như sau:
Vùng nung: 8 mỏ chia đều sang hai bên tường lò (mỗi bên 4 mỏ).
Do chiều ngang của lò đủ lớn, nên ta bố trí các mỏ phun theo phương vuông góc với tường lò và các mỏ phun ở hai bên tường bố trí so le với nhau.
Ta có thể điều chỉnh lượng nhiệt cấp cho từng vùng bằng cách điều chỉnh công suất các mỏ phun thông qua hệ thống van dầu và van không khí.
II.3 Tính các kích thước cơ bản của mỏ phun:
1.1.1 Tính và chọn các thông số kĩ thuật của không khí nén vào dầu FO
B*: Lượng tiêu hao dầu FO cho toàn lò Ta chọn: B*U0[kg/s] B: Lượng tiêu hao dầu FO; BQ0 [kg/h]
G1= N × B 3600 ¿ = 12× 550 3600 = 0,013 [kg/s] Để biến bụi dầu FO, ta dùng không khí Lượng không khí nén để biến bụi 1 kg dầu FO gọi là xuất tiêu hao không khí nén Trong thực tế suất tiêu hao không khí nén , = 0,6 0,8 [kg không khí nén/kg dầu FO] Để biến bụi tốt, chọn = 1[kg không khí nén/kg dầu FO] Để đảm bảo tính ổn định về áp suất không khí nén khi vận hành mỏ đốt ta phải khống chế áp suất không khí nén trong bình chứa ở giá trị cao:
P kk nén bìnhchứa = 800 1000 [kN/m2] Áp suất không khí nén trước mỏ phun:
P kk nén trước mỏ phun =4 [bar] Để điều chỉnh được áp suất khí nén ổn định ta có thể van điều áp trên đường cấp khí nén. tkknén = 50 [°C] (theo số liệu thực tế) tdầu 0 [°C] h = 5 [kN/m 2 ] tkk = 300 [°C]
Trong vận hành lò, áp suất khói trong không gian lò thường là áp suất dương. (Pm.tr.lò > Pkhí quyển = 0,98 [bar] ).Do đó chọn Pm.tr.lò = 0,992 [bar]
1.1.2 Tính toán các kích thước cơ bản của mỏ phun: d1 = √ 4 × F π 1 [mm]
F1: Tiết diện miệng phun của đầu kim phun dầu; F1= V ω dầu dầu 106
dầu: Tốc độ của dầu tại miệng phun; dầu= 2,87 √ P dầu
Pdầu: áp suất dư của dầu; Pdầu= 2[bar]
Vdầu= Lưu lượng dầu FO cấp cho 1 mỏ phun, [m3/s]; Vdầu ¿ G 1 dầu [m 3 /s]
G : Công suất mỏ phun; G = 0,015 [kg/s]
dầu= Khối lượng riêng của dầu FO, [kg/m 3 ]
1+ α dầu ×t dầu [kg/m 3 ] α dầu : Hệ số giãn nỡ nhiệt của dầu FO; α dầu r× 10 −5 [1/°C] ρ 0 o : Khối lượng riêng của dầu FO ở 0[0C] ρ 0 o = ρ 20 o × ( 1+α dầu ×t dầu ¿ = 1044 × (1+72 × 10 −5 ×20 ¿59 ¿kg/m 3 ]
Lấy chiều dày của miệng phun dầu FO; = 2 [mm] ta có đường kính ngoài của miệng phun dầu FO; d 2 = d 1 + 2 × 1 = 2+2 × 2=6 [mm] d3= √ 4 × ¿ ¿ ¿ [mm]
F3: Tiết diện miệng phun không khí nén, [mm 2 ]
F2: Tiết diện ngoài ứng với đường kính ngoài của đầu kim phun, [mm 2 ]
Tiết diện miệng phun không khí nén: F3= V ω k knén k knén × 10 6 [mm 2 ] Trong đó ω k knén : Tốc độ không khí nén ra khỏi miệng ống, [m/s]
Do tỷ số giữa P m tr lò
P k k nén trước mỏ phun = 0,992 4 =0,248< β tới hạn = 0,528 vì vậy tốc độ phun ra của không khí nén đạt tốc độ âm thanh. ω k knén = a2= √ 2× k k +1 × R ×T 1 ¿ √ 2× 1,4 1,4 +1 × 8314 29 ×(50+273 ) 28,68[m/s] k: Số mũ đoạn nhiệt; k = 1,4
R: Hằng số chất khí của môi trường; R= 8314 29 [J/kg.K]
Tk.knén: Nhiệt độ của không khí nén; Tk.knén= 50+273= 323[K]
V * k.k.nén: Lưu lượng không khí nén, [m 3 /s]
P0kk ,T0kk: áp suất và nhiệt độ của không khí ở đktc.
P * k.k.nén, T * k.k.nén : áp suất và nhiệt độ không khí tại dầu phun khí tại điều kiện làm việc.
P * k.k.nén= β th × P k k nén = 4 × 0,528=2,11[bar]!1[KN/m 2 ]
V0k.k.nén: Lưu lượng không khí nén qua miệng phun
0 kk [m 3 /s] ρ 0 k k nén : Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, [kg/mtc 3] ρ 0 kk =1,293[kg/mtc 3]
G0k.k.nén: Lưu lượng không khí nén qua miệng phun, [kg/s]
G1: Công suất của mỏ phun; G1=0,013[kg/s] φ 1 =1[kg không khí/kg dầu FO] (chọn ở trên)
Khe hở phun không khí nén: δ = d 3 − d 2
2 = 8−6 2 = 1[mm] Đường ksinh miệng loe của dầu phun không khí nén: d 4 =d 3 +2 × a ×tg α 2
Trong đó a: khoảng cách từ tiết diện phun không khí nén tới miệng loe với a=8[mm], (Atlat mỏ phun cao áp) α : Góc loe; α ` ° , (Atlat mỏ phun cao áp) d 4 =d 3 +2 × a ×tg α 2
Lấy tròn: d 4 = 17[mm] Đường kính ngoài của miệng phun không khí nén: d5=d4+2 × δ 3 δ 3: Chiều dày đầu miệng phun không khí nén δ 3= 4[mm] (Atlat mỏ phun cao áp) d5+2 × 4 %[mm] Đường kính miệng phun không khí thứ cấp: d6= √ 4 × ¿ ¿ ¿ [mm]
F5: Tiết diện ngoài cửa miệng phun không khí nén, [mm 2 ]
F6: Tiết diện miệng phun không khí thứ cấp, [mm 2 ]
Tiết diện miệng phun không khí thứ cấp
F6= V ω k knén k knén ×10 6 [mm 2 ] Trong đó:
Vkk: Lưu lượng không khí thứ cấp qua mỏ phun
Vkk=f × G1 × Ln × P P 0kk ×T kk kk ×T kk [m 3 /s]
G1: Công suất mỏ phun; G1= 0,0013 [kg/s]
F: Tỷ lệ nung trước không khí, không khí đươc cấp cho mỏ phun theo 2 đường: 1 phần không khí cấp cho sự cháy là không khí nén để làm chất biến bụi, phần không khí còn lại được nung trước đến 300[ ° C] và được cấp cho mỏ phun nhờ quạt gió. f= 1 φ : Suất tiêu hao không khí nén; φ=1
Ln: Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg dầu FO ρ kk : Khối lượng riêng không khí ở điều kiệntiêu chuẩn ρ kk =1,293 [kg/m3]
P0kk , T0kk: áp suất và nhiệt độ không khí ở điều kiện tiêu chuẩn
Pkk , Tkk: áp suất và nhiệt độ không khí ở miệng phun tại điều kiện làm việc.
Pm.tr.lò: áp suất môi trường lò; Pm.tr.lò= 99,2 [kN/m 2 ] k: Hệ số tổn thất áp suất không khí trong mỏ phun; k=0,9 h0: áp suất không khí trước mỏ phun; h0 = 5 [kN/m 2 ]
Vkk=f × G1 × Ln × P P 0kk ×T kk kk ×T 0 kk
kk: Tốc độ chuyển của không khí, chọn kk= 30 [m/s]
Vậy tiết diện miệng phun không khí thứ cấp:
F5: Tiết diện chuyển động của không khí nén :
Lấy tròn: d6= 120 [mm] d7=d6+2 × b ×tg 2 γ [mm] b: Chiều dài phần côn của miệng phun không khí thứ cấp b= 110[mm], (Atlat mỏ phun cao áp) γ : Góc côn miệng phun không khí thứ cấp γ = 45 ° , (Atlat mỏ phun cao áp d70+2 × 110tg(45/2)= 211,1[mm]
F8: Tiết diện ống dẫn không khí thứ cấp ; F8= V ω 0 kk
V 0 kk : Lưu lượng không khí thứ cấp
V 0 kk =G 1Ln= 0,01311,526= 0,15 [m 3 /s] ω 0 kk : Tốc độ không khí thứ cấp trong ống dẫn
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP GIÓ VÀ THOÁT KHÓI CỦA LÒ
Sơ đồ bố trí hệ thống cấp gió và thoát khói của lò
Hệ thống cấp gió và thoát khói của lò làm nhiệm vụ cung cấp gió cho quá trình cháy và sau đó đa khói thải từ lò qua kênh khói, cống khói và thoát ra ngoài trời qua ống khói Về phương diện cấu trúc, hệ thống này phải đơn giản và phụ thuộc mạt bằng phân xưởng, đường ống gió, kênh, cống khói ít góc gập, đường đi thẳng và ngắn, tốc độ nhỏ ở mức có thể, đường ống gió nóng phải bọc cách nhiệt.
Toàn bộ hệ thống cấp gió và thoát khói của lò được trình bày ở hình 7.1
Tính toán các kích thước cơ bản của hệ thống thoát khói
Hệ thống được mô tả theo đường: I II III IV V (van) VI (ống khói) Xem hình 5.1.
II.1 Lưu lượng khói đi vào kênh khói: b = 3m
B * : Lượng dầu FO tiêu hao trong 1h (đã tính đến hệ số dự trữ); B * = 550 [kg/h] (xem chương 4)
Vn: Lượng sản phẩm cháy tạo ra khi đốt 1kg dầu FO;V n = 12,011 [m 3 /kg] ( xem bảng 1.2)
∑ (V 0 i ψ i ) : Tổng thể tích sản phảm cháy lọt qua các cửa lò khi mở, ∑ (V 0 i ψ i ) U9 [m 3 tc /h](đã tính ở chương 3)
II.2 Tiết diện kênh khói:
Trong đó: ω k : Tốc độ khói đi trong kênh; chọn ω k =1,6[m / s]
Kênh khói có tiết diện hình chữ nhật ab Trong đó b = chiều rộng nội hình lò b=3 [m]
II.3 Tính kích thước đường ống dẫn khói:
( Đường II III và IV VI)
Thiết bị nung gió là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống kim loại thẳng trơn không khí không rò sang khói Vì vậy lượng khói trước và sau thiết bị là bằng nhau.
Tiết diện đường ống dẫn khói:
V k : Lượng khói đi trong ống dẫn; ω k : Tốc độ khói trong ống dẫn; ω k =2,5 [m/ s ]
F dẫn = 6047,05 3600.2,5 =0,672[m 2 ] Đường kính ống dẫn khói: d dẫn = √ 4 F π dẫn = √ 4.0,672 π =0,93 [ m]
Tính kích thước cơ bản của đường ống dẫn không khí
AB(van)CC’DEFGHIJKMN(van)O(hình 7.1) Tính tiết diện và đường kính các đoạn ống dẫn không khí:
3600 ω kk ij [m 2 ] Trong đó: ω kk ij : Tốc độ không khí ở đoạn ống ij, [m/s]
: Lưu lượng của không khí ở đoạn ống ij, [m 3 /s]
Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.1
Bảng 5.1 Tiết diện và đường kính của các đoạn ống dẫn không khí
Tính tổn thất áp suất trên các đường ống dẫn khói
Tổn thầt áp suất trên đường dẫn khói được xác định theo công thức: h tt k = Σh cb k + Σ h ms k + Σ h hh k +h tt TBNG [N/m 2 ]
Trong đó: Σ h cb k :Tổng tổn thất cục bộ trên đường dẫn khói, [N/m 2 ] Σ h ms k :Tổng tổn thất ma sát trên đường dẫn khói, [N/m 2 ] Σ h hh k :Tổng tổn thất hình học trên đường dẫn khói, [N/m 2 ] h tt TBNG :Tổn thất của khói đi qua thiết bị nung gió, [N/m 2 ]; h tt TBNG P[N/m 2 ] ( lấy ví dụ số liệu để tính toán )
IV.1 Tổn thất cục bộ trên đường dẫn khói:
∑ h cb k = h cb I +h cb II +h cb IV ( van )+ h cb VI [N/m 2 ]
Các vị trí I, II, V,VI
Tổn thất cục bộ tại vị trí i được tính theo công thức: h i cb =k i ( ω oi k ) 2
Trong đó: k i : Hệ số tổn thất cục bộ tại vị trí i t k i : Nhiệt độ của khói tại vị trí i [ ℃ ] ω oi k : Tốc độ của khói tại vị trí i ở đktc, [m/s] ρ 0 k : Khối lượng riêng của khói; ρ 0 k
Trên đường ống dẫn, nhiệt độ của khói giảm dần Lấy độ giảm nhiệt độ trung bình của khói ∆ t k = 4[ ℃ / m ¿
Kết quả tính toán tổn thất cục bộ tại các vị trí trên đường dẫn khói được trình bày trong bảng 5.2
Bảng 5.2 Tổn thất cục bộ tại các vị trí trên đường ống dẫn khói
IV.2 Tính tổn thất do ma sát trên đường dẫn khói:
∑ h ms k =h ms I−II +h ms II−III + h ms IV−VI [N/m 2 ]
Tổn thất ma sát trên đoạn ống ij được xác định theo công thức: h ms ij =μ L ij d ij ( ω oi k ) 2
Trong đó: μ : Hệ số ma sát phụ thuộc độ nhẵn của ống; Đối với vỏ kim loại, trong xây gạch chịu nóng chọn μ= 0,05
L ij : Chiều dài của đoạn ống ij, [m] d ij : đường kính của ống ứng với đoạn ij, [m] ω oi k : Tốc độ khói chuyển động trong đoạn ống ij, [m/s] ρ 0 k : Khối lượng riêng của khói; ρ 0 k =1,312 [kg/m 3 ] t ´ ms ij : Nhiệt độ trung bình của khói trong đoạn ống ij, [ ℃ ]; t ´ ms ij = t k i
Kết quả tính toán do tổn thất ma sát trên đường ống dẫn khói được trình bày ở bảng 5.3
Bảng 5.3 Tổn thất ma sát trên đường dẫn khói
IV.3 Tính tổn thất hình học ở kênh khói:
Tổn thất hình học trên đoạn I – II và II – III được tính theo công thức: h hh k = 9,8 H ij ( ρ t kk −ρ t k )[N/m 2 ] Trong đó:
H ij : chiều cao ứng với đoạn ij, [m] ρ t kk : Khối lượng riêng của không khí ứng với nhiệt độ môi trường t kk 0 ℃ ρ t kk = ρ 30° = ρ 0 k
=1,165[kg/m 3 ] ρ t k : Khối lượng riêng của khói ứng với nhiệt độ trung bình của khói trong đoạn ống ij ρ t k ( I − II )=ρ 696 = ρ t k
Vậy: h hh k ( I − II )=−9,8 1,5 ( 1,165−0,37 )=−11,69[N/m 2 ] h hh k ( II −III )=9,8 3.(1,165 −0,374 )#,25[N/m 2 ]
( I −II ): mang dấu ấm vì khói chuyển động từ dưới lên trên Vậy tổn thất áp suất trên đường ống dẫn khói là: h tt k = Σh cb k + Σh ms k + Σh hh k +h tt TBNG [N/m 2 ] Σh tt k W,17+ 6,354+ 11,57+50 5,094[N/m 2 ]
Tính tổn thất áp suất trên đường ống gió
Không khí chuyển động trong ống gió theo đường:
Quạt AB(van)CC’DEFGHIJKMN(van)O Tổn thất áp suấ trên đường ống dẫn gió được xác định theo công thức: h tt kk = Σ h cb kk + Σ h ms kk + Σ h hh kk + Σ h tt TBNG [N/m 2 ] Σ h tt TBNG 00 N/m 2
V.1 Tính tổn thất áp suất cục bộ trên đường ống gió:
Việc tính toán áp suất cục bộ trên đường ống gió cũng tương tự như tính cho đường ống dẫn khói. Ở đây cần chú ý:
Tốc độ gió trước thiết bị nung gió( gió lạnh) ω o kk [ m/ s]
Tốc độ gió sau thiết bị nung gió( gió nóng) ω o kk =6 [ m /s]
Độ giảm nhiệt độ không khí sau thiết bị nung gió ∆ t kk =1,2[℃ / m]
Hệ số ma sát trong ống dẫn kim loại μ=0,035
Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.4
Bảng 5.4 Tổn thất áp suất cục bộ trên đường ống gió k i ❑
V.2 Tính toán tổn thất hình học trên đường ống gió:
Trên đường ống gió, đoạn ống DE , IJ và MO có tổn thất hình học: Σ h hh kk =9,8 H AB ( ρ t kk
H AB : Chiều cao của đoạn ống A,B [m] ρ t kk : Khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ môi trường tkk0[ ℃ ]; ρ t kk =1,165 ¿kg/m 3 ] ρ tb ab kk : Khối lượng riêng của không khí ứng với nhiệt độ trung bình đoạn AB ρ tb DE kk = ρ 346 kk = ρ 0 k
h hh DE =−9,8.3,5 ( 1,165− 0,57 )=−20,41[N/m 2 ] ρ tb IJ kk = ρ 310,8 kk = ρ 0 k
h hh MO = 9,8.2,5 ( 1,165−0,61 ),59[N/m 2 ] h hh DE : mang dấu âm vì gió nóng chuyển động từ dưới lên trên
Vậy tổng tổn thất hình học trên đường ông gió: Σ h hh kk =h hh DE + h hh IJ +h hh MO =−20,41+ 5,49+ 13,59=−1,33 [ m N 2 ]
V.3 Tính tổn thất do ma sát trên đường ống gió:
Tính toán tổn thất do ma sát trên đường ống gió cũng tương tự như tính cho đường ống dẫn khói.
Chú ý: ρ 0 k : Khối lượng riêng của không khí; ρ 0 k =1,293[kg/m 3 tc] μ : Hệ số ma sát phụ thuộc độ nhẵn của ống, đối với ống vỏ kim loại chọn μ= 0,035
Kết quả tính toán tổn thất ma sát trên đường ống dẫn không khí được trình bày ở bảng 5.5
Bảng 5.5 Tổn thất ma sát trên đường ống gió
Vậy tổn thất áp suất chunng trên đường ống gió là: Σh tt kk
Tính chọn quạt gió
VI.1 Tính các thông số cơ bản của quạt gió:
VI.1.1 Lượng gió yêu cầu ở điều kiện tiêu chuẩn:
V 0 : Lượng không khí cần nung nóng; V 0 = 5964[ m 3 tc/h] k: Hệ số dự trữ, k=1,1
VI.1.2 Lượng gió yêu cầu ở điều kiện thực tế
P a : Áp suất khí quyển nơi đặt quạt; coi P a = 760mmHg t kk : Nhiệt độ kí quyển nơi đặt quạt, t kk 0 ℃
VI.1.3 Áp suất tĩnh yêu cầu: h 0 t =a ( Σ h tt kk +h t trước mỏ đốt
)[N/m 2 ] Trong đó: a: Hệ số dự trữ; a=1,1 h t trước mỏ đốt : Áp suất tĩnh trước mỏ đốt; h t trước mỏ đốt
P00[N/m 2 ] Σ h tt kk : Tổng tổn thất áp suất trên đường ống gió; Σ h tt kk = 1438,09[N/m 2 ] h 0 t =1,1.( 1438,09+ 5000 )p81,9[N/m 2 ] VI.1.4 Áp suất động sơ bộ: h 0 đ =b h 0 t [N/m 2 ] Trong đó: b: Tỷ lệ áp suất động so với áp suất tĩnh, chọn b= 0,1(10%) h 0 đ =0,1.7081,9 p8,19[N/m 2 ] VI.1.5 Áp suất toàn phần yêu cầu:
H 0 = h 0 t + h 0 đ p81,9 +708,19w89,99[N/m 2 ] VI.1.6 Áp suất thực tế yêu cầu:
Dựa trên các thông số cơ bản vừa tính toán:
Ta lấy : V t kk quạt s00 [m 3 /h] và H t 00 [N/m 2 ] = 925 [mmH2O]
Chọn 1 quạt ly tâm cao áp kiểu QLT 7300 – 950 làm quạt cấp gió cho lò.
VI.3 Tính công suất quạt:
VI.3.1 Công suất trục quạt:
N 1quạt = V quạt 36 10 ( H quạt 5 −h η quạt đ ) [kW]
V quạt : Lưu lượng gió của quạt; V quạt s00 [m 3 /h]
H quạt : Áp suất toàn phần của quạt; H quạt = 950 [mmH2O]10 [N/m 2 ] h quạt đ : Áp suất động ở miệng quạt; h quạt đ [mmH2O]1 [N/m 2 ] η : Hiệu suất có ích của quạt; η=0,7
VI.3.2 Công suất động cơ điện:
N: Công suất trục quạt; N',24 kW k1: Hệ số tính đến hiệu suất truyền động; quạt được truyền động bằng đai thang chọn k1=1,1 k2: Hệ số phụ thuộc vào công suất trục quạt;k2=1,1
Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.6
Bảng 5.6 các thông số kỹ thuật của quạt gió
Lưu lượng gió V quạt = 7300 [m 3 /h] Á p suất toàn phần H quạt = 950 [mmH 2 O] Á p suất động H đ = 95 [mmH O] quạt 2
Công suất quạt N quạt = 24,27 [kW]
Tính chiều cao ống khói
VII.1 Chiều cao sơ bộ ống khói:
Nhiệt độ tại chân ống khói: t k c =t k v )6[ ℃ ]
Nhiệt độ môi trường:tkk0[ ℃ ]
Lực hút cần thiết của ống khói: Σ h c =1,2 Σ h k =1,2.125,090[N/m 2 ]
Với điều kiện như trên ta chọn được chiều cao sơ bộ của ống khói H 0 = 45[ m]
VII.2 Tính toán đường kính và chiều cao ống khói:
VII.2.1 Đường kính miệng ống khói d m = √ π ω 4.V k m [m]
V k : Lưu lượng khói đi qua ống khói;
/s ] ω m : Tốc độ khói ở miệng ống khói; chọn ω m =3 [m / s]
VII.2.2 Đường kính chân ống khói Ðối với ống khói không cao, ta thường chọn đường kính chân ống bằng 2,5 đường kính miệng Nhưng chiều cao dự kiến ống khói của ta là cao và dễ đảm bảo cho ống khói vững chắc, ta thiết kế đường kính chân ống khói: dc = 2,5 dm = 2,5.0,85 = 2,125 [m]
VII.2.3 Vận tốc khói ở chân ống khói ω c = 4 V k π d c 2 = 4.1,68 π 2,125 2 = 0,474 [ m/ s ]
VII.2.4 Nhiệt độ khói tại miệng ống khói: t k m =t k c − Δt H 0 [ ℃ ¿ Δt : Độ giảm nhiệt độ trung bình của khói trên 1m chiều cao ống khói; ống khói xây bằng gạch Δt =1,25 [ ℃ /m ]
VII.2.5 Nhiệt độ trung bình trong ống khói: ´ t = t k c
VII.2.6 Chiều cao thực tế của ống khói
Trong đó : Σ h c : Lực hút cần thiết của ống khói đã tính đến hệ số dự trữ 1,2 ρ 0k , ρ 0 kk : Khối lượng riêng của khói và không khí ở điều kiện tiêu chuẩn ρ 0k = 1,312 [kg/m 3 ] ρ 0kk = 1,293 [kg/m 3 ] t k m ,t k c :Nhiệt độ khói tại chân và miệng ống khói t k m = 239,75 [ ℃ ] t k c )6 [ ℃ ] ω c , ω m : Tốc độ khói tại chân ống khói trong ống khói ω c = 0,474 [m/s] ω m = 3 [m/s] k cb m : tổn thất cục bộ tại miệng ống khói = 1,1 ω ´ k : Tốc độ trung bình của khói trong ống khói ω ´ k = ω c + ω m
2 = 1,737 [m/s] μ : Hệ số ma sát với ống gạch = 0,05 d tb : Đường kính trung bình của ống khói = 1,49 [m]
Vậy chiều cao thực tế của ống khói là : H = 35,43 [m]