Pbl lò hơi 160 tấn

LỜI NÓI ĐẦU

Lò hơi là một thiết bị không thể thiếu được trong nền kinh tế quốc dân, quốc phòng Nó không những đượcdùng trong các khu công nghiệp lớn như: nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp cơ khí…mà còn được sử dụng trongcác cơ sở sản xuất nhỏ để phục vụ sản xuất và những nhu cầu hàng ngày như: sưởi ấm, trong nhà máy dệt, sấy, nấucơm…

Đặc biệt là trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị không thể thiếu được đồng thời là một thiết bị vận hànhrất phức tạp, nó có nhiệm vụ sản xuất hơi quá nhiệt để cấp cho tuôc bin

Trong lĩnh vực công nghiệp, lò hơi được dùng để sản xuất hơi nước Hơi nước dùng làm chất tải nhiệt trunggian trong các thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho sản phẩm

Nhằm ôn lại kiến thức đã học về lò hơi ở học kỳ trước và để bước đầu làm quen với việc thiết kế lò hơi, tronghọc kỳ này em được nhận nhiệm vụ thiết kế lò hơi có sản lượng hơi 50 T/h Mặc dù em đã nhận được sự hướngdẫn tận tình của quý thầy cô giáo, có tham khảo một số tài liệu và trao đổi với bạn bè, nhưng do đây là lần đầu tiênem thiết kế lò hơi, kiến thức còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm nên trong quá trình thiết kế chắc chắn khôngtránh khỏi sai sót Em kính mong nhận được sự góp ý và chỉ dẫn tận tình của quý thầy cô giáo để kiến thức của emđược tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thiết kế

CHƯƠNG MỞ ĐẦUNhiệm vụ thiết kế

1 Sản lượng hơi quá nhiệt: Dđm= 160 T/h2 Áp suất hơi quá nhiệt: Pqn= 9,6 MPa = 9,6 Bar3 Nhiệt độ hơi quá nhiệt: tqn = 540 ºC

4 Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi: tnc = 225 ºC5 Nhiên liệu là than có các đặc tính sau:

Thành phần Clv Hlv Nlv Olv Slv Alv WlvPhần trăm

(%) 53,77 3,84 8,77 1,1 1,03 22 9,56 Nhiệt trị của nhiên liệu: Qlv =21,77 MJ/kg = 21770 kJ/kg7 Nhiệt độ tro bắt đầu chảy lỏng: t3 = 1350 ºC

8 Nhiệt độ không khí trong không gian lò hơi lấy bằng nhiệt độ môi trường: tkkl = 30 ºC9 Hàm lượng chất bốc V = 9%

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ DẠNG LÒ HƠI

1.1 CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐỐT VÀ CẤU TRÚC BUỒNG LỬA

1.2 Chọn dạng cấu trúc của các bộ phận khác của lò hơi

1.2.1 Dạng cấu truc của pheston

Cấu trúc của pheston gắn liền với cấu tạo dàn ống tường sau của buồng lửa vì các ống pheston chính là các ống của dàn ống tường sau buồng lửa Chiều cao của pheston phụ thuộc vào kích thước đường khói đi vào bộ quá nhiệt Vì vậy kích thước cụ thể của pheston sẽ được xác định sau khi xác định cụ thể cấu tạo buồng lửa và các dàn ống xung quanh nó

1.2.2 Dạng cấu trúc bộ quá nhiệt

Đối với lò hơi có nhiệt độ hơi quá nhiệt từ 510˚C bộ quá nhiệt được đặt ở vùng khói có nhiệt độ cao hơn , thường là ở cửa ra buồng lửa trước cụm ống pheston Ở đây bộ quá nhiệt vừa nhận nhiệt đối lưu từ dòng khói điqua, vừa nhận nhiệt bức xạ từ buồng lửa nên gọi là bộ quá nhiệt nửa bức xạ

Theo thông số yêu cầu lò hơi cần chế tạo thì tqn= 540˚C, ta chọn bộ quá nhiệt nửa bức xạ

1.2.3 Bộ sấy không khí và bộ hâm nước

Bộ sấy không khí và bộ hâm nước được bố trí trên đường khói sau bộ quá nhiệt, có thể bố trí một cấp hoặc hai cấp riêng lẽ tùy thuộc vào nhiệt độ không khí nóng yêu cầu

Ở đây, ta chọn lò hơi đốt than phun với than được sử dụng là than antraxit Tra mục 1.3.3.3 , tài liệu 1, trang 10ta có: nhiệt độ không khí nóng yêu cầu là 380˚C Để thu được không khí nóng có nhiệt độ cao như vậy, cần phảiđặt một phần đầu ra của bộ sấy không khí trong vùng khói có nhiệt độ cao, nghĩa là phân bộ sấy không khí thành hai cấp, khi đó bộ hâm nước có thể là 1 cấp đặt ở giữa hai cấp của bộ sấy Tuy nhiên như vậy thì bộ sấy không khí cấp 2 nằm ngay sau bộ quá nhiệt, vùng có nhiệt độ khói cao nên sẽ rất chóng hỏng Bởi vậy để bảo vệbộ sấy không khí cấp 2, ta chia bộ hâm nước thành hai cấp và bộ sấy không khí cấp hai được đặt giữa hai cấp của bộ hâm

1.2.4 Đáy buồng lửa

Đối với buồng lửa đốt than phun thải xỉ khô thì đáy làm lạnh tro có hình dạng hình phễu Cạnh bên nghiêng với mặt phẳng nằm ngang một góc cỡ 55˚÷60˚

Ta chọn nghiêng với mặt phẳng nằm ngang góc 550

1.3 Nhiệt độ khói và không khí

Nhiệt độ khói ra khỏi lò hơi( ra khỏi bộ sấy không khí cấp 1 để vào khử buị) được tùy chọn theo loại nhiên liệu, sản lượng hơi, độ ẩm và giá thành của nhiên liệu

Độ ẩm quy dẫn:

wqd= 1000WQlv

tlv= 100021,77 ×109,5 3= 0,436 g/kJTra bảng 1.1, tài liệu 1, trang 8 với: Wqd < 3 ; tnc= 2250C; nhiên liệu đắt tiền, chất lượng cao Ta xác định được:

θth= 1100C

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa ( θbl' ') ( trước cụm pheston) được chọn tùy theo loại nhiên liệu, nhiệt độ biến dạng của tro

Chọn khói ra khỏi buồng lửa θbl' '= 10500C

1.3.3 Nhiệt độ không khí nóng

Buồng lửa thải xỉ khô với hệ thống nghiền than kiểu kín, dùng không khí làm môi chất sấy, với than sử dụng làthan antraxit 360 - 380 ℃ Vậy chọn tkkn=360° C

CHƯƠNG 2: TÌNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Khi quá trình cháy xẩy ra hoàn toàn, sản phẩm của nhiên liệu chỉ bao gồm các khí: CO2, SO2, N2,O2và H2O

Trong tính toán người ta thường tính chung thê tích khí ba nguyên tử vì chúng có khả năng bức xạ rất mạnh:

Thể tích khói khô lý thuyết

 Khí 3 nguyên tử:

rRO2= VRO2/VK Hơi nước:

rH2O = V0H2O

/VK Nồng độ tro bay theo khói tính theo thể tích khói:

μtr = 10.(Alv.ab)/VK , g/m3

tcTrong đó, = 0,95 là tỉ lệ tro bay, xác định theo đặc tính tính toán của các loại buồng lửa (bảng 4-PL2, trang 145, tài liệu 1)

2.2.2.1 Xác định hệ số không khí thừa

Hệ số không khí thừa chọn theo bảng 4, PL2, sách Tính nhiệt thiết bị đốt [1], trang 144 với buồng lửa phun thải xỉ khô có D ≥ 75 tấn/h chọn hệ số không khí thừa αbl” =1,25 cho than antraxit

Bảng 2.1 Giá trị lượng không khí lọt vào trong đường khói Δα

 Hệ số không khí thừa đầu ra ” = ’ + 

Bảng 2.2 Giá trị lượng không khí lọt vào trong đường khói và hệ số không khí thừa

STT Tên bề mặt đốt  Đầu vào ’ Hệ số không khí thừaĐầu ra

” Hệ số kk thừa trung bình

∆ α0: lượng không khí lọt vào buồng lửa

αn: lượng không khí lọt vào hệ thống nghiền than

2.3 Tính entanpi của khói và không khí

 Entanpi của không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy là:

Iokk = V0kk(Cp)kk , [kJ/kg]Trong đó:

 V0kk: thể tích không khí lý thuyết, m3tc/kg  Cp : nhiệt dung riêng của không khí, kJ/m3

tcCp = 1,2866+0,0001201.t

: nhiệt độ của không khí, 0C Entanpi của khói lý thuyết được tính:

I K = VRO2(C)RO2 + VN2(C)N2 + VH2O(C)H2O , [kJ/kg]Trong đó:

 C: nhiệt dung riêng, kJ/kgđộ : nhiệt độ của các chất khí, 0 Với nhiệt dung riêng thể tích trung bình phụ thuộc vào nhiệt độ (kJ/m3tcK) của các khí (theo tài liệu 3) (Kỹ

thuật nhiệt):RO2 : C = 1,6990 + 0,0004798t [kJ/m3

tcoC]N : C = 1,2799 + 0,0001107t [kJ/m3

tcoC]H : C = 1,4733 + 0,0002498t [kJ/m3

tcoC] Entanpi của tro bay:

Itr = (C)tr , [kJ/kg] Entanpi của khói thực tế:

IK = I0K + (-1).I0kk +Itr , [kJ/kg]Trong đó Itr được kể đến khi Itr = 103.ab.Alv/Qtlv > 6

Mà Itr = 103.ab.Alv/Qtlv = 103.0,95.22/21770 = 0,96 < 6 nên ta bỏ qua

BẢNG 2.3 ĐẶC TÍNH SẢN PHẨM CHÁY

STT Đại lượng và côngthức tính hiệuKí Đơn vị V

0N2=5,3088; VRO2=1,174; V0H20=0,736; V0kk=6,72; ab=0,95; Alv=9,5BL &

pheston

BQNcấp 2 BQNcấp 1 BHNcấp 2 BSKKcấp 2 cấp 1BHN BSKKcấp 1 Khói

thải1 Hệ số kk thừa đầu

2 Hệ số không khí thừa trung bình

kk

Vth mkg3tc/

1,1592 0,7824 0,6086 0,4637 0,3188 0,1739 0,0290 0,1159

4 Thể tích hơi nước:VH2O = V0H2O + 0,0161( - 1) V0

KK

VH2O

m3tc/kg

0,6560 0,6499 0,6472 0,6448 0,6425 0,6402 0,6378 0,6392

Thể tích khói thực

tế:VK = VH2O+V0N2+VRO2+(-1)V0

rH2O 0,0861 0,0908 0,0931 0,0952 0,0973 0,0995 0,1019 0,1005

7 Phân thể tích khí 3

nguyên tử:rRO2 =V RO2 V K

rRO2 0,1365 0,1439 0,1476 0,1509 0,1543 0,1578 0,1615 0,1593

8 Phân thể tích của

các khí:rn=rH2O+rRO2 μtr

Bảng 2.4: Entanpi của Khói và Không khí lý thuyết

1200 2729,71 1695,29 2127,67 1716,86 2758,53 8999,95 1565,97 13324,44 11537,331300 3019,56 1850,95 2337,45 1875,55 3051,44 9826,34 1720,37 14598,14 12603,691400 3319,01 2008,83 2552,23 2036,67 3354,04 10664,49 1878,44 15896,97 13686,191500 3628,05 2168,93 2772,00 2200,13 3666,35 11514,39 2040,19 17220,93 14784,841600 3946,69 2331,23 2996,77 2366,02 3988,35 12376,04 2205,62 18570,01 15899,631700 4274,92 2495,75 3226,53 2534,31 4320,05 13249,45 2374,73 19944,23 17030,561800 4612,75 2662,49 3461,29 2705,00 5415,37 14134,62 2547,51 22097,5 18177,631900 4960,18 2831,44 3701,05 2878,10 5823,25 15031,53 2723,97 23578,75 19340,842000 5317,2 3002,6 3945,80 3053,60 6242,39 15940,2 2904,11 25086,7 20520,192100 5683,82 3175,98 4195,55 3231.50 6672,80 16860,63 3087,92 26621,35 21715,692200 6060,03 3351,57 4450,29 3411,80 7114,48 17792,8 3275,42 28182,7 22927,32

BẢNG 2.5: ENTANPI CỦA SẢN PHẨM CHÁY

9 5600 6209,91 6209,91 6785,11 6648,1

6 6511,21 700 7332,85 7332,85 8203,28 8009,86 7848,6

800 8480,91 8480,91 9484,40 9261,41 900 9654,1 9654,1 11341,12 10792,84 10539,78 1000 10852,42 10852,42 12743,02 12128,58 1100 12075,86 12075,86 14173,28 13491,62 1200 13324,44 13324,44 15631,91 1300 14598,14 14598,14 17118,88 1400 15896,97 15896,97 18634,21 1500 17220,93 17220,93 20177,9 1600 18570,01 18570,01 21749,94 1700 19944,23 19944,23 23350,34

1900 23578,75 23578,75 27446,92

2200 28182,7 28182,7 32768,16

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

Việc lập cân bằng nhiệt thiết bị lò hơi là thiết lập sự cân bằng giữa lượng nhiệt đưa vào lòQđv với tổng nhiệt lượng sử dụng hữu ích Q1 và các tổn thất nhiệt Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 Dựa

vào cân bằng nhiệt tính được hiệu suất và lượng nhiên liệu tiêu hao của lò hơi

3.1 Xác định lượng nhiệt đưa vào lò

 Cân bằng nhiệt được thực hiện đối với trạng thái nhiệt ổn định của thiết bị lò hơi và tính cho 1kg nhiên liệu rắn

 Phương trình tổng quát của cân bằng nhiệt lò hơi có dạng:

Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6, [kJ/kg]Trong đó:

 Qđv: Nhiệt lượng đưa vào lò, [kJ/kg] Q1: Nhiệt lượng sử dụng hữu ích, [kJ/kg] Q2: Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi, [kJ/kg] Q3: Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học, [kJ/kg] Q4: Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học, [kJ/kg] Q5: Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh lò hơi, [kJ/kg] Q6: Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài, [kJ/kg]

 Nhiệt lượng đưa vào lò tính cho 1kg nhiên liệu rắn được xác định theo công thức:

Qđv = Qtlv + Qkkn + Qnl + Qph – QđTrong đó:

 Qtlv: Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, [kJ/kg] Qkkn: Nhiệt lượng do không khí nóng mang vào, chỉ tính khi không khí được sấy

nóng trước bằng nguồn nhiệt bên ngoài lò Vì ở đây đây không khí được sấy bằng khói lò ở BSKK nên Qkkn = 0, [kJ/kg]

 Qnl: Nhiệt vật lý của nhiên liệu đưa vào lò, [kJ/kg] (Vì nhiệt độ của nhiên liệu bằng nhiệt độ môi trường nên Qnl rất bé, do đó ta bỏ qua)

 Qph: Nhiệt lượng do dùng hơi phun sương mazut vào lò, [kJ/kg] Vì ta sử dụng nhiên liệu than nên Qph = 0

 Qđ: Lượng nhiệt tổn thất do phân hủy carbonat khi đốt đá dầu, [kJ/kg] Qđ = 0

Vì vậy, Qđv = Qtlv = 21770 kJ/kg

3.2 Nhiệt lượng sử dụng hữu ích trong thiết bị lò hơi

 Nhiệt lượng sử dụng hữu ích trong thiết bị lò hơi trong trường hợp tổng quát được xác định từ biểu thức sau:

Qhi=Dnc(iqn−inc)+Dbh(ibh−inc)+∑Dtg¿¿)+Dxả(ixả−inc), kJkg

Trong đó:  Dqn, Dbh, Dx, Dtg: Lần lược là lưu lượng của hơi quá nhiệt, hơi bão hoà, nước xả lò,

hơi quá nhiệt trung gian [kg/s] Vì lượng Dbh, Dx trong lò là nhỏ và không đáng kể, bên cạnh đó vì không dùng bộ quá nhiệt trung gian nên Dtg=0

 iqn, inc, ibh, is, i’tg, i”tg: Lần lượt là entanpi của hơi quá nhiệt, nước cấp, hơi bão hoà, nước sôi, đầu vào và đầu ra của bộ quá nhiệt trung gian [kJ/kg]

Vì vậy:Qhi = Dqn.(iqn – inc)Trong đó:

Dqn = D = 160T/h Tra bảng 22, trang 246, TL 4 (Bài tập cơ sở Kĩ thuật nhiệt) với pqn = 9,6 Mpa và tqn = 540℃, ta có iqn = 3480 [kJ/kg]

Tra bảng 16, trang 231, TL 4 với tnc= 225℃, ta có inc = 966,8 [kJ/kg]Suy ra:

Qhi =160.103.(3480 – 966,8) = 402,11.106 [kJ/kg] Khi tính cho 1 kg nhiên liệu rắn, ta có:

Q1 =B Q hi = D qn(i qn – i nc) B [Kj/kg]Trong đó:

B: Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1giờ [kg/h]

3.3 Xác định các tổn thất nhiệt của lò hơi

 Được xác định qua lượng nhiên liệu (carbon) chưa cháy lẫn trong xỉ, trong khói bay

ra khỏi buồng lửa Vì ta dùng buồng lửa phun thải xỉ khô với lò có D = 160 T/h nên

theo bảng 3, trang 144, TL1, ta có q4 = 5%q4 =Q 4Q đv 100 <=> Q4 =q 4.Q đv100 = (5.21770)/100 = 1088,5 [kJ/kg]

 Được xác định qua hiệu số giữa entanpi của sản phẩm cháy ở chỗ ra khỏi lò hơi và entanpi của không khí lạnh, tổn thất nhiệt này phụ thuộc vào nhiệt độ khói thải đã chọn th và hệ số không khí thừa αth, được xác định theo công thức:

q2 =Q 2Q đv 100 = (Ith−αth.Ikklo ).(100−q4)

Qđv [%]Trong đó:

 Ith: Entanpi của khói thải, [kJ/kg] với θth =110℃, αth =1,02(chương 1 bảng 1) Dựa vàobảng 2.5 và công thức tính entanpi của khói thực tế, ta tính gần đúng bằng phương pháp nội suy và được kết quả như sau: Ith = 1774,18 kJ/kg

 I0kkl: entanpi không khí lạnh ở nhiệt độ tkkl = 300C và α=1, có

I0kkl = Ckkl tkkl.V0

kkTrong đó:

 Ckkl: Là nhiệt dung riêng của không khí lạnh [kJ/m3tc]Ckkl = 1,2866 + 0,0001201.tkkl

 tkkl: Nhiệt độ không khí lạnh tkkl =30℃

 V0kk: Thể tích không khí lí thuyết [m3tc/kg]Suy ra:

I0kkl = (1,2866 + 0,0001201.30).30.5,79 = 224,11 [kJ/kg]Suy ra:

q2 = (1774,18−1,02.224,11) (100−5)21770 = 6,74%Q2 = q2 Qđv

100 =6,74.21770100 = 1468,31 [kJ/kg]

3.3.3 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q3 [%]

 Giá trị của q3 được tìm trong các bảng giới thiệu các đặc tính buồng lửa, phụ thuộc vào loại nhiên liệu, biện pháp đốt và kết cấu của buồng lửa Vì ta dùng buồng lửa phun thải xỉ khô với lò có D = 160 T/h nên theo bảng 3, trang 142, TL1, ta có q3 = 0

Q3 = q3.Qđv.

100 = 0.21770100 = 0 [kJ/kg]

 Theo đồ thị q5 = f(D) hình 3-1, trang 26, tài liệu 1, với D = 160 t/h, ta được q5 = 0,6

%

 Tổn thất nhiệt vật lý của xỉ q6 khi đốt nhiên liệu trong buồng lửa thải xỉ khô rất nhỏ và chỉ được tính cho nhiên liệu có nhiều tro khi Alv > 2,5Qtlv, trong đó Qtlv có đơn vị là MJ/kg Có Alv = 22 < 2,5.21,77 = 54,43

q6 = 0%

3.4 Hiệu suất lò hơi và lượng tiêu hao nhiên liệu

3.4.1 Hiệu suất nhiệt lò hơi

 Ở đây hiệu suất lò hơi được xác định theo công thức: = 100 - q2 - q3 - q4 - q5 - q6 = 100 – 6,74 – 0 – 5 – 0,6 – 0 = 87,66%

3.4.2 Lượng nhiên liệu tiêu hao của lò hơi

 Lượng nhiên liệu tiêu hao thực tế của lò hơi:

B = Q hiη Q t lv [kg/h]= 0,8766.21770402,11 106 = 21070,99kg/h =5,85 kg/s

 Lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán: được dùng đề xác định thể tích sản phầm cháy và không khí chuyển dời qua toàn bộ lò hơi và nhiệt lượng chứa trong chúng.

Btt = B.(1 – 100q 4 ) = 5,85.(1 - 1005 )= 5,56 kg/s

CHƯƠNG 4: TÍNH NHIỆT BUỒNG LỬA

4.1 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CỦA BUỒNG LỬA VÀ BỐ TRÍ VÒI PHUN NHIÊN LIỆU

Tính nhiệt buồng lửa là xác định lượng nhiệt hấp thu trong buồng lửa, diện tích bề mặt các dàn ống hấp thu nhiệt bằng bức xạ và thể tích buồng lửa đảm bảo giảm được nhiệt độ của sản phẩm cháy đến giá trị quy định

Thể tích buồng lửa được giới hạn bởi mặt phẳng đi qua trục của các dàn ống sinh hơi đặt xung quanh tường và trần buồng lửa, bề mặt đi qua trục của dãy ống thứ nhất của feston hoặc mành ống, mặt phẳng nằm ngang tách một nửa chiều cao của phễu tro lạnhThể tích Vbl để cháy kiệt nhiên liệu với αmin phụ thuộc loại nhiên liệu, phương pháp đốt:

Vbl=BttQTLV

qv

qv được chọn theo bảng 4.6, TL1qv quá lớn thì Vbl nhỏ, tăng q4 và giảm Hbl, sẽ giảm D và tăng θbl” gây bám xỉqv quá lớn thì Vbl lớn, tăng vốn đầu, giảm θbl, cháy kém gây đóng xỉ

ta chọn qv = 120 kW/m3Suy ra

Vbl=5,56 21770120 = 1008,68 m3

Tiết diện ngang của buồng lửa được tính theo đường trục các ống của các dàn sinh hơi được xác định dựa trên cơ sở toàn bộ lượng nhiệt sinh ra khi cháy nhiên liệu BQTLV và nhiệt thế tiết diện ngang của buồng lửa qftt , [Kw/m2]

fbl=BttQtLVqftt

Nhiệt thế tính toán qftt phụ thuộc vào dạng nhiên liệu, phương pháp đốt và công suất nhiệt của buồng lửa Giá trị giới hạn của nhiệt thế tiết diện ngang của buồng lửa qf cho trong bảng 4.2a và 4.1b

Chọn qftt = 0,7qf với chọn bố trí vòi phun hai tầng, bố trí vòi phun ở tường trước và tratheo nhiên liệu đốt là than đá tạo xỉ và than nâu ta được qf = 3500 kW/m2

 a: Chiều rộng buồng lửa (chiều rộng lò hơi), [m] b: Chiều sâu buồng lửa, [m]

 Vbl: Thể tích buồng lửa, [m3] H: Chiều cao buồng lửa, [m]

Chiều rộng và chiều sâu buồng lửa phải đảm bảo ngọn lửa không văng tới tường đốidiện Riêng chiều rộng buồng lửa phải xét tới yêu cầu về chiều dài của bao hơi để phân lyhơi, tới yêu cầu tốc độ hơi trong bộ quá nhiệt

Chiều rộng và chiều sâu buồng lưa phải đồng thời thoả mãn 4 điều kiện sau: Với cách đặt vòi phun ở góc thì a/b = 1,25

 Nhiệt thế chiều rộng qr (t/m.h) thoả mãn điều kiện theo bảng sau:

D (T/h) qr (T/m.h) D (T/h) qr (T/m.h)50 – 100 10 – 16 400 – 500 28 – 30100 – 200 16 – 22 600 – 700 34 – 40200 – 300 22 – 27 800 – 900 40 – 42Với thông số sản lượng hơi đã cho D = 160 T/h, ta tính được qr = 19,6 T/m.h

 Chiều sâu tối thiểu của buồng lửa khi đặt vòi phun ở tường trước thoả mãnbảng sau:

Chiều cao buồng lửa được lựa chọn trên cơ sở bảo đảm chiều dài ngọn lửa để nguyênliệu cháy kiệt trước khi ra khỏi buồng lửa

Theo TL 1, trang 34, đối với buồng lửa phun có D = 150-230 T/h thì lnl = 14-16m ta chọn lnl= 16m

Vậy giá trị chiều cao buồng lửa Hbl ít nhất phải có giá trị ≥ 16 [m], giá trị cụ thể sẽ tính ở phần sau

4.1.4 Cách bố trí vòi phun trên tường buồng lửa

Chọn bố trí vòi phun 2 tầng, gồm 6 vòi phun đặt ở tường trước

Từ trục của tầng dưới cùng vòi phun đếnbắt đầu mặt nghiêng của phễu tro lạnh 2Giữa các trục vòi phun theo đường nằm

Từ trục vòi phun ngoài cùng đến tường 3

liền kề

4.1.4.1 Phần dưới của buồng lửa

Vì là buồng lửa thải xỉ khô nên phần dưới của buồng lửa được làm dưới dạng phễu tro lạnh Phễu tro lạnh được tạo ra bởi các dàn ống tường trước và tường sau nghiêng vào trong với góc nghiêng 350 so với phương thẳng đứng nhằm bào đảm cho xỉ dễ trôi theo vách nghiêng xuống dưới

Lỗ thu xỉ ở phần dưới của phễu tro lạnh có kích thước a x b*= 6,92 x 1,0 = 6,92 [m×m]

Trong đó:  a là chiều rộng buồng lửa  b* là cạnh ngắn của lỗ hình chữ nhật, được chọn theo TL1, trang 37

ta có b* = (0,8÷1,2) ta chọn b* = 1,0

Chiều cao cửa khói ra ở tường sau của buồng lửa hr được chọn gần bằng chiều sâu buồng lửa: hr = 6 m

Chiều cao của mành ống đặt đứng (có kể đến độ nghiêng của mặt dưới đường khói nằm ngang) được chọn theo TL 2, trang 49: hm = 1,1.hr = 1,1.6 =6,6 [m]

Vbltt = ¿= 1294,28 m3Nhiệt thế thể tích tính toán của buồng lửa:

Qvtt = BttQtlv

Vbltt kW/m3

Qvtt = 5,56 217701294,28 = 93,51kW/m3Để tính tiếp ta chia buồng lửa theo chiều cao thành 3 vùng: vùng phễu tro lạnh, vùng có hình dạng lăng trụ: từ miệng phễu tro lạnh đến các mành ống nhô vào buồng lửa, vùng trên cùng bằng chiều cao của các mành ống nhô vào và phần tiết diện ngang nhỏ lại

Thể tích nửa trên của phễu tro lạnh được xác định:

Vpl= (b + b+b2 ')h pl4 a m3Trong đó: hpl là chiều cao phễu tro lạnh được tính:

hpl = 0,5.(b – b’)tgα

Với: b’ là cạnh ngắn của lỗ thu xỉ hình chữ nhật, b’ = b* = 1,0α là góc nghiêng của tường phễu tro lạnh hợp với phương ngangThay số ta có: hpl = 0,5.(7,14-1).tg550 = 4,38 m

Và Vpl = (7,14 + 7,14+12 ) 4,384 9= 110,47 m3Do không chọn mũi khí động học và không đặt một phần mành ống nhô vào trong buồng lửa nên phần vùng trên được tính Vvt = a.b.hm = 9.7,74.6,6 = 459,75 m3Thể tích vùng lăng trụ của buồng lửa được tính:

Vltr = Vbltt - Vpl - Vvt = 1294,28 – 110,47 – 459,75 = 724,06 m3Chiều cao phần lăng trụ của buồng lửa được xác định:

hltr = V ltrfbl = 724,0649,40 = 14,66 mChiều cao tính toán của buồng lửa:

hbltt = 0,5hpl + hltr + hvt = 0,5.4,38+ 14,66 + 6,6 = 23,45 m (tính từ nữa phễu tro lạnh đến hết chiều cao cụm pheston)

Với hvt = hm

Chiều dài tính toán của mặt nghiêng của các dàn ống nghiêng là

Lng=0,5 hpl/sin α=0,5.4,38/sin 55=2,67 mBề mặt giới hạn thể tích hoạt động của buồng lửa được lấy làm bề mặt tính toán của các tường buồng lửa FVtt:

FVtt 7√3(Vbltt)2

= 7.√31294,282=¿831,34 m2Diện tích các tường được tính từ ½ chiều cao phễu tro lạnh trở lên:Diện tích tường trước:

Ft=(hltr+Lng+hm).a= (14,66 + 2,67 + 6,6).9 = 215,37 m2Diện tích tường sau:

Fs=(hltr+hm+Lng−hrb).a= (14,66 + 6,6 + 2,67 – 7,14).9 = 151,11 m2Diện tích mỗi tường bên:

Fb=(hltr+hm).b+¿= (14,66 + 6,6).7,14 + (7,14+7,14+12 ).4,384 = 164,07 m2Diện tích bề mặt các tường buồng lửa:

F = 2Fb + Fs + Ft = 2.164,07 + 151,1 + 215,37 = 694,61 m2

4.1.5 Hệ số phân bố nhiệt không theo chiều cao buồng lửa M

 Hệ số M phụ thuộc vào vị trí tương đối của tâm ngọn lửa theo chiều của buồng lửa.Giá trị của M khi đốt các dạng nhiên liệu khác nhau bằng vòi phun sẽ khác nhau Đối với buồng lửa đốt nhiên liệu là than antraxit theo công thức 4-28b, trang 43, TL 1

M=0,56-0,50.Xbl Theo công thức 4-29, trang 43, TL 1 ta có thể tính được Xbl

Xbl = h vph bl Trong đó hbl: Khoảng cách từ đáy buồng lửa đến giữa cửa ra buồng lửa

(gọi là chiều cao chung của buồng lửa)

hvp: chiều cao bố trí vòi phun, đó là khoảng cách từ đáy buồng lửa đến trục vòi phun Với vòi phun 2 tầng thì

hvp = n 1 B1 h vp1+ n2 B2h vp2n 1 B1+n 2B2Với B1,B2: Nhiên liệu cấp qua mỗi tầng[kg/s]

B1=B2=3 T/h=0,83 [kg/s] hvp1, hvp2:Chiều cao vị trí đặt vòi phun của tầng 1 và tầng 2n1,n2 : Số vòi phun mỗi tầng

hvp= 3×0,83×3+3× 0,83×6

(3× 0,83+3× 0,83) = 4,5

Suy ra Xbl = 23,454,5 = 0,19Suy ra M= 0,56-0,5.0,19 = 0,465

Số ống của tường trước: Ntr = a−2es =9000−2.4875 = 120 ốngSố ống của tường sau: Ns = Ntr = 120 ống

Số ống của một tường bên Nb= bs= 700075 =98ốngCụm pheston: chính là các ống của dàn ống sinh hơi tường sau nối lên bao hơi, đoạn đi ra của cửa buồng lửa Để khói đi ra buồng lửa vào bộ quá nhiệt qua cụm pheston

được dễ dàng thì đoạn ống ở đây ngưởi ta bố trí thưa hơn Muốn vậy ta tách ống tườngsau thành 4 dãy, mỗi dãy 30 ống Do các ống được bố tri thưa nên không xảy ra hiện tượng đóng xỉ.

BẢNG 4: ĐẶC TÍNH DÀN ỐNG SINH HƠISTT Thông số hiệuKí Đơnvị Côngthức Tườngtrước Tườngsau Tườngbên Pheston Ghichú

1 Đường kínhngoài của

hiệu

ΣHbx m2 ΣHbx

4.2 CÁC ĐẶC TÍNH NHIỆT CỦA BUỒNG LỬA

4.4.1 Nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa

Sự truyền nhiệt của các dàn ống sinh hơi đặt trong buồng lửa chủ yếu là do bức xạ của tâm ngọn lửa có nhiệt độ cao, các hạt tro nóng, khí ba nguyên tử

Nhiệt lượng sinh ra hữu ích trong buồng lửa là:

Qbl = Qtlv100−¿¿ + Qkk - Qkkng + Qth (công thức 4-19b, TL 1)Trong đó:

 Qtlv: nhiệt trị làm việc thấp của nhiên liệu  Qkkng: nhiệt do không khí được sấy sơ bộ bằng nguồn nhiệt bên ngoài lò; Qkkng= 0 Qth: nhiệt do khói thải tuần hoàn từ đuôi lò về buồng lửa; Qth = 0

 Qkk nhiệt do không khí mang vào buồng lửa (nhiệt lượng do không khí nóng và nhiệt lượng do không khí lạnh lọt vào)

Qkk = (bl - bl - ng) V0

kk(Ct)kkl + (bl + ng) V0

kk(Ct)kkl

Với:5,79 bl: Hệ số không khí thừa buồng lửa bl =1,25 kW/m2 bl: Hệ số lọt không khí lạnh vào buồng lửa Với bl = 0,1 ng: Hệ số lọt không khí lạnh vào hệ thống nghiền than ng =0,1 I0kkn = (Cθ)kkn.Vkk0 = (1,2866 + 0,0001201.360).360.5,79 = 2771,91 kJ/kg I0kkl = (Cθ)kkl Vkk0 = (1,2866 + 0,0001201.30).30.5,79 = 224,11kJ/kg

Qkk = (1,25-0,1-0,1).5,79.[(1,2866+0,0001201.360).360] +(0,1+0,1).5,79

[(1,2866+0,0001201.30).30]= 2955,33 [kJ/kg] Qbl=Qtlv100−q4

100−q4 + Qkk= 21770+2955,33= 24725,33 kJ/kgEntanpi của khói ở đầu ra buồng lửa (”bl = 1050) Theo bảng 3 được giá trị như sau: I”bl= 14864,606kJ/kg

4.2.2 Lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa:

Qbx =φ.(Qbl – I”bl) kJ/kgTrong đó φ: Hệ số giữ nhiệt(bảo ôn)

φ =1η+q5−q5 (Công thức 4-26 trang 42, TL 1) =1−¿ 87,66+0,60,6 = 0,993

I”bl : Entanpi đầu ra của buồng lửa Chọn theo θ”bl =1050℃

ta được I”bl =13458,15 kJ/kg theo bảng 2.5 chương 2 Suy ra:

Qbx = 0,993(24725,33– 13458,15) = 11188,31kJ/kg

Nhiệt độ này tương ứng với nhiệt độ tính toán cực đại của khói và thực tế không đạtđược Do nhiệt lượng sinh ra cực đại được đặc trưng bởi giá trị Qbl nên biểu thức xác định θa có dạng sau:

4.2.4 Độ đen của buồng lửa

 Độ đen của buồng lửa (hay hệ số bức xạ nhiệt của buồng lửa) abl có ảnh hưởng đến kích thước bề mặt các dàn ống hấp thu nhiệt

 Được xác định bởi sự bức xạ của ngọn lửa anl choán đầy buồng lửa và hiệu quả nhiệtcủa các bề mặt dàn ống ψtb Đối với buồng lửa phun ta có:

Suy ra Ψtb = 0,45.0,975 = 0,439 anl: Độ đen của ngọn lửa Vì đốt nhiên liệu là than antraxit nên ta có

anl = m.as +(1-m).ak

Trong đó: m: hệ số phụ thuộc vào phụ tải nhiệt và buồng lửa

47, TL 1 ta có công thức:

s= 3,6V blF = 3,6.1008,68694,61 = 5,23 m kk, kh: Hệ số làm yếu bức xạ của khí 3 nguyên tử và hạt muội

kh = 0,03.(2-α”bl )(1,6.1000T” bl - 0,5).C lvH lv= 0,03.(2-1,25).(1,6.13231000 - 0,5).53,773,84 = 0,509 [1/mMPa]ks=( 0,78+1,6rH2O

√pk s 1)(10,38Tbl}} over {1000¿¿)Với pk: Áp suất khí 3 nguyên tử, pk = p.rk = 1.0,2387=0,2387 atmSuy ra:

kk = ( 0,78+1,6 0,1365√0,2387.5,23 −¿ 0,1) ( 1-0,3813231000 ) = 0,395 [1/mMPa]

rk: Phân thể tích khí 3 nguyên tử rk = 0,2387

= 0,702Suy ra abl= 0,702+(1−0,702) 0,4390,702 = 0,848

4.2.5 Nhiệt dung trung bình của khói thải

Theo công thức 4-73, trang 56, TL 1

¿20300,465.(5,67 2.0, 439 694,61 0, 848.20303

108.0,99 3.5,56 15,94 1000 )0,6

+1-273

=1022℃

 Do θ”bl lệch không quá 5% so với giả thiết nên không cần tính lại Vậy nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là θ”bl=10210C khi đó entanpi khói thải

I”bl ≈ 13043,37 kJ/kgVậy Qbx = (Qbl – I”bl) = 0,993 (24725,33-13043,37) = 11600,18 kJ/kg

4.3 Tính nhiệt và kết cấu các bề mặt truyền nhiệt của lò hơi

4.3.1 Thiết kế dãy pheston

Dãy ống pheston chính là các ống của dàn ống sinh hơi tường sau nối với bao hơi tạo thànhcụm ống thưa hơn để cho khói đi ra khỏi buồng lửa Nó nằm ở đầu ra buồng lửa có nhiệt độrất cao nên ta bố trí các ống thưa ra để tránh hiện tượng đóng xỉ, muội khô, mồ hóng Trongthiết kế này cụm pheston được bố trí thành 4 dãy, để tránh bám tro xỉ ta bố trí các ống thưara và so le nhau.

Bảng: Đặc tính cấu tạo dãy PHESTON

STT Tên các đại lượng Ký hiệu và công thức

Đơn vị

74,1

74,1

7

6 Chiều dài mỗi ống L m 6 6 6 6

8 Chiều dày hữu hiệu lớp

bức xạ khói S = 0,9d.(

4.S1 S2π d2 – 1) m 1,3

81,3

81,3

81,3

8

9 Hệ số góc mỗi dãy ống χi tra theo toán đồ 1b,

tài liệu [1]

0,29

0,29

0,29

0,29

Bề mặt hấp thụ nhiệt của mỗi dãy: Hi =πdLZ = π.0,06.6.30 = 33,93 m2

Tổng diện tích bề mặt pheston: Hp = ∑Hi = 4.Hi = 4.33,93 = 135,72 m2Hệ số góc toàn cụm pheston: χ p = 1 – (1 – χ i)n = 1 – (1 – 0,29)4 = 0,746 (Với n là số dãy ống)

Diện tích bề mặt chịu nhiệt bức xạ: Hbxph = Hp χ p = 135,72.0,746 = 101,25 m2