Pbl lò hơi 150 tấn

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 3

1.1 Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa: 3

1.2 Chọn cấu trúc bộ phận khác của lò hơi: 4

1.3 Nhiệt độ khói và không khí: 5

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU 7

2.3 Tính entanpi của khói và không khí: 10

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI 17

3.1 Xác định lượng nhiệt đưa vào lò: 17

3.2 Nhiệt lượng sử dụng hữu ích trong thiết bị lò hơi: 18

3.3 Xác định các tổn thất nhiệt của lò hơi: 19

3.3.1 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học q4 [%]: 19

3.3.2 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi q2 [%]: 19

3.3.3 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q3 [%]: 20

3.3.4 Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh lò hơi q5 [%]: 20

3.3.5 Tổn thất nhiệt vật lý của xỉ thải ra ở đáy buồng lửa q6 [%]: 20

3.4 Hiệu suất lò hơi và lượng tiêu hao nhiên liệu: 20

3.4.1 Hiệu suất nhiệt lò hơi: 20

3.4.2 Lượng nhiên liệu tiêu hao của lò hơi: 20

CHƯƠNG 4: TÍNH NHIỆT BUỒNG LỬA 21

4.1 Xác định các kích thước buồng lửa và bố trí vòi phun nhiên liệu: 21

4.1.1 Thể tích buồng lửa Vbl: 21

4.1.2 Tiết diện ngang của buồng lửa fbl (m 2): 21

4.1.3 Kích thước buồng lửa: 22

4.1.4 Cách bố trí vòi phun trên tường buồng lửa: 23

4.2 Các đặc tính nhiệt của buồng lửa: 27

4.2.1 Nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa: 27

4.2.2 Lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa: 28

4.2.3 Nhiệt độ cháy lí thuyết θa: 28

4.3 Tính trao đổi nhiệt trong buồng lửa một buồng: 29

4.3.1 Hệ số phân bố nhiệt không theo chiều cao buồng lửa M: 29

4.3.2 Dàn ống sinh hơi: 30

4.3.3 Độ đen của buồng lửa: 30

4.3.4 Nhiệt dung trung bình của khói thải: 32

4.3.5 Kiểm tra nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa: 32

4.4 Tính phân phối nhiệt: 32

CHƯƠNG 5: TÍNH NHIỆT CỤM FESTON 36

CHƯƠNG 6: TÍNH NHIỆT THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT 43

6.1 Thiết kế bộ quá nhiệt cấp 2: 44

6.2 Thiết kế bộ quá nhiệt cấp 1: 59

CHƯƠNG 7: TÍNH THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC CẤP 2 64

7.1 Tổng quan về bộ hâm nước: 64

7.2 Cấu tạo: 64

7.3 Tính thiết kế bộ hâm nước cấp 2: 67

CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ CẤP 2 72

8.1 Đặc tính cấu tạo bộ sấy không khí cấp 2: 72

8.2 Tính thiết kế bộ sấy không khí cấp 2: 74

CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC CẤP 1 79

9.1 Đặt tính bộ hâm nước cấp 1: 79

9.2 Tính thiết kế bộ hâm nước 1: 82

CHƯƠNG 10: THIẾT KẾ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ CẤP 1 88

10.1 Đặc tính cấu tạo: 88

10.2 Tính thiết kế bộ sấy không khí cấp 1: 89

CHƯƠNG 1: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG

PHÁP TÍNH TOÁN

1 Sản lượng hơi định mức : Dđm= 150 T/h.2 Áp suất hơi quá nhiệt: Pqn= 6,4 MPa = 64 Bar.3 Nhiệt độ hơi quá nhiệt: tqn = 445 ºC

4 Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi: tnc = 180 ºC.5 Nhiên liệu là than có các đặc tính sau:

Thànhphần

Clv Hlv Nlv Olv Slv Alv Wlv Qlv,

MJ/kg

Phầntrăm (%)

41,82

2,65

3,42

0.87

2,24

Chọn các thông số như sau:

 Nhiệt độ không khí lạnh: tkkl = 30oC (bằng nhiệt độ môi trường) Nhiệt độ không khí nóng: tkkn = 350oC

 Nhiệt độ khói thải: kh t = 130oC

XÁC ĐỊNH SƠ BỘ DẠNG LÒ HƠI

1.1 Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa:

a) Buồng lửa: Để đốt nguyên liệu rắn và công suất trên 25 T/h thì phương án tối ưa nhất là

dùng buồng lửa phun  Theo số liệu cung cấp về loại than sử dụng lò hơi này: Nhiệt độ bắt đầu chảy: t3= 1360°C

 Như vậy t3= 1360°C và hàm lượng chất bốc V=42,5 % nên chọn lò hơi thải xỉ khô

b) Chọn kiểu lò hơi:Chọn lò hơi kiểu chữ π Đây là loại lò hơi phổ biến nhất hiện nay Ở loại này các thiết bị nặng như quạt gió, quạt khói, bộ khử khí, ống khói đều được đặt ở vị trí thấp nhất.

1.2 Chọn cấu trúc bộ phận khác của lò hơi:

a) Dạng cấu trúc 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

b) Dạng cấu trúc bộ quá nhiệt:Chọn bộ quá nhiệt đối lưu Đối với lò hơi có nhiệt độ hơi quá nhiệt từ 510˚C trở xuống thì bộ quá nhiệt thường được đặt ở vùng khói có nhiệt độ dưới 1050℃, thường là đặt ở đoạn đường khói nằm ngang sau cụm ống pheston Ở đây trao đổi nhiệt giữa khói và cụm ống chủ yếu là trao đổi nhiệt đối lưu, nên gọi là bộ quá nhiệt đối lưu

c) 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 1.3.2.3 , tài liệu Sách tính nhiệt, trang 12 ta có: nhiệt độ không khí nóng yêu cầu là 350-420˚C Để thu được không khí nóng có nhiệt độ cao như vậy, cần phải đặt một phần đầu ra của bộ sấy không khí trong vùng khóicó 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 khóicao nên sẽ rất chóng hỏng Bởi vậy để bảo vệ bộ 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 nước

d) Đáy buồng lửa: 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 10 ta có: nhiệt độ không khí nóng yêu cầu là 380˚C Để thu được không khí nóng có nhiệt độ cao như vậy, cần phải đặtmột 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 chónghỏng Bởi vậy để bảo vệ bộ 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 nước. 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 bằng 55˚

1.3 Nhiệt độ khói và không khí:

a) Nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò θth

 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

 Đối với lò hơi có sản lượng trên 75T/h: Độ ẩm quy dẫn: wqd=10

 Tra bảng 1.1, tài liệu Sách tính nhiệt, trang 13 với: Wqd =4-20 ; ta xác định được nhiệt độ khói thải θth= 1300C

b) Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa θbln

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

 Chọn khói ra khỏi buồng lửa θbln=10500Cc) Nhiệt độ không khí nóng

 Buồng lửa thải xỉ khô với than sử dụng là than antraxit 360-380 ℃

 Vậy chọn tkkn=380° C.Sơ đồ cấu tạo tổng thể lò hơi:

Chú thích: 1.Ống góp dưới 2.Vòi phun 3.Buồng lửa 4.Cụm pheston5.Ống góp trên 6.Bao hơi 7.Bộ quá nhiệt đối lưu 8.Bộ hâm nước cấp 2 9.Bộ sấy không khí cấp 2 10.Bộ hâm nước cấp 1 11.Bộ sấy không khí cấp 1

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY

CỦA NHIÊN LIỆU

V0H2O=0,111 Hlv+0,0124 Wlv+ 0,0161Vkko

= 0,111x2,65 + 0,0124x10 + 0,0161x4,466= 0,49; mtc3/kg

-Thể tích khói khô lý thuyết:

Vk kho0 =VRO2+V0N2; mtc3/kg

 Thể tích hơi nước:

VH2O= V0H2O + 0,0161( - 1)V0

KK , m3

tc/kg=0,49 + 0,0161x(1,25-1)x4,466 = 0,508 m3

tc/kg Phân thể tích các khí:

 Khí 3 nguyên tử:

rRO2= VRO2/VK = 0,796/5,949 = 0,134  Hơi nước:

rH2O = V0H2O/VK = 0,49/5,949 = 0,082 Nồng độ tro bay theo khói tính theo thể tích khói:

2.2.3 Xác định hệ số không khí thừa: Hệ số không khí thừa chọn theo bảng 3, PL2, sách Tính nhiệt thiết bị lò hơi ,

trang 176 với buồng lửa phun thải xỉ khô có D ≥ 75 tấn/h chọn hệ số không khí thừa αbl” =1,25 cho than antraxit

 Lượng không khí thừa lọt vào theo đường khói được xác định theo bảng 1, Sách tính nhiệt thiết bị lò hơi trang 174

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

vào loại nhiên liệu đốt, phương pháp đốt và điều kiện vận hành Hệ số không khí thừa tại các vị trí tiếp theo được xác định bằng tổng của hệ

số không khí thừa buồng lửa với lượng lọt vào đường khói giữa buồng lửa với tiết diện đang xét 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

 Lượng không khí ra khỏi bộ sấy không khí

 β"= ”bl - 0 - n =1,25 - 0,1 - 0,1=1,05 Trong đó:

 ∆ 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 = V0

kk(Cp)kk , [kJ/kg]Trong đó:

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

tc

Cp = 1,2866+0,0001201.t: nhiệt độ của không khí, 0C Entanpi của khói lý thuyết được tính:

I0K = VRO2(C )RO2 + V0N2(C )N2 + V0H2O(C )H2O , [kJ/kg]Trong đó:

 C: nhiệt dung riêng, kJ/kgđộ : nhiệt độ của các chất khí, 0

BẢNG 2.2 HỆ SỐ KHÔNG KHÍ THỪA

Đầu vào α'Đầu ra α"

Với nhiệt dung riêng thể tích trung bình phụ thuộc vào nhiệt độ (kJ/m3

tcK)của các khí (theo Sách kỹ thuật cháy):

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

tcoC]N2 : C = 1,2799 + 0,0001107t [kJ/m3

tcoC]H2O: C = 1,4733 + 0,0002498t [kJ/m3

tcoC] Entanpi của tro bay:

Itr =

.100

lvb

a A

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

IK = I0K + (-1).I0

kk +Itr , [kJ/kg]Trong đó Itr được kể đến khi Itr = 103.ab.Alv/Qt

lv > 6 Mà Itr = 103.ab.Alv/Qt

lv = 103x0,95x39/17750= 2.08 < 6 nên ta bỏ qua

tc/kg64.606 61.49

360.15

559.08

458.05

057.05

256.08

811 Thể tích không khí lý

kk0,0889(Clv + 0,375Slv) +

0,265Hlv - 0,033Olvm3

tc/kg4.4664.4664.4664.4664.4664.4664.46612 thể ích 3 nguyên tử khí lý

0,01866(Clv+0,375Slv) m3tc/kg0.7960.7960.7960.7960.7960.7960.79613 Thể tích hơi nước lý

H2O0.112Hlv+0.0124Wlv+0.0161V0

kkm3

tc/kg0.490.490.490.490.490.490.4914Thẻ tích N2 lý thuyếtV0

BẢNG 2.4 ENTANPI CỦA KHÓI VÀ KHÔNG KHÍ LÝ THUYẾTNhiệt

BẢNG 2.5 ENTANPI CỦA SẢN PHẨM CHÁY

θ(0C) Hệ số không

khí thừa α

1.20 1.28 1.29

51.32 1.34

5

1.37 1.39

5Thông số BL&

PT

BQN2

BQN1

BHN2

BSKK 2

BHN1

BSKK 1Entan

651816.2

31

3001772.0

652057.5

472713.2

492757.5

50

400 2384.2

082779.2

43

903601.7

953661.4

00

5003007.0

793518.8

654556.2

424631.4

6003640.6

774276.2

555441.2

715532.2

7004285.0

025051.6

096315.6

846422.8

8004940.0

555844.8

767302.1

9005605.8

356656.0

11

7777.177

8225.644

8309.7

10006282.3

427485.0

59

8741.528

9244.115

9338.3

1100 6969.577 8332.006 9725.922 10283.48

81200 7667.539 9196.852 10730.35

9

11343.763 1300 8376.228 10079.59

6

11754.841 1400 9095.645 10980.23

8

12799.367 1500 9825.789 11898.77

160010566.66

1

12835.217

14948.550 170011318.25

9

13789.555

16053.207 180012080.58

6

14761.791

17177.908 190012853.63

9

15751.925

18322.653 200013637.42

0

16759.957

19487.441 210014431.92

9

17785.888

20672.274 220015237.16

4

18829.718

21877.150

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 lò Qđv 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 – Qđ

Trong 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 = 17750 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)[Kj

kg]

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 quánhiệt 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 = 150T/h Tra bảng 22, trang 245, Bài tập cơ sở Kĩ thuật nhiệt với pqn = 6.4 Mpa và tqn = 445℃, ta có iqn = 3282,9252[kJ/kg]

Tra bảng 16, trang 231, TL 4 với tnc= 180℃, ta có inc = 763.1 [kJ/kg]Suy ra:

Qhi =150.103/3600.(3282,9252-763,1) = 377,97.106 [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:

3.3.1 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học q4 [%]:

 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 = 150 T/h nên theo bảng 3, trang 176, Sách tính nhiệt thiết bị lò hơi, ta có q4 = 5%

q4 =Q 4Q đv 100 <=> Q4 =q 4 Q đv100 = 5 x 17750100 = 887,5[kJ/kg]3.3.2 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi q2 [%]:

 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)

Trong đó:  Ith: Entanpi của khói thải, [kJ/kg] với θth =130℃, αth =1,48 Dựa vào bảng

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 = 1177,4128 kJ/kg I0

kkl: entanpi không khí lạnh ở nhiệt độ tkkl = 300Cvà α=1, có

I0kkl = Ckkl .tkkl.V0

kk

Trong đó:  Ckkl: Là nhiệt dung riêng của không khí lạnh [kJ/m3

tc]Ckkl = 1,2866 + 0,0001201.tkkl

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

 V0kk: Thể tích không khí lí thuyết [m3

tc/kg]Suy ra:

I0kkl = (1,2866 + 0,0001201x30)x30x4,466 = 172,865 [kJ/kg]Suy ra:

q2 = (1177,4128−1,02 x 172,865) x (100−5)

Q2 = q 2 Qđv

100 =4,997 x 17750100 = 886,989 [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 = 150 T/h nên theo bảng 3, trang 176,TL1, ta có q3 = 0

Q3 = q 3 Qđv.

100 = 0 x 21770100 = 0 [kJ/kg]

3.3.4 Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh lò hơi q5 [%]:

Theo đồ thị q5 = f(D) hình 3-1, trang 34, tài liệu 1, với D = 150 t/h, ta được q5

= 0,52 %3.3.5 Tổn thất nhiệt vật lý của xỉ thải ra ở đáy buồng lửa q6 [%]:

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 = 39 < 2,5.17,750

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 – 4,997 – 0 – 5 – 0,52 – 0 = 89,483%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]= 377,97 x 106

0 ,895 x17750= 23797,064 kg/h= 6,61 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)

= 23797,064x(1 – 1005 ) = 22607,21 kg/h= 6,28 kg/s

CHƯƠNG 4: TÍNH NHIỆT BUỒNG LỬA

4.1 Xác định các kích thước 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

4.1.1 Thể tích buồng lửa Vbl: 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 mặt phẳng đáy buồng lửa

 Thể tích Vbl để cháy kiệt nhiên liệu với αmin phụ thuộc loại nhiên liệu, phươngpháp đốt:

ta chọn qv = 120 kW/m3

Suy ra :

Vbl=6,28 x 17750120 = 928,884 m3

4.1.2 Tiết diện ngang của buồng lửa fbl (m2):

 Tiết diện ngang của buồng lửa được tính theo đường trục các ống của các dànsinh 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 4.1a và 4.1b

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

Suy ra qftt = 0,7.3500 = 2450 kW/m2

fbl= 6,28 x 177502450 = 45,498 m2

4.1.3 Kích thước buồng lửa: 4.1.3.1 Chiều sâu buồng lửa b: Khi bố trí vòi phun nhiều tầng ở buồng lửa thải xỉ khô , chiều sâu buồng lửa

phụ thuộc vào số tầng vòi phun và có giá trị như sau :

Sau khi xác định tiết diện ngang và chiều sâu buồng lửa, ta tìm được chiều rộng buồng lửa:

a= fbl/b ; m =45,498/7,14 = 6,372 m4.1.3.3 Xác định chiều cao buồng lửa:

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

 Theo TL 1, trang 45, đối với buồng lửa phun có D = 150-230 T/h thì lnl = 16m ta chọn lnl= 15m

14- Vậy giá trị chiều cao buồng lửa Hbl ít nhất phải có giá trị ≥ 16 [m]

lnl=l1+l2+l3

Ta có l1=b

2=7,14

2 =3,57 m

l

3=2

√(b

2)2

+(12

b

cos 50)2

−2 x b2 (12∗b

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 phunđến bắt đầu mặt nghiêng của phễu

 Vì là buồng lửa thải xỉ khô nên phần dưới của buồng lửa được làm dưới dạngphễu 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*= 6,372 x 1,0 = 6,372 [m×m]

Trong đó:  a là chiều rộng buồng lửa  b* là cạnh ngắn của lỗ hình chữ nhật, được chọn theo TL1, trang 48

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

Vpl= (b + b+b2 ')h pl4 a m3

Trong đó: hpl là chiều cao phễu tro lạnh được tính:

hpl = 0,5x(b – b’)tgαVới: b’ là cạnh ngắn của lỗ thu xỉ hình chữ nhật, b’ = b* = 1,0

α là góc nghiêng của tường phễu tro lạnh hợp với phương ngangThay số ta có: hpl = 0,5x(6,372-1)xtg550 = 3,836 m

Và Vpl = (6,372 + 6,372+ 12 ) 3,8364 x7,14= 68,87 m3

 Do 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’’xhm =

7,14x(6,372-0,7)x7,7 = 311,835 m3  Thể tích vùng lăng trụ của buồng lửa được tính:

Vltr = Vbl - Vpl -Vvt = 922,82-68,87-311,835 = 542,115m3

 Chiều cao phần lăng trụ của buồng lửa được xác định:

hltr = V ltrf

bl = 535,98545,498 = 11,92 m Chiều cao tính toán của buồng lửa:

hbltt = 0,5xhpl + hltr + hvt = 0,5x3,836+ 11,78 + 7,7 = 21,534 m (tính từ nữa phễu tro lạnh đến hết chiều cao cụm pheston)

 Diện tích bề mặt các tường buồng lửa:

F = 2Fb + Fs + Ft = 2x149,837+94,439+139,043 = 536,829m2

4.2 Các đặc tính nhiệt của buồng lửa:

4.2.1 Nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa: Sự truyền nhiệt cho các dàn ống sinh hơi đặt trong buồng lửa chủ yếu là do

bức xạ của tâm ngọn lửa có nhiệt độ cao, của các hạt tro nóng và các khí 3 nguyên tử choán đầy buồng lửa (chứa đầy trong thể tích buồng lửa)

 Lượng nhiệt truyền trong buồng lửa được xác định bởi hiệu giữa nhiệt lượng sinh ra hữu ích trong vùng cháy và entanpi của khói ở cửa ra khỏi buồng lửa. Nhiệt lượng sinh ra hữu ích trong buồng lửa ( tính cho 1kg nhiên liệu rắn hay

lỏng hoặc 1 m3 nhiên liệu khí):

Qbl = Qtlv100−¿ ¿ + Qkk –Qkkng+r Ikttn

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 Ikttn: nhiệt lượng của khói tái tuần hoàn mang vào buồng lửa Ikttn = 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). I0

kkn + (bl + ng). I0

kkl

 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 I0

kkn = (Cθ)kkn.Vkk0 = (1,2866 + 0,0001201x380)x380.4,466 = 2260,914kJ/kg

 I0kkl = (Cθ)kkl .Vkk0 = (1,2866 + 0,0001201x30)x30x4,466 = 172,861 kJ/kg

Qkk = (1,25-0,1-0,1)x2260,914 +(0,1+0,1)x172,861 = 2408,532 [kJ/kg]

Qbl=Qtlv100−q4

100−q4 + Qkk= 2408,532 +17750 x100−5

100−5= 20158,532 kJ/kg4.2.2 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+qq5−q 5 (Công thức 4-26 trang 56, TL 1)

89,483+0,52 = 0,994I”bl : Entanpi đầu ra của buồng lửa Chọn theo θ”bl =1050℃ ta được I”bl =9273,84 kJ/kg theo bảng 2.5 chương 2

Suy ra:

Qbx = 0,994.(20158,032 – 9273,84) = 10821,805 kJ/kg4.2.3 Nhiệt độ cháy lí thuyết θa:

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

4.3 Tính trao đổi nhiệt trong buồng lửa một buồng:

4.3.1 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 củabuồng lửa Giá trị của M khi đốt các dạng nhiên liệu khác nhau bằng vòiphun sẽ khác nhau

 Đối với buồng lửa đốt nhiên liệu là than antraxit theo công thức 4-28b, trang57, TL1:

M=0,56-0,50.Xbl

 Theo công thức 4-29, trang 57, 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) Bằng hbl= 21,534m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+q n 2 B2 h vp2n 1 B1+q n 2 B2Với B1,B2: Nhiên liệu cấp qua mỗi tầng[kg/s]

B1=B2=6,28/2 = 3,14 [kg/s] hvp1, hvp2:Chiều cao vị trí đặt vòi phun của tầng 1 vàtầng 2

n1,n2 : Số vòi phun mỗi tầng

hvp=2 ×3,14 ×3+3× 5,58× 3,14

(3 ×3,14+3× 3,14) = 3,925 m

Suy ra Xbl = 21,5343,925 = 0,18Suy ra:

M= 0,56-0,5x0,18 = 0,4694.3.2 Dàn ống sinh hơi:

 Bước ống của dàn ống sinh hơi ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ tường lò và đảm bảo quá trình cháy ổn định

 Lò sản xuất hơi có áp suất không lớn lắm nên chọn ống d = 60mm. Bước ống trong buồng lửa s = 1,25d = 75mm

 Khoảng cách từ tâm dàn ống sinh hơi đến tường e = 0,8d =48m Hệ số góc tường của dàn ống: tra toán đồ 1a tài liệu 1 cho e=0,8d và s/d=1,25

ta được hệ số góc χ= 0,9754.3.3 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 nhiệt của các bề mặt dàn ống ψtb Đối với buồng lửa phun ta có:

Suy ra Ψtb = 0,45x0,975 = 0,439 anl: Độ đen của ngọn lửa Vì đốt nhiên liệu là than antraxit nên ta có

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

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

 s: Chiều dài hiệu quả của lớp bức xạ trong buồng lửa, theo công thức4-41, trang 63, TL 1 ta có công thức:

s= 3,6V blF = 3,6 x 922 x 82¿

536,829 ¿ = 6,23 ma- Hệ số là yếu bởi môi trường buồng lửa k= kr.rk+ktr.❑tr+kc x1 x2

b- Hệ số là yếu bức xạ bởi môi trường khói kk rk=( 7,8+16 rH2O

√rk s 1)(10,37 Tbl”

1000) rk

=( 7,8+16.0,082

√0,215 x 6,191)(10,371323

rk: Phân thể tích khí 3 nguyên tử rk = 0,215 c- Hệ số là yếu bức xạ bởi các hạt trọ bay lơ lửng trong môi trường buồng

lửa được xác định theo công thức:

ktr.❑tr=4300 k 3 ❑tr

√Tbl' '2 dtr2

Trong đó:

 dtr, [m¿là đường kính trung bình của các hạt tro, được xác định bởi dạngnhiên liệu đốt và kiểu máy nghiền than(bảng 4.9)

 k=1,3kg/m3 là khối lượng riêng của khói;❑tr là nồng độ thứ nguyên của tro trong khói ( chương 2 ) dtr là đường kính trung bình của các hạt tro xác định theo bảng 4.9 trang

64 tài liệu 1, dtr = 13µmSuy ra ktr.❑tr=¿ 4300 x 1,3 x 61,998 x 10−3

3

√13232x 132 = 0,54d- Hệ số làm yếu bức xạ bởi các hạt cốc đang cháy kc; lấy tùy thuộc vào

dạng nhiên liệu đốt.Đối với nhiên liệu có ít chất bốc (antraxit, nửa antraxit, than gầy) lấy kc=1Đối với nhiên liệu kém phản ứng (antraxit, nửa antraxit, than gầy) x1=1Khi đốt nhiên liệu trong buồng lửa phun lấy x2=0.1

Suy ra k = 0,754+0,54+0,1=1,394 Suy ra:

anl = 1-e-1,394x0,1x6,23 = 0,329Suy ra abl= 0,329+(1−0,329 ) x 0,4390,329 = 0,5804.3.4 Nhiệt dung trung bình của khói thải:

Theo công thức 4-73, trang 75, TL 1

❑T=|1059−1050|

1059 =0,0095<5 %

Do θ”bl lệch không quá 5% so với giả thiết nên không cần tính lạiVậy nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là θ”bl=1059 0C khi đó entanpi khóithải : I”bl ≈ 8779,0 kJ/kg

Vậy Qbx = (Qbl – I”

bl) = 0,994x(20158 x 532-8779) = 11313,79 kJ/kg 4.3.6 Tính nhiệt và kết cấu các bề mặt truyền nhiệt của lò hơi:

4.4 Tính phân phối nhiệt:

Phân phối nhiệt lượng cho từng bề mặt đốt

Tổng lượng nhiệt hữu ích trong lò hơi Qhi=Dqn.(iqn – inc)kw

Độ sôi của bộ hâm nước

Entanpi nước cấp khi vào bộ hâm nước Tính phân phối nhiệt

Lượng không khí ra khỏi bộ sấy không khí β"skk=α"bl-Δαbl-Δαng1.05

Entanpi của khói và không khí ở 380°C Ikkn

Lượng không khí đi vào bộ sấy không khí βtbskk=β"skk+0.5Δαskk1.065

Tổng lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí Qskk=βtbskk.Btt(Ikkn-Ikkl)kW

Nhiệt lượng hấp thụ của bộ hâm nước cấp II Qhn2=Qhn-Qhn1kW3406.69483

Lượng nhiệt của bộ sấy không khí cấp một nhận được , kW Qskk1 = Btt.(β"

skk1+(Δɑskk1/2)).(I"

Entanpi khói sau bộ hâm nước cấp haii, kJ/kg

I"hn2 = I"qn1 + Δɑhn.Ikkl- (Qhn2/

5134.82301

7

Nhiệt độ khói sau khi qua bộ hâm nước cấp hai, 0C θ”hn2°C565.9

Entanpi khói sau bộ sấy không khí cấp hai, kJ/kg

I"skk2 = I"hn2 + Δɑskk.Ikkl-

Nhiệt độ khói sau khi qua bộ sấy không khí cấp hai, 0C θ”skk2 °C433.7

Entanpi khói sau bộ hâm nước cấp một, kJ/kg

I"hn1 = I"skk2 + Δɑhn1.Ikkl- (Qhn1/.Btt) kJ/kg

2426.16209

5

Entanpi khói sau bộ sấy không khí cấp một, kJ/kg

I"skk1 = I"hn1 + Δɑskk1.Ikkl- (Qskk1/.Btt) kJ/kg

1395.40646

2

Nhiệt độ khói sau khi qua bộ sấy không khí cấp một, 0C θ”skk1 °C134.34

CHƯƠNG 5: TÍNH NHIỆT CỤM FESTON

Xác định đặt tính cụm festoon, lượng nhiệt nhận được từ khói và nhiệt độ khói sau cụm feston

Đặt tính cấu tạo của cụm feston:

Thiết kế dãy pheston:Dãy ống pheston chính là các ống của dàn ống sinh hơi tường sau nối với bao hơitạo thành cụm ống thưa hơn để cho khói đi ra khỏi buồng lửa Nó nằm ở đầu rabuồng lửa có nhiệt độ rất cao nên ta bố trí các ống thưa ra để tránh hiện tượng đóngxỉ, muội khô, mồ hóng Trong thiết kế này cụm pheston được bố trí thành 4 dãy, đểtránh bám tro xỉ ta bố trí các ống thưa ra và so le nhau

Bảng: Đặc tính cấu tạo dãy FESTON

Công thứcĐơn vịKết quả

Nhiệt độ khói ra sau cụm pheston

qpt’’

Nhiệt độ trung bình khói qua feston

θtbpt

kJ/kg

Ibl’’ 9362.8082

4

9362.80824

Entanpi khói sau pheston

Ipt’’

kJ/kg

Ipt’’ 9066.2 8558.301Độ giáng entanpi

trước và sau pheston

ΔIpt kJ/

kg

ΔIpt=I''bl I''pt

Lượng nhiệt khói truyền đi ứng với 1kgnl

Qcb

k

kJ/kg

Qcbk=j(ΔIpt+Δα.Ikkl0)

Truyền nhiệt

Nhiệt độ hơi bảo hòa ở pheston

tbh 0C Tra bảng nước

và hơi nước bãohòa với p= 64 bar

279.764 279.764

Hiệu số nhiệt độ giữa khói và vách ống

Δt1 °C Δt1 = θtb – tv 764.236 749.236

Độ chênh nhiệtđộ của khói qua cụm pheston

thể tích của khói

vk

Tiết diện lưu thông của khói

F

Độ chênh nhiệtđộ trung bình

21

21

ttln

tt





226.7784857

272.996165

Tốc độ trung bình của khói qua pheston

9Thành phần

thể tích hơi nước trong khói

Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử

phân thể tích của các khí

rn

Nồng độ tro bay theo khói

kg/mtc3 Bảng 2.3 64.915 64.915Hệ số tỏa nhiệt

từ khói đến vách ống

α1=αđl = CsCzCɵ αH

W/m2K tra toán đồ 12 36.19188 36.19188

aH

ttb