Thiết kế lò hơi đốt nhiên liệu lỏng sản lượng 160 tấnh

Nó là một thiết bị không thể thiếu được trong nhà máy nhiệt điện , lò hơi cũng được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác Ở nước ta hiện nay thường sử dụng loại lò hơi hạ áp vàt

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng mà chủ yếu là điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong sự phát triển kinh tế của mỗi nước Hiện nay ở nước ta cũng như hầu hết các nước khác trên thế giới, lượng điện năng do nhà máy nhiệt điện sản xuất ra chiếm tỷ lệ chủ yếu trong tổng lượng điện năng toànquốc Trong quá trình sản xuất điện năng,lò hơi là khâu quan trọng đầu tiên có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi Nó là một thiết bị không thể thiếu được trong nhà máy nhiệt điện , lò hơi cũng được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác

Ở nước ta hiện nay thường sử dụng loại lò hơi hạ áp vàtrung áp,vì thế việc nghiên cứu đưa các lò hơi cao áp vào sử dụng là rất hợp lý

Trong kỳ học, này em được giao nhiệm vụ thiết kế lò hơi

đốt nhiín liệu lỏng sản lượng 160tấn/giờ.Với sự giúp đỡ và

hướng dẫn của thầy giáo:PGS ,TS: Hoăng Ngọc Đồng cùng với việc nghiên cứu các tài liệu khác, em đã hoàn thành được bản

thiết kế này Tuy nhiên trong quá trình thiết kế không tránh khỏi những sai sót, em kính mong sự đóng góp ý kiến và chỉ bảo của các thầy cô giáo , em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày 05 tháng 6 năm 2010

Người thiết kế

Dương Trí Dũng

PHẦN I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1 Sản lượng định mức của lò hơi: Ddm = 160 t/h

2 Thông số hơi:

- Aïp suất của hơi ở đầu ra của bộ quá nhiệt: pqm = 96bar

- Nhiệt độ của hơi ở đầu ra của bộ phận quá nhiệt: tqn = 540oC

6 Nhiệt độ khói thải:  th = 160o C

7 Thành phần nhiên liệu:

Thành

lv Hlv Nlv Olv Slv Alv

Hình 1 :

1 : Bao hơi

2 : Bộ pheston 7:Bộ sấy không khí

3 : Bộ quá nhiệt cấp II 8 : Dàn ống sinh hơi

4 : Bộ giảm ôn 9 : Vòi phun

5 : Bộ quá nhiệt cấp I 10 : Ống góp dưới

6 : Bộ hâm nước 11 : Phần đáy thải xỉ

12 : Đường khói thoát

13 :Bô quâ nhiệt nữa bức xạ

PHẦN II XÁC ĐINH CẤU TRÚC  CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

Trước khi tính toán cần xác định sơ bộ dạng lò hơi gồm :

 Chọn lò hơi đốt dầu FO buồng lửa phun

 Một bao hơi

 Dạng đường khói đi : hình chữ 

 Bộ quá nhiệt đối lưu nữa bức xạ, bố trí hỗn hợp với dòng khói

 Bộ hâm nước và bộ sấy không khí đều bố trí một cấp đặt xen kẽ nhau Theo đường khói đi bố trí như sơ đò cấu trúc

 Tiến hành tính toán phụ

 Đây buồng lữa dạng đây bằng

TÍNH TOÁN PHỤ

1 Cân bằng không khí :

Hệ số không khí thừa  phụ thuộc vào loại nhiên liệu đốt, loại thiết bị buồng lửa và điều kiện vận hành Trong thiết kế này chọn : ,

bl

 = bl = 1.1

Hệ số không khí lọt chọn theo bảng (2.1)/ HDTK lò hơi cua Hoăng Ngọc Đồng như sau :

- Buồng lửa Δαbl = 0,05 (do D > 120 t/h)

- Cụm pheston  bl= 0

- Bộ quâ nhiệt nữa bức xạ :  bl= 0

- Bộ quá nhiệt đối lưu l: do D > 120 t/h nên + Cấp I : ΔαqnI = 0,025

Công thức xác định hệ số không khí thừa đầu ra : ,,= α, + 

STT Tên bề mặt đốt

Hệ số không khí thừa

Đầu vào

'



Đầu raα”

3 Bộ quá nhiệt nữa bức xạ 1,1 1,1

4 Bộ quá nhiệt đối lưu cấp II 1,1 1,125

5 Bộ quá nhiệt đối lưu cấp I 1,125 1,15

(0 = 0,05 : lượng không khí lọt vào buồng lửa )

2 Thể tích không khí lý thuyết ( V0

kk ) Tất cả các tính toán về thể tích , entanpi của không khí và sản phẩm cháy đều tiến hành tính toán với một Kg nhiên liệu rắn :

- Lượng không khí khô lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu rắn :

V0

kk = 0,0889 (Clv+ 0,375 Slv) + 0,265 Hlv - 0,0333 Olv

= 0,0889 ( 85,88 + 0,375.2,45) + 0,265.10,95 - 0,0333.0,4

= 10,604 m3tc/kg

3 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết ( = 1)

Khi quá trình cháy xảy ra hoàn toàn thì sản phẩm cháy bao gồm :

CO2 , SO2 , N2 , và H2O Trong đó hỗn hợp (CO2 , SO2 , N2) gọi chung là khói khô , ký hiệu là V0

= 0,79 10,604 + 0,8

100

32 , 0

= 8,379 m3tc/kg

- Xác định lượng hơi nước lý thuyết trong khói V0

Trong đó : V0

kk : Thể tích của không khí lý thuyết, ( m3tc/kg)

Ckk : Nhiệt dung riêng các loại khí , (kj/m3tc)

kk: Nhiệt độ các loại khí , (0C)

- Entanpi của khói lý thuyết ( Bảng 3-2_TBLH)

Q2

lv t

l kk th

th k

Q

q I

I   100 4

=Với: Ith

-e Tính q6 : q6 =  

lv t

lv tr ã

Q

A C

= 0

Vì đđy lă lò đốt dầu nín không co xỉ

f Tính lượng nhiệt sử dụng hữu ích

Qhi = Dđm (iqn- inc) =

3600

10

(3370- 945) = 107777,77KW Với : iqn= 3370 KJ/kg , tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt ở pqn

=96 bar ,

tqn

= 540 0C

inc = 945KJ/kg Ở tnc = 225 0C , pnc = 1,1pqn = 105,6

Bảng 2 : Đặc tính của sản phẩm cháy

STT Tên đại lượng và côngthức tính hiêKí

ûu Đơn vị

B.Lửa

&

Pheston

BQNcấpII

5 ,

Vth m3

3

Thể tích hơi nướcthực tế

0 0

K b

lv a V

a A

Bảng 4 - Cân bằng nhiệt và tính lượng tiêu hao nhiên liệu

của lò hơi

5 q4 % Chọn theo cấu tạo buồng lửa ,

6 q3 % Chọn theo buồng lửa , nhiên liệu

)()q100).(

I I

lv t

kk th

9147,0.40150

3600.77,107777

3600





t

lv t

hi Q

PHẦN III THIẾT KẾ BUỒNG LỬA

1 Chọn kiểu vòi phun : chọn vòi phun tròn với số lượng 8 vòi

và được bố trí ở hai tường bên

Các vòi phun được đặt ở 2 tường bên, mỗi bên 4vòi phun như hình vẽ

+ Khoảng cách từ trục vòi phun đến đây buồng xĩ x = 3000,mm do + Khoảng cách giữa hai dêy vòi phun lă 2,7m

+ Công suất mỗi vòi phun lă :

Vp =

v

tt n

B

=

8

95 , 10564

=1320,6 kg/hChiều cao trung bình mỗi vòi phun :





2 2 1 1

2 2 2 1 1 1

B n B n

h B n h B

2 6 , 1320 4

7 , 5 6 , 1320 4 3 6 , 1320

=4,35

2 Thể tích buồng lửa V bl :

Để xác định thể tích buồng lửa thì trước hết ta cần phảixác định nhiệt thế thể tích của buồng lửa

bl

lv t tt

Q B



v

lv t tt bl

q

Q B

Trong đó : Btt : Lượng nhiên liệu tiêu hao [kg/s]

Qtlv : Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệuCũng như các thiết bị buồng lửa khác, buồng lửa phun phải đảm bảo cháy hoàn toàn nhiên liệu với hệ số  nhỏ nhất Khói sinh ra trong buồng lửa phải được làm lạnh khi ra khỏi buồng lửa

Tất cả các yếu tố trên chịu ảnh hưởng trực tiếp ở kích

thước bề mặt hấp thụ nhiệt đặt trong buồng lửa và thể tích buồng lửa, thể hiện ở nhiệt thế thể tích qv

Khi bề mặt hấp thụ nhiệt bằng bức xạ trong buồng lửa quá bé, nhiệt độ khói thải ra khỏi buồng lửa sẽ lớn

Khi kích thước của buồng lửa càng lớn thì vốn đầu tư cho buồng lửa càng tăng, do khi ấy phải tăng chi phí cho việc bảo ôn, khung lò Vì vậy, để giảm giá thành của buồng lửa thì cần phảigiảm Vbl tới mức tối thiểu, nghĩa là phải chọn qv tới mức lớn nhất cho phép Nhưng nếu qv quá lớn thì q3 và q4 sẽ tăng lên Do đó, việc chọn qv phải dựa trên chỉ tiêu kinh tế là chính

Theo bảng 4-3 LH trang 115 ta chọn qv = 250.103 W/m3

3

3

84 , 486 3600

10 250

10 40150 023 , 10913

m

V bl  

Thể tích buồng lửa giới hạn bởi mặt trong của các tường buồnglửa.

3 Xác định kích thước buồng lửa :

Gọi a, b là chiều rộng và chiều sâu của buồng lửa Theo tiêu chuẩn thiết kế : khi đặt vòi phun tròn ở tường bên thì a = m D

m = 1 : D = (120  230) t/h

3600

10 160

5 Thể tích buồng lửa theo kết cấu đã chọn :

6 Tính chiều dăi ngọn lữa L :

2 =2,3

l2 =11,7- 3= 8,7

=>L =3,1+2,3+8,7 =14,1m

Vơí lò hơi sản lượng D=160T/h thì chọn L= (14-16) m

Vậy ta không cần thiết kế lại kết cấu buồng lửa

6 30

60 2,6

3,5

2,6 4

11,2

3

Khoảng cách từ tâm ống đến tường e = (0,8 1) d

Để cải thiện quá trình cháy ở 4 góc buồng lửa, ta vát 4 góc

tường buồng lửa như hình 3

- Số ống ở tường trước và sau : 1 99 , 4

75

60 2 7500

Bảng 5 : Đặc tính cấu tạo của dàn ống sinh hơi

S

T

T Tên đại lượng

Kí hiê ûu

Đơ

n

Vị

Tườngtrước

Tườngsau

Tườngbên

Pheston

E

mm

Bảng 6 - Tính truyền nhiệt buồng lửa

STT Tên đại lượng hiệuKí Đơn vị Công thức tính hay cơ sở chọn Kếtquả chúGhi

2 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt bức xạ Hbx m2 Bảng 5 344,94

-bl

bx F

H

8 Nhiệt độ không khí nóng tn

9 Enthalpi của không khí nóng In

10 Nhiệt độ không khí lạnh tl

11 Enthalpi của không khí lạnh Il

12 Hệ số không khí thừa của bộ sấykhông khí S’’ - bl - bl - ng 1,05

13 Nhiệt lượng không khí nóng mang vào buồng lửa Qn

16 Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ của khói S m

bl

bl F

V

6 ,

19 Hệ số bám bẩn qui ước dàn ống  - Bảng (10-1)/TBLH 0,6

Bảng 6 - Tính truyền nhiệt buồng lửa(tiếp theo)

STT Tên đại lượng hiệuKí Đơn vị Công thức tính hay cơ sở chọn Kếtquả chúGhi

20 Hệ số hiệu chỉnh phụ tải nhiệt m - Đối với lò đốt dầu chọn 0,55

23 Độ đen ngọn lửa (đốt nhiên

25 Độ đen buồng lửa

abl

-

)1(

.82,0

nl nl

nl a a

a





0,969

26 Vị trí tương đối giữa điẻm cao

nhất và điểm thấp nhất của

ngọn lửa

-bl

vp H

22

7

Hệ số phụ thuộc vào vị trí

tương đối của điểm có nhiệt độ

0,4864

29 Enthalpi của khói ở đầu ra buổng

t

I Q

Vậy, nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là ”bl = 1150 C và ta có I”bl = 20371,64KJ/Kg (tra bảng 3).

Lượng nhiệt truyền bằng bức xạ của buồng lửa là :

Qbl

bx = (Qtd - I”bl) = 0,99 (43383,45 - 20371,64)

= 22781,62 KJ/Kg

PHẦN IV THIẾT KẾ BỘ QUÂ NHIỆT NŨA BỨC XẠ

Do nhiệt độ hơi đầu ra của BQN lă :5400C >5300C nín đòi hỏi bộ quâ nhiệt ở vùng khói có nhiệt độ cao đặt ở trín buồng lữa trước cụm feston gọi lă bộ quâ nhiệt nữa bức xạ

T

T

Tên đại lượng Kí

hiệu Đơn vị Công thức tính Kết quả

6 Bước ống tương đối dọc  2 mm

5,12

0

51

1 Diện tích bề mặt bức xạ của tấm 1 Hbx m2

Hbx = Hv

p t

t H H

F F F





15,0451

3 Tiết diện lưu thong của hơi quá nhiệt fh m2

F F

F F

8 , 1

s bqn

l  

0,211

1

6

Phụ tải nhiệt của các tấm

quá nhiệt đặt ở đầu buồng

t bx B

7 Hệ số góc từ tiết diện đầu vào đến đầu ra BQN t



t

 =

1 2

1

1 ) (

s

l s

v bx

B

T H a a



 5,67.10 )

BQN nữa bức xạ thu được

tư buồng lữa

1 Lượng nhiệt hấp thụ của BQN tấm và diện tích phụ

theo cân bằng nhiệt

- BQN

- Dàn ống phụ

Qc

Qt c

Qp c

KJ/Kg Qc= (I ‘ - I”)

ChọnChọn

1918,2

1700174

6 Nhiệt độ hơi đầu ra t“

F

V B

.273.3600

)273.(



t c

t bx

H t

t dr

Q

Q

t c

t dr

Q

PHẦN V THIẾT KẾ DÃY PHESTON

1 Đặc tính cấu tạo dãy pheston :

Dãy pheston do dàn ống sinh hơi ở tường sau của buồng lửa làmnên Vì nó nằm ở đầu ra của buồng lửa có nhiệt độ cao nên ta

kéo thưa các ống ra để tránh hiện tượng đóng xỉ,muội khô,mồ hóng Bước ống ngang và bước ống dọc của nó được chọn theo tieu chuẩn thiết kế Trong thiết kế này, cụm pheston chia làm 4 dãy như hình 4

+ Bước ống ngang S1 = 4S = 4.75 = 300 mm

+ Chọn bước ống dọc S = 250 mm

Hình 4 - Bố trí pheston

 Đặc tính cấu tạo dêy pheston : xem bảng 7

2 Tính truyền nhiệt dãy pheston :

Mục đích là để xác định lượng truyền nhiệt đối lưu Qđl

p và nhiệt độ khói ra sau dãy pheston

Bảng tính : xem bảng 8

Bảng 7 : Đặc tính cấu tạo của dãy pheston

hiệu Đơnvị Công thức hay cơ sởchọn 1 Thứ tự dãy ống2 3 4

)6,10

82,2

Chiều dày tiết diện ngang

Bảng 8 - Tính truyền nhiệt đối lưu dãy pheston

Đồ án môn học lò hơi

Dương Trí Dũng Trang 30

CÂN BẰNG NHIỆT

1 Nhiệt độ khói ra sau bộ quâ nhiệt nũa bức xạ ” oC Bảng 6 1040

3 Nhiệt độ trung bình cụm pheston tb oC 1/2 (”+ ”P) 1030

4 Enthalpi khói sau bộ quâ nhiệt nữa bức xạ I” KJ/Kg Bảng 3 19314,9

4

5 Enthalpi khói sau pheston I”p KJ/Kg Bảng 3 (với  =1,1) 18505,9

2

6 Độ giáng enthalpi trước và sau pheston Ip KJ/Kg I” - I”P 809,02

7 Lượng nhiệt khói truyền đi ứng với 1 kg nhiên liệu Qk

p KJ/Kg  (IP + αIo

TÍNH TRUYỀN NHIỆT

8 Nhiệt độ hơi bão hoà ở pheston tbh oC Bảng hơi nước 335,1

9 Tỉ số chênh lệch nhiệt độ trung bình

b t

bh qn

t t

t t





"

' '

1,18

10 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình tp oC tP = tb - tbh 694,9

11 Tốc độ trung bình của khói qua pheston k m/s 

3600

P

K tt F

V

6,72

12 Thành phần thể tích hơi nước trong khói rH2O - Bảng 2 0,143

13 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử trong khói rn - Bảng 2 0,244

m3

15 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách ống dl W/

m20C dl  1 , 163 Cs Cv1 t dl 45,92

Bảng 8 - Tính truyền nhiệt đối lưu dãy pheston(tiếp theo)

Công thức tínhhay cơ sở chọn Trị số

16 Lực hấp thụ khí 3 nguyên tử 10Pn

S Mnn/m2 rn s = 0,244.0,915 0,22Hệ số làm yếu bức xạ khí 3

- Xác định lượng nhiệt hấp thụ của từng bề mặt đốt.

- Xác định nhiệt độ khói trước và sau bề mặt đốt

Từ kết quả tính toán ta sẽ kiểm tra :

+ Nhiệt giáng entanpi trong từng bề mặt đốt có thích hợpkhông ?

+ Độ sôi của bộ hâm nước có thích hợp không ( ≤ 2%)

+ Đồng thời kiểm tra phân tích tính toán trước có thích hợpkhông

 Nội dung tính toán :

1 Tổng lượng nhiệt hấp thụ hữu ích của lò hơi :

bx p H

89 , 44 10 781 , 22

4 Luợng nhiệt hấp thụ bức xạ từ buồng lửa của bộ quá nhiệt cấp II

78,165493

,2.94,344

746,01.89,44.10.781,22.75,0

1

bl p

bx p bx

= 11839,08, kW

9 Độ sôi của bộ hâm nước :

Entanpi của nước cấp khi đi qua bộ hâm nước

ihn’ = inc + igo= inc =945 , kJ/kg

Lượng nhiệt hấp thụ của nước trong bộ hâm nước khi sôi

Qh= D(ibh- inc) =44,44(2840,4- 945) =84231,57 , kW

Vì Qhn < Qh

Nên ở đây ta chọn bộ hâm nước kiểu chưa sôi

10 Tổng lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí :

(2815,35 -445,031) = 7282,25, kW

11 Nhiệt độ khói sau các bề mặt đốt :

a Sau bộ quá nhiệt

Q

 =19114,94 + 0,025.445,031-36000,99..1056421880,,9522=11543,32KJ/kg

Tra bảng 3 , ta có ’’

qn = 6600C

b Sau bộ hâm nước

.

 = 11543,32 + 0,02 445,031 - 179390,99.10564,08.3600,95 =5784,19 KJ/kg Tra bảng 3 , ta có ’’

Q

.

 = 5784,19 +1/2 0,05(6135,8+176,29) - 07582,99.10564,25.3600,95 = 3015,82 KJ/ kg (t’’

 Từ bảng phân phối nhiệt , ta tìm được nhiệt độ khói thải

th phải trùng với nhiệt độ khói thải mà nhiệm vụ thiếtkế đã giao Nếu không bằng nhau chứng tỏ khi tính cânbằng nhiệt có sai số Nếu sai số trên dẫn đến sự saisố về entanpi không quá 0,5 % thì được phép sử dụng ,nếu quá 0,5 % thì phải tính lại

Trong thiết kế này , nhiệm vụ thiết kế là th =1600Cứng với entanpi khói thải

Q

Q



= 100 40150

172

= 0,4 % < 0,5% Vậy thiếtkế trên là hợp lý

PHẦN VII THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT

Khi thiết bộ quá nhiệt, trước hết ta xác định bộ quá nhiệtcấp II, sau đó tính toán nhiệt để xác định lượng nhiệt hấp thụcủa bộ quá nhiệt cấp II, từ đó tìm được lượng nhiệt hấp thụcủa bộ quá nhiệt cấp I

A TÍNH TOÁN BỘ QUÁ NHIỆT CẤP II

1 Đặc tính bộ quá nhiệt II :

Bộ quá nhiệt đối lưu thông thường sử dụng cách bố trí ốngsong song để dễ treo đỡ Song vì trước bộ quá nhiệt không cócụm đối lưu nào cả nên bộ quá nhiệt II nằm trong phạm vinhiệt độ cao Vì vậy để tránh hiện tượng đóng xỉ trên bề mặtống thì ta bố trí 4 dãy ống phía trước bộ quá nhiệt cấp II theokiểu so le còn 6 dãy ống sau thì ta bố trí song song tức là:

nsl =4, nss =6

Tổng sô údãy ống n = nsl + nss = 4 + 6 = 10

Dựa theo tiêu chuẩn thiết kế, ta chon bước ống như sau:

Đoạn so le: Bước ống ngang tương đối S1/d  4,5

Bước ống dọc tương đối S2/d  3,5 Đoạn ống song song:

Đoạn ống song song:bước ống ngang tương đối S1/d = 2 3 Bước ống dọc phải đảm bảo sao cho bán kính uốn lớn hơn 2lần đường kính d của ống

Trong thiết kế này, chọn vật liệu chế tạo là thép cácbon,chọ đường kính ống của bộ quá nhiệt cấp I và II là 42x4 Bánkính uốn nhỏ nhất là 84 mm

Việc chọn tốc độ hơi đi trong ống sẽ có sự ảnh hưởng đếnsự làm việc của bộ quá nhiệt tốc độ hơi đi trong ống khoảng( 1520) m/s (tương ứng với  = 500 1200 kg/m2s

Tốc độ khói đi trong bộ quá nhiệt không được lớn hơn ( 1015) m/s

Vì chiều rộng lò hơi đã cố định nên tốc độ khói quyết định bởiviệc chọn chiều cao đường khói ( khoảng 2,55) m Trong thiếtkế này chiều cao trung bình đường khói là 4,5m

Tiết diện hơi đi:

500 3600

160000

,04

14,3

0805,04

2 2