Giáo trình - Lò công nghiệp - chương 6 pdf

Chương 6- TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Cân bằng nhiệt có thể xác định bằng thực nghiệm hoặc tính toán.. Với kết quả tính toán ta có thể xác định chất lượng làm việc

Chương 6- TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT VÀ LƯỢNG TIÊU HAO

NHIÊN LIỆU

Cân bằng nhiệt có thể xác định bằng thực nghiệm hoặc tính toán Với kết quả tính toán ta có thể xác định chất lượng làm việc của thiết bị qua các thông số kinh tế - kỹ thuật, lượng tiêu hao nhiên liệu hoặc công suất điện cần cung cấp cho LCN Các khoản trong cân bằng nhiệt thường được tính tương ứng với một giờ (đối với lò làm việc liên tục) hoặc thời gian của một chu kỳ hay một công đoạn quá trình gia công (lò bán liên tục), cũng có khi tính tương ứng với đơn vị vật liệu gia công

6.1.TÍNH CÁC KHOẢN CÂN BẰNG NHIỆT

6.1.1 CÁC KHOẢN NHIỆT THU

6.1.1.1 Nhiệt do cháy nhiên liệu hoặc biến điện năng thành nhiệt năng

-Với các lò nhiên liệu :

QC = B Qdt, W (6.1) Trong đó : B - lượng nhiên liệu tiêu hao, m3/s ; kg/s;

Qdt - nhiệt trị thấp của nhiên liệu, J/m3 ; J/kg

- Với lò điện:

trong đó P lă công suất của lò, W

6.1.1.2 Nhiệt vật lý do không khí được nung nóng trước

QKK = BLα CKK tKK f, W (6.2) Trong đó: Lα -lượng không khí thực tế cần thiết để đốt chây một đơn vị nhiín liệu, m3/kg; m3/m3;

CKK tKK - entanpi của không khí ở nhiệt độ được nung nóng, J/m3

f - phần không khí cần nung nóng trước ( f=1 khi nung nóng toăn bộ không khí) Đối với lò điện thì QKK = 0

6.1.1.3 Nhiệt vật lý do nhiín liệu được nung nóng trước

Qnl = B.Cnl.tnl , W (6.3)

trong đó: Cnl tnl- entanpi của nhiín liệu ở nhiệt độ được nung nóng, J/m3

Đối với lò điện vă lò đốt nhiín liệu rắn Qnl = 0

6.1.1.4 Nhiệt lượng do câc phản ứng tỏa nhiệt

Đđy lă nhiệt lượng tỏa ra do oxy hóa sắt trong câc lò nung kim loại với nhiệt độ cao

Qt = 5650.a.P.103 , W (6.4) với : 5650 lă lượng nhiệt tỏa ra do oxy hóa 1 kg sắt, kJ/kg

a - phần kim loại bị oxy hóa

P - năng suất lò, kg/s

6.1.2 CÁC KHOẢN NHIỆT CHI

6.1.2.1 Nhiệt lượng để nung vật liệu

Q1= P.Cp.(t" - t' ), W (6.5) với : Cpt' vă Cpt" lă entanpi của vật liệu trước vă sau khi nung, J/kg

6.1.2.2 Nhiệt lượng để nung xỉ

Q2 = Gx Cpx.tx , W (6.6) với : Gx - lượng xỉ tạo thănh, kg/s

Cpx.tx - entanpi của xỉ, J/kg

Nhiệt lượng năy chỉ tính đối với câc lò nấu chảy có lượng xỉ tạo thănh đạt tới 20% khối khối lượng vật liệu

6.1.2.3 Nhiệt lượng mất do câc phản ứng thu nhiệt

Lượng nhiệt năy có chủ yếu trong câc lò nấu chảy do câc quâ trình phđn hóa đâ vôi, bốc hơi nước trong vật liệu gia công, có giâ trị đến 4% tổng câc khoản nhiệt chi ở câc lò luyện vă lò nấu chảy

6.1.2.4 Nhiệt lượng mất do chây không hoăn toăn hóa học

Q4 = p.B.Vα.12140.103, W (6.7) với : p - phần lượng khí chưa chây, phụ thuộc văo thiết bị đốt nhiín liệu;

Vα -lượng sản phẩm chây tạo thănh khi đốt 1 đơn vị nhiín liệu m3/m3 ;m3/kg 12140.103 - nhiệt trị của lượng khí chưa chây ( hỗn hợp CO vă H2), J/m3

Đối với câc lò điện Q4 = 0

6.1.2.5 Nhiệt lượng mất do chây không hoăn toăn cơ học

Q5 = k.B.Qdt.103, W (6.8) Với : k -hệ số mất mât do chây không hoăn toăn cơ học

Đối với câc lò điện Q5= 0

6.1.2.6 Nhiệt lượng mất do dẫn nhiệt qua các thể xây lò

Q6 = QT6 + Qn6 + Qđ6 , W (6.9)

Với : QT

6, Qn6, Qđ6 - lượng nhiệt mất qua tường, nóc, đáy lò, W

6.1.2.7 Lượng nhiệt bức xạ qua cửa và khe hở

Q7 = Co

4

100 ⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛T tblo

F φ Ψ, W (6.10) với : Co - hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối;

Ttblò - nhiệt độ trung bình của lò, oK

F - diện tích phần cửa mở và khe hở, m2 ;

φ - hệ số màng ngăn ;

ψ - hệ số thời gian mở cửa ;

6.1.2.8 Lượng nhiệt mất theo khí lò khi mở cửa

Q8 = 0, 28 Ck.tk.Vo.ψ, W (6.11) với : Ck.tk- entanpi của khí lò (sản phẩm cháy), J/m3

Vo- lượng khí rò qua cửa, m3/h ;

6.1.2.9 Lượng nhiệt mất do sản phẩm cháy

Q9 = Ck.tk( B.Vα - ΣVoψ), W (6.12) Với : ΣVoψ - tổng lượng khí lò lọt qua các cửa mở, m3/h

6.1.2.10 Lượng nhiệt mất do nung nóng các cơ cấu khác

Q10 = 0, 28 ( )

Σ

−

τ

'

" t t C

G M p

Với : G M - Khối lượng của các cơ cấu đỡ vật nung ở tronglò hoặc di chuyển

qua lò, kg ;

C P - Nhiệt dung riêng trung bình của các cơ cấu, kJ/kg.oK ;

t', t'' -Nhiệt độ đầu và cuối của cơ cấu trong quá trình nung, oC ;

τΣ - Tổng thời gian nung, h

6.1.2.11 Lượng nhiệt mất do nước làm nguội các kết cấu lò

Q11 = Σqb.Fb , W (6.14) với : qb - lượng nhiệt mất ứng với đơn vị diện tích tùy theo loại kết cấu, W/m2;

Fb - diện tích bề mặt kết cấu cần làm nguội, m2

Sơ bộ có thể tính gần đúng lượng nhiệt này bằng (0, 1÷0, 2) tổng các khoản nhiệt thu

6.1.2.12 Lượng nhiệt mất do tường lò tích nhiệt

Đại lượng năy chỉ tính với câc lò lăm việc chu kỳ

Q12 = 0, 28

Σ

−

τ

ρ ( " ' ) T T T T

V 10-3, W (6.15)

Với : V T - Thể tích phần gạch xđy tích nhiệt, m3;

ρ T - Khối lượng riíng của gạch xđy, kg/m3;

T

C - Nhiệt dung riíng trung bình của khối gạch xđy, J/kg.oK

T

t' , t" T - Nhiệt độ trung bình của gạch xđy đầu vă cuối chu kỳ lăm việc, oC Tính toân cđn bằng nhiệt cần phải theo câc loại lò cụ thể, dựa văo đặc điểm kết cấu, công nghệ vă chế độ lăm việc của lò Thí dụ như đối với lò nung liín tục thì không cần tính lượng nhiệt mất do tường lò tích nhiệt; lò nhiệt luyện lăm việc chu kỳ thì không tính lượng nhiệt mất do bức xạ qua cửa mở v.v

6.2 LƯỢNG TIÊU HAO NHIÊN LIỆU VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT NHIỆT 6.2.1 LƯỢNG TIÊU HAO NHIÊN LIỆU

Lượng nhiín liệu cần thiết B ( kg/s, m3/s ) được xâc định qua việc giải phương trình cđn bằng câc khoản nhiệt thu vă nhiệt chi ở phần tính toân trín

Theo đó ΣQthu = ΣQchi, hay :

QC + QKK + Qnl + Qt= Q1 + Q2 + Q3 + + Q12 (6.16)

6.2.2 SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU TIÊU CHUẨN

b =

P

Q

B d

t

29300

3600

, kg nhiín liệu tiíu chuẩn / kg lim loại (6.17) Với : B - Lượng tiíu hao nhiín liệu, kg /s , m3/s ;

P - Năng suất lò, kg/h ;

d

t

Q - Nhiệt trị thấp của nhiín liệu, kJ/kg, kJ/m3 ;

29300 - Nhiệt trị thấp của nhiín liệu tiíu chuẩn, kJ/kg, kJ/m3

Suất tiíu hao nhiín liệu tiíu chuẩn nằm trong phạm vi :

0, 05 ÷ 0, 15 Đối với lò nung liín tục;

0, 1 ÷ 0, 25 Đối với lò buồng cân, rỉn;

0, 1 ÷ 0, 5 Đối với lo ̀buồng nhiệt luyện

6.2.3 HỆ SỐ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU CÓ ÍCH

η =

C

t

Q

Q

với : Q1 - Lượng nhiít nung kim loại, W;

Qt - Lượng nhiệt tỏa do câc phản ứng tỏa nhiệt, W

QC- Lượng nhiệt do đốt chây nhiín liệu, W

Hệ số năy có câc giâ trị:

0, 3 ÷ 0, 5 Đối với lò nung liín tục;

0, 15 ÷ 0, 3 Đối với lò buồng cân, rỉn;

0, 05 ÷ 0, 2 Đối với lòbuồng nhiệt luyện

6.3 BẢNG CÂN BẰNG NHIỆT CỦA LÒ

Với mục đích dễ dăng so sânh, đânh giâ câc khoản nhiệt thu, chi cần phải tính tỷ

lệ phần trăm từng khoản rồi lập bảng cđn bằng nhiệt theo bảng dưới đđy:

N o Câc khoản nhiệt thu W % N o Câc khoản nhiệt chi W %

1 Nhiệt do đốt chây nhiín liệu 70÷100 1 Nhiệt do nung kim loại 10÷50

2 Nhiệt do nung không khí 0÷15 2 Nhiệt để nung xỉ 0÷20

3 Nhiệt do nung nhiín liệu 0÷10 3 Nhiệt do câc phản ứng thu

nhiệt

0÷4

4 Nhiệt tỏa do oxy hóa kim

loại

1÷5 4 Nhiệt mất do chây không

hoăn toăn hóa học

0, 5÷5

hoăn toăn cơ học

0, 5÷3

mở

0÷4

cửa

0÷5

chây

30÷80

cơ cấu trong lò

0÷5

nguội

0÷20

nhiệt

0÷40

Chú ý :

1 Không phải loại lò nào cũng có đủ các khoản nhiệt nêu trên, thí dụ:

- Các khoản 1, 6, 7, 11 có hầu hết ở các lò

- Các khoản 2, 3 có trong các lò luyện và lò nấu chảy

- Các khoản 4, 5, 8, 9 có trong các lò đốt nhiên liệu cháy có ngọn lửa

- Khoản 10 có trong các lò dùng xích tải, xe goòng, giá đỡ kim loại

- Khoản 12 có trong các lò làm việc theo chu kỳ

2 Đối với lò điện, tổng các khoản nhiệt thu ( cũng là công suất lò P ) bằng các khoản nhiệt chi

3 Trong các lò nung sấy vật liệu ẩm cần tính một số khoản nhiệt chi sau:

- Lượng nhiệt để làm bốc hơi nước từ vật phẩm

- Lượng nhiệt cho các phản ứng thu nhiệt khi nung

- Lượng nhiệt do bụi sản phẩm theo khí lò ra ngoài