đồ án tốt nghiệp tính toán thiết kế lò nung liên tục nung thép cán

TrƯờng đại học thủy sản nha trang Khoa chế biến ngành máy và thiết bị lạnh Đồ án tốt nghiệp GVHD : PGS.TS PHạM VĂN TRí SVTH : đỗ danh lợi LớP : 43 NHIệT LạNH MSSV : 43D2041 Hà Nội: 10/2005 đề tàI: tính toán Thiết kế lò nung liên tục nung phôI thép cán PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com TRƯỜNG ĐHTS NHA TRANG CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM K K H H O O A A C C H H E E Á Á B B I I E E Á Á N N Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên: Đỗ Danh Lợi Khoá: 43 Ngành: Nhiệt - Lạnh 1. Đề tài tốt nghiệp: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ NUNG LIÊN TỤC NUNG THÉP CÁN Số liệu ban đầu: - Năng suất lò: P = 20000 [kg/giờ]ø. - Nhiên liệu: Dầu FO có các thành phần sau Nguyên tố C c H c O c N c A k W d Thành phần [%] 88 8 1,5 2,5 0,4 1 - Vật nung là thép có các thành phần: C = 0,12%; M n = 0,13%; S i = 0,6%. - Vật nung có các kích thước: 100 ´ 110 ´ 2500 [mm]. - Không khí được nung trước: t kk = 350 [ 0 C]. - Nhiên liệu (dầu FO) được nung trước: t FO = 110 [ 0 C]. - Nhiệt độ thép ra lò: t c KL = 1200 [ 0 C]. 2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Chương I: Tính toán sự cháy của nhiên liệu Chương II: Tính thời gian nung kim loại Chương III: Chọn cấu trúc lò, tính cân bằng nhiệt và xác đònh lượng tiêu hao dầu FO Chương IV: Tính toán mỏ phun cao áp đốt dầu FO Chương V: Tính và thiết kế thiết bò nung gió nóng Chương VI: Tính và thiết kế thiết bò nung dầu FO Chương VII: Tính toán hệ thống cấp không khí và hệ thống thoát khói của lò 3. Các bản vẽ và bảng biểu: 1. Bản vẽ 3 mặt cắt chính của lò A o 2. Bản tóm tắt các đặc tính cơ bản của lò A o 3. Bản vẽ cấu trúc của mỏ đốt A o 4. Bản vẽ 3D về lò và các thiết bò chính của lò (2 bản A o ) 5. Bản vẽ cấu trúc của thiết bò nung gió và hệ thống thoát khói của lò (2 bản A o ) 6. Hệ thống cấp gió và thoát khói A o 4. Ngày giao đề tài đồ án: 2/8/2005 5. Ngày hoàn thành đồ án:15/11/2005 TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Ngày bảo vệ: PGS.TS Phạm Văn Trí Điểm HD: Điểm duyệt: Điểm bảo vệ: Điểm chung: Ngày tháng năm 2005 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án cho bộ môn (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com mục lục Lời nói đầu Lời cam đoan Ch ơng Tính toán sự cháy của nhiên liệu I. Số liệu ban đầu 1 II. Tính toán sự cháy của nhiên liệu 1 II.1. Chuyển đổi thành phần nhiên liệu 1 II.2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu 2 II.3. Chọn hệ số tiêu hao không khí 2 II.4. Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu 2 II.5. Bảng cân bằng khối l ợng 4 II.6. Tính khối l ợng riêng của sản phẩm cháy 4 II.7. Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu 4 II.8. Các kết quả tính toán 7 Ch ơng II. Chọn chế độ nung và tính thời gian nung kim loại I. Số liệu ban đầu 8 II. Ph ơng pháp nung và chọn giản đồ nhiệt độ nung 8 II.1. Giai đoạn sấy 9 II.2. Giai đoạn nung 9 II.3. Giai đoạn đồng nhiệt 9 III.Tính thời gian nung 10 III.1. Xác định kích th ớc cơ bản của nội hình lò 10 III.2. Tính thời gian nung kim loại 12 III.2.1. Tính thời gian sấy 12 III.2.2. Tính thời gian nung 18 III.2.3. Tính thời gian đồng nhiệt 22 III.2.4. Tổng thời gian nung phôi 24 III.3. Xác định chiều dài lò 24 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Ch ơng III. Chọn thể xây và tính cân bằng nhiệt I. Cấu trúc lò 27 I.1. Kích th ớc cơ bản của nội hình lò 27 I.2. Chọn vật liệu và kích th ớc thể xây 28 II. Tính cân bằng nhiệt 29 II.1. Các khoản nhiệt thu 29 II.2. Các khoản nhiệt chi 31 II.3. Tính l ợng tiêu hao dầu FO và các thông số nhiệt đặc tr ng của lò 41 II.4. Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn và các chỉ tiêu kỹ thuật 43 Ch ơng IV. Tính toán mỏ phun dầu A. Các số liệu ban đầu 46 B. Tính toán thiết kế mỏ phun dầu FO 46 I. Lựa chọn kiểu mỏ phun 46 II. Chọn số l ợng mỏ phun và cách bố trí mỏ phun 47 III.Tính các kích th ớc cơ bản của mỏ phun 47 III.1.Tính và chọn các thông số kỹ thuật của không khí nén và dầu FO 47 III.2 Tính toán các kích th ớc cơ bản của mỏ phun 49 Ch ơng V. Tính toán thiết bị nung gió I. Các số liệu ban đầu 57 I.1. L ợng không khí cần nung nóng 57 I.2. Nhiệt độ không khí cần nung nóng 57 I.3. L ợng khói vào thiết bị nung gió 57 I.4. Nhiệt độ của khói vào thiết bị 58 II. Cấu trúc thiết bị nung gió 58 III. Tính toán thiết bị nung gió 58 III.1. L ợng nhiệt cần nung không khí 58 III.2. L ợng nhiệt do khói lò mang vào thiết bị 58 III.3. Tổng tiết diện cắt ngang của các ống dẫn không khí trong thiết bị nung gió 59 III.4. Chọn kích th ớc ống thép nhẵn 59 III.5. Số ống dẫn không khí 59 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com III.6. Tổng tiết diện thực tế cắt ngang của các ống dẫn không khí 60 III.7. Tốc độ thực tế của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn 60 III.8. Hệ số truyền nhiệt của thiết bị 60 III.9. Tính độ chênh nhiệt độ trung bình giữa khói và không khí 64 III.10. Xác định tổng chiều dài của ống dẫn không khí 65 III.11. Kích th ớc của thiết bị nung gió 66 IV. Kiểm tra nhiệt độ cực đại của thành ống 67 V. Tính tổn thất áp suất trong thiết bị nung gió 67 V.1. Tổn thất áp suất của khói 67 V.2. Tổn thất áp suất của không khí 68 Ch ơng vi. Thiết bị nung dầu A. Các số liệu ban đầu 72 B. Tính toán nhiệt và thiết kế chế tạo bộ nung dầu 72 I. Tính công suất của thiết bị nung dầu 72 I.1. L ợng nhiệt cần cung cấp cho dầu 72 I.2. Công suất điện của thiết bị nung dầu 72 II. Chọn kiểu thiết bị và cấu trúc của thiết bị nung dầu 73 II.1. Chọn kiểu thiết bị nung dầu 73 II.2. Tính toán các kích th ớc cơ bản của thiết bị nung dầu 73 II.3. Tính toán sự trao đổi nhiệt của dầu FO và thanh đốt 74 II.4. Chọn tốc độ của dầu FO trong thiết bị nung dầu 74 II.5. Chọn tiết diện dầu chảy trong thiết bị nung dầu 75 II.6. Tính l u l ợng cần thiết của dầu chảy qua thiết bị nung dầu 75 II.7. Chọn ống dẫn cấp dầu vào và ra khỏi thiết bị nung dầu 76 II.8. Tính trở lực của dầu khi qua thiết bị nung dầu 76 Ch ơng VIi. Tính toán hệ thống cấp gió và thoát khói của lò I. Sơ đồ bố trí hệ thống cấp gió và thoát khói của lò 78 II. Tính các kích th ớc cơ bản của hệ thống thoát khói 78 III. Tính kích th ớc cơ bản của đ ờng ống dẫn không khí 80 IV. Tính tổn thất áp suất trên đ ờng ống dẫn khói 80 IV.1. Tính tổn thất cục bộ trên đ ờng ốnh dẫn khói 81 IV.2. Tính tổn thất ma sát trên đ ờng ống dẫn khói 81 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com IV.3. Tính tổn thất hình học ở kênh khói 82 V.Tổn thất áp suất trên đ ờng ống gió 83 V.1. Tính tổn thất áp suất cục bộ trên đ ờng ống gió 83 V.2. Tính tổn thất hình học trên đ ờng ống gió 84 V.3. Tính tổn thất do ma sát trên đ ờng ống dẫn không khí 85 VI. Tính chọn quạt gió 86 VI.1. Tính toán các thông số cơ bản của quạt gió 86 VI.2. Chọn quạt gió 88 VI.3. Tính công suất quạt 88 VII. Tính chiều cao ống khói 89 VII.1. Chiều cao sơ bộ ống khói 89 VII.2. Tính toán đ ờng kính và chiều cao ống khói 89 Kết luận 92 Tài liệu tham khảo 93 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lời nói đầu Góp phần vào sự phát triển của đất n ớc, các thiết bị nhiệt nói chung trong đó có lò công nghiệp nói riêng đã và đang giữ vai trò quan trọng trong nhiều ngành kinh tế quốc dân, quốc phòng, phục vụ đời sống ở các n ớc phát triển, lò công nghiệp tiêu thụ 50% tổng số nhiên liệu đốt hàng năm và 25% tổng năng l ợng điện. ở Việt Nam, hiện nay gần nh tất cả các tỉnh thành đều có công ty cán thép ( sản phẩm cán là thép tròn từ F 3 á F 10, các thép gai có F 12 á F 22, các thép hình chữ I, L, V, [, với kích th ớc khác nhau). Sản l ợng thép năm 2004 là 4,5 triệu tấn, với l ợng tiêu hao dầu trung bình cho 1kg thép nung trong lò là b = 0,045 kg/kg kim loại (t ơng ứng với 202500 tấn dầu/4,5 triệu tấn thép). Việt Nam là n ớc đang phát triển, vì vậy trong những năm tới, ngành công nghiệp luyện kim nói chung và công nghiệp cán thép nói riêng sẽ phát triển mạnh mẽ. Sản l ợng thép và l ợng tiêu hao dầu sẽ tăng lên. Vì vậy, việc tính toán kỹ thuật nhiệt luyện kim đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về công nghệ cũng nh về tính kinh tế có tầm quan trọng lớn và ngày càng đ ợc ứng dụng rộng rãi. Theo công nghệ cán thép nóng thì tr ớc khi cán, các phôi kim loại đ ợc nung nóng trong lò tới 1150 0 C á 1250 o C. Quy trình công nghệ cán thép (với sản phẩm là thép hình và thép tròn) đ ợc mô tả ở trang bên (hình vẽ giới thiệu đề tài). Bản đồ án này giải quyết các vấn đề: áp dụng kỹ thuật tính toán nhiệt, từ đó thiết kế lò nung liên tục nung phôi thép để cán. 1. Tính toán sự cháy của dầu FO. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 2. Chọn chế độ nung và tính thời gian nung kim loại. 3. Chọn cấu trúc lò, tính cân bằng nhiệt và xác định l ợng tiêu hao dầu FO. 4. Tính toán và thiết kế mỏ phun cao áp đốt dầu FO. 5. Tính toán và thiết kế thiết bị nung gió. 6. Tính toán và thiết kế thiết bị nung dầu FO. 7. Tính toán hệ thống cấp không khí và thoát khói của lò. Các vấn đề trên tuy đ ợc tính toán và thiết kế đối với một dạng lò cụ thể (lò nung liên tục), nh ng cũng là những kiến thức cơ bản khi phải thiết kế một thiết bị nhiệt có các quy trình công nghệ khác nhau. Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận đ ợc sự h ớng dẫn tận tình của các thầy, cô giáo trong bộ môn và bạn bè đặc biệt là thầy trực tiếp h ớng dẫn em, thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Trí. Tuy nhiên, do thời gian và kiến thức có hạn nên có thể không tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận đ ợc sự góp ý của các thầy cô và toàn thể các bạn để bản đồ án này đ ợc hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm! Sinh viên Đỗ Danh Lợi PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Lời cam đoan Tôi xin cam đoan bản đồ án này do tôi tự tính toán, thiết kế và nghiên cứu d ới sự h ớng dẫn của thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Trí. Để hoàn thành bản đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không đ ợc ghi. Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Ký tên Đỗ Danh Lợi PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com [...]... 1484 [ 0 C ] Trong đó: t 0 η: Hệ số nhiệt độ, phụ thuộc vào loại lò, ở đây là lò nung liên tục, nên η = 0,7 ( bảng 14 [1] ) ttt: Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu, [ 0C] PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com II.8 Các kết quả tính toán: Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng I.5 BẢNG I.5 CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Nhiệt độ [0C] Sản phẩm cháy [%] r0 [m3tc/kg] [m3tc/kg] [m3tc/kg]... PHẦN CỦA DẦU FO Chất CC HC OC NC AK Wd Thành phần khối lượng [%] 88 8 1,5 2,5 0,4 1 3 Nhiệt độ nung trước nhiên liệu: Dầu FO được nung trước tới nhiệt độ tFO = 1100 C 4 Nhiệt độ nung trước không khí: Không khí được nung trước đến nhiệt độ: tKK = 350 [0C ] 5 Loai lò: Lò liên tục nung phôi thép để cán II TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU II.1 Chuyển đổi thành phần của nhiên liệu : 1 Hệ số chuyển đổi từ... ®é nung vµ tÝnh êi PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com kim lo¹i CHƯƠNG II CHỌN CHẾ ĐỘ NUNG VÀ TÍNH THỜI GIAN NUNG KIM LOẠI I SỐ LIỆU BAN ĐẦU 1 Năng suất lò: P = 20 [ tấn/giờø] 2 Kích thước phôi: 100 ´ 110 ´ 2500 [ mm ] 3 Nhiệt độ ra lò của vật nung: tCkl = 1200 [0C ] 4 Thành phần thép nung: Nguyên tố Giá trò [%] Thành phần thép C Mn Si 0,12 0,13 0,06 II PHƯƠNG PHÁP NUNG. .. ĐỒ NHIỆT ĐỘ NUNG · Phôi được nung một măït và được xếp một hàng · Phôi vào lò có nhiệt độ: tmd = ttd = 20 [ 0C ] · Giản đồ nhiệt độ nung: Chọn chế độ nung ba vùng: sấy – nung – đồng nhiệt · Giản đồ nung thể hiện ở hình II.1 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com HÌNH II.1 GIẢN ĐỒ NUNG PHÔI THÉP TRONG LÒ II.1 Giai đoạn sấy: · Ở vùng sấy để tránh ứng suất nhiệt, cần nung phôi... 2,46 0,4 1 II.2 Tính nhiệt trò thấp của nhiên liệu: Qt [kJ/kg] QT = 339 ´ C d + 1030 ´ H d - 108,8 ´ (O d - S d ) - 25,1 ´ W d [kJ / kg ] QT = 339 ´ 86,7 + 1030 ´ 7,89 - 108,8 ´ (1,48 - 0) - 25,1 ´ 1 = 37355,6 [kJ / kg ] Qt [kJ/kg] II.3 Chọn hệ số tiêu hao không khí: Hệ số tiêu hao không khí được chọn tuỳ thuộc vào từng loại nhiên liệu và thiết bò đốt Lò được thiết kế là lò nung liên tục, nhiên liệu... dầu FO, để biến bụi tốt phải dùng mỏ phun cao áp, vậy chọn hệ số tiêu hao không khí: [1] n = 1,2 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 dược trình bày ở bảng I.2 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com PDF created with... phôi với tốc độ nung chậm · Nhiệt độ ở đầu giai đoạn sấy: tk1 = 700 [ 0C] · Nhiệt độ ở cuối giai đoạn sấy: tk2 = 1300 [ 0C] · Nhiệt độ bề mặt và tâm phôi khi vào lò: tt1 = tm1 = 20 [0C] Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn sấy: tm2 = 600 [0C] II.2 Giai đoạn nung: · Ở vùng nung, phôi được nung tới nhiệt độ yêu cầu · Nhiệt độ lò: tk2 = tk3 = 1300 [0C] · Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn nung: tm3 =... 100 0,4 1 2,46 1,48 2 12 [kmol] 3 CO2 Sản phẩm cháy tạo thành Tính cho 100 kg ´ n=1,2 7,89 Hd 7,89 86,77 86,77 Cd Chất Tổng cộng Không khí Khối PT Số O2 N2 [%] lượng [kg] lượng [kmol] [kmol] [kmol] Nhiên liệu Các chất thanm gia sự cháy BẢNG I.2 TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA DẦU FO 45,764 ´ 22,4 ´ 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... đònh các kích thước cơ bản của nội hình lò 1 Chiều rộng nội hình lò: B [ m ] B = n ´ l + (n - 1) ´ C + 2 ´ b Trong đó: n: Số dãy phôi nung; n = 1 l: Chiều dài phôi nung; l =3 [m] b: Khoảng cách đầøu phôi và tường lò; b = 0,25 [m] ùC) C: Khoảng cách giữa các đầu phôi(vì xếp một hàng nên không co B = 1 ´ 2,5 + (1 - 1) ´ C + 2 ´ 0,25 = 3 [ m] 2 Chiều cao nội hình lò ở vùng sấy : a Chiều cao có hiệu ở vùng... theo bảng 28 B: Chiều rộng của lò; B = 3 [m ] H s ch = 1000 ´ (0,6 + 0,05 ´ 3) ´ 10 -3 = 0,75 [m] Hsch = 0,75 [m] b Chiều cao thực tế của vùng sấy: H stt [m] Hstt = n ´ H sch + S Trong đó: N: Số mặt được nung; n = 1 (nung một mặt) S: Chiều dày phôi; S = 0,1 [m] Hstt = 1 ´ 0,75 + 0,1 = 0,85 [m] Hstt = 0,85 [m] 3 Chiều cao nội hình lò ở vùng nung: a Chiều cao có hiệu ở vùng nung: Hnch [m] Hnch =(0,4 ¸ 0,6) . trúc lò, tính cân bằng nhiệt và xác định l ợng tiêu hao dầu FO. 4. Tính toán và thiết kế mỏ phun cao áp đốt dầu FO. 5. Tính toán và thiết kế thiết bị nung gió. 6. Tính toán và thiết kế thiết. thiết kế lò nung liên tục nung phôi thép để cán. 1. Tính toán sự cháy của dầu FO. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 2. Chọn chế độ nung và tính thời gian nung. thiết kế thiết bị nung dầu FO. 7. Tính toán hệ thống cấp không khí và thoát khói của lò. Các vấn đề trên tuy đ ợc tính toán và thiết kế đối với một dạng lò cụ thể (lò nung liên tục) , nh ng cũng