PHẦN III: TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG BUỒNG LỬA Với chiều dài của buồng lửa Ta chọn bề mặt trong của ống lửa là loại lượn sóng có đường kính lượn dl = 150mm Vì vậy khi tính thể tích ống l
Trang 1Luận văn
Đề tài: Tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp
sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO)
Trang 2Chương 1 : TÍNH TOÁN LÒ HƠI
- Sản lượng hơi : D = 5 Tấn/giờ
Nhiên liệu dầu mazut/(FO) có các thành phần :
Trang 3PHẦN I: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ HIỆU SUẤT CỦA LÒ
Với thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu là
1,4% ta có thể chọn sơ bộ nhiệt độ khói thải
tk = 1600C (với nhiệt độ đọng sương là tđs =
Trang 4Bảng kết quả tính toán quá trình cháy
II.Entanpi Của Không Khí Và Sản Phẩm Cháy:
Entanpi của khói với 1kg nhiên liệu được xác định bởi công thức
(C.t)RO2 kJ/m3tc
(C.t)N2 kJ/m3tc
(C.t)H2O kJ/m3tc
(C.t)tro kJ/kg
Trang 5Tương tự ta tính toán ở các nhiệt độ khác nhau ta được bảng entanpi cho khói như bảng sau: (Bảng 1)
o k
Trang 7III.Cân Bằng Nhiệt Lò Hơi
Ta có : Qdv Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q kJ kg6( / ).
' 640,1( / )5
Với tổn thất về hóa học q3 = 1,5% ; tổn thất nhiệt do cơ học q4 = 0% ; tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q5 = 1,8% cho nồi không có bề mặt đốt phần đuôi ; tổn thất nhiệt do tro, xỉ q6 = 0%
V.Hiệu suất của lò hơi:
- Hiệu suất toàn phần của lò hơi (Hiệu suất của lò hơi)
Trang 9F
D
m2
Vậy diện tích thiết kế sơ bộ là 100 m2
Nhiệt thế thể tích buồng lửa ta chọn theo kinh nghiệm trong khoảng 1800÷2300kW/m3
Để tiết kiệm không gian buồng lửa cũng như giảm giá thành vật tư chế tạo ta chọn giá trị nhiệt thế có giá trị 1900kW/m3
Chiều dài ngọn lửa :
Dựa vào đồ thị dưới đây ta
chọn chiều dài ngọn lửa sơ bộ
Trang 10( )
44
0, 78
Xác định kích thước sơ bộ của lò :
Diện tích bức xạ trong buồng đốt :
2
bx
Diện tích bức xạ này chiếm gần 10% tổng diện tích sinh hơi
Diện tích dàn đối lưu :
Ta chọn loại ống có đường kính φ = 51mm theo tiêu chuẩn
Với lò hơi loại đốt dầu ta chọn loại có 2 pass khói và chiều dài mỗi pass ống bằng chiều dài ống lò là l = 4 m
Tổng số mét chiều dài ống là :
563, 22
Trang 11Bảng kết quả tính toán kích thước cơ bản của lò
STT THÔNG SỐ TÍNH TOÁN ĐƠN VỊ KẾT QUẢ
01 Chiều dài buồng đốt mm 4000
02 Đường kính buồng đốt mm 780
03 Diện tích bức xạ bề mặt trong m2 9,76
04 Diện tích dàn đối lưu m2 90,24
05 Số ống sinh hơi đối lưu Số ống 140
06 Số ống trên một pass Số ống 70
Từ đây ta có thể phác thảo kích thước sơ bộ của lò với đầy đủ kích thước để kiểm tra
Trang 12PHẦN III: TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT
TRONG BUỒNG LỬA
Với chiều dài của buồng lửa
Ta chọn bề mặt trong của ống lửa là loại lượn sóng có đường kính lượn dl = 150mm
Vì vậy khi tính thể tích ống lửa ta tính theo đường kính trung bình chính là đường
kính của ống lửa đã tính chọn ban đầu.Diện tích ta tính gần đúng theo đường kính
buồng lửa đã tính chọn ban đầu
Chọn sơ bộ nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là tbl 1200oC
Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa
Trang 13
'' 0
''
m
bl C
Hệ số bám bẩn bề mặt hấp thụ bức xạ quy ước, tính đến sự giảm hấp thụ nhiệt
do làm bẩn bề mặt, được chọn theo bảng trang 46 ta được
p – áp suất của buồng lửa, chọn p = 1ata
k – hệ số làm yếu tia bức xạ trong môi trường buồng lửa
Trang 14a bl
b o a
t Cm
o
T t
Trang 15IV.TÍNH TOÁN CÁC BỀ MẶT ĐỐI LƯU
TÍNH TOÁN SƠ BỘ DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT VÀ HỆ SỐ
TRAO ĐỔI NHIỆT CHO DÀN ĐỐI LƯU
-Nhiệt lượng mà nước nhận được từ dòng khói:
B - lượng tiêu hao nhiên liệu, B = 321 kg/h
F - diện tích trao đổi nhiệt trong buồng sinh hơi, m2
k – hệ số truyền nhiệt, kcal/m2h0C
t- độ chênh nhiệt độ, 0C
Tính độ chênh nhiệt độ:
Vì nước và khói trong lò hơi chuyển động vuông góc với nhau nên độ chênh
nhiệt độ được xác định theo công thức sau:
t t tnc 1
Trong đó:
tnc - độ chênh nhiệt độ của sơ đồ chuyển động ngược chiều
t- hệ số chuyển đổi từ sơ đồ ngược chiều sang sơ đồ phức tạp hơn
max min
max min
Trang 16tmin - hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn của các môi chất trao đổi nhiệt
tmin= 160 – 90 = 70 0C
1030 70 3570
1030ln70
1 và 2 - hệ số tỏa nhiệt từ khói cho vách ống và từ vách ống đến nước và - bề dày và hệ số dẫn nhiệt của ống
t và t- lớp tro xỉ và muội trên bề mặt của ống
v và v- vách ống
c và c- lớp cáu trên bề mặt của ống
Nhiệt trở của lớp tro xỉ t/t gọi là hệ số làm bẩn , tra bảng ta được:
= 0,015
Vì đốt dầu nên ta có thể bỏ qua nhiệt trở của lớp cáu trên bề mặt ống
Trang 171- vận tốc trung bình của dòng khói trong ống, chọn: 1 = 14 m/s
d – đường kính trong của ống, d = 51 mm
K0 = 19
Trang 18Vì tỉ số l 78, 4 50
d nên l = 1
0,25 0,43
1
0, 61219.0, 612 1 15,1
Vì nhiệt độ khói vào buồng sinh hơi cao nên ta phải xét đến bức xạ
Tổng hệ số tỏa nhiệt với bề mặt ngoài của ống:
Trang 19
4 4
1
1 .5, 67
bx k
T T
2- vận tốc trung bình của nước trong lò hơi, chọn: 1 = 1 m/s
d – đường kính ngoài của ống, d = 54,2 mm
Trang 20Và 2>> 1 ( vì một bên là khí, một bên là nước) nên nhiệt trở tỏa nhiệt về phía
nước gần như không đáng kể, do vậy có thể xem
0,25 1
G V B k t 12, 53.321 4022m3 /h 1,12m3 / s
Trang 21Các kích thước trong lò hơi:
Chọn đường kính thân lò D = 2200 mm
Đường kính trong ống lửa ở mỗi pass ttr = 51mm
Đường kính ngoài ống lửa ở mỗi pass dng = 54,2mm
Chiều dài ống lửa mỗi pass: l = 4 mét ( bằng chiều dài buồng đốt )
Để tiện cho việc chế tạo lắp ráp và đạt hiệu quả cao ta chọn số ống như sau:
TÍNH TOÁN NHIỆT PASS 1
Số liệu ban đầu :
Chọn nhiệt độ khói ra khỏi pass 1 là:
Trang 22 = 0,982- hệ số bảo toàn nhiệt năng
I1vao, , I1ra, - entanpi của khói vào và ra khỏi bề mặt đốt
1- hệ số tỏa nhiệt từ phía khói
2- hệ số tỏa nhiệt từ phía nước
Trang 23Xác định hệ số tỏa nhiệt từ phía khói 1, từ công thức:
1 k1 b1 1
Trong đó:
- hệ số bao phủ tính đến sự giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt đốt do không được khói bao phủ toàn bộ
Đối với các chùm ống đặt nằm ngang, dòng khói đi trong ống thì = 1
1- hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 1
1- hệ số tỏa nhiệt bức xạ của pass 1
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 1:
Lưu lượng thể tích trung bình
Trang 24n1 = 63 ống
2
2 1
Trang 26
, kcal/kg Trong đó:
Trong đó:
tmax- hiệu số nhiệt độ lớn hơn của các môi chất ở đầu pass 1
tmax= tkhvao – tnuoc = 1182 – 152 = 10300C
tmin- hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn ở cuối pass 1
tmin= tkhra – tnuoc = 700 – 152 = 5480C
Trang 27Vậy:
1030 548
7651030
TÍNH TOÁN NHIỆT PASS 2
Số liệu ban đầu :
Chọn nhiệt độ khói ra khỏi pass 2 là:
Trang 28I 2vao, , I 2ra, - entanpi của khói vào và ra khỏi bề mặt đốt
2- hệ số tỏa nhiệt từ phía khói
2' - hệ số tỏa nhiệt từ phía nước
Trang 29- hệ số cao phủ tính đến sự giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt đốt do không được khói bao phủ toàn bộ
Đối với các chùm ống đặt nằm ngang, dòng khói đi trong ống thì = 1
k2- hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 2
2- hệ số tỏa nhiệt bức xạ của pass 2
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 2:
Lưu lượng thể tích trung bình
Trang 302
1,12
7, 01 /0,16 m s
Trang 31H O n
Trang 32
, kcal/kg Trong đó:
tmin- hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn ở cuối pass 2
tmin= tkhra – tnuoc = 400 – 152 = 2480C
Vậy:
0 2
379 548
tr
Xác định Q % giữa Qcb2 và Qtr2 :
Trang 33Số liệu ban đầu :
Chọn đường kính trong của ống là dtr = 28mm
Chọn đường kính ngoài của ống là dng = 34mm
Nhiệt độ khói ra khỏi bộ hâm nước chính là nhiệt khói thải đã chọn ban đầu
Nhiệt độ và entanpi của khói thải
Nhiệt độ khói vào bộ hâm nước là nhiệt sau khi ra khỏi pass 2 của lò hơi
Nhiệt độ và entanpi vào bộ hâm nước:
= 0,982- hệ số bảo toàn nhiệt năng
Bt = 321kg/h là lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán
- Nhiệt độ tính toán trung bình của khói thải
Trang 34- Chọn tốc độ khói đi trong ống là k 10 / m s
Với k (8 12) / m s theo tiêu chuẩn
- Ta tính hệ số Reynolds Re:
3 5
Trang 35294, 31 130
201,1
294, 31ln
Trang 36n tr n
D n
dtd = 51mm, đường kính tương đương của ống
l = 4m, chiều dài của ống
= 15m/s, vận tốc trung bình của dòng khói
= 0,33kg/m3, khối lượng riêng của khói ở nhiệt độ trung bình
T – nhiệt độ trung bình của dòng khói
Trang 37 Trở lực ống dẫn khói từ buồng đốt đến buồng sinh hơi:
Chọn tổng chiều dài đường ống dẫn khói: Lod 4 m
Trang 38k = 0,4.10-3 – độ nhám tuyệt đối của vách ống
0,12 12,53.9,81
Trang 39Chương 2 TÍNH BỀN CHO CÁC CHI TIẾT
I TÍNH BỀN CHO THÂN LÒ CHỊU ÁP LỰC BÊN TRONG
Số liệu ban đầu:
Trang 40 = *
= 1,0 – do thân không bị đốt nóng
-000 -
II TÍNH CHO BUỒNG LỬA
Số liệu ban đầu:
Chọn chiều dày buồng lửa: Sbl = 16 mm
Đường kính buồng lửa: Dbl = 780 mm
Trang 41l = 4000 mm – chiều dài ống lửa
III TÍNH GIA CƯỜNG LỔ NGƯỜI CHUI
Số liệu ban đầu:
Áp suất : P = 5 bar
Kích thước lổ gia cường: 300400
Bề dày tấm kim loại gia cường : chọn Slc = 14mm
Trang 42Mà kích thước lổ oval là 300400, nên lổ người chui này phải được gia cường
3 Kích thước các chi tiết gia cường phải thỏa điều kiện:
Trang 43V TÍNH CHO ỐNG LỬA CHỊU ÁP LỰC BÊN NGOÀI
Số liệu ban đầu:
Trang 44Chọn chiều dày ống: Song = 3,2 mm
a = 6,25 – đối với ống lửa nằm ngang
l = 4000 mm – chiều dài ống lửa
Số liệu ban đầu:
Chiều dày của ống dẫn hơi: Sodh = 3 mm
(Trong trường hợp này = 1,0)
Bề dấy ống dẫn hơi được xác định:
Trang 45VII TÍNH BỀN CHO BASS CẨU
Các số liệu ban đầu:
7.10
2.083.10 / 3,36.10
Trang 46Chương 3 XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO LÒ HƠI
I CHẤT LƯỢNG NƯỚC CẤP CHO LÒ
1 Mục đích của việc xử lí nước
Sự làm việc chắc chắn và ổn định của lò hơi phụ thuộc rất nhiều chất lượng nước cấp cho lò để sinh hơi
Trong nước thiên nhiên có hòa tan những tạp chất, mà đặc biệt là các loại muối canxi , magiê và các loại muối khác Trong quá trình làm việc của lò, khi nươc sôi và bốc hơi, các muối này sẻ tách ra ở pha cứng dưới dạng bùn hoặc cáu tinh thể bám vào vách ống của lò hơi Các cáu và bùn này có hệ số dẫn nhiệt thấp, thấp hơn so với kim loại hàng trăm lần, do đó khi bám vào vách ống sẻ làm giảm khả năng truyền nhiệt từ khói đến môi chất trong ống, làm cho môi chất nhận nhiệt ít hơn và tổn thất nhiệt do khói thải tăng lên, hiệu suất của lò giảm xuống, lượng tiêu hao nhiên liệu tăng lên
Khi cáu bám trên vách ống sẻ làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại, gây ra hiện tượng ăn mòn cục bộ
Khi cáu bám trên các ống sinh hơi, các ống của bộ quá nhiệt sẽ làm tăng nhiệt
độ của vách ống lên, do đó làm tuổi thọ của ống giảm xuống , có những trường hợp nhiệt độ vách ống tăng lên quá mức cho phép có thể gây ra nổ ống
Ngoài những chất sinh cáu, trong nước còn có những chất khí hòa tan như oxi
và cacbonic, các loại khí này gây ăn mòn mạnh các bề mặt ống kim loại của lò, nhất là
ở bộ hâm nước
Vì những nguyên nhân trên, đòi hỏi phải có những biện pháp đặc biệt để bảo vệ
lò hơi khỏi bị cáu bám và ăn mòn, đảm bảo cho lò hơi làm việc an toàn
Để giảm độ ăn mòn và bảo đảm cho lò hơi làm việc an toàn cần thực hiện 3 nhiệm vụ sau :
Ngăn ngừa hiện tượng bám cáu trên tất cả các bề mặt đốt
Duy trì độ sạch của hơi ở mức độ cần thiết
Ngăn ngừa quá trình ăn mòn của đường nước, đường hơi
2 Chất lượng nước cấp cho lò hơi
Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các khái niệm về đặc tính của nước thiên nhiên như sau :
Độ cứng, độ kiềm và độ kho kết của nước
Độ cứng của nước thể hiện là tổng nồng độ các ion Ca+ và Mg+ có trong nước, được kí hiệu là 0
H
Trang 47Độ cứng cho phép của nước cấp vào lò hơi phụ thuộc vào thông số hơi của lò
Lò có thông số hơi càng cao thì yêu cầu chất lượng nước cấp vào càng cao, nghĩa là nồng độ tạp chất trong nước cấp vào lò phái thấp
Yêu cầu chất lượng nước (độ cứng ) của lò hơi phụ thuộc vào thông số hơi như sau :
II XỬ LÝ NƯỚC CHO LÒ
Để giảm độ cứng của nước cấp cho lò nhằm giảm hiện tượng đóng cáu người ta dùng các biện pháp sau :
Tách những vật có khả năng tạo thành cáu ở trong lò ra khỏi nước trước ki đưa nước vào lò, gọi là phương pháp xử lý nước trước khi đưa nước vào lò
Biến những vật chất có khả năng sinh cáu ở trong lò ( do nước cấp chưa được xử
lý hoặc xử lý không hết ) thành những vật chất tách ra ở pha cứng dưới dạng bùn ( không ở dạng cáu ) rồi dùng biện pháp xả lò để thải ra khỏi lò Phương pháp này gọi
là xử lý nước bên trong lò
Trong phần này chúng ta chỉ nghiên cứu phương pháp xử ký nước trước khi đưa vào
lò hay còn gọi là phương pháp xử lý nước ngoài lò :
Trang 483 Quá trình hoàn nguyên
Sau một thời gian làm việc, các Cation sẽ bị mất dần, nghĩa là các Cation mất dần khả năng trao đổi Vì vậy để phục hồi khả năng làm việc của các Cation, cần phải cho chúng trao đổi với những chất có khả năng cung cấp lại các Cation ban đầu Quá trình này gọi là quá trình hoàn nguyên Cationit
Để phục hồi khả năng trao đổi của Cation, trước hết cần rửa ngược Cation bằng dòng nước chảy ngược để khử các tạp chất cơ học đóng trong thành lớp rửa cho đến khi nước trong bộ lọc chảy ra
Để hoàn nguyên HR, ta cho dung dung dịch H2SO4 1-1,5% hay HCl đi qua lớp Cation từ trên xuống để phục hồi khả năng trao đổi Cuối cùng rửa Cation bằng nước sạch để khử hết tàn dư của dung dịch axit
CaR + H2SO4 = 2HR + CaSO4
-000 -
III TÍNH TOÁN XỬ LÝ SƠ BỘ
Chất lượng nước nguồn khi lò với công suất hữu ích Qtt = 5m3/h (D = 5tấn/h )
Độ cứng toàn phần C0 = 6,0 mđlg/l
Độ kiềm: Kt = 2,4 mđlg/l
Trang 49H H H
(H- hằng số trao đổi đối với sunfua cationit gần bằng 0,0014)
Khả năng trao đổi khi làm việc của cationit-H
E lv H H.E tp0,5q C0 0C Na C k 3
Trong đó :
q0 – lưu lượng đơn vị của nước trong vùng để rửa cationit-H sau khi hoàn nguyên bằng 5m3/1m3 cationit
CNa = 0,6 - nồng độ của Natri trong nước nguồn
Ck = 0 - nồng độ của Kali trong nước nguồn
Etp – khả năng trao đổi toàn phần của cationit, chọn theo bảng 11.2 3 ta được : Etp
Trang 50Diện tích cần thiết của bể lọc cationit-H
Lượn axit tiêu thụ Ga để hoàn nguyên một bể cationit-H: Với H 0,83, tra bảng 11.8
4 ta tìm được lượng tiêu thụ đơn vị của axit H2SO4
Trang 51 Sơ đồ hệ thống xử lý nước:
XaXa
Để tính chính xác trở lực của hệ thống thì rất phức tạp Do đó, ta chọn theo kinh
nghiệm Chọn áp suất bơm là 12at
Vậy bơm li tâm có lưu lượng 5 m3/h, áp suất 12at
- Động cơ truyền động cho bơm:
1,1 .
3600 .b t
P Q N
Trang 52t - hiệu suất truyền đơn
Lưu lượng (m3/s)
Số lượng và kích thước các van an toàn được xác định theo công thức sau:
Trang 53Có hai loại ống thủy : ống thủy tròn và ống thủy dẹp
Ống thủy tròn có cấu tạo đơn giản nhưng rất dễ vỡ
Ống thủy dẹp có cấu tạo phức tạp hơn nhiều, những rất tiện lợi và an toàn lúc công tác, vì nó được đặt trong khung bảo vệ bằng kim loại
Ta chọn loại ống thủy dẹp có chiều dài 220mm
Kết hợp ống thủy với bộ điều khiển bơm nước bằng điện cực
Ta chọn áp kế có lổ thông là 200mm, thang đo là 15at
Trên đường nối ống áp kế lắp 1 van 3 ngã trong đó: một ngã để lắp áp kế mẫu
Trang 54để khi cần kiểm tra áp kế đang dùng hoặc để thông đường nối với áp kế trước khi cho áp kế làm việc ; một ngã lắp với một ống xyphon chứa nước ngưng để bảo vệ áp
kế khỏi bị tác dụng trực tiếp của dòng hơi nóng
.4
D v D
Đối với lò hơi công nghiệp, thì tốc độ tối ưu của dòng hơi bảo hòa theo kinh
nghiệm trong khoảng:
2040m/ s
Nên vận tốc của dòng hơi là : 29m/ s
Để giảm tổn thất ra môi trường xung quanh thì ống dẫn hơi phải được bọc cách nhiệt bằng sợi thủy tinh
2 Van hơi
Van là một thiết bị phụ dùng để đóng và cắt nối hơi ra khỏi sự liên thông với đường ống dẫn hơi Khi mở van để cho hơi đi vào ống dẫn hơi phải đảm