nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình nồi hơi công nghiệp phục vụ dạy nghề

Nồi hơi là một trong số nhiều thiết bị nhiệt còn thiếu, vì vậy việc chế tạo nồi hơi làm thiết bị giảng dạy thực hành trong trường cũng phải đáp ứng các yêu cầu trên.. Vì lý do trên, việc

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình nồi hơi công nghiệp phục vụ dạy nghề

KÝ HIỆU

A - Hệ số hiệu chỉnh lượng bù dung sai;

B - Suất tiêu hao nhiên liệu, kg/h;

Bt - Suất tiêu hao nhiên liệu tính toán, kg/h;

C - Hệ số bù dung sai;

Dng,Dtr- Đường kính ngoài và trong thân balông hơi, ống góp nước, mm;

F - Diện tích tiết diện khí đi qua, m2;

Fv - Diện tích toàn bộ bề mặt vách buồng lửa, m2;

Gf - Lượng hơi nước dùng để tán sương nhiên liệu, kg/h;

Hb - Diện tích bề mặt hấp thụ bức xạ, m2;

Hđl - Diện tích bề mặt truyền nhiệt đối lưu, m2;

Ik - Entanpi của sản phẩm cháy 1 kg nhiên liệu, kJ/kgnl;

Io - Entanpi của không khí lạnh, kJ/kgnl;

p - Áp suất trong buồng lửa, bar;

Ql

0 - Tổng nhiệt khi đốt 1kg nhiên liệu, kcal/kg;

Q1 - Nhiệt lượng hữu ích, kcal/kg;

Q2 - Tổn thất nhiệt theo khói lò, kcal/kg;

Q3 - Tổn thất nhiệt do cháy không hòan tòan về hóa học, kcal/kg;

Q4 - Tổn thất nhiệt do cháy không hòan tòan về cơ học, kcal/kg; Q5 - Tổn thất nhiệt ra môi trường xunh quanh, kcal/kg;

Q6 - Tổn thất nhiệt theo xỉ, kcal/kg;

Q0 - Nhiệt lượng hữu ích toả ra trong buồng lửa, kcal/kg;

Qb - Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa, kcal/kg;

Sh - Bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ;

S - Bề dày vách balông hơi, ống góp nước, ống nước,mm;

Ta - Nhiệt độ cháy lý thuyết tuyệt đối, oK;

Tbl - Nhiệt độ tuyệt đối của khói ra khỏi buồng lửa, 0K;

V - Lưu lượng thể tích trung bình, m3/s;

VoRO2 - Thể tích CO2, SO2 tạo ra khi cháy 1kg nhiên liệu, m3tc/kgnl;

VCm - Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy, kcal/kg 0C;

Vg - Lưu lượng quạt gió;

Vkt - Lưu lượng quạt khói thải;

Z - Số hàng ống đặt song song;

a0 - Độ đen của buồng lửa khi dàn ống được phân bố đều;

dtr - Đường kính trong ống, mm;

dmax - Đường kính lớn nhất cho phép của lỗ không có gia cường;

in - Nhiệt lượng vật lý của nhiên liệu, kcal/kg;

k - Hệ số làm yếu tia bức xạ bởi môi trường buồng lửa;

klg - Hệ số dự phòng không khí;

ttb - Nhiệt độ tính toán của dòng khí;

tb - Nhiệt độ bão hoà của môi chất,0C;

ψ, - độ dày đặc của dàn ống trong buồng lửa;

ρ - Tỉ số giữa diện tích mặt đáy và bề mặt hấp thụ bức xạ;

ω - Tốc độ lưu động tính toán của môi chất, m/s;

δ* - Ứng suất định mức cho phép, kG/mm2;

η - Hệ số đặc trưng về cấu tạo và những đặc điểm trong vận hành;

δ - Ứng suất cho phép của kim loại, kG/mm2

MỤC LỤC

1.1.3 Các thiết bị nghiên cứu có liên quan 11 1.2 Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế nồi hơi công nghiệp 11 1.2.1 Phân tích chọn mẫu mô hình nồi hơi công nghiệp 11 1.2.2 Các giải pháp nâng cao chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật khi thiết kế,

1.3.1 Các số liệu ban đầu 20 1.3.2 Thành phần, thể tích và entanpi của sản phẩm cháy 20 1.3.3 Cân bằng nhiệt, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất nồi hơi 22

1.4 Thiết kế kết cấu và tính bền các bộ phận của nồi hơi 32

1.5 Phương pháp tính vòng tuần hoàn tự nhiên 39

1.5.2 Cách tính thủy động và vòng tuần hoàn tự nhiên 42

3.2 Xây dựng các bài giảng mẫu 66

3.2.2 Lý do chọn một số bài giảng mẫu 67 3.3 Ứng dụng các phần mềm trong mô phỏng các bài giảng mẫu 68

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong các trường chuyên nghiệp dạy nghề hiện nay thiết bị thực hành còn rất hạn chế, nên việc nghiên cứu đưa ra các thiết bị mẫu phù hợp cho các phòng thí nghiệm hay trong xưởng thực hành là yêu cầu hết sức cấp thiết Các thiết bị này cần phải đáp ứng những yêu cầu cơ bản là nhỏ gọn, ít tốn kém, hiệu quả cao, tính chính xác, tính an toàn phải đảm bảo ở mức cao nhất; bên cạnh đó thiết bị phải phù hợp với các bài giảng mẫu và cơ bản nhất giúp cho học viên dễ dàng tiếp thu bài học một cách trực quan, nhưng đồng thời phải đảm bảo tính khoa học và công nghệ hiện đại

Nồi hơi là một trong số nhiều thiết bị nhiệt còn thiếu, vì vậy việc chế tạo nồi hơi làm thiết bị giảng dạy thực hành trong trường cũng phải đáp ứng các yêu cầu trên Ngoài ra học viên được đào tạo phải đáp ứng cả những yêu cầu bức thiết trong các ngành có dùng hơi nước Trong thực tế do những nhu cầu về nhiệt ở mỗi một ngành khác nhau thì sẽ đòi hỏi những loại nồi hơi khác nhau

Có những nồi hơi kết cấu cồng kềnh, chế tạo tốn nhiều kim loại mà hiệu suất còn thấp; Có những nồi hơi kích thước nhỏ gọn hiệu suất tương đối cao nhưng khó chế tạo, khó sửa chữa, bảo dưỡng Do đó nồi hơi làm thiết bị thực hành trong các trường chuyên nghiệp dạy nghề không chỉ đáp ứng những yêu cầu mô phỏng mà còn phải đáp ứng những yêu cầu trong sản xuất, đồng thời còn là cầu nối giúp học viên tiếp cận những kiến thức khoa học hiện đại dễ áp dụng vào thực tế sản xuất ngay sau khi ra trường

Ở Việt Nam hiện nay có rất nhiều cơ sở và trường dạy nghề đang trực

tiếp đào tạo chuyên ngành về vận hành nồi hơi công nghiệp và nồi hơi nhà máy nhiệt điện Hầu hết các trường này không có mô hình nồi hơi để giảng dạy Chính vì vậy học viên sau khi ra trường thiếu kiến thức thực tế, chỉ có kiến thức

lý thuyết, do đó còn rất mơ hồ khi tiếp cận với sản xuất thực tế

Vì lý do trên, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình nồi hơi làm thiết

bị thực hành trong các trường chuyên nghiệp dạy nghề trong các ngành công nghiệp là rất cần thiết

Trên tinh thần đó nhóm nghiên cứu xin đề xuất đề tài:

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình nồi hơi công nghiệp phục vụ dạy

nghề”

2 Mục tiêu của đề tài:

- Nhằm đưa ra một mô hình nồi hơi phục vụ công tác dạy nghề có kết cấu gần với nội dung các bài giảng trong trường dạy nghề, có khả năng phổ biến vào các ngành công nghiệp sử dụng hơi nước và tiếp cận công nghệ tự động hiện đại

- Sử dụng làm thiết bị thực hành một cách sinh động trực quan Giúp học viên trong các trường đào tạo nghề dễ tiếp thu bài và sau khi ra trường học viên

có thể làm quen với thực tế nhanh nhất

- Đưa ra các bài giảng mẫu cơ bản giúp học viên dễ dàng tiếp thu bài học một cách sinh động, song vẫn đảm bảo tính khoa học và công nghệ hiện đại

3 Đối tượng nghiên cứu

- Mô hình nồi hơi dạng mô phỏng, có kết cấu phổ biến – không hoạt động

- Mô hình nồi hơi sống, có kết cấu mới – hoạt động được

- Nghiên cứu ứng dụng multimedia để mô phỏng các quá trình cháy, quá trình cấp nước, quá trình sinh hơi và tuần hoàn của hơi và nước trong thiết bị

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Thiết kế, chế tạo một mô hình nồi hơi thông dụng, phổ biến và một nồi hơi có kết cấu mới so với các loại nồi hơi hiện có trong công nghiệp và tiếp cận công nghệ tự động, phục vụ công tác dạy nghề

- Nghiên cứu ứng dụng multimedia để mô phỏng các quá trình cháy, quá trình cấp nước, quá trình sinh hơi và quá trình tuần hoàn của môi chất trong nồi hơi

- Đưa ra bài giảng mẫu và cơ bản nhất giúp cho học viên dễ dàng tiếp thu bài học một cách sinh động, nhưng phải đảm bảo tính khoa học và công nghệ hiện đại

5 Giới hạn của đề tài

- Thiết kế, chế tạo mô hình nồi hơi có kết cấu thông dụng và một nồi hơi mẫu mới công suất 100 kg/h, đốt dầu DO, phục vụ công tác đào tạo trong trường

dạy nghề;

- Xây dựng một số bài giảng cơ bản nhất để dạy vận hành nồi hơi;

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

- Nghiên cứu yêu cầu thực tế về thiết bị thực hành trong các trường dạy nghề

- Nghiên cứu yêu cầu thực tế về chế tạo nồi hơi trong nước

- Khảo sát các loại nồi hơi chế tạo trong nước và ngoài nước

7 Những điểm mới và kết quả của đề tài

- Xây dựng một mô hình nồi hơi thông dụng và phổ biến giúp học viên tiếp cận và làm quen với thực tế một cách nhanh nhất

- Tính mới của đề tài là sử dụng multimedia để mô phỏng các quá trình làm việc của nồi hơi, giúp học viên dễ dàng hiểu bài và sau khi tốt nghiệp học viên tiếp cận nhanh với công việc thực tế

- Tính mới còn thể hiện ở việc đưa ra một mẫu nồi hơi với kết cấu mới có nhiều ưu thế trong chế tạo, sửa chữa, bảo dưỡng và vận hành

- Giảng viên có thể thực hiện các bài giảng mẫu cơ bản trên máy tính khi thực hành

- Học viên có điều kiện so sánh kiến thức giữa lý thuyết với thực tế từ đó giúp cho học viên hiểu biết được sâu sắc hơn

- Viên khoa học & Công nghệ nhiệt lạnh, đại học Bách khoa Hà Nội

- Trường đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

- Trường Cao Đẳng Nghề Tp Hồ Chí Minh

- Trung tâm Kiểm định & Huấn luyện KTATLĐ Tp Hồ Chí Minh

- Viện Cơ học Ứng dụng Tp Hồ Chí Minh

Chương I:

Cơ sở nghiên cứu thiết kế mô

hình nồi hơi công nghiệp

1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước

- Công nghệ dạy học (Instructional Technology) từ lâu đã trở thành một

ngành khoa học trong lĩnh vực dạy học và là cơ sở sư phạm để chỉ đạo việc đào tạo, ứng dụng công nghệ trong nhà trường, nhất là trong các trường trung học chuyên nghiệp và dạy nghề

- Tại một số nước phát triển trên thế giới như Nhật, Australia, Mỹ, Hà Lan, Na Uy, …, khi lập kế hoạch dạy nghề thì thời gian học lý thuyết chỉ chiếm khoảng 1/3 đến 1/2 thời gian của toàn khóa học, thời gian còn lại là cho thực hành

Chính vì vậy tại đây, các thiết bị thực hành phải đầy đủ, đa dạng, phong phú và thích ứng với yêu cầu thực tế của các ngành công nghiệp hiện đại Vì thế học viên khi ra trường nhanh chóng thích nghi được với máy móc thiết bị thực

tế, do đó việc khai thác các thiết bị là rất hiệu quả và an toàn

- Trung tâm an toàn hàng hải của Na Uy có chi nhánh tại Vũng Tàu về quy mô thì nhỏ nhưng tại đó thiết bị thực tập lại rất đa dạng, bao gồm cả mô hình máy bay trực thăng, thiết bị cứu hỏa, cứu sinh, vv

Như vậy chúng ta thấy việc dạy nghề tại các nước tiến tiến trên thế giới hiện nay là rất hiện đại, nhưng tính chất cụ thể với ngành nghề thực tế lại rất cao

Đó là do họ rất quan tâm tới việc xây dựng các mô hình gần với thực tế,

giúp học viên sau khi tốt nghiệp có khả năng tiếp với thực tế rất nhanh

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

- Hiện nay ở nước ta các trường chuyên nghiệp và dạy nghề còn rất thiếu, thậm chí không có thiết bị thực hành cho học viên Nhất là thiết bị thực hành như mô hình về nồi hơi cũng như thiết bị nhiệt thì chưa có một cơ sở hay trường trung học chuyên nghiệp và dạy nghề nào có mô hình nồi hơi hoàn chỉnh để cho

học viên có điều kiện thực hành

- Cả nước có rất nhiều trường và cơ sở đào tạo nghề có đào tạo vận hành nồi hơi công nghiệp Nhưng các trường này do cơ sở vật chất còn nghèo, nên không thể trang bị thiết bị thực hành như nồi hơi, do đó sau khi ra trường hầu

như học viên không nắm được những kiến thức cơ bản về nồi hơi

- Bên cạnh đó còn rất ít các công trình nghiên cứu về công nghệ dạy học cho các trường học nói chung và cho các trường chuyên nghiệp và dạy nghề nói riêng

1.1.3 Các thiết bị nghiên cứu có liên quan

- Máy móc thiết bị cơ khí phục vụ cho việc chế tạo các mô hình

- Máy móc thiết bị văn phòng như máy tính, máy in, máy quét, máy fax

1.2 Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế nồi hơi công nghiệp

1.2.1 Phân tích chọn mẫu mô hình nồi hơi công nghiệp

- Trong xu hướng phát triển mạnh mẽ của các ngành kinh tế trong nước cũng như trên thế giới hiện nay, nhất là những ngành công nghiệp có dùng năng lượng nhiệt dưới dạng hơi nước (công nghiệp chế biến thực phẩm, dệt may, dược phẩm, ) thì nhu cầu về các thiết bị sử dụng nhiệt, nhất là nồi hơi đã trở thành cấp thiết Nhưng cùng với tính năng ưu việt, hiệu quả kinh tế mà nồi hơi

mang lại thì trong quá trình sử dụng cũng xảy ra nhiều vụ tại nạn lao động thảm

khốc mà nguyên nhân chủ yếu bắt nguồn từ sự thiếu hiểu biết, vi phạm qui trình vận hành an toàn của người vận hành nồi hơi

- Bên cạnh đó nhu cầu về các dụng cụ dạy học trực quan tại các trường chuyên nghiệp, dạy nghề có đào tạo công nhân vận hành nồi hơi công nghiệp trong nước đã trở thành cấp thiết

- Thực tế hiện nay ở các trường chuyên nghiệp, dạy nghề có đào tạo công nhân vận hành nồi hơi công nghiệp thì chương trình đào tạo chỉ nặng về lý

Như vậy để đáp ứng được các nhu cầu kể trên đòi hỏi các trường trung học và dạy nghề có đào tạo công nhân vận hành nồi hơi công nghiệp phải tạo ra được sản phẩm là những công nhân có kỹ năng vận hành nồi hơi một cách an toàn nhất nhằm làm hạn chế tối đa các vụ tai nạn lao động và với hiệu suất, công suất cao nhất

Trước tình hình thực tế như đã phân tích trên, việc chọn mẫu nồi hơi làm thiết bị thực hành trong nhà trường đòi hỏi phải vừa đáp ứng được tính phổ biến, vừa phải cập nhật được tính mới Như vậy mới có thể giúp học viên vừa dễ dàng làm quen những dạng nồi hơi sãn có trong thực tế, vừa nhanh chóng tiếp thu những dạng nồi hơi mới, từ đó việc vận hành khai thác đảm bảo an toàn và hiệu quả

1.2.1.1 Để đáp ứng những yêu cầu trên đây nhóm tác giả đã chọn hai mẫu nồi hơi sau

- Mẫu nồi hơi số 1: Là nồi hơi ống lò – ống lửa nằm, công suất 100kg/h Đây là loại nồi hiện đang được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp Mẫu nồi hơi này được dùng làm mô hình mang tính mô phỏng

- Mẫu nồi hơi số 2: Là nồi hơi ống nước đứng - tuần hoàn tự nhiên, công suất 100kg/h Đây là loại nồi hơi do chính nhóm tác giả đề xuất với dạng kết cấu mới, có nhiều tính năng tương đối phù hợp với điều kiện của nền công nghiệp còn non trẻ của Việt Nam Có thể dễ dàng tháo, lắp giúp học viên dễ dàng tìm hiểu kết cấu bên trong nồi hơi trong quá trình thực tập Mặt khác khi áp dụng các bài giảng thực hành, học viên dễ hình dung và hiểu bài tốt hơn

Loại nồi hơi này có những ưu, nhược điểm sau

Ưu điểm:

- Giảm chi phí chế tạo: Giảm rất nhiều kim loại không trực tiếp tham gia truyền nhiệt Balông hơi chỉ làm nhiệm vụ đuổi hơi Dàn ống lên vừa là bề mặt truyền nhiệt vừa là hệ thống khung lò

Chiều dày bề mặt truyền nhiệt cũng giảm khá nhiều, do ống truyền nhiệt

Thể tích buồng lửa tăng lên, lượng nhiệt trao đổi theo phương thức bức xạ giữa môi chất và sản phẩm cháy tăng lên so với lượng nhiệt trao đổi đối lưu, kết quả cuối cùng làm tăng hệ số truyền nhiệt trung bình nên tăng lượng nhiệt có ích cho lò hơi

- Vòng tuần hoàn tự nhiên khá rõ rệt, giống như trong lò hơi công suất vừa

và lớn Khả năng tuần hoàn tự nhiên tốt dẫn đến:

+ Trao đổi nhiệt đối lưu giữa hỗn hợp hơi - nước với bề mặt truyền nhiệt tăng

+ Làm nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt giảm, tức là bề mặt truyền nhiệt được làm mát tốt, ít có khả năng xảy ra sự cố

- Do hơi và nước chủ yếu trong các ống có đường kính nhỏ, nên lò hơi loại này có tính an toàn rất cao

Nhược điểm:

- Do buồng lửa chỉ có hai vách hai bên, còn phía sau phải xây gạch cách nhiệt, do đó phần nào diện tích truyền nhiệt bức xạ cũng bị hạn chế Đồng thời

sẽ làm tăng tổn thất nhiệt ra môi trường q5

- Có nhiều đường hàn tại đầu các ống truyền nhiệt với các ống góp dưới nhưng nằm trên đỉnh của buồng lửa, do đó khi lắp giáp xong phải xử lý nhiệt cho các đường hàn đó để khử ứng suất dư khi hàn

- Việc lấy dấu khoan các lỗ trên các ống góp đòi hỏi chính xác, việc lắp ráp cũng cần tỷ mỉ

- Chất lượng nước cho lò hơi đòi phải tốt hơn lò hơi ống lửa

Nước từ balông theo ống xuống bên ngoài lò vào các ống góp nước đặt trong lò Trong các ống nước lên, sau khi nhận nhiệt từ sản phẩm cháy, nước sôi lên rồi hóa hơi, hơi đi lên ống góp trên rồi thu về balông giữa Tại balông giữa hơi được tách ra khỏi mặt thoáng của nước và đi lên balông hơi trên để đưa vào

sử dụng, còn phần nước cùng với nước được bổ sung mới theo đường ống xuống qua các ống góp vào các ống nước trong lò hơi và tiếp tục nhận nhiệt sinh hơi

Như vậy ta thấy vòng tuần hoàn tự nhiên được thực hiện như trong các lò hơi vừa và lớn

1.2.1.2 Bộ hâm nước

Cấu tạo: Bộ hâm nước có kết cấu gần giống như kết cấu dàn sinh hơi,

gồm các ống nước đứng, hai đầu được nối với hai ống góp, các ống góp lại được nối với hai ống góp chính Ống góp chính trên được nối với bơm nước cấp, ống góp chính dưới được nối với nồi hơi Bộ hâm nước được đặt phía trên của nồi hơi

Nguyên lý làm việc: Nước được bơm vào bộ hâm từ bơm cấp của nồi hơi,

nước trong bộ hâm nhận nhiệt từ sản phẩm cháy sau khi ra khỏi các bề mặt sinh hơi, nhiệt độ nước được nâng lên từ 30 0C đến 100 0C Khi tín hiệu báo nước nồi hơi giảm đến mức thấp nhất, thì bơm cấp tiếp tục bơm nước vào bộ hâm, làm áp suất bộ hâm nước tăng lên thắng áp suất nồi hơi khiến van một chiều nằm trên đường ống nối bộ hâm nước với nồi hơi tự động mở và nước từ bộ hâm được

chuyển qua nồi hơi

1.2.1.3.Tính toán phác thảo

Chọn năng suất sinh hơi của lò hơi là: DO = 40 kghơi/m2h

Vậy diện tích truyền nhiệt của lò hơi là: F = D/DO = 100/40 = 2,5 m2

Bố trí buồng lửa dự kiến kích thước là: H x B x L = 400 x 400 x 350 Diện tích truyền nhiệt bức xạ tại buồng lửa tính toán theo kích thước buồng lửa dự kiến là: Hb = 0,45m2

Kích thước bao của lò hơi, bao gồm cả bộ hâm nước là:

H x B x L = 1.300 x 600 x 600

1.2.2 Các giải pháp nâng cao chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật khi thiết kế, chế tạo nồi hơi

- Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất nhiệt:

Từ phương trình cân bằng nhiệt ta thấy có các lọai tổn thất nhiệt sau: q2 là tổn thất nhiệt theo khói thải

q3 là tổn thất nhiệt do cháy hóa học không hết

q4 là tổn thất nhiệt do cháy cơ học không hết

q5 là tổn thất nhiệt ra môi trường xunh quanh

q6 là tổn thất nhiệt theo xỉ

a - Đối với tổn thất nhiệt theo xỉ q6:

Vì nồi hơi mà đề tài nghiên cứu là loại nồi hơi công nghiệp, có công suất nhỏ, áp suất thấp và đốt dầu DO, nên không có xỉ Vì vậy kết cấu nồi hơi đơn giản, kích thước nhỏ, tổn thất nhiệt theo xỉ q6 coi như không có

b - Đối với tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q5, theo[4; trang 39] thì đây là nồi hơi thuộc lọai không có bề mặt đốt phần đuôi có công suất dưới 2 tấn hơi trên giờ, do vậy việc xác định tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q5 có thể giảm thiểu bằng cách bọc nhiệt tốt nhất

c - Đối với tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q3, tức là sau khi cháy còn sót lại trong khói một số khí cháy được như CO, H2, CH4…

Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học không lớn, theo[2] vì

nó chỉ tổn thất vào khoảng từ 1% đễn 4% Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

về hóa học q3 phụ thuộc vào quá nhiều yếu tố, như: hệ số không khí thừa, loại nhiên liệu, kích thước buồng lửa Vậy để nâng cao hiệu suất nhiệt cho nồi hơi ta phải quan tâm tới các vấn đề sau đây:

Đối với hệ số không khí thừa ta chọn phải đủ lớn, để có đủ oxy cháy kiệt nhiên liệu khi đó tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q3 sẻ nhỏ, nhưng nếu ta chọn hệ số không khí thừa quá lớn làm giảm nhiệt độ buồng lửa dẫn đến q3 cũng tăng, vì vậy ta phải chọn sao cho thích hợp nhất

Để q3 giảm ta còn phải tăng sự tiếp xúc thật tốt giữa oxy với nhiên liệu Cần quan tâm tới kích thước hợp lý của buồng lửa, nếu buồng lửa quá lớn thì khi giảm phụ tải, nhiệt độ buồng lửa thấp đi nhanh vì phần diện tích tiếp xúc với nước lớn, dẫn đến khả năng cháy không hoàn toàn về hóa học cao, thì q3 tăng Trong trường hợp buồng lửa quá nhỏ, nhiệt độ buồng lửa cao hơn nhưng thời gian lưu lại của nhiện liệu trong buồng lửa quá ngắn, chưa kịp cháy hết đã phải thải ra cũng làm tăng q3 Vậy để giảm q3 ta cần phải nghiên cứu và thiết kế loại buồng lửa có kích thước thích hợp nhất

e - Đối với tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài q2:

Vậy để nâng cao hiệu suất của nồi hơi ta không thể hạ thấp nhiệt độ khói thải xuống quá thấp, mà chỉ hạ nhiệt độ khói thải tới khi sao cho hiệu suất nồi hơi

ở mức tương đối cao Bên cạnh đó phải thiết kế nồi hơi sao cho lượng kim loại chế tạo nồi hơi là ít nhất, không tạo ra được quá trình ăn mòn điện hóa hay ăn mòn do acid sulfuric tới bề mặt kim loại đồng thời không tăng giá thành sản phẩm

- Vì nhiệt độ khói thải ra ngoài không thể chọn thấp hơn 130 0C khi đốt dầu

DO, do đó để tăng hiệu suất nồi hơi ta có thể tận dụng khói lò để hâm nước trước khi cấp vào nồi hơi Bên cạnh đó cần tận dụng nước hồi để tăng hiệu suất

1.2.3 Cơ sở lý thuyết tính nhiệt nồi hơi

Khi tính toán thiết kế nồi hơi cần phải tính nhiệt lượng hấp thụ của từng bộ phận theo nhiệt độ khói và môi chất được đốt nóng cho trước Sau đó sẽ tính độ chênh lệch nhiệt độ và hệ số truyền nhiệt từ các phương trình truyền nhiệt, đồng thời từ phương trình truyền nhiệt ta xác định bề mặt đốt

Tính kiểm tra nồi hơi là một trường hợp tổng quát hơn vì thậm chí khi thiết

kế các nồi mới, bề mặt đốt của các bộ phận nồi hơi cũng được xác định theo cấu tạo mẫu cho trước với sự kiểm tra lại nhiệt lượng hấp thụ của chúng

Khi tính kiểm tra lò hơi chúng ta chưa biết các nhiệt độ trung gian của khói

và môi chất, chưa biết nhiệt độ khói, không khí Để có thể tính toán cần chọn trước nhiệt độ ấy với sự xác minh lại bằng phương pháp gần đúng

Khi tính toán các bề mặt đối lưu thường cho trước nhiệt độ và entanpi của môi chất trao đổi nhiệt tại một phía của bề mặt đốt Để xác định entanpi của môi chất tại phía kia cần cho trước nhiệt lượng hấp thụ và xác minh bằng phương pháp tính gần đúng Tính toán nồi hơi phải đảm bảo độ chính xác cần thiết khi xác định các thông số chủ yếu, nhất là nhiệt độ hơi nước và khói thải

Để chọn quạt gió cho nồi hơi, phải căn cứ việc xác định lượng gió và khói cùng toàn bộ trở lực của đường gió và đường khói Ngoài ra trong quá trính tính toán còn có thể tối ưu hóa các bộ phận, các đoạn đường khói và không khí sao cho các chi phí tính toán là nhỏ nhất, cung cấp các dữ kiện để thiết kế chi tiết đường khói và đường gió Trong các nồi hơi có sử dụng quạt hút người ta tính riêng các tổn thất áp suất trong đường không khí từ chỗ thu nhận không khí lấy từ môi trường xung quanh đến khi không khí đi vào buồng lửa và trong đường khói

từ buồng lửa đến khi thoát ra ống khói

Lưu lượng gió và khói đi qua các quạt gió và quạt khói được xác

định từ tính toán nhiệt lò hơi và phụ tải định mức

Để kiểm tra sức bền các chi tiết trong nồi hơi, phải xác định được kích thước, nhất là chiều dày cần thiết Khi tính kiểm tra cần xác định được áp suất cho phép phù hợp với kim loại và điều kiện làm việc của các chi tiết đó Nguyên tắc chung của việc tính toán đối với mọi chi tiết, kể cả chi tiết yếu nhất, là phải bảo đảm ứng suất cho phép luôn luôn lớn hơn hoặc bằng ứng suất làm việc tôí đa của chi tiết đó Ứng suất làm việc tùy thuộc vào điều kiện chịu tải, còn ứng suất cho phép tùy thuộc vào kim loại và điều kiện nhiệt độ

Tóm lại tính nhiệt nồi hơi là một bài toán lớn, phức tạp đến nay vẫn chưa giải được bằng lý thuyết thuần túy mà thường phải dùng thực nghiệm kết hợp với

lý luận đồng dạng nên kết quả vẫn chỉ là gần đúng, giới hạn trong những điều kiện và những phạm vi nhất định

Từ những phân tích trên đây ta sẽ áp dụng thiết kế nồi hơi công nghiệp một cách tối ưu nhất

1.3 Tính nhiệt nồi hơi

* Phương pháp tính toán thiết kế nồi hơi cũng như các công thức sử dụng

và các số liệu tra cứu được tham khảo từ tài liệu [4] Ký hiệu các đại lượng và thứ nguyên của nó cũng được giữ nguyên, mặc dù có một số đại lượng có đơn vị chưa thật chuẩn theo hệ thống đo lường quốc tế mới(SI)

Việc tính nhiệt nồi hơi theo trình tự sau đây:

- Xác định các số liệu ban đầu;

- Xác định hệ số không khí thừa ;

- Tính thành phần, thể tích và entanpi của sản phẩm cháy;

- Lập phương trình cân bằng nhiệt cho nồi hơi;

- Tính các tổn thất nhiệt;

- Tính hiệu suất nhiệt lò hơi;

- Tính suất tiêu hao nhiên liệu, từ đó suy ra suất tiêu hao

nhiên liệu tính toán;

- Tính toán trao đổi nhiệt trong buồng lửa:

Để tính toán trao đổi nhiệt trong buồng lửa ta phải tiến hành xác định các thông số sau:

ϕ : hệ số bảo toàn nhiệt năng;

Ta: Nhiệt độ cháy lý thuyết tuyệt đối, OK

Qo: Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa, kcal/kg

Vcm : Tổng nhiệt dung trung bình của sản phẩm cháy, kcal/kg.OC

Qb: Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa, kcal/kg

ξ: Hệ số làm bẩn bề mặt hấp thụ bức xạ qui ước

a0: Độ đen của buồng lửa

Fv – toàn bộ bề mặt vách buồng lửa, m2

(Theo thiết kế phác thảo Hb = 0,45 m2)

ρ : tỉ số giữa diện tích mặt đáy và bề mặt hấp thụ bức xạ

a: Độ đen hiệu dụng của ngọn lửa

S: bề dày hiệu dụng lớp bức xạ của ngọn lửa

- Tính tóan các bề mặt đối lưu:

Để tính tóan bề mặt đối lưu ta dựa vào hai phương trình truyền nhiệt và cân bằng nhiệt đồng thời phải xác định được các thông số sau:

Q: lượng nhiệt truyền cho môi chất

k: Hệ số truyền nhiệt, kcal/m2hoC

∆t: độ chênh nhiệt độ, 0C

- Để tính số lượng ống và kích thước của ống trong phần truyền nhiệt đối lưu ta phải xác định các thông số sau:

ω: Tốc độ tính toán của khói lò, m/s

F: diện tích tiết diện nhỏ nhất khi đi qua, m2;

V: lưu lượng thể tích trung bình, m3/s

1.3.1 Các dữ kiện ban đầu để tính nhiệt

- Kiểu nồi: Ống nước đứng

- Công suất: 100kghơi/h

- Áp suất thiết kế: 8,0kG/cm2

- Ap suất thử: 12 kG/cm2

- Nhiên liệu đốt: DO

- Chế độ đốt: Tự động

1.3.2 Thành phần, thể tích và entanpi của sẩn phẩm cháy

1.3.2.1 Thành phần của sản phẩm cháy: Khi nhiên liệu cháy hoàn toàn với lượng không khí vừa đủ (α = 1), trong sản phẩm cháy bao gồm các thành phần sau:

CO2, SO2, H2O và N2 Khi cháy hết với hệ số không khí lớn hơn1 ( α >1) còn

có O2 do không khí thừa mang vào Nếu cháy không hoàn toàn có CO và một ít chất khí không cháy hết như H2, CH4 …

1.3.2.2 Thể tích của sẩn phẩm cháy:

- Khi cháy hoàn toàn với ;= 1: Từ phản ứng cháy ta có:

+ Thể tích tổng của hai sản phẩm cháy CO2, SO2 trong 1kg nhiên liệu là:

VORO2 = VoCO2 + VOSO2 = 0,01866(Clv + 0,375Slv), m3tc/kgnl (1.1)

Theo [1; trang 24], ta cho loại dầu có các thành phần làm việc như sau:

Wlv = 3,0%; Alv = 0,3%; Slv = 0,5%; Clv = 85,3%; Hlv = 10,2%; Nlv = 0,7%;

Olv = 0,7%

Và ta lấy hệ số không khí thừa; = 1.15

Thay kết quả trên vào (1.1) ta có:

VO RO2 = 0,01866(85.3 + 0,375x0.5), m 3tc/kgnl

VORO2 = 1.6, m3tc/kgnl + Thể tích của N2 trong 1kg nhiên liệu là 0,008Nlv và do không khí mang vào là 0,79 Vo Như vật thể tích N2 trong sản phẩm cháy bằng:

VoN2 = 0,79 Vo + 0,008Nlv (1.2) Trong đo:

+ Thể tích không khí lý thuyết cần đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu là:

Vk = 12,6 m3tc/kgnl Trong đó Vk là thể tích khói ẩm, VoH2O là thể tích hơi nước trong khói và

Vokkho là thể tích khói khô

1.3.2.3 Entanpi của sản phẩm cháy:

Entanpi của sản phẩm cháy do đốt cháy1 kg nhiên liệu là:

Ik = Iok + (α -1)I o, kcal/kg (1.8) Trong đó: Iko là entanpi của khói cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu với:

(Cpt)H2O = 429Kcal/Nm3, (Cpt)CO2 = 547 Kcal/Nm3

, (Cpt)N2 = 346 Kcal/Nm3

Thay các giá trị vào(1.9) ta có:

Iok = 4.280 Kcal/kg

Trong đó: Io là entanpi của không khí đốt cháy hoàn toàn với α = 1:

Thay các giá trị vào(1.11) ta có: Io = 3.688 kcal/kg

Thay các giá trị vào(1.8) ta có:

Ik = 4.833 kcal/kg

1.3.3 Cân bằng nhiệt, suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất nồi hơi

1.3.3.1 Cân bằng nhiệt:

Phương trình cân bằng nhiệt nồi hơi:

Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu, nhiệt tỏa ra trong nồi hơi được cân bằng theo phương trình: Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 kcal/kgnl (1.12) Hoặc viết theo phần trăm:

100% = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6.%, (1.13) Trong đó:

Qđv là nhiệt lượng cấp cho nồi hơi khi đốt 1 kg nhiện liệu bằng:

Qđv = Qol + Inl +Ikkn +Qp – Qk kcak/kgnl (1.14) Thực tế các giá trị: Inl,Ikkn,Qp, Qk nhỏ không đáng kể, do đó để đơn giản trong tính toán ta lấy: Qđv = Qol = 9.310 kcal/kg tài liệu[4; 24]

Tính toán tổn thất nhiệt:

- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học Q4,q4:

Vì đốt dầu DO nên:

q4 = 0%, do do Q4 = 0% kcal/kg

- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hoá học Q3,q3:

Để đơn giản ta chọn theo kinh nghiệm theo tài liệu[4; trang38]:

q3 = 1,2%, Q3 = 1,2% x 9.310 = 112 kcal/kg

- Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài Q2,q2:

Ta có thể tính theo công thức sau:

(1.15) Trong đó:

Ik = 1155 là entanpi của khói thải, xác định ở: t = 230oC

Iol = 9,5 là entanpi của không khí lạnh, xác định ở: t = 30oC

Thay các giá trị vào(1.15) ta có: Q2 = 1154 kcal/kg,

Q2 = 1154 kcal/kg, do đó ta có: q2 = Q2/Qol = 12%

h kg Q

i D B

1 q4 kg h B

27 ,

a b a

V B

T H T

ϕξ

- Tổn thất nhiệt do toả ra môi trường xunh quang Q5,q5:

Để tính Q5 ta có thể tra đồ thị tìm q5 theo công suất lò:

q5 = 3,6%, do vậy: Q5 = 3,6% x 9.310 = 335 kcal/kg

- Tổn thất nhiệt do nhiệt vật lý của tro xỉ Q6, q6;

Với nhiên liệu là dầu DO thì:

q6 = 0%, Q6 = 0% kcal/kg

1.3.3.2 Hiệu suất của lò:

ηl = 100 – ( q2 + q3 + q4 + q5 + q6), % (1.16 ) Thay các giá trị vào(1.16) ta có:

Như vậy phương trình cân bằng nhiệt thỏa mãn

1.3.3.4 Suất tiêu hao nhiên liệu: (1.17)

i’’ = 661,2 kcal/kg, inc = 20,2 kcal/kg

Thay các giá trị vào(1.17) ta có: B = 8,2kg/h

1.3.3.5 Tiêu hao nhiên liệu tính toán:

(1.18)

Trong đó: B = 8,2kg/h, q4 = 0%

Thay các giá trị vào(1.18) ta có: Bt = 8,2 kg/h

1.3.4 Tính toán trao đổi nhiệt trong buồng lửa

1.3.4.1 Trong tính toán thực tế người ta áp dụng công thức sau đây để xác định nhiệt khói ra khỏi buồng lửa:

tbl = , 0C (1.19)

k Q Q q

100 100

bl

t

I Q

−

− "

0 0

Trong đó:

Bề mặt hấp thụ bức xạ theo thiết kế phác thảo: Hb = 0,45 m2

Bt = 8,2 kg/h Suất tiêu hao nhiên liệu tính toán;

ϕ = 0,964 hệ số bảo toàn nhiệt năng;

Ta – nhiệt độ cháy lý thuyết tuyệt đối, được qui ước chọn bằng nhiệt độ trong trường hợp cháy đoạn nhiệt, 0K;

Nhiệt độ cháy lý thuyết ta, 0C xác định theo nhiệt lượng hữu ích toả ra trong buồng lửa Q0, kcal/kg, bằng entanpi của sản phẩm cháy Ia, kcal/kg ở nhiệt độ ta và lượng không khí thừa ở điểm cuối buồng lửa α

1.3.4.2 Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa:

Q0 = Q0l , kcal/kg; (1.20) Q0l = 9.310 kcal/kg;

q3 = 1,2 %, q6 = 0 %;

Qk’ – nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa, kcal/kg;

Qk’ = (α - ∆α0 - ∆αn)I0”+ (∆α0 + ∆αn)Il0, kcal/kg (1.21) Trong đó:

Lượng không khí lọt: ∆α0 = 0

Entanpi không khí lạnh: Il0 = 62,1 kcal/kg, theo tài liệu[4; trang 30]

∆αn = 0, Vì không có máy nghiền

I0” = 0, Vì không có bộ sấy không khí

Do đó ta có: Qk’ = ∆α0 Il0 = 0 kcal/kg

Qk – nhiệt lượng do không khí mang vào lò khi có sấy sơ bộ từ bên ngoài

Qk = 0 kcal/kg, vì không có bộ sấy không khí

Thay các giá trị vào(1.20) ta có: Q0 = 9.198 kcal/kg

Từ tài liệu[1; trang 33] và bằng phương pháp nội suy ta có:

ta = 1857 oC, do đó ta có Ta = ta + 273 = 2130 0K;

1.3.4.3 Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của 1 kg nhiên liệu:

Vcm = , kcal/kg 0C; (1.22)

H F

Thay các giá trị vào(1.22) ta có: Vcm = 5,36 kcal/kg 0C;

1.3.4.4 Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa đối với 1kg nhiên liệu:

a, - độ đen hiệu dụng của ngọn lửa;

ψ, - độ dày đặc của dàn ống trong buồng lửa: ψ, = ; (1.24)

Trong đó: + Fv = 0,71

+ 0.82 – khả năng hấp thụ của bề mặt bức xạ;

+ Hb = 0,45 m2 theo thiết kế pháp thảo

Thay các giá trị vào(1.24) ta có: ψ,’ = 0,63

1.3.4.7 Độ đen hiệu dụng của ngọn lửa a, phụ thuộc vào độ đen của môi trường trong buồng lửa a, sắc thái và đặc điểm của trường nhiệt độ trong buồng lửa Độ đen của môi trường trong buồng lửa: a = 1 – e-kps (1.25)

e = 2,718 cơ số của lôgarit tự nhiên;

p – áp suất trong buồng lửa

k – hệ số làm yếu tia bức xạ buồng lửa, được xác định như sau:

+ Hệ số làm yếu tia bức xạ bởi môi trường buồng lửa k đươc tính ở nhiệt độ

ra khỏi buồng lửa

Đối với ngọn lửa sáng, bằng hệ số làm yếu tia bức xạ bởi khí ba nguyên tử:

k = = 1,7 (1.26)

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là Tbl = 1348oK

F

0,82.0,29 0,29 (1 0,29)0,63.0,9 + −

Fv = 0,71 m2 là toàn bộ diện tích của vách buồng lửa

Thay các giá trị vào(1.27) ta có: S = 0,28

Thay các giá trị vào(1.25) ta có: a = 1 – e-kps= a = 1 – e-1,70.1,0,28= 0,38

tbl = 1078,4 0C; sai lệch so với nhiệt độ chọn trước 3,4 0C là nhỏ

1.3.5 Tính toán các bề mặt đối lưu

1.3.5.1 Đối với nồi hơi

Để tính bề mặt đốt đối lưu ta sử dụng hai phương trình:

* Phương trình cân bằng nhiệt giữa nhiệt lượng do khói truyền lại và nhiệt lượng do hơi, nước hấp thụ:

ϕ(I’-I”+∆αIz0) = Q, kcal/kg (1.28)

Trong đó:

- ϕ = 0,964 hệ số bảo toàn nhiệt năng

- I’ = 5008 kcal/kg, là entanpi của khói ở nhiệt độ ở 1075o C

- I” = 1053 kcal/kg, entanpi của khói ra khỏi bề mặt đốt, xác định ở nhiệt độ

250oc; tra theo tài liệu[4, trang 30]

- ∆αIz0 = 0, là nhiệt lượng do lượng không khí lọt mang vào lò, kcal/kg;

Thay các giá trị vào công thức (1.28), ta được: Q = 3813, kcal/kg;

* Phương trình truyền nhiệt:

Q = , kcal/kg (1.29)

- Q = 3813 kcal/kg, nhiệt lượng do bề mặt đốt hấp thụ bằng đối lưu đối

với 1kg (Nm3) nhiên liệu, kcal/kg

- Bt = 8,2 kg/h Suất tiêu hao nhiên liệu tính toán,

- Hđl - bề mặt đốt tính toán, thường lấy bằng bề mặt ngoài, m2

- k - hệ số truyền nhiệt của bề mặt đốt tính toán, kcal/m2h 0C

Hệ số truyền nhiệt trên bề mặt sinh hơi được xác định theo công thức sau:

Thay vào công thức (1.32) ta có: α1 = 81

+ ε là hệ số làm bẩn bề mặt đốt; được xác định theo tài liệu[4; trang 92] tra theo vận tốc khói ta được: ε = 0,015

Thay các giá trị vào công thức(1.31) ta được: k = 37 kcal/m2h0C

- ∆t – độ chênh nhiệt độ, 0C và được xác định như sau:

Vì khí xả chuyển động hỗn hợp cắt ngang chuyển động của nước và hơi, nên độ chênh nhiệt độ trung bình logarit được xác định là:

(1.33) Với (1.34)

Thay các giá trị vào công thức(1.30) ta được: Hđl = 2,01 m2

1.3.5.2 Đối với bộ hâm nước

Để tính bề mặt đốt đối lưu ta cũng sử dụng hai phương trình:

0

1 , ; 2,3log

n nc

l n

t t

t t

∆ − ∆

∆

0 ,

dl t

- ϕ = 0,964 hệ số bảo toàn nhiệt năng

- I’ = 1053 kcal/kg, là entanpi của khói ở nhiệt độ ở 250o C

- I” = 966 kcal/kg, entanpi của khói ra khỏi bề mặt đốt, xác định ở nhiệt độ

230oc; tra theo tài liệu[4, trang 30]

- ∆αIz0 = 0, là nhiệt lượng do lượng không khí lọt mang vào lò, kcal/kg;

Thay các giá trị vào công thức (1.35), ta được: Q = 84, kcal/kg;

Phương trình truyền nhiệt:

Q = , kcal/kg (1.36)

Hay Hđlhn = Q.Bt/k.∆t, m2 ; (1.37)

Trong đó:

- Q = 84 kcal/kg, nhiệt lượng do bề mặt đốt hấp thụ bằng đối lưu đối

với 1kg (Nm3) nhiên liệu, kcal/kg

- Bt = 8,2 kg/h Suất tiêu hao nhiên liệu tính toán,

- Hđlhn - bề mặt đốt tính toán, thường lấy bằng bề mặt ngoài, m2

- k - hệ số truyền nhiệt của bề mặt đốt tính toán, kcal/m2h 0C

Hệ số truyền nhiệt tại đây cũng được xác định theo công thức sau:

Thay vào công thức (1.39) ta có: α1 = 30

+ ε là hệ số làm bẩn bề mặt đốt; được xác định theo tài liệu[4; trang 92] tra theo vận tốc khói ta được: ε = 0,015

Thay các giá trị vào công thức(1.38) ta được: k = 21 kcal/m2h0C

- ∆t – độ chênh nhiệt độ, 0C và được xác định bằng công thức sau:

Vì khí xả chuyển động hỗn hợp cắt ngang chuyển động của nước và hơi, nên công thức tính độ chênh nhiệt độ trung bình logarit được xác định là:

(1.40) Với (1.41)

Tra theo đồ thị 10.12 [7, trang 243] ta xác định được = 0,7

Thay các giá trị vào(1.41) ta được: ∆T m kx= 122 0C

Do vậy từ công thức(1.37) ta được: Hđlhn = 0,25 m2

1.3.6 Tính kiểm tra nhiệt thế thể tích của nồi hơi

Theo công thức: qv = B.Qlv/Vo (1.42)

Trong đó: B = 8,0 kg/h;

Qlv = 9310 kcal/kg; nhiệt trị thấp của nhiên liệu

VO = 0,4 x 0,4 x 0,45 = 0,072 m3 Thay các gía trị vào công thức(1.42) ta được:

qv = 1.034.444 kcal/m3h

Kết quả này cho ta thấy, nếu so với giá trị nhiệt thế thể tích thông thường của buồng lửa nồi hơi cỡ lớn của các nhà máy nhiệt điện(theo tài liệu[4]) thì cao hơn

Nhưng đây là nồi hơi công nghiệp có kích thước khá nhỏ, do đó giá trị nhiệt thế thể tích có hơi lớn hơn một chút so loại nồi hơi lớn là bình thường và chấp nhận được Thực tế khi sử dụng các nồi hơi công nghiệp cỡ nhỏ với nhiệt thế thể tích cao hơn so với tài liệu[4], thấy rằng: không ảnh hưởng gì tới tính kinh tế, cũng như tính an toàn của nồi hơi loại này

1.3.7 Tính toán, thiết kế cách nhiệt lò hơi

0

1 , ; 2,3log

n nc

l n

t t

t t

∆ − ∆

∆

0 ,

1.3.7.1 Tính toán, thiết kế lớp cách nhiệt mặt sau buồng đốt

Mặt sau buồng đốt gồm 02 hai lớp:

- Lớp gạch chịu lửa:

+ Chọn chiều dày lớp gách: = 0,12m

+ Hệ số dẫn nhiệt của gạch chịu lửa: = 0,77 W/m 0C

- Lớp bông thủy tinh:

+ Chọn chiều dày lớp bông thủy: = 0,05m

+ Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh: = 0,051 W/m 0C

Nhiệt độ của bề mặt lớp gạch chịu nhiệt phía buồng lửa có thể lấy bằng nhiệt độ bắt đầu ra khỏi buồng lửa của sản phẩm cháy là: t1 = 1075 0C

Nhiệt độ của bề mặt lớp bông thủy tinh cách nhiệt, phía tiếp xúc với môi trường bên ngoài nồi hơi, được xác định theo tiêu chuẩn an toàn cho phép lớn nhất(đối với nơi đông người) là: t3 = 50 0C

Để kiểm tra bề dày các lớp cách nhiệt ta phải xác định nhiệt độ các bề mặt

của chúng sao cho các lớp cách nhiệt phải làm việc được trong điều kiện đó, khi

đó chiều dày đã chọn là hợp lý, có nghĩa là nó vừa đảm bảo tính an toàn, vừa đảm

1.3.7.2 Tính toán, thiết kế lớp cách nhiệt xung quanh thân nồi hơi

Xung quanh nồi hơi gồm 02 hai lớp:

1 3

0,120 0,050 11136230,77 0,051

1 1

+ Chọn trước chiều dày lớp bông thủy tinh: = 0,05m

+ Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh: = 0,051 W/m 0C

Nhiệt độ của bề mặt lớp thép, phía đường khói, được lấy bằng nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ bắt đầu ra khỏi buồng lửa và nhiệt độ ra khỏi nồi hơi của sản phẩm cháy là: t1 = 662,5 0C

Nhiệt độ của bề mặt lớp bông thủy tinh, phía tiếp xúc với môi trường bên ngoài nồi hơi, được xác định theo tiêu chuẩn an toàn cho phép lớn nhất(đối với nơi đông người) là: t3 = 50 0C

Để kiểm tra chiều dày của các lớp cách nhiệt ta phải xác định nhiệt độ các

bề mặt của các lớp cách nhiệt sao cho chúng phải làm việc được trong điều kiện

đó, khi đó chiều dày đã chọn là hợp lý, có nghĩa là nó vừa đảm bảo tính an toàn, vừa đảm bảo tính kinh tế

Trước hết ta tiến hành xác định mật độ dòng nhiệt truyền qua vách phẳng: Theo công thức: ; W/m2

1.4 Thiết kế kết cấu và tính bền các bộ phận chính

Kết cấu của nồi hơi được thể hiệntrong bản vẽ cấu tạo(hình 1-1)

Để tính toán kiểm tra sức bền các bộ phận chịu áp lực của nồi hơi, ta tiến hành xác định các thông số theo trình tự sau:

- Nhiệt độ của thân balông hơi, ống góp nước , tbl;

- Nhiệt độ của ống nước, tôn;

- Ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo các bộ phận chịu áp lực, như

balông nồi hơi, ống góp nước và ống nước

- Hệ số hiệu chỉnh ứng suất, η cho thân nồi hơi, ống lò, ống lửa và mặt sàng

- Chiều dày nhỏ nhất S của balông nồi hơi, ống góp nước và ống nước

1 1

- Tính tiết diện ngang của ống nước giằng f

Hình 1-1: bản vẽ cấu tạo của nồi hơi và bộ hâm nước

2, 6 2, 6

t b cp

σ

mm C P

D P S

cp

200

1.4.1.Tính thân balông hơi, balông nước nồi hơi

+ Nhiệt độ làm việc của balông là: tbl = tbh =1750C, do đó nhiệt độ tính toán chọn là tbl = 2500C

Dưới đây là bản vẽ cấu tạo của balông hơi và balông hơi nước nồi hơi(các balông đều giống nhau):

Hình1-2 Bản vẽ cấu tạo của balông hơi và balông nước nồi hơi

Vật liệu chế tạo thân balông là thép SB410 của Nhật, tương đương với thép 20K của Nga

Ứng suất định mức cho phép của vật liệu thân nồi là thép 20K:

kG/cm2

Ứng suất cho phép thép 20K ở 20 0C là: σcp = 14,7 kG/cm2, ở 250 0C là:

σcp = 13,2kG/cm2; theo tài liệu[1, trang 178]

Thân balông dạng hình trụ chịu áp lực từ bên trong, bề dày tính toán của vách balông được xác định :

Trong đó :

- P = 8,0 kG/cm2 : Áp suất thiết kế

- Dn = 219 mm : Đường kính ngoài của balông

- ϕ = 1 : Hệ số bền mối hàn dọc thân và các lỗ khoét trên thân không được làm chắc Ở đây balông không có mối hàn dọc

Các lỗ khoét trên thân được làm chắc bằng cách hàn các ống cụt

- σcp = 13,2 kG/cm2 : Ứng suất cho phép tính toán của vật liệu

- C = 2 mm : Hệ số phòng mòn

Thay số vào công thức(1.42) ta được : Smin = 2,7 mm

14, 7

2, 6 2, 6

t b cp

σ

mm C P

D P S

cp

n

,

200

Bề dày thép chế tạo balông là : S = 10 mm > Smin

1.4.2 Tính đầu balông hơi

+ Nhiệt độ làm việc của balông là: tbl = tbh = 1750C, do đó nhiệt độ tính toán chọn là tbl = 2500C

Vật liệu chế tạo đầu balông là thép SB410 của Nhật, tương đương với thép 20K của Nga

Ứng suất định mức cho phép của thép 20K là:

kG/cm2

Ứng suất cho phép thép 20K ở 20 0C là: σcp = 14,7 kG/cm2 ở 250 0C là: σcp = 13,2kG/cm2; theo tài liệu[1, trang 178]

Đầu balông hơi dạng viên trụ chịu áp lực từ bên trong, bề dày tính toán của chúng được xác định :

Trong đó :

- P = 8,0 kG/cm2 : Áp suất thiết kế

- Dn = 219 mm : Đường kính trong của đầu balông

- z = 1 : Hệ số bền xét đến mối hàn và các lỗ khoét trên

đầu không được làm chắc

- σcp = 13,2 kG/cm2 : Ứng suất cho phép tính toán của vật liệu

- C = 2 mm : Hệ số phòng mòn

Thay số vào công thức(1.44) ta được: Smin = 2,7 mm

Bề dày thép chế tạo đầu balông là: S = 10 mm > Smin

1.4.3 Tính toán nắp của ống góp nước chính

Hình 1-3: bản vẽ cấu tạo của ống góp nước chính

42 15 4 , 2

370 4 ,

12 5 ,

≤ b t cp

σσ

2, 6 2, 6

t b cp

σcp = 13,2kG/cm2; theo tài liệu[1, trang 178]

Nắp ống góp nước chính có dạng phẳng, bề dày tính toán của nắp được xác

Trong đó :

- P = 8,0 kG/cm2 : Áp suất thiết kế

- Dtr = 119 mm : Đường kính trong của ống góp nước chính

- ϕ = 1 : Hệ số bền mối hàn dọc thân và các lỗ khoét

- σcp = 13,2 kG/cm2: Ứng suất cho phép tính toán của vật liệu

- C = 2 mm : Hệ số phòng mòn

KO = 1,0 : Nắp không có lỗ

: Thực tế S = S1 vì vậy K = 0,32

Thay số vào công thức(1.45) ta được : Smin = 2,96 mm

Bề dày thép chế tạo balông là : S = 10 mm > Smin

.

, 200.

Thay số vào công thức(1.45) ta được : Smin = 1,4 mm

Bề dày ống góp nước nồi hơi là: S = 3,5 mm > Smin

1.4.6 Tính kiểm tra van an toàn

Công suất thoát hơi của van an toàn được xác định :

- D = 100 kg/h: Công suất sinh hơi thiết kế của nồi hơi

- P = 9 kG/cm2 : Áp suất tuyệt đối

- K = 0,8638: Hệ số phụ thuộc vào lưu lượng thoát

- C = 1,0 : Hệ số phụ thuộc vào tính đoạn nhiệt của môi chất thoát

KẾT QUẢ PHẦN TÍNH NHIỆT

Thể tích tổng của hai sản phẩm cháy CO2, SO2 VORO2 m3tc/kgnl 1,6

Thể tích của khí Nitơ trong sản phẩm cháy VoN2 m3tc/kgnl 8,18

Thể tích không khí lý thuyết Vo m3tc/kgnl

10,36Thể tích hơi nước có trong sản phẩm cháy VOH2O m3tc/kgnl 1,34

Thể tích của sản phẩm cháy lý thuyết VOk m3tc/kgnl 11,13

Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài Q2 kcal/kg 1154Tổn thất nhiệt do cháy không hết về hoá học Q3 kcal/kg 112Tổn thất nhiệt do cháy không hết về cơ học Q4 kcal/kg 0Tổn thất nhiệt do toả ra môi trường xunh quang Q5 kcal/kg 335

Nhiệt độ cháy lý thuyết tuyệt đối Ta 0K 2130Nhiệt lượng hữu ích toả ra trong buồng lửa Q0 kcal/kg 9198 Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy Vcm kcal/kg.0C 5,36Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa Qb kcal/kg 4193

Hệ số làm bẩn bề mặt hấp thụ bức xạ qui ước ξ 0,9

Độ đen của buồng lửa

a0 0,34

Hệ số làm yếu tia bức xạ môi trường buồng lửa k 1,7

Nhiệt lượng mà nước và hơi nước hấp thụ được Q kcal/kg 3896

Hệ số truyền nhiệt của bề mặt đốt tính toán của

Bề dày lớp gạch chịu nhiệt của nồi hơi δ mm 120PHẦN TÍNH BỀN CÁC BỘ PHẬN CHỊU

ÁP LỰC Nhiệt độ tính toán của thân, đầu balông hơi ttl 0C 250Nhiệt độ tính toán của thân, đầu ống góp nước tms 0C 250

Ứng suất cho phép tính toán vật liệu làm balông σcp kG/cm2 14,7Ứng suất cho phép của vật liệu làm ống góp σcp kG/cm2 14,7Ứng suất định mức cho phép của ống nước σcp kG/cm2 8,0

Đường kính ngoài của thân balông, ống góp Dn mm 219Chiều dày nhỏ nhất của thân balông, ống góp St mm 2,7

Chiều dày nhỏ nhất của đầu balông, ống góp St mm 2,4

1.5 Phương pháp tính vòng tuần hoàn tự nhiên

1.5.1.Khái niệm cơ bản