Tiểu luận Mạng lò hơi và mạng nhiệt

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT – LẠNH  MÔN: LÒ HƠI VÀ MẠNG NHIỆT Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Dáo Sinh viên thực hiện : Trần Anh Sơn Lớp : ĐHNL 8A MSSV : 12008591 TP.HCM, Tháng 12 năm 2014 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN MỤC LỤC Trang tựa Nhận xét của giảng viên Mục lục MỞ ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN 1.1. Sự phát triển 1.2. Phạm vi sử dụng 1.3. Phân loại 1.4. Nhiên liệu 1.5. Nhiên liệu Việt Nam 1.6. Tình hình phát triển lò hơi Việt Nam Chương II: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY 2.1. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu 2.2. Thể tích không khí và khói lý thuyết 2.3. Thể tích không khí và khói thực tế 2.4. Entanpi của khói thực tế Chương III: TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Chương IV: TÍNH NHIỆT BUỒNG LỬA Chương V: TÍNH KIỂM TRA BLBX QQ ≥ Chương VI: TÍNH ỐNG LỬA Chương VII: TÍNH KIỂM TRA ĐỘ BỀN CÁC CHI TIẾT LÒ HƠI 7.1. Độ bền thân lò 7.2. Tính bền ống lò 7.3. Tính bền ống lửa 7.4. Tính bền cho mặt sàng Chương VIII: TÍNH ỐNG KHÓI THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN: 8.1. c h∆ - Trở lực cục bộ ở đầu vào và ra khỏi ống khói 8.2. d h ∆ - Trở lực động 8.3. Trở lực tổng và chiều cao ống khói 8.4. Tính tiết diện ống khói Chương IX: TÍNH TRỞ LỰC TRONG LÒ VÀ CHỌN QUẠT GIÓ 9.1. Lưu lượng quạt 9.2. Tính trở lực đầu đẩy của quạt a) Trở lực qua ghi và lớp nl b) Tính tổng ma sát trong ống lửa (bỏ qua tổn thất ma sát trong ống lò) c) Tính tổn thất cục bộ d) Tổng tổn thất e) Áp lực động cần thiết tạo tốc đọ cho dòng khói KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỀ TÀI Cho kích thước lò hơi ống lò ống lửa sản xuất hơi bão hòa khô, năng suất 1,6 t/h, áp suất 12bar. Đường kính ngoài thân lò 1800mm, ống lò 650mm, chiều dài ống lò bằng thân lò là 2800mm, độ dày thân và ống lò là 14mm. Mặt sàng ống dạng chử U, dày 20mm, hàn mặt sàng vào thân lò, các ống lửa và ống lò hàn vào mặt sàng, tất cả vật liệu thép 20K. Ống lửa số lượng 100 ống, cỡ ống 51/45mm.Tất cả mối ghép là hàn tay. Tỷ lệ ghi lò với bề mặt ống lò là ρ=0,2. Nhiên liệu là dầu Fo có thành phần làm việc là: C lv =84%, H lv =10%, S lv =3%, O lv =0,5%, A lv =0,5%, W lv =2%. Nhiệt độ nước và không khí lạnh (môi trường) là 32. Tính kiểm tra: 1. Các thông số của nhiên liệu 2. Năng suất lò, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt (ống lò và ống lửa, mặt sàng) 3. Tính kiểm tra chiều dày các chi tiết chịu áp lực của lò hơi. 4. Tính trở lực, ống khói,chon quạt gió I. Tính nhiên liệu: Tính: 1. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu 2. Thể tích không khí và khói lý thuyết. 3. Thể tích không khí và khói thực tế với α=1,1 4. Tính entanpi của sản phẩm cháy thực tế với α=1,1 và ở nhiệt độ không khí và sản phẩm cháy là 300 bỏ qua entanpi của tro bay theo khói. MỞ ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN 1.1. Sự phát triển: Từ trước kỷ nguyên chúng ta hắng trăm năm, những người Hy Lạp và sau đó là người La Mã đã sản xuất các lò hơi rất nhỏ để đun nước nóng. Lò hơi đúc bằng đồng thời ấy có đường kính khoảng 300 mm, và chiều cao khoảng 480 mm. Những thanh ghi cố định của lò hơi “tí hon” này là các ống và chúng được làm bằng nước. Sau đó mộ thời gian dài sự phát triển của lò hơi bị đình trệ. Nhiệt lượng thu được do đốt gỗ đã không cần đến thiết bị đốt đặc biệt. Ở Anh và một số nước khác ngưới ta đã tiến hành đốt thí nghiệm một chất có màu đen (chưa biết là chất gì) xuất hiện trên mặt đất, và sau người ta gọi nó là than. Năm 1605 bắt đầu hàng loạt những thiết bị thí nghiệm và cho đến năm 1705 mới bắt đầu xuất hiện lò hơi thực tế đầu tiên. Đó là lò hơi Newcomen có dạng như cái nấm dùng ghi phẳng cố định bằng gang. Đây là loại lò hơi đầu tiên dùng đinh tán. Lò hơi kiểu toa xe của Waft đã được chế tạo vào năm 1765 nhưng đến năm 1790 mới chế tạo được lò hơi kiểu bình hình trụ đầu tiên ghép bằng đinh tán. Ta có thể chia quá trình phát triển của lò hơi thành 3 giai đoạn như sau: 1. Thời kỳ của những lò hơi kiểu bình, lò hơi ống lửa, lò hơi ống khói, lò hơi kiểu phối hợp ống lửa - ống khói. 2. Thời kỳ của những lò hơi ống nước có hộp góp, lò hơi phân đoạn và lò hơi nhiều bao hơi. 3. Thời kỳ của những lò hơi ống nước hiện đại có các dàn ống đặt xung quanh tường buồng lửa. Thời kỳ của những lò hơi kiểu bình, lò hơi ống lửa, lò hơi ống khói, lò hơi kiểu phối hợp ống lửa - ống khói. Như đã nói ở trên lò hơi kiểu bình có từ năm 1790, lò hơi có hình viên trụ, đường kính 2 – 3m và chiều dài 5 – 10m. Lò hơi này chưa có bộ phận hâm nước và bộ quá nhiệt. Nhược điểm của loại lò hơi này là không có khả năng tăng bề mặt tiếp nhiệt (bề mặt tiếp nhiệt của nó chỉ hạn chế trong khoảng 25 – 35 m 2 ), tiêu hao nhiều kim loại (lớn hơn 300 kg/m 2 bề mặt tiếp nhiệt), diện tích xây dựng lớn, không thuận lợi cho việc tăng áp suất và sản lượng. Lò hơi nhiều ống (đường kính mỗi ống bằng 0,6 – 0,8 m; chiều dài mỗi ống bằng 5 – 10 m) có ưu điểm là cho phép tăng sản lượng hơi lên một ít, nhưng van64ton62 tại những nhược điểm như lò hơi kiểu bình. Nhằm tăng cường nhiệt hấp thụ mà vẫn giữ nguyên dạng bình của lò, năm 1802 người ta đã tạo ra các lò hơi ống lửa (đường kính thân lò hơi 2 – 3 m, đường kính ống lửa trơn hoặc có hình lượn sóng bằng 0,8 – 0,9 m; chiều dài của lò hơi 5 – 10 m) có sản lượng hơi: 0,8 – 1,5 tấn/h ở lò hơi 1 ống lửa và 1,0 – 3,5 tấn/h ở lò hơi có 2 ống lửa. Suất sinh hơi ở 2 loại lò này bằng 20 – 25 kg/m 2 h. Về sao người ta dùng các ống khói có đường kính 50 – 75 mm thay cho các ống lửa và tạo ra các lò hơi ống khói (nằm ngang hoặc đứng). Do dùng các ống khói đường kính nhỏ nên diện tích tiếp nhiệt đã tăng lên 3 – 3,5 lần. Sản lượng hơi của lò ống lửa đứng đạt 600 kg/h, áp suất làm việc 15 at, diện tích tiếp nhiệt đạt 20 m 2 ; suất sinh hơi bằng 15 – 30 kg/m 2 h. Một bước phát triển cao hơn là lò hơi kiểu phối hợp ống lửa - ống khói. Ưu điểm của loại này là các ống lửa nhận được nhiệt bức xạ từ ngọn lửa và từ lớp nhiên liệu cháy còn ở phần ống khói có những điều kiện thuận lợi cho việc tiếp nhận nhiệt đối lưu như đường kính các ống khói hệ lộc độ khói cao. Lò hơi kiểu phối hợp có thể chế tạo hai loại: loại có 1 đường đi của khói và loại khói đi ngoại 2 đường. Loại lò hơi có 1 đường đi cửa khói được dùng trong các đầu tàu hỏa, loại khói có đường đi ngoại 2 lần được dùng ở các tàu thủy, loại này có áp suất làm việc đến 15at, sản lượng hơi định mức bằng 2.5 t/h đối với lò hơi dùng cho tàu hỏa và bằng 7.5 – 15 t/h đối với lò hơi dùng cho tàu thủy suất sinh hơi của chúng khoảng 20 – 25 kg/m 2 h. Tuy nhiên nhược điểm chung của những lò hơi kể trên là bề mặt tiếp nhiệt bị hannj chế, do đó không thể tăng sản lượng hơi theo yêu cầu không lớn hơn 15 – 18 t/h tiêu hao nhiều kim loại cho một đơn vị bề mặt tiếp nhiệt (từ 200 – 300 kg/m 2 ), áp suất hơi lớn hơn chỉ bằng 13 – 20 at. Thời kỳ của những lò hơi ống nước có hộp góp, lò hơi phân đoạn và lò hơi nhiều bao hơi. Lò hơi ống nước Wilcox đã được thiết kế vào năm 1870. Lò hơi này về sau được cải tiến thành lò hơi phân đoạn vào khoảng 1890. Lò ống nước chỉ phát triển khi người ta chế tạo được ống liền không có mối hàn. Đầu thế kỷ 20 (vào năm 1905 – 1910) đã xuất hiện các lò hơi ống nước dùng với các ống thẳng. Các nhà thiết kế đã tìm mọi cách để có thể tăng được công suất và tính kinh tế của thiết bị nhiệt lực. trong thời kỳ này về lĩnh vực cháy mà nói thì ghi xích coi là cơ cấu tiến bộ tột đỉnh. Các loại lò hơi có lúc này không thể đáp ứng được yêu cầu của công nghiệp nữa. Trong tình hình đó lò hơi ống nước có ý nghĩa rất quyết định vì nó có những ưu điểm sau: Có thể tăng bề mặt tiếp nhiệt chế tạo từ các răng có đường kính nhỏ và đặt dày trong đường khói. Cho phép tăng đáng kể áp suất hơi vì đường kính của các ống sinh hơi nhỏ đi rất nhiều (bằng 20 – 100mm) và bao hơi lúc này không còn giữ vai trò là bề mặt tiếp nhiệt chính nữa, do đã có thể giảm đường kính của nó đến 800 – 1500mm. Giảm rất nhiều lượng kim loại tiêu hao, suất kim loại giảm từ 8 – 10 t/t hơi-giờ đến 3 – 3.5 t/t hơi-giờ. Lúc đầu các nhà thiết kế có thể khử cặn bẩn trên bề mặt bên trong ống và có thể kiểm tra độ sạch của mặt trong ống một cách dễ dàng. Chỉ khi người ta biết xử lý nước (làm mềm bằng vôi và sô đa) và chế tạo được thiết bị khử cáu kiểu cơ khí (được truyền động bằng động cơ điện qua trục mềm) mới chuyển sang dùng các ống sinh hơi được uốn cong. Việc dùng các lò hơi ống nước với các ống sinh hơi thẳng còn kéo dài mãi đến những năm 1925 – 1930. Lò hơi có các hộp góp (ống góp kiểu hộp) với những ống nước nằm ngang (đúng hơn là với góc nghiêng bằng 10 – 15 0 ) có 2 loại: loại có bao hơi đặt dọc của hãng Stein – Multer và loại có bao hơi đặt ngang của hãng Sukhop – Herlin. Lò hơi của hãng Stein – Multer đã được khá phổ biến ở đầu thế kỷ 20 về sau người ta không sản xuất loại này nữa vì tiêu hao nhiều kim loại và không thuận lợi cho việc tăng áp suất và sản lượng hơi. Sản lượng hơi của lò này có thể đạt đến 16 t/h, áp suất làm việc bằng 20 at, bề mặt tiếp nhiệt đạt đến 450m 2 , suất sinh hơi bằng 35kg/m 2 h, chiều dài của các ống nước đến 5m. Lò hơi ống nước có hộp góp phân đoạn. Sự phát triển về mặt kỹ thuật của các lò hơi ống nước nằm ngang được kết thúc do tạo ra tạo ra các lò hơi ống nước có hộp góp phân đoạn. những lò hơi này là đo bằng Babcock Wilcox khởi thảo và chế tạo đầu tiên. Mỗi phân đoạn gồm 7 – 10 ống sinh hơi có đường kính ngoài nang 102mm được nối hai đầu vào hai hộp góp phân đoạn. Do tiếp điểm bên trong của hai hộp góp phân đoạn này nhỏ (thường là 140mm) nên chúng được dùng cho lò hơi có áp suất cao (đến 125 at). Có hai kiểu lò cho hộp góp phân đoạn là: kiểu bao hơi đặt dọc và kiểu bao hơi đặt ngang. Lò hơi có bao hơi dặt ngang là sử dụng tốt hơn bề mặt tiếp nhiệt, giảm được suất tiêu hao kim loại cho hộp góp phân đoạn và cho bao hơi. Sản lượng hơi của lò hơi này có thể đạt đến 240t/h. Mọi kiểu lò có hộp góp phân đoạn hoàn thiện hơn là lò có các ống sinh hơi được phân thành hai tảng, ở giữa đặt bộ quá nhiệt (năm 1890 bắt đầu đặt bộ quá nhiệt ở lò hơi), bao hơi được nâng lên cao hơn hẳn các ống sinh hơi. Ở Liên Xô vào khoảng những năm 1930 – 1935 đã không chế tạo loại lò hơi phân đoạn này nữa. Ở những nước khác (Anh, Đức, Mỹ ) vào những năm thứ 40 của thế kỷ này mới ngưng hẳn việc sản xuất những lò hơi kiểu phân đoạn. Lò hơi nhiều bao hơi (đến 5 bao hơi) có các ống sôi thẳng được dùng phổ biến trong những năm 1925 -1930. Một trong những lò hơi có nhiều bao hơi được dùng khá phổ biến thời bấy giờ là lò 4 bao hơi có ống nước dứng của hệ thống Garbe. Bộ mặt đốt của nó có thể đạt đến 1250m 2 và năng suất hơi đến 60t/h, nhưng áp suất hơi không lớn hơn 20 at. Thời kỳ của những lò hơi ống nước hiện đại có các dàn ống đặt xung quanh tường buồng lửa. Sự thay đổi tần gốc sơ đồ nguyên lý của lò hơi ống nước bắt đầu vào những năm 1925 – 1930. Sở dĩ có sự thay đổi này là do có sự tiến bộ của kỹ thuật xủ lý nước đã cho phép đảm bảo được chế độ làm việc của lò hơi không có đồng cầu trong ống nước bằng cách làm mềm nước (trao đổi cation natri và cation hydro) đồng thời tiến hành xử lý nước bổ sung bằng phối phát và xả liên tục. Do tiến bộ này mà người ta đã có thể dùng các ống uốn cong thay cho các ống thẳng trước đây. Vào những năm 1920 – 1930 ở nhiều nước trên thế giới như Liên Xô, Mỹ, Pháp, Đức người ta đã tiến hành rất nhiều công trình nghiên cứu và thí nghiệm một phương pháp mới để đổi nhiên liệu rắn đó là phương pháp đổi than bột. Do dùng các lò hơi đổi than bột mà sản lượng hơi của lò hơi tăng lên rất nhiều, có khi tăng gấp đôi. Trong những năm 30 của thế kỷ này các lò hơi ống nước đứng có 3 bao hơi được chế tạo rất nhiều. Đó là kết quả của việc cải tạo lò hơi Sterling 5 bao hơi. Trong những năm 1930 -1935 lò 3 bao hơi là loại điển hình ở nhiều nước trên thế giớ và ở cả Liên Xô nữa. Sản lượng hơi của chúng 40 – 180 t/h và áp suất hơi đến 30 – 40 at. Để tận dụng nhiệt lượng của khói ra khỏi buồng đốt người ta đã đặt bộ sấy không khí, có thể sấy không khí đến nhiệt độ 250 – 300 0 C. Sau những năm 1930 – 1935 người ta đã thay lò 3 bao hơi bằng những lò có 2 bao hơi. Đến đầu những năm 1923 là lúc bắt đầu xuất hiện yêu cầu sử dụng than sao cho kinh tế nhất trong việc sản xuất điện năng nên đã chuyển sang thiết bi có thông số của áp suất và nhiệt độ. Đối với những thiết bị có thông số cao lượng nhiệt dùng để quá nhiệt tăng lên và lượng nhiệt sinh hơi giảm đi. Do đó vai trò của bộ quá nhiệt ở những thiết bị lò hơi có thông số cao và siêu cao ngày càng quan trọng. Bên cạnh những lò hơi có tuần hoàn tự nhiên của nước và hỗn hợp hơi – nước trong các dàn ống sinh hơi, đã xuất hiện vào năm 1923 những lò hơi có tuần hoàn cưỡng bức. Đó là loại lò hơi La Moni của Mỹ có suất sinh hơi đạt đến 46 – 170 kg/m 2 h. Vào những năm 1930 – 1945 chúng được dùng rất phổ biến. Ý nghĩa tạo ra lò hơi kiểu trực lưu chỉ gồm một ống đường kính nhỏ đã có từ thế kỷ 19. Chỉ đến trước chiến tranh thứ nhất, một kỹ sư gốc người Tiệp tên là Muller khởi thảo lò hơi trực lưu về kỹ thuật. Ông này chuyển sang sống ở Anh và sau chiến tranh thế giới thứ nhất đổi tên là Benson. Về sau Benson đã giao phát minh của mình cho một hãng ở Đức tên Siemens – Schuckert, hãng này đã thực hiện phát minh của Benson vào năm 1923. Ở Liên Xô vào những năm 1931 – 1932 L.K Pamdanh cũng đã phát minh ra loại lò hơi kiểu trực lưu mang tên ông. Sau chiến tranh thế giới thứ hai đã sử dụng phổ biến loại lò hơi này. Lò hơi kiểu trực lưu đơn giản hơn lò có bao hơi rất nhiều vì các quá trình đun nước đến khi sôi, sinh hơi và quá nhiệt hơi đều tập trung trong một ống, ở đầu vào của ống là nước cấp và đầu kia là hơi đã quá nhiệt đi ra. Kiểu lò hơi này đã bỏ được bao hơi – một bộ phận bằng kim loại rất đắt, nặng nề và có những yêu cẩu rất cao về công nghệ chế tạo, nhất là những bao hơi của lò cao áp. Ở Thụy Sĩ lý do chính xuất hiện lò hơi trực lưu Sulzer là do lò này có khối lượng kim loại nhỏ vì Thụy Sĩ phải nhập thép từ nước ngoài, họ không có cả quặng lẫn than. Việc đốt nhiên loại dạng bột trong buồng lửa thải xỉ khô gặp một số trở ngại, đáng kể nhất là hiện tượng đóng xỉ bề mặt tiếp nhiệt trong buồng đốt do tro gây ra. Những trở ngại này tăng lên khi đốt những nhiên liệu nhiều tro và những nhiên liệu có tro dễ cháy. Để ngăn ngừa hiện tượng đóng xỉ phải làm nguội khói ra khỏi buồng đốt đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bắt đầu cứng lại của tro. Những công việc này không phải dễ dàng. Lượng tro bay theo khói ra khỏi buồng đốt ở lò hơi thải xỉ khô tới 80 – 90 % lượng tro được thải ra khỏi buồng lửa đang xỉ cục. Cho nên những hạt tro bay theo khói mài mòn các bề mặt tiếp nhiệt phần đuôi lò rất nhanh. Để giảm tốc độ mài mòn do tro gây ra, đặc biệt khi đốt tro nhiều tro ta phải giảm tốc độ khói. Biện pháp này dẫn đến giảm giá trị của hệ số truyền nhiệt và phải tăng bề mặt đốt đối lưu phía sau buồng lửa. Biện pháp hiệu quả nhất để ngăn ngừa hiện tượng đóng xỉ trong buồng đốt và giảm tốc độ mài mòn bề mặt tiếp nhiệt đối lưu do tro bay theo khói gây ra là làm sao thu được một khối lượng lớn tro trong dạng xỉ chảy lỏng ngay trong buồng đốt. Ở buồng lửa thải xỉ lỏng, xỉ được chảy ra liên tục. Nhiệt độ xỉ khi chảy ra khỏi buồng đốt lớn hơn nhiệt độ bắt đầu rắn lại của nó rất nhiều. Nhiệt độ chảy của tro ở các loại nhiên liệu rất khác nhau, thường trong phạm vi 1000 – 1600 0 C. Nhiệt độ của ngọn lửa trong buồng đốt lớn hơn nhiệt độ chảy lỏng của xỉ (thường từ 1500 – 1800 0 C). Ưu điểm cơ bản của buồng lửa thải xỉ lỏng là thu được một lượng tro rất lớn ngay trong buồng đốt (30 – 60 % và đôi khi lớn hơn) và thải ra khỏi buồng đốt trong dạng xỉ lỏng. Ở những buồng lửa xyclon thải xỉ lỏng lượng tro thu được trong buồng đốt [...]... lượng hơi Đồng thời đối với những lò hơi năng suất lớn và thông số cao thì độ tin cậy và tính an toàn của thiết bị cũng được đặc biệt coi trọng 1.2 Phạm vi sử dụng Trong các nhà máy công nghiệp có sử dụng nhiệt thì người ta sử dụng thiết bị nồi hơi (lò hơi) để làm nguồn cung cấp nhiệt, cung cấp hơi và dẫn nguồn nhiệt, nguồn hơi đến các hệ thống máy móc cần sử dụng.• Lò hơi được sử dụng rộng rãi trong... 1.3 Phân loại Dựa vào sản lượng ,chia thành 3 loại: -lò hơi công suất nhỏ, sản lượng thường quy ước dưới 20T/h -lò hoi công suất trung bình, thường quy ước sản lượng hơi từ 20 đến 75 T/h -lò hơi công suấ lớn, thường quy ước sản lượng hơi trên 75 T/h Dựa vào thông số, chia làm 4 loại: -Lò hơi thông số thấp, thường quy ước áp suất p