Đây là tiều liệu thiết kế, tính kiểm tra nhiệt của lò hơi đốt trấu theo phương thức sôi bọt. Việc tính toán và thiết kế hoàn toàn dựa vào thực tiễn chế tạo lò hơi của Việt Nam hiện nay. Việc tính toán tập trung vào thông số nhiệt buồng đốt, dàn đối lưu, Tính khí động để chọn quạt và chiều cao ống khói.
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Cùng với việc tăng giá nhiên liệu dầu trên thế giới, sức ép về chi phí nhiên liệu của các cơ sở sản xuất đang tăng mạnh và các cơ sở sản xuất đang có xu hướng thay thế các nhiên liệu nhập ngoại bằng các nhiên liệu có sẵn trong nước và nhất là các loại nhiên liệu rẻ tiền. Công nghệ tầng sôi với các ưu điểm nổi bật của mình có thể là 1 giải pháp hỗ trợ cho các doanh nghiệp do có 1 số ưu điểm sau: Có thể đốt được các nhiên liệu nhiệt trị thấp như than cám, phụ phẩm nông nghiệp: trấu bã mía, mùn cưa,… Có thể đốt được các nhiên liệu có độ ẩm cao đến 25% như than bùn, rác thải, cặn bùn… Có thể cơ giới hóa nên hiệu suất sử dụng cao hơn lò thủ công. Có thể sử dụng biện pháp sơ cấp giảm chi phí độc hại nhờ thêm phụ gia vào trong buồng đốt do đó có thể đốt nhiên liệu có thành phần lưu huỳnh cao mà không gây ô nhiễm môi trường. Có thể tăng khả năng tự động hóa thiết bị nhiệt, nhất là vấn đề cấp liệu thải bụi. Do nhiệt độ buồng đốt thấp nên tuổi thọ thiết bị tăng lên. Có thể thay đổi nhiên liệu một cách linh hoạt. So sánh một số nhiên liệu và giá thành sản xuất nhiệt được cho trong bảng. Từ bảng này ta thấy giá thành sản xuất nhiệt hay chi phí nhiên liệu khi chuyển từ dầu FO sang than đá còn là 61%, chuyển sang trấu chỉ còn là 18%. Như vậy mức độ tiết kiệm là đáng kể, nhất là cho các cơ sở dùng nhiệt nhiều. Để sử dụng các nhiên liệu có nhiệt trị thấp thì thiết bị tầng sôi là 1 phương án khả thi và thích hợp với điều kiện ở nước ta hiện nay. 2-1 Nhiệt trị Nhiệt trị so với Gas Hiệu suất sử dụng thiết bị nhiệt so với Gas KL sử dụng nhiệt lượng tương đương so với Gas Đơn giá Giá trị chi phí nhiệt tương đương Chi phí so với Gas Chi phí so với dầu FO Chi phí so với than đá Chi phí 1 năm, cho FO FO Than đá Than cám Vỏ hạt điều Trấu, mùn cưa 45980 43890 29260 20900 18000 16000 1 0,96 0,91 0,61 0,44 0,38 0,33 - 1 0,99 0,95 0,8 0,8 0,78 0,78 Kg/k g gas 1 1,05 1,15 2,05 2,87 3,42 3,85 đ/kg 11000 7500 5000 1600 700 350 150 đ 11000 7909 5756 3281 2010 1197 577 - 1 0,719 0,523 0,298 0,183 0,109 0,052 - 1,91 1,37 1 0,57 0,35 0,21 0,1 - 3,35 2,41 1,75 1 0,61 0,36 0,18 2000 1140 698 237 70 Đơn vị Gas, LPG DO kJ/k g 48000 - triệu đồng /năm So sánh chi phí nhiên liệu Hình bên cho ta thấy được rõ mức độ giảm chi phí nhiên liệu khi được sử Series1 Chi phí so với Gas 1.2 dụng các nhiên liệu có giá thành rẻ. 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Gas,LPG DO FO Than đá Than cám Vỏ hạt điều loại nhiên liệu 2-2 Trấu, mùn cưa GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 1. Việc tính toán thiết kế buồng đốt BFB dựa trên mô hình thực nghiệm đang được nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Viện Khoa Học Và Công Nghệ Nhiệt Lạnh. 2. Việc tính toán tập chung vào xác định các thông số nhiệt, tính khí động để tính chọn quạt và chiều cao ống khói và các thông số thiết kế chế tạo lò. Trang MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu chung ………………………………..2 - 1 Chương 2: Tính nhiệt………………………………………. 2 - 4 Chương 3: Tính khí động……………………………………2 - 41 Chương 4: Tính bảo ôn………………………………………2 - 66 Chương 5: Tính sức bền……………………………………..2 - 70 2-3 CHƯƠNG 2: TÍNH NHIỆT LÒ HƠI TẦNG SÔI ĐỐT TRẤU 2.1. KHÁI NIỆM TẦNG SÔI Đây là một công nghệ đốt được phát triển từ công nghệ đốt trên ghi cố định. Gió cấp được thổi từ dưới ghi lên. Khi tốc độ gió đủ lớn sẽ tạo ra một lực cuốn thắng được trọng lực của hạt và khi đó, các hạt sẽ bắt đầu dịch chuyển lên trên tạo ra một lớp hạt lơ lửng giống như 1 lớp chất lỏng. Các chế độ tương tác giữa khí và hạt phụ thuộc vào tốc độ gió cấp vào bao gồm: lớp cố định, giả lỏng sôi đều, sôi bọt, sôi dạng pít tông, sôi rối, sôi chèn và sôi tuần hoàn. 2.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ ĐỐT TẦNG SÔI Đây là kiểu lò đốt trấu theo phương thức sôi bọt (BFB), chiều cao lớp sôi được giữ cố định trong một khoảng cho phép nào đó. Không gian cháy chỉ chiếm một phần trong toàn bộ buồng đốt. Gió cấp vào từ quạt có 2 nhiệm vụ: i) Cung cấp không khí cho quá trình cháy nhiên liệu ii) Tạo và duy trì lớp sôi. Khi tốc độ gió cấp vượt quá tốc độ giới hạn cho phép, chất rắn sẽ bị thổi bay ra khỏi lớp. Nếu hạt tương đối thô sẽ quay trở lại mặt ghi do ảnh hưởng của trọng lực. Nếu tiếp tục tăng tốc độ gió thì có thể một bộ phận hoặc toàn bộ hạt trên bề mặt ghi rơi vào trạng thái chuyện động hai hướng: một hướng đi lên do lực nâng, một hướng đi xuống trở lại mặt ghi do trọng lực. Trạng thái này giống như trạng thái sôi của chất lỏng, tốc độ gió tại đó là umf (tốc độ sôi tối thiểu). Lúc đó, lớp chất rắn chuyển động từ trạng thái lớp cố định sang trạng thái lớp sôi hay lớp sôi. Khi tốc độ gió tiếp tục tăng đến một giá trị giới hạn ugh, toàn bộ lớp sôi sẽ bị phá huỷ, các hạt trong lớp sôi đều bị bay ra ngoài, tương tự nếu tốc độ gió quá nhỏ không đủ để nâng khối lượng các hạt lên thì lớp sôi lại trở thành lớp cố định. Như vậy, trong vận hành lò hơi BFB, tốc độ gió cấp vào lò phải nằm trong khoảng giới hạn sau: umf < u < ugh . 2-4 2.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN. 2.3.1. Nhiệm vụ thiết kế. Sản lượng hơi định mức của lò hơi 2 tấn/h. Áp suất hơi làm việc Pbh = 10 at. Nhiệt độ hơi bão hoà tbh = 180 oC. Nhiệt độ nước cấp tnc = 20 oC. Nhiệt độ không khí cấp vào lò tlkk = 20 oC. Nhiệt độ khói thoát tk = 150 oC. Đặc tính nhiên liệu trấu: Tên Clv Hlv Olv Nlv Slv Wlv Alv % 36.29 4.81 35.04 0.38 0.05 6.55 16.88 Nhiệt trị của nhiên liệu trấu: Qtlv = 15308 kJ/kg. 2.3.2 Cấu trúc lò hơi. Vì lò hơi có công suất nhỏ 2 tấn/h nên ta chọn kết cấu lò hơi gồm có 2 bộ trao đổi nhiệt chính: 1 - Bộ trao đổi nhiệt kiểu ống nước. 2 - Bộ trao đổi nhiệt kiểu ống lửa (Bao hơi). Nhiên liệu được cấp vào lò từ phần trên lớp sôi, gió được cấp vào từ dưới ghi sẽ thổi cho lớp vật liệu sôi, khói sau khi trao đổi nhiệt trong buồng lửa sẽ được dẫn vào Bao hơi nước (bộ trao đổi nhiệt kiểu ống lửa), sau đó ra ngoài theo đường khói. 2-5 NL 2 1 khói gió a. Cấu tạo của bộ trao đổi nhiệt kiểu ống nước (buồng đốt): Tường buồng đốt là các ống sinh hơi có hàn các kín giữa các ống nước là các tấm kim loại. Các thông số thiết kế buồng đốt được cho trong bảng 1, bảng 2, bảng 3, bảng 4 dưới đây: Vật liệu chế tạo làm các dàn ống sinh hơi là thép C20. b. Thông số thiết kế bộ trao đổi nhiệt ống lửa (Ba lông). Bộ trao đổi nhiệt kiểu ống lửa là bộ trao đổi nhiệt khói đi trong ống, nước bao ngoài ống. Thép chế tạo Bao hơi là thép 10K. Trong thiết kế này ta chia đường khói đi trong Ba Lông làm 3 cụm, các thông số thiết kế được cho trong bảng 5, bảng 6, bảng 7 dưới đây: 2-6 Bảng 1: Các thông số thiết kế TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tên Kí Đơn Hiệu vị Đường kính ống ddướigóp góp dưới chính Đường kính ống dtrêngóp góp trên Đường kính ống d'dướigóp góp dưới phụ Đường kính ống dống sinh hơi chính Bước ống đặt đứng sb tường bên Bước ống đặt đứng sts tường trước và sau Bước ống đặt s' nghiêng Fghi Diện tích ghi là Bề ngang của BL 10 Chiều sâu buồng lửa Công thức Kết Ghi quả chú mm chọn 219 219x6 mm chọn 273 273x7 mm chọn 125 125x4 mm chọn 50.8 3.3 mm chọn 94 mm chọn 90 mm chọn 94 m2 1.2x1.2 1.44 a m cạnhghi+ddướigóp 1.419 b m cạnhghi+d'dướigóp 1.325 2-7 Bảng 2: Thông số thiết kế phần lớp sôi Kí Đơ TT Tên Công thức Hiệu n vị Chiều cao lớp 1 hLS m tính toán sôi Số ống tường 2 nbên ống thiết kế bên Diện tích nhận nbên*hls*Π*dống/2 + 3 nhiệt của 2 fbên m2 (nbên-2)*(sb - dống)*hls tường bên Số ống tường 4 trước và tường nts ống thiết kế sau Tổng số ống đặt 5 nđứng mm nbên+nts đứng là Diện tích nhận nhiệt của tường nts*hls*Π*dống/2+(nts+2 6 fts m2 trước và tường )*(sts -dống)*hls sau Diện tích bề 7 mặt nhận nhiệt Fđứngls m2 fbên+fts đặt đứng Ống đặt 8 α độ chọn nghiêng góc Chiều dài ống đặt nghiêng lngangL Diện tích mỗi ống đặt ngang Số ống đặt 11 ngang là 9 10 Diện tích bề 12 mặt nhận nhiệt đặt ngang 13 Diện tích bề mặt nhận nhiệt Kết quả 0.602 30 2.195 26 56 1.977 4.171 15 m b/cosα 1.372 fngang m2 3.14*d*lngangLS/1000 0.219 nngang ố chọn 10 Fngangls m2 nngang*fngang 2.188 Fls m2 Fđứngls+Fngangls 6.359 S 2-8 Ghi chú TT 1 2 3 4 TT 1 2 3 4 5 Tên Số ống phần trung gian Chiều cao phần trung gian Diện tích cửa cấp nhiên liệu Diện tích bề mặt nhận nhiệt phần trung gian Bảng 3: Phần trung gian Kí Đơn Công thức Hiệu vị Kết quả ntg ống thiết kế 56 htg m thiết kế 0.35 ffed m2 300x150 0.045 Ftg m2 ntg*htg*Π*dống/2 + ntg*(s-dống)*htg - ffed 2.3800576 Tên Số ống bố trí trong buồng lửa phía trên Chiều dài 1 ống Diện tích cửa chui Diện tích cửa thoát khói Diện tích bề mặt nhân nhiệt Bảng 4: Phần BL phía trên Kí Đơn Công thức Hiệu vị Kết quả nbl ống thiết kế 56 lống m thiết kế 2.2 fchui m2 440x350 0.154 fthoát m2 1343x441 0.592 nbl*hbl*Π*dống/2 + nbl*(s-dống)*hbl fchui-fthoát 14.4019162 Hbl 2 m 2-9 Ghi chú Ghi chú TT Bảng 5: Phần ống lửa cụm ống 1 Kí Đơn Công thức Hiệu vị Tên Kết quả Ghi chú 3.5 1 Đường kính ống Balông d mm chọn 76.2 2 Chiều dài của ống l m 3 Diện tích mỗi ống f m2 chọn 3.14*dtrong*l 3 0.685 4 Số ống trong cụm 1 n1 ô chọn 25 5 Diện tích nhận nhiệt Fco1 m2 n1*f 17.12 TT 1 2 3 4 TT 1 2 3 4 Tên Chiều dài của ống Diện tích mỗi ống Số ống trong cụm 2 Diện tích nhận nhiệt Tên Chiều dài của ống Diện tích mỗi ống Số ống trong cụm 3 Diện tích nhận nhiệt Bảng 6: Phần ống lửa cụm ống 2 Kí Đơn Công thức Hiệu vị Kết quả 3 l m chọn f m2 3.14*dtrong*l 0.685 n2 ô chọn 18 Fco2 m2 n2*f 12.327 Bảng 7: Phần ống lửa cụm ống 3 Kí Đơn Công thức Hiệu vị Kết quả l m chọn 3 f m2 3.14*dtrong*l 0.685 n3 ô chọn 15 Fco3 m2 n3*f 10.272 2 - 10 Ghi chú Ghi chú 2.3.3 Tính toán phụ. 1. Cân bằng không khí. Xác định hệ số không khí thừa tuỳ thuộc vào phương pháp đốt. Đối với phần tính toán này ta chọn hệ số không khí thừa tuỳ thuộc vào từng chế độ làm việc của lò. Thông thường khi chế độ phụ tải nhỏ hơn 100 % thì hệ số không khí thừa phải lớn hơn hệ số không khí thừa ở tải định mức. TT bề mặt đốt α' α" Δα 1 2 3 4 5 6 lớp sôi trên lớp sôi mương khói cụm ống 1 cụm ống 2 cụm ống 3 1.2 1.2 1.26 1.31 1.34 1.37 1.2 1.26 1.31 1.34 1.37 1.4 0 0.06 0.05 0.03 0.03 0.03 2. Thể tích và Entanpy sản phẩm. a. Lượng không khí cháy lý thuyết: V 0 kk 0, 0889.(C lv 0,375S lv ) 0, 265H lv 0, 0333.O lv 0, 0889.(36, 29 0,375.0, 05) 0, 265.4,81 0, 0333.35, 04 3, 336m3tc / kg Thể tích lý thuyết các thành phần: VRO2 1,866. C lv 0,375S lv 36, 29 0,375.0, 05 1,866. 0, 678m3tc / kg 100 100 VNo2 0,79.Vkko 0,8. N lv 0,38 0,79.3,336 0,8. 2, 638m3tc / kg 100 100 VHo2O 0,111.H lv 0, 0124.W lv 0, 0161.Vkk0 0,111.4,81 0, 0124.6,55 0, 0161.3, 336 0, 669m3tc / kg Thể tích khói lý thuyết: V 0K = V RO 2 + V 0N 2 +V 0H 20 = 0,678 + 2,638 + 0,669 = 3,985 m3tc/kg. Thể tích khói thực tế: 2 - 11 V K = V 0K +0,0161.V0KK.( 1 ) V K = 3,985+0,0161.3,336.(1,2-1) V K = 5,319 (m 3 tc/kg) Pâaân tâektícâ kâí RO2 : VRO 2 0, 678 = =0,127 VK 5,319 rRO2 = Pâaân tâektícâ âôi nö ôùc : rH2O = V o H 2O 0, 669 = =0,252 VK 5,319 Pâaân tâektícâ kâí 3 nguyeân tö û : rp = rH2O+rRO2 =0,127 + 0,252 = 0,379 b. Tính Entanpi của sản phẩm cháy Entanpy của khói là (Tài liệu 1): 0 I k I0k ( " 1)Ikk I tr Trong đó: I 0kk : entanpy của không khí lý thuyết [kJ/kg] I 0kk Vkk0 .(C. ) kk I tr : entanpy của tro [kJ/kg] Do giá trị 100.ab . Alv 100.0,191.16,88 0, 021 ... Việc tính tốn thiết kế buồng đốt BFB dựa mơ hình thực nghiệm nghiên cứu phòng thí nghiệm Viện Khoa Học Và Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Việc tính tốn tập chung vào xác định thơng số nhiệt, tính khí động. .. suất làm việc Pbh = 10 at Nhiệt độ bão hồ tbh = 180 oC Nhiệt độ nước cấp tnc = 20 oC Nhiệt độ khơng khí cấp vào lò tlkk = 20 oC Nhiệt độ khói tk = 150 oC Đặc tính nhiên liệu trấu: Tên Clv... trao đổi nhiệt kiểu ống lửa (Bao hơi) Nhiên liệu cấp vào lò từ phần lớp sơi, gió cấp vào từ ghi thổi cho lớp vật liệu sơi, khói sau trao đổi nhiệt buồng lửa dẫn vào Bao nước (bộ trao đổi nhiệt kiểu