Thiết Kế Lò Hơi Ống Nước Thẳng Đứng Sản Xuất Hơi Bão Hòa Khô, Công Suất G=500kgh, P=4bar

 Phương trình cân bằng nhiệt Phương trình truyền nhiệt thứ nhất: / t kH t Q kcal kg B B : tiêu hao nhiên liệu tính toán, kg/h Phương trình cân bằng nhiệt thứ hai: cân bằng nhiệt giữa

Đề tài:

THIẾT KẾ LÒ HƠI ỐNG NƯỚC ĐẶT ĐỨNG

GVHD: T.S Nguyễn Thanh Hào

MỤC LỤC

Trang

Mục lục 2

Chương 1 : Tính toán nhiệt lò hơi 3

I Thành phần nhiên liệu 3

 Thành phần khô của nhiên liệu 3

 Thể tích không khí và sản phẩm cháy 3

 Entapi của không khí và sản phẩm cháy 4

II Cân bằng nhiệt lò hơi 4

III Tính toán nhiệt trao đổi trong buồng lửa 5

IV Tính toán các bề mật đối lưu 6

 Phương trình cân bằng nhiệt 6

 Tính hệ số truyền nhiệt k 7

 Độ chênh lệch nhiệt độ t 10

Chương 2 : Tính và chọn các thiết bị phụ 11

 Tính và chọn quạt khói 11

 Tính chọn máy bơm nước 13

Chương 3 : Xử lí nước và vận hành lò hơi 14

Xử lý nước: 14

 Chọn hệ thống xử lí nước 17

 Hệ thống điều khiển 21

 Vận hành và sự cố 21

Tài liệu tham khảo 25

Đề tài : Thiết kế lò hơi ống nước thẳng đứng công suất G=500kg/h, p=4bar,sản xuất hơi bão hòa khô Nhiên liệu cần đốt là bã mía

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN NHIỆT LÒ HƠI

Các phần thể tích của khí 3 nguyên tử bằng áp suất riêng phần của các khí

ở áp suất tổng là 0,1MPa, được tính theo các công thức 2.21 đến 2.23 trang

 Entapi của không khí và sản phẩm cháy

Chọn nhiệt độ khói thải là 200 C0

Entapi của khói thải: 2 2 2 2 2 2

Entapi của không khí lý thuyết :I0 V c0 ( ) 2, 2413.63,6 142,5(    kcal kg/ )

Entapi của khói đối với 1kg nhiên liệu được xác định

k k

I I    I     kcal kg

Phương trình cân bằng nhiệt : Q0l Q Q1  2 Q3 Q4 Q5 Q kcal kg6 ( / )

Tổng nhiệt khi đốt 1kg nhiên liệu : 0l l ( / )

Tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt hóa học q3:

Khi đốt nhiên liệu rắn trên lò ghi thủ công Chọn q 3 3%(theo 1)

Tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt cơ học q4:

Đốt nhiên liệu trên ghi chọn q 4 11%(theo 1)

Tổn thất nhiệt ra môi trường q5không đáng kể chọn q 5 0,5%(theo 1)Tổn thất nhiệt do xỉ thải q6:

6

0

xi xi l

a ct A q

Q



xi

a - phần xỉ thải ra khỏi lò Đối với lò ghi chọn a  xi 0,8

( )ct xi- entapi của xỉ, kcal/kg chọn nhiệt độ xỉ thải t xi  600 0C

1.3 Tính toán nhiệt trao đổi trong buồng lửa

Nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa :

'

3 6 0

Tính diện tích ghi

Diện tích ghi được xác định theo nhiệt thế trên ghi . l / ( / 3 )

th

B Q R kcal m h (theo (3))

Chọn chiều dài buồng đốt là 1m, chiều rộng buồng đốt là 0,8m

Toàn bộ diện tích vách buồng lửa : F v  2(1.0,8 1.1,5 0,8.1,5) 7    m2

Bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ ngọn lửa : 3,6 3,6. 1,3 0,67( )

7,72

o v

Vậy tổng chiều dày tường buồng đốt là 300mm

1.4 Tính toán các bề mặt đối lưu.

 Phương trình cân bằng nhiệt

Phương trình truyền nhiệt thứ nhất: ( / )

t

kH t

Q kcal kg B

B : tiêu hao nhiên liệu tính toán, kg/h

Phương trình cân bằng nhiệt thứ hai: cân bằng nhiệt giữa nhiệt lượng do khói truyền lại và nhiệt lượng do hơi, nước hoặc không khí hấp thụ:

I’ và I” – entapi của khói vào và ra khỏi bề mặt đốt, kcal/kg

Nhiệt độ khói vào lò là 900 C0

Entapi của không khí lọt vào lò :I0z V c t0 pt hu  2, 2413.1,3.27 78,7(  kcal kg/ )

Hệ số không khí lọt    0,01 0,05 0,06   ( gồm thiết bị khử bụi và đường khói)

Nhiệt lượng do không khí lọt vào lò :  I z0  0,06.78,7 4,722(  kcal kg/ )

Nhiệt trở của tro xỉ đóng bên ngoài ống  t/ tgọi là hệ số bám bẩn 

Đối với bề mặt không có thổi lò chon   0,01

Nhiệt trở vách ống trơn v/ v bằng kim loại trong tất cả các trường hợp đềukhông tính

Nhiệt trở lớp cáu trong ống c/ cở lò hạ áp, nhưng vì để đảm bảo sự làm việc bình thường của lò hơi, bề dày lớp cáu không được vượt quá giá trị cho phép, cho nên trở nhiệt này thường được bỏ qua trong tính toán

 Hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu  1

Lưu lượng thể tích trung bình của khói

Thể tích khói đối với 1kg nhiên liệu V k  4,138(Nm kg3 / )

Chọn đường kính ống nước là  51 2,5(  mm)(đường kính ngoài và bề dày) Bước ống 60mm Số ống trong một chùm ống là 18 ống

Tốc độ khói được tính trong công thức trang 66 (1) : V , /m s

F

 

Diện tích tiết diện khói qua . 2, 2

Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu khi dòng khói chảy dọc theo chùm ống

Đường kính tương đương d m td, :

Tra đồ thị hình 6.7 trang 77 (1) theo đường kính tương đương d td  200mm

và vận tốc khói   5,7( / )m s ta được  H 13,1(kcal m h C/ 2 0 )\

Khi làm nguội dòng khói  k C C lv lH

Hệ số hiệu chỉnh chiều dài tương đối C lđược tính đến vì

Tra đồ thị hình 6.7 trang 78 (1) theo tỷ số l d/ ta được C  l 1,3

Hệ số hiệu chỉnh cho các đặc tính vật lý của dòng khi thay đổi nhiệt độ và thành phần môi chất C lv

Tra đồ thị hình 6.7 trang 78 (1) theo tỷ lệ thể tích khí 3 nguyên tử

2 0 0, 25

H

r  và nhiệt độ của dòng khói  550 C0 ta được C  lv 1,03

Vậy ta được hệ số tỏa nhiệt đối lưu :

Tv – nhiệt độ tuyệt đối của vách ngoài bề mặt bức xạ, K tv chọn bằng chọn bằng nhiệt độ trung bình của mặt ngoài lớp tro đóng trên ống.

Tổng lực hấp thụ của dòng khói có bụi kps

Hệ số làm yếu bức xạ của môi trường buồng đốt được tính toán phụ thuộc vào nhiệt độ khói đầu ra buồng  "Ttheo công thức 5.24 trang 111 sách (2)

Hệ số làm yếu bức xạ bởi phần không sáng của môi trường buồng đốt, bao gồm các khí 3 nguyên tử k HC r k n. G

ở đây r n r RO2 r H O2 0,36

Hệ số tỏa nhiệt từ vách cho môi chất lạnh  2có thể bỏ qua nên   2 0

Vậy hệ số truyền nhiệt tìm được

2 0

1

1 0,01 0 0 0 40,1

tl tn tl tn

2,3lg 2,3lg

116,62

tl tn tl tn





Từ phương trình truyền nhiệt thứ nhất :

Vậy diện tích bề mặt đốt tính toán H = 25,1(m2)

Các kích thước của lò hơi :

Chọn chiều dài đường ống dẫn khói là 4m

Nhiệt độ tuyệt đối của khói trong ống T  550 273 823   K

1 2 1,5

h  h  m 3

0 1,3kg m/

 

Nhiệt độ trung bình của khói t k  550 0C

Áp suất trong không gian lò b = 1bar

Tra đồ thị 4.2 trang 180 sách (4) theo tốc độ khói   5,7 /m s và t tb  550 0C

ta được h d1  6Pa Khi trong dòng khói có tro bụi ta phải nhân thêm hệ số

Vậy ta có các thông số để chọn quạt là :

Lưu lượng quạt khói là 4105,9m / h3

Áp suất đầu đẩy của quạt là 1038,3Pa

Công suất quạt là 85,73 W

Dựa vào đồ thị đặc tuyến của quạt ly tâm  4 70,  N0 4 trang 213 sách (5)

Ta chọn quạt ly tâm có các thông số sau:

Hiệu suất quạt là   0,8

Theo sách (5) ta chọn bơm : LTC5-9x 12 với các thông số sau :

Lưu lượng bơm Q 3m h3 /

Cột áp bơm H  117mH O2

Số vòng quay của bơm n 2900vg ph/

Công suất động cơ N dc  4,5kW

Những chất tan trong nước: những chất này thường ở dạng lưỡng cực và

có thể phân hũy thành ion như: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, 

Nước có: pH < 5,5 – nước có tính axit mạnh

pH = 5,5÷6,5 – nước có tính axit yếu

Hệ số dẫn nhiệt của cáu rất bé so với hệ số dẫn nhiệt của thép nên khi làm việc nhiệt độ vách ống tăng lên rất nhiều, sự hấp thụ nhiệt của lò hơi giảm đi, lượng tiêu hao nhiên liệu tăng Đồng thời cáu còn có tác dụng tăng

độ ăn mòn bề mặt

Vì vậy, để đảm bảo sự an toàn các thiết bị lò hơi cần:

 Ngăn ngừa tạo cáu bám trên các bề mặt đốt

 Duy trì độ sạch của lò hơi ở mức cần thiết

 Ngăn ngừa quá trình ăn mòn trong đường ống nước và hơi

Để đảm bảo yêu cầu trên, nước cấp lò hơi cần đạt yêu cầu chỉ tiêu chất lượng nhất định

Xử lý nước trước khi cấp vào lò:

Những phương xử lý nước:

 Phương pháp lắng lọc: tùy theo hóa chất dùng mà ta có các phương pháp sau

NaOHNaOH + Na2CO3

NaOH + CaODùng vôi:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  2CaCO3 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaCO3 + 2H2O.MgCl2 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaCl2

MgSO4 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaSO4

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

Khi dùng vôi, dộ cứng bicacbonat được khử, độ cứng không

cacbonat không được khử mà chỉ thay đổi vị trí giữa gốc canxi mà magie

Để khử không cacbonat, người ta dùng xôđa Khi đó, trong nước chủ yếu là

độ cứng canxi được tách ra nhờ Na2CO3 :

Ca(HCO3)2 + 2NaOH  CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2NaOH  MgCO3 + Na2CO3 + 2H2O

MgCO3 + 2NaOH  Mg(OH)2 + Na2CO3.MgCl2 + 2NaOH  Mg(OH)2 + 2NaCl

CO2 + 2NaOH  Na2CO3 + H2O

CaCl2 + Na2CO3  CaCO3 + 2NaCl

CaSO4 + Na2CO3  CaCO3 + Na2SO4.Ngoài những chất trên, người ta còn dùng natriphotphat Na3PO4, baricacbonat BaCO3, barhidroxit Ba(OH)2, barialuminat BaAl2O4, …

 Phương pháp trao đổi cation:

Quá trình làm mềm nước bằng trao đổi cation là quá trình trao đổi giữa các cation của các chất hoà tan trong nước có khả năng sinh cáu trong

lò với những cation của những chất không hoà tan trong nước để tạo ra những chất mưois tan trong nước và không tạo thành cáu Những chất này gọi là cationit Có 3 loại cationit sau: Natri (NaR), hydro (HR), amôn (NH4R) Trong đó: R là gốc của cationit không hoà tan trong nước, đóng vai trò của một anion

Khi dùng catinonit Natri, phản ứng xảy ứng như sau:

Ca(HCO3)2 + 2NaR  CaR2 + 2NaHCO3.Mg(HCO3)2 + 2NaR  MgR2 + 2NaHCO3.CaCl2 + 2NaR  CaR2 + 2NaCl

MgCl2 + 2NaR  MgR2 + 2NaCl

CaSO4 + 2NaR  CaR2 + Na2SO4.MgSO4 + 2NaR  CaR2 + Na2SO4 Khi dùng cationit Hydro:

Ca(HCO3)2 + 2HR  CaR2 + 2CO2 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2HR  MgR2 + 2CO2 + 2H2O

CaCl2 + 2HR  CaR2 + 2HCl

NaCl + HR  NaR + HCl

MgSO4 + 2HR  MgR2 + 2HCl

Khi dùng cationit amôn:

Ca(HCO3)2 + 2NH4R  CaR2 + 2NH4HCO3.Mg(HCO3)2 + 2NH4R  MgR2 + 2NH4HCO3.CaCl2 + 2NH4R  CaR2 + 2NH4Cl

MgSO4 + 2NH4R  MgR2 + (NH4)2SO4

Na2SO4 + 2NH4R  2NaR + (NH4)2SO4 v.v…

Khi trao đổi cation natri toàn bộ độ cứng đều được khử, song độ kiềm

và các thành phần anion khác có trong nước không thay đổi Khi dùng phương pháp trao dổi cation hydro, độ cứng và độ kiềm đều được khử nhưng anion của các muối đã tạo thành axit, nước xử lý là nước axit sẽ không thuận lơi cho việc cấp nước lò hơi Vì vậy, nên dùng phối hợp 2 phương pháp cation natri và hydro

Trong quá trình làm việc, các cationit dần dần bị kiệt hết cation Để khôiphục khả năng làm việc của cationit người ta cho chúng trao dổi với chất cókhả năng cung cấp cation Quá trình này gọi là quá trình hoàn nguyên cationit Để thực hiện quá trình hoàn nguyên cationit natri người ta dùng dung dịch NaCl có nồng độ từ 6-8%, cactionit hdro – dùng dung dịch

H2SO4 hoặc HCl, cationit amôn – bằng muối amôn

 Phương pháp trao đổi anion:

Nguyên tắc giống như phương pháp trao đổi cation Ở đây, anion của muối và axit trao đổi với anion của anionit

3.2 Chọn hệ thống xử lý nước:

Trong đồ án này, chọn phương pháp xử lý nước kết hợp kiễu nối tiếp

2 phương pháp xử lý nước dùng catinonit Natri và cationit Hydro Nước sau khi qua xử lý đều được khử độ cứng và độ kiềm Đảm bảo chất lượng nước cấp cho lò hơi

3.3Mô tả quá trình

Nước từ bể cấp, cấp vào bình cationit natri nhờ bơm Tại đây độ cứng của nước được khử nhưng độ kiềm và các thành phần anion khác có trong nước không thay đổi

Do đó nước sau khi qua bình 1 tiếp tục cho qua bình cationit hydro

để khử toàn bộ độ kiềm của nước

Nước sau khi xử lý được bơm vào bể nước cấp để cung cấp nước cho

là hơi hoạt động

Sau một thời gian xử lý, cationit sẽ dần bị cạn kiệt cation Để khôi phục cationit, sau khoảng thời gian cho trước ta tiến hành hoàn nguyên ( chọn 1 ngày hoàn nguyên 1 lần)

Để hoàn nguyên cationit natri, người ta dùng dung dịch muối NaCl (nồng độ 6-8%) Đối với cationit hydro người ta dụng dung dịch acid

H2SO4 hoặc HCl Trong đồ án này chọn acid HCl có nồng độ 1-1,5%

Hoàn nguyên NaR:

CaR2 + 2NaCl  CaCl2 + NaRMgR2 + 2NaCl  MgCl2 + NaRHoàn nguyên HR:

CaR2 + 2HCl  CaCl2 + HRMgR2 + 2HCl  MgCl2 + HR

3.4 Tính bể lọc NaR và HR:

- Lưu lượng nước cấp cho lò hơi : Qh=500kg/h = 0,5 m3/h

- Cho rằng lò hơi hoạt động 16h, lượng nước cấp cho lò hơi Qng

- Độ kiềm sau khi làm mềm a= 0,35 mdlg/l.

- Chọn số lần hoàn nguyên là 1 lần trong 1 ngày

- Thời gian của một chu kỳ làm việc giữa 2 lần hoàn nguyên

2 2

0,6

0,06 6

- Cor độ cứng của nước rửa, chọn nguồn nước có Cor =6mdlg/l

- q: lưu lượng đơn vị của nước rửa

Chọn q=4;   0,5

3

0,6524.0,87.550 0,5.4.6 300,17 lg/

Na lv

- Thể tích cần thiết của cationit theo CT (11.48) [5]

C

- Tổn thất qua lớp cationit theo bảng (11.7) [5], chọn HW = 5m

- Lượng muối NaCl cần dùng để hoàn nguyên bể Na-cationit theo CT (11.58) [5]

2 2

2 H

F

C

- Lượng axit cần dùng để hoàn nguyên H-cationit:

f H E

Trong quá trình xử lý:

Thể tích cần thiết của cationit trong bình N-cationit là 0,16 m3

Thể tích cần thiết của cationit trong bình H-cationit là 0,379 m3

Trong quá trình hoàn nguyên:

Lượng muối NaCl cần dùng để hoàn nguyên bể Na-cationit là 5,45 kg Lượng axit cần dùng để hoàn nguyên H-cationit là 2,11 kg

 Chế độ gió lò: Trước khi khởi động lò, khởi động quạt gió đưa gió thổi vào lò, đưa hết các khí dư ra và làm sạch bề mặt đốt Lượng gió thổi vào lò khi bắt đầu đốt phải phù hợp với chế độ khởi động lò tức

là không đốt quá nhanh

Trong vận hành, lượng gió đưa vào lò được điều chỉnh thích hợp

không để khói trắng quá hoặc đen quá

Khi ngừng lò, quạt gió chỉ ngừng khi bã mía trong buồng đốt đã cháy hết

 Áp suất làm việc của lò: áp suẩt làm việc của lò nằm trong phạm vi cho phép Khi áp suất vượt ra ngoài phạm vi đó phải điều chỉnh bằng

cách đưa nhiên liệu vào buồng đốt cho phù hợp Khi vận hành khôngđược để áp suất tăng hay giảm quá nhanh.

Để thực hiện chức năng trên, cần có các thiết bị sau:

Bộ bảo vệ mực nước: thiết bị bảo vệ mực nước gắn trên balong hơi làm việc kiểu phao Tuỳ theo mực nước trong lò mà phao sẽ dịch chuyển lên hay xuống và đóng hoặc ngắt các tiếp điểm tương ứng trong mạch

Rơle áp suất : Dùng để theo dõi áp suất trong lò Nếu áp suất trong lò vượt quá giới hạn cho phép, rơle áp suất sẽ tác động ngắt nguồn điện điều khiển

Rơle nhiệt độ: Theo dõi nhiệt độ hơi bão hoà khô, theo dõi nhiệt độ nước cấp

3.6 Vận hành và sự cố.

Vận hành

Vận hành lò hơi là một công việc thao tác, điều khiển phức tạp Nhiệm

vụ của công tác vận hành lò hơi là đảm bảo cho lò hơi làm việc an toàn và kinh tế nhất trong một thời gian dài

 Khởi động quạt gió

 Quạt chạy được 3 – 5 phút thì khởi động hệ thống đốt nhiên liệu, cấp nhiên liệu vào

 Khi thấy hơi xuất hiện ở van xã khí, thì đóng van xã khí lại và tiếp tục đốt lò để nâng áp suất trong lò lên đến áp suất quy định Lúc này cần chú ý áp kế và mực nước trong ống thuỷ

 Khi áp suất lò hơi đạt 1 bar thì tiến hành vệ sinh ống thuỷ theotrình tự sau:

 Đóng đường nước vào ống thuỷ, mở van xả ống thuỷ vàvan đường hơi để thông đường hơi ống thuỷ

 Mở cả 3 van

 Đóng van xả lại và quan sát mực nước trong lò Nếu mực nước trong ống thuỷ tăng chậm thì phải thông lại đường nước lần 2.

3 Trong coi lò hơi hoạt động:

 Luôn theo dõi mực nước của lò qua ống thuỷ Nếu nước cạn phải bơm nước vào lò

 Theo dõi áp kế nếu áp suất trong lò vượt phạm vi quy định phải điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào lò

 Ngừng cấp nhiêu liệu vào lò

 Mở van xả khí và mở van an toàn để xả bout hơi ra ngoài, khoá van hơi chính

 Báo cho người có trách nhiệm biết và xử lý

5 Những yêu cầu chú ý khi vận hành lò hơi:

 Kiểm tra lại hệ thống cấp nước và bể cấp nước

 Kiểm tra lượng nhiên liệu trước khi cho lò hoạt động, điều chỉnh lượng gió vào phù hợp với quá trình khởi động

 Bắt buộc phải cho quạt gió chạy trước để thải khí xót lại trong lò

 Mỗi ca phải kiểm tra áp kế trong lò

 Khi vệ sinh ống thuỷ, không được đóng hai van hơi và nước của ống thuỷ mà van xả lại mở

 Mỗi ca phải xả cặn một lần

 Kiểm tra hệ thống điện có mất pha hay suit áp hay không

 Khi thấy tiếng động lạ hay có hiện tượng ko bình thường ở cácđộng cơ bơm, quạt thì ngắt các hệ thống điện ngay

 Thao tác các van phải vặn từ từ

6 Vệ sinh định kỳ: