tài liệu ôn tập thiết bị nhiệt

TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Đà NẵNG KHOA HóA - NGàNH cnhh & VậT LIệU 2007 Chơng Chuyển động khí lò công nghiệp 1Khái niệm định luật 1.1.1 Khái niệm Sự chuyển động dòng khí thiết bị nhiệt nói chung lò sấy, lò nung ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói riêng có ảnh hởng nhiều đến suất lò Bởi chuyển động gắn liền với hiệu trình trao đổi nhiệt dòng khí vật liệu lò Do tốc độ, thành phần khí, chiều hớng đặc tính chuyển động dòng khí cần phải đảm bảo Ngoài yếu tố yêu cầu hợp lí kết cấu lò, kỹ thuật gia công chuẩn bị vật liệu, phân bố nhiệt độ trì môi trờng lò Ngày thiết bị nhiệt đại, chuyển động tự nhiên dòng khí khó đảm bảo cho lò làm việc có suất cao, công suất lớn Nên hầu hết thiết bị nhiệt dùng quạt để tạo chuyển động cỡng dòng khí Thực tế lò công nghiệp, áp suất d hay chân không thông thờng nhỏ 50mm H2O, tính trình liên quan đến dòng khí bỏ qua ảnh hởng yếu tố áp suất tới nén giãn nở khí, mà xem xét nh chất lỏng không chịu nén, đồng liên tục lấp đầy kênh dẫn Nên vận dụng đợc định luật chuyển động chất lỏng vào chất khí Cần ý điểm khác chất khí chất lỏng chỗ chất khí biến đổi thể tích, tốc độ, mật độ nhiều theo nhiệt độ Nên việc nghiên cứu áp dụng định luật chất khí cần thiết để khảo sát dòng khí lò 1.1.2 Các định luật 1.1.2.1 Định luật Boil - Mariotte Khi nhiệt độ không đổi, áp suất khối khí tỷ lệ nghịch với thể tích P1 V2 = P V1 - T = const ta có Hay: (1-1) pv = const 1.1.2.2 Định luật Gay - Lussac Khi áp suất không đổi, thể tích riêng khí lý tởng biến đổi tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối V1 T1 = V2 T2 - P = const, ta có Hay: (1-2) V = const T Khối lợng riêng khí áp suất không đổi biến đổi tỷ lệ nghịch với nhiệt độ V1 m / T1 = = = V2 m / T2 (1-3) Khi tính toán ta thờng gặp phải tính thể tích khí với khối lợng riêng khí nhiệt độ toC biết thể tích khối lợng riêng nhiệt độ chuẩn OoC Vt T1 273 + t = = Vo To 273 Vt = Vo (1+ t) 273 , [ m3 ] (1-4) : hệ số dãn nở thể tích, đại lợng hầu nh không đổi với tất loại khí 273 t = o ( 273 ) , [ Kg/m3] 273 + t (1-5) Khối lợng riêng hỗn hợp khí xác định công thức sau: hh = V1 + V2 + + Vn n 100 V1, V2, , Vn : Thể tích khí thành phần (%) 1, 1, ,n: Khối lợng riêng khí thành phần (kg/m3) Nếu biết tốc độ khí nhiệt độ chuẩn (hoặc nhiệt độ đó) ta xác định đợc tốc độ khí nhiệt độ (t 0C) õang khảo sát Wt = Wo ( 273 + t ) , [ m/s] 273 (1-6) Khi thể tích không đổi, áp suất tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối - v = const P1 T1 = P T2 (1-7) Suy quan hệ áp suất nhiệt độ t nhiệt độ chuẩn OoC: Pt = Po (1+ t) 273 (1-8) 1.1.2.3 Phơng trình trạng thái khí Quan hệ áp suất, nhiệt độ thể tích biểu thị phơng trình trạng thái khí Pv = RT (1-9) P: áp suất khí , [N/ m2] v: thể tích riêng khí , [m3/ kg ] T: nhiệt độ tuyệt đối , [ oK] R:Hằng số khí 8314/M, [j / kg.0C] M khối lợng mol khí 1.1.2.4 Định luật Dalton áp suất chung hổn hợp khí tổng áp suất riêng phần khí thành phần Phh = P1 + P2 + + Pn (1-10) Vhh = V1 + V2 + + Vn (1-11) Phh : áp suất hỗn hợp khí P1 , P2 , , Pn : áp suất riêng phần khí Vhh: thể tích hỗn hợp khí V1 , V2 , , Vn : Thể tích riêng khí có hỗn hợp khí Từ Boil - Mariotte ta tính đợc áp suất riêng phần, ta có Pn = Phh Vn Vhh Pn V = n suy ra: Phh Vhh (1-12) 1.2 Các dạng áp suất khí Sự chuyển động chất khí ống dẫn, kênh lò gắn liền với lực gây chuyển động khí áp suất Đối với khí lý tởng có dạng áp suất: áp suất tỉnh học, áp suất tốc độ (hay động học) áp suất hình học Với khí thực, dạng áp suất có áp suất tổn thất hay trở lực 1.2.1 áp suất tỉnh học áp suất tỉnh học chênh lệch áp suất thực nồi hơi, lò hay đờng ống (gọi áp suất tuyệt đối Ptu ) với áp suất khí bên thờng đo baromet Pba có giá trị âm hay dơng Pth = Ptu - Pba (1-13) Trong học chất khí, áp suất tĩnh học đợc coi dự trữ lợng, lợng tiêu tốn khí chuyển động Vì áp suất tĩnh học khí Đơn vị đo áp suất átmốtphe kỹ thuật [at], átmốtphe vật lí [atm], [mmHg], [N/m2], [mmH2O], [KG/cm2 ] Quan hệ đơn vị đo: at ứng với 735,56mmHg, hay tơng đơng 10 mH2O = 10.000 mmH2O = 1kG/cm2= 9.81.104 N/ m2 1atm ứng với 760mmHg hay tơng đơng 10,333 m H2O = 10.033mmH2O 1.2.2 áp suất hình học áp suất hình học đợc xác định tích số chiều cao cột khí độ chênh lệch khối lợng riêng khí thay ( không khí khí) Phh = Hg (kk - k ) , [ N/m2 ] (1-14) H - Chiều cao cột khí , [m] g - Gia tốc trọng trờng [ m/s2] kk , k = Khối lợng riêng không khí khí, [kg/m3] Nh áp suất hình học đợc tạo phụ thuộc vào độ cao H độ chênh lệch khối lợng riêng khí không khí Nếu chiều cao H lớn, nhiệt độ khí cao tức k nhỏ áp suất hình học hay sức hút ống tạo nên lớn Giữa tiết diện kênh hay ống dẫn có áp suất hình học có chênh lệch độ cao tiết diện có khí chuyển động ống kênh (hình 1-1) Trờng hợp áp suất hình học xác định Phh = (H2-H1) g (kk - k) Phh = H.g (kk - k) , [N/ m2 ] (1-15) Hình 1-1 - Sơ đồ áp suất hình học Giá trị áp suất hình học dơng (+) âm (-) 1.2.3 áp suất tốc độ áp suất tốc độ động dòng khí chuyến động Trong học, động vật thể rắn có khối lợng m chuyển động với tốc độ W xác định đại lợng mW2/2 Nếu ta thay khối lợng m khối lợng riêng vật thể khí nhiệt độ to t ta đợc áp suất tốc độ: Ptđ = Wt t 2g Hay Ptđ = Wt t Ptđ = [ mmH2O] [ N/ m2 ] (1-16) , Wo2 o ( (1 + t ) ) , [N/ m2 ] (1-17) Wo ; o - Tốc độ khối lợng riêng khí nhiệt độ OoC áp suất tốc độ khí thành lập quạt đẩy quạt hút hai Vì áp suất tốc độ có liên quan phụ thuộc nhiều vào tốc độ dòng khí, nên ta phải ý đến chuẩn số Reynolds đặc trng chuyển động dòng khí Re = Wt d t t - độ nhớt động học khí nhiệt độ t, [m2/s.] Wt Vận tốc khí nhiệt độ t, [m/s] d - đờng kính thủy lực ống dẫn , [m] ví dụ kênh dẫn khí hình chữ nhật có số đo cạnh a, b d= ab a+b (1-18) Nếu Re < 2200 ta có chuyển động dòng Re > 2200 ta có chuyển đọỹng xoáy Re = 2200 ta có chuyển động độ dòng khí 13 Phơng trình chất khí 1.3.1 Phơng trình cân khí Xét bình hở đáy chứa đầy khí nằm trang thái tĩnh hình 1-3 khí có mật độ k nhỏ mật độ không khí xung quanh kk Ta có: áp suất bình Pk = Pa - Hg k , [N/m2] áp suất không khí Pkk = Pa - Hg kk , [ N/m2] Do đó: P = Pk - Pkk = Hg (kk - k) [ N/m2] (1-19) Cũng chứng minh tơng tự, bình hở miệng ta có: Pk = Pa + Hg k Pkk = Pa + Hg kk P = Pk - Pkk = - Hg (kk - k) [ N/m2 ] Trong trờng hợp đầu thờng ứng dụng để tính chiều cao hợp lí để đặt thiết bị đo thiết kế cửa quan sát, lấy mẫu, thử mẫu trờng hợp thứ hai, áp suất khí bình nhỏ áp suất không khí Cho nên ta mồớ cửa dới, không khí ùa vào bình đẩy khí khỏi bình lên phía thờng ứng dụng để tính chiều cao ống khói 1.3.2 Phơng trình dòng liên tục Khi khí chuyển động khối lợng khí qua tiết diện Nên phơng trình liên tục dòng có dạng sau: F1W11 = F2W22 = const F1, F2 - Tiết diện 2, (1-20) [m2] W1, W2 - Tốc độ khí tiết diện 2, [m/s] , - Mật độ khí tiết diện 2, [Kg/m3] Nếu = const T = const F1W1 = F2W2 = V = const (1-21) Do đó: W = V F Và F1 = F2 1W1 = 2W2 = const Do đó: W2 = W1 T2 T1 (1-22) (1-23) Nếu đờng ống không kín, khí ống rò không khí lọt vào đờng ống qua lỗ hở đó, phơng trình liên tục dòng có dạng sau: F1 W1 = G hh F2 W2 = G 2V [Kg/s] [Kg/s ] (1-24) hh - Khối lợng thể tích hỗn hợp khí [Kg/m3] - Khối lợng thể tích khí lọt [Kg/m3] V thể tích khí lọt vào có dấu (+) rò có dấu (-), [m3/s] 1.3.3 Phơng trình chuyển động khí Năng lợng toàn phần dòng khí lý tởng bao gồm áp suất tĩnh học, hình học áp suất tốc độ Quan hệ áp suất đợc biểu thị phơng trình Bernulli, dạng định luật bảo toàn lợng dòng khí chuyển động áp suất không cao Xét tiết diện kênh dẫn khí, phơng trình chuyển động khí lý tởng là: H1 + P W2 P1 W12 + = H2 + + = const g g g g (1-25) hay Hg + P + W = const (1-26) Đó là: Phh + Pth + Ptđ = const (1-27) Đối với khí thực, tiết diện có tổn thất áp suất phơng trình Bernulli có dạng sau: Hg + P + W + ht+t = const (1-28) Có nghĩa là: Đối với khí thực, chúng chuyển động tổng áp suất tĩnh học, hình học, tốc độ áp suất tổn thất đại lợng không đổi Nếu ống kênh nằm ngang, áp suất hình học không, lấy ví phân ta có: dW dp + + dhtt = Tốc độ khí phụ thuộc vào tiết diện ống, kênh dẫn nhiệt độ Nếu kênh mở rộng, đồng thời áp suất tốc độ không đổi tổn thất áp suất để thắng sức cản ma sát Trong ống kênh nằm ngang với tiết diện không đổi Giả thiết tổn thất htt = Quan hệ biến đổi nhiệt độ áp suất viết dới dạng: - dp = W d W , (*) Lấy tích phân xác định (*), cuối ta có P1 - P2 = W22 - W21 = ( W22 W2 1 ) 2 Nếu ống kênh không nằm ngang, chiều cao tiết diện H1 , tiết diện H2 H2 > H1 ta có phơng trình: P1 - P2 = ( T W22 W2 273 g (H2- H1)1n ) + o T T1 T1 2 Nếu từ tiết diện đến tiết diện có tổn thất phơng trình chuyển động khí có dạng: P1 - P2 = ( T W22 W2 273 g (H2- H1)1n +htt ) + o T T1 T1 2 (1-29) Những phơng trình sử dụng nhiệt độ thay đổi nhiều nh buồng thu hồi nhiệt chẳng hạn 1.4.Sự chuyển hóa dạng áp suất Hãy khảo sát chuyển động khí theo đờng ống hình 1- 4, áp suất hình học hhh = O giả sử áp suất tổn thất htt = O đoạn tiết diện hẹp, áp suất tốc độ tăng lên dẫn tới giảm áp suất tĩnh học đại lợng đại lợng tăng áp suất tốc độ Nh có nghĩa áp suất tĩnh học chuyển thành áp suất tốc độ hay nói khác áp suất tốc độ đợc tạo áp suất tĩnh học Hình 1-4 - Sự chuyển áp suất tĩnh học thành áp suất tốc độ (Xem trang sau) Dự trữ lợng khí áp suất tĩnh học nhờ mà khí chuyển động Trong dòng khí chuyển động lại xuất áp suất tổn thất Nh khí chuyển động khí theo đờng ống có tiết diện không đổi áp suất tĩnh học chuyển thành áp suất tốc độ áp suất tốc độ lại liên tục chuyển thành áp suất tổn thất hth htđ htt Khi đó, kênh tỉết diện không đổi, áp suất tốc độ luôn không đổi chuyển hóa áp suất tĩnh học áp suất tổn thất ngợc lại, biến thành dạng áp suất khác, điều có nghĩa áp suất tổn thất dạng không thuận nghịch Động khí chuyển thành nhiệt ứng với đại lợng áp suất tổn thất Thực tế, nhiệt độ khí tăng lên (chỉ vài phần độ) coi nh không tăng Do áp suất tổn thất làm giảm dự trữ lợng áp suất tĩnh học Từ phơng trình Bernulli ta thấy rằng, thay đổi áp suất áp suất thay đổi theo Điều có nghĩa áp suất chuyển thành áp suất khác tổng áp suất dòng khí chuyển động trì không đổi Thông thờng chuyển hóa áp suất xãy có thay đổi tiết diện kênh dẫn 1.5 Sức cản (trở lực) dòng khí Khi dòng khí chuyển động thẳng kênh thẳng có tiết diện không đổi lợng dòng khí phải tiêu tốn khí ma sát vào tờng, vào kênh Khi tiết diện kênh thay đổi nh co hẹp hay rộng, thay đổi chiều hớng chuyển động (quay vòng) hay có cản trở đờng dòng khí, xuất trồớ lực phụ dòng khí phải tiêu tốn lợng để khắc phục trở lực Trở lực xuất làm cho tốc độ dòng khí phải phân bố lại theo tiết diện ngang, đồng thời tạo dòng xoáy phụ dẫn đến tiêu tốn lợng Nh đờng khí vào kênh ( ống hay tờng) có - Sức cản ma sát khí vào kênh (ống hay tờng) sức cản xuất toàn đờng khí kênh dẫn tiết diện chiều hớng khác - Sức cản địa phơng xuất khu vực hay đoạn kênh dẫn, ví dụ: đoạn kênh đoù thay đổi tiết diện thay đổi hớng Tuy nhiên bên cạnh hai dạng sức cản có dạng sức cản khác áp suất hình học tạo nên Trờng hợp xảy chuyển khí nóng theo đờng ống xuống phía dới nghĩa ngợc với chiều chuyển động tự nhiên khí nóng Trái lại, chuyển động khí nóng lên phía áp suất hình học lại lợng chuyển vận khí phải phụ thêm vào áp suất tĩnh học áp suất tĩnh học lợng dòng khí chuyển động Vì áp suất hình học sức cản phải đa vào tổng sức cản hệ thống, ngợc lại lợng chuyển động giảm sức cản hệ tổng sức cản hệ bằng: htt = hms + hdf hhh (1-30) hms - sức cản ma sát hđf - sức cản địa phơng (cục bộ) hhh - áp suất hình học Đơn vị đo N/m2 mm H2O 1.5.1 Sức cản ma sát Sức cản ma sát có suốt đờng khí, phụ thuộc vào đặc tính chuyển động dòng khí tức chuẩn số Reynolds, trạng thái bề mặt kênh dẫn, chiều dài đờng kính kênh đó: hms = 273 + t L Wo2 o d 273 , [N/m2] (1-31) Trong đó: Wo2 273 + t o = htđ 273 - hệ số ma sát, phụ thuộc vào trạng thái bề mặt kênh dẫn chế độ chuyển động khí tức phụ thuộc vào chuẩn số Re L - Chiều dài kênh dẫn khí, [m] d - Đờng kính kênh dẫn khí, [m] Khi chuyển động dòng: = 64 Re W - tốc độ dòng khí ; Re = W.d (1-32) [m/s] - độ nhớt động khí [m2/s] d - đờng kính qui đổi (đờng kính thủy lực) kênh dẫn khí d= 4F C F - tiết diện ngang kênh dẫn, [m2] C- chu vi tiết diện đó, [m] Khi chuyển động xoáy, phân bố tốc độ trở nên không đặn Do có dòng xoáy mà trở lực tăng lên Ngoài chỗ gồ ghề mặt kênh tạo sức cản phụ dòng xoáy riêng biệt gặp Nếu tốc độ chuyển động khí cao, độ xoáy lớn độ gồ ghề mặt kênh có ảnh hởng nhiều đến sức cản Lớp khí chuyển động dòng sát mặt kênh biến độ xoáy tăng lên sức cản đạt tới giá trị cực đại Khi khí chuyển động xoáy ống kim loại nhẫn, hệ số cản ma sát không phụ thuộc vào loại khí chuyển động Nếu Re 105 hệ số xác định theo công thức Bzarius bằng: = 0,3164 Re , 25 (1-33) Trong kim loại xù xì: = 0,129 Re ,12 (1-34) Trong ống xây gạch = 0,175 Re ,12 (1-35) Khi độ xoáy dòng tăng cao, độ gồ ghề kênh có ảnh hởng nhiều đến hệ số cản Khi hệ số cản không phụ thuộc vào chuẩn số Re mà phụ thuộc vào độ gồ ghề mặt kênh = 0,19 = K d (1-36) - Độ gồ ghề tơng đối mặt kênh K - Chiều cao trung bình lớp gồ ghề mặt kênh dẫn, [mm] d - Đờng kính kênh dẫn, [mm] Đối với ống, ta có trị số K sau: ống kim loại K= 0,04 - 0,17 ống gang K= 0,21 - 0,42 ống kim loại bẩn K= 0,75- 0,90 Kênh gạch K= 0,80 - 6,0 Gần đúng, trị số lấy giá trị sau: ống kim loại = 0, d Kênh gạch = d 10 Khi tính toán lò nung lò sấy, hệ số cản ma sát không khí hay khói lò dùng công thức gần = m L m đối với: d Kênh gạch m = 0,05 ống kim loại không bị oxy hóa m= ống kim loại bị oxy hóa m = 0,035 ống kim loại bị oxy hóa nhiều m = 0,045 0,025 Trong công nghiệp lò, trình khí chuyển động gắn liền với trao đổi nhiệt nên hàm lợng bụi khí có ảnh hởng Hệ số ma sát kể đến ảnh hởng có dạng: , = (1 + ) hàm lợng bụi khí, [kg/ kg] Lúc phải ý đến thay đổi khối lợng riêng khí chuyển động ok khối lợng thể tích khí điều kiện chuẩn C nồng độ bụi khí [ kg/m3] 1.5.2 Sức cản địa phơng (cục bộ) Khi thay đổi hình dạng hình học ống dẫn (mở rộng, thu hẹp, chỗ uốn, gấp khúc ) tốc độ, chiều hớng chuyển động, hình dạng dòng khí thay đổi theo Điều làm tăng độ xoáy dòng, làm tốc độ dòng theo tiết diện kênh dẫn bị phân bố lại Kết phải tiêu tốn phần lợng khí chuyển động để tiện tính toán ngời ta thờng biểu diễn phần tổn thất lợng phần áp suất tốc độ xác định theo phơng trình: hdf = htd W o2 Wt 273 + t t = o ( ) , [ mm H2O] = 2g 273 (1-37) t - Nhiệt độ khí [oC] - Hệ số cản địa phơng Trờng hợp đột mở sử dụng công thức gần tính hệ số cản xác định theo công thức Borde - Karno: = (1 - F1 ) F2 (1- 38) Wtb F = 0,5 Trong trờng F2 >>F1 hay ( Wmax F2 số cản ống tròn =2 , đối ống có tiết diện = 1,55 Nếu khí chuyển động dòng tỷ lệ Khi chuyển động xoáy tỷ lệ tốc độ phẳng = 1,15, 0) hệ Wtb = 0,84, dòng chuyển động ống Wmax Wtb F = 0,9 ( = 0) = 1,06 Wmax F2 Nếu phân bố tốc độ không đối xứng, nh ngoặt đờng ống hay gốc mở ống loa lớn = 3,7 11 Trờng hợp đột thu, hệ số cản phụ thuộc vào tỷ lệ F2/F1 hình dáng khu vực thoát khí nh trờng hợp hình vẽ trên, hệ số cản xác định theo công thức: = 0,5 (1 - F2 ) F1 (1-39) Nếu cạnh mép lỗ ống thu hẹp đợc gia công tròn đi, không sắc nh hình trên, dòng khí đặn hơn, giảm đợc khu vực cắt dòng, xoáy dòng hệ số cản giảm xuống = 0,1 (1- F2 F1 ) Trờng hợp thay đổi chiều dòng tổn thất áp suất tính theo công thức: hdf = W012 o (1 + t ) , [mm H2O] 2g 273 Hệ số phụ thuộc vào góc quay o , bán kính mép R, tỷ lệ tiết diện ống dẫn F2/F1, hình dạng tiết diện ống dẫn chữ nhật (h/b), vị trí quay, mức độ gồ ghề kênh khí chuẩn số Re Ví dụ góc quay = 90o, mép sắc tiết diện chữ nhật nhng tỷ lệ chiều cao với chiều rộng h h = 0,25, tờng gồ ghề = 1,86, = = 1,35 b b Trờng hợp dòng khí có hình chữ Z , tờng nhẫn có giá trị khác khoảng cách ngoặt khác Nếu nhỏ có giá trị nhỏ tăng đến =4,22 b = 1,8 Sau giảm > 10 hai đoạn quay 90o có =2,3 b Nếu quay theo hình chữ U với tiết diện nh nhau, giá trị phụ thuộc vào tỷ lệ b b 1 = = 3,6 Tăng tỷ lệ đến (1 - 1,2) = 1,2 Nếu tăng tiếp trị số b b b tăng mạnh = 2,4, = 2,3 b Khi 1.5.3 Một số phép tính đặc biệt Trong công nghiệp lò nung lò sấy, khí chuyễn động thờng có trao đổi nhiệt Cho nên tính toán sức cản ma sát khu vực ta dùng công thức sau: 273 + t L W02 hms = o ( d 273 Tt +1 Tk ), [N/m2 ] (1-40) L,d : chiều dài đờng kính thủy lực đoạn kênh tính, [m] t: nhiệt độ khí, [oC] Tt , Tk : nhiệt độ tờng kênh (ống dẫn) khí [oK] Nếu khí có nhiều bụi, tính toán sức cản ta dùng hệ số cản nh sau: ms = (1 + à) (1-41) 12 df = (1 + 0,8à) (1-42) hàm lợng bụi khí , [kg/Kg] Do lắng bụi phần đặc biệt đờng ống, tính toán sức cản thủy lực để lựa chọn quạt cần phải lấy dự trữ áp suất 20% Trở lực lớp vật liệu xếp xe goòng lò nung tuynnen đợc xác định hx = 273 + t tb W0 2g 273 [mH2O] (1-43) Hệ số cản lớp xếp (0,4 0,5)l với l chiều dài phần lò có vật liệu xếp, [m] W0 Tốc độ trung bình dòng khí tiết diện thoáng, [m/s] ttb nhiệt độ trung bình phần lò tính trở lực, [0C] Với vật liệu xếp lò vòng, lò nằm vật liệu đợc xếp thành rãnh dẫn khí song song với trục lò: hx = W0 273 + t tb l 2g 273 , [mH2O] Trong l chiều dài lớp vật liệu , [m] - Hệ số cản, kênh thẳng = 0,00127 d 1,5 (1-44) d - Đờng kính thủy lực kênh lớp xếp, m Khi xác định sức cản lớp vật liệu dạng hạt nh lớp than lò khí hóa, lớp clinker, dolomit hay vôi lò dùng công thức sau: 273 + t tb H W02 hlớp = l o ( ), d d1 273 [N/m2 ] (1-45) - Hệ số cản lớp vật liệu, phụ thuộc vào dạng vật liệu chuẩn số Re xem hình Hệ số cản (1-9) nh 1-9 : Hệ số cản lớp vật liệu theo Re 1- Aglopôrít (đờng kính hạt 12 - 82mm) 2- Vôi ( 14 ữ100mm) 3- Than Kok ( 4- Aglôpôrít từ lò quay 14 ữ 100mm) 14 ữ 52mm ) ĐếN ĐÂY H- Chiều cao lớp vật liệu, [m] 13 d- Đờng kính trung bình hạt, [m] o - Khối lợng thể tích khí [Kg/m3] Wo - Tốc độ khí Oo C ứng với toàn tiết diện vỏ lò [m/s.] ttb - Nhiệt độ trung bình khí qua lớp [oC] Hệ số cản lớp hạt có kích thớc hình dáng không giống xác định: l = 15 1,53 75 + + 1) + l ( 4,2 Re Re (1- 46) f- Hệ số rỗng lớp (xem bảng 1-1) f= v1 o vl v1- Khối lợng riêng vật liệu [Kg/m3] o - Khối lợng thể tích vật liệu , [Kg/ m3] Chuẩn số Re xác định theo công thức: Re = W d 0,45 t d1 t (1 f ) f Wt = W c ( dđ1 = 273 + t ) 273 G + G + + G n G1 G2 G + + n d1 d2 dn (1-47) [m/s] [m] (1-48) G1,G2 , ,Gn- Khối lợng phần hạt (Kg) ứng với đờng kính hạt d1, d2 , , dn t- Độ nhớt động học [m2/s ], 1- Gia số = tr tv 273 + t tb (1-49) tr- tv - Hiệu số nhiệt độ khí lúc vào [ oC] ttb- Nhiệt độ trung bình khí [oC] Bảng 1-1 Vật liệu Đờng kính hạt mm Phối liệu ximăng dạng hạt - 10 Clinker cement - 50 Sỏi 40 - 45 Agloporit 10 - 30 Quặng 0,8 - 1,1 Vôi, thạch cao 1,2 + 3,1 Bi kim loại 1,8 - 4,9 Hệ số rỗng f 0,42 - 0,48 0,46 - 0,51 0,38 - 0,39 0,46 - 0,49 0,58 - 0,59 0,34 - 0,39 0,38 - 0,50 Sức cản thủy lực lớp vật liệu xác định công thức sau: 14 h1 = l W0 273 + t o ( ) , [N/m2] 273 (1-50) Wo- Tốc độ khí OoC ứng với toàn tiết diện lò đứng m/s l- Hệ số cản lớp Đối với hạt tròn chuyển động dòng Re < l = 2056 H Re d c (1-51) H: Chiều cao lớp liệu, [m] dc: Đờng kính trung bình phân loại cục, [m] dc = , [m] đó: G phần trọng lợng theo cở hạt, d: đờng kính cục theo G d cở hạt, tính theo đờng kính trung bình mắt sàng để cục lọt qua, [m] Khi chuyển động xoáy Re > l = 1800 46 + 0.08 Re Re (1-52) Công thức ứng với f = 0,4 (thông thờng f = 0,4 - 0,6) Để xác định hệ số cản lớp vật liệu dạng hạt dùng công thức khác, ví dụ: l = 15,2 H ( ) 0.2 1, Wt f d (1-53) ,8 H Chiều cao lớp vật liệu hạt cần tính trở lực, [m] f hệ số rỗng t- Độ nhớt động khí, [ m2/s] d- Đờng kính quy đổi hạt d= f dk 1f [m] (1-54) dk- Đờng kính hạt vật liệu l = a H Wtn (1-55) a, n - Hệ số phụ thuộc vào kích thớc trung bình hạt (bảng 1-2) Giá trị a n vật liệu có hình dạng không Bảng 1-2 Hệ Đờng kính trung bình hạt, Số 10 15 20 a n 70.5 0.65 40.2 0.63 22.2 0.56 13.7 0.49 5.5 0.36 2.5 0.24 1.7 0.15 15 Sức cản lớp than lò khí hóa đợc xác định tùy theo kiểu ghi lò, cờng độ khí hóa thờng có giá trị nh sau: Than đá, antracit, kok, cờng độ khí hóa 150Kg/m2.h 800 - 1500N/m2 250Kg/m2.h 300N/m2 Sức cản lớp than ghi đốt phẳng đốt antracit không phân loại 1000N/m2, có phân loại 800N/m2, than đá nâu 500N/m2 Có thể dùng công thức sau: B F h = m ( )2 , [mH2O] (1-56) B- Lợng than trung bình để đốt [kg/h] F- Bề mặt ghi đốt, [m2] m- Hệ số với Than nâu: 0,001 - 0,0015 Than đá không kết khối: 0,0003 đến 0,0005 Antracit : 0,001 ữ 0,002 Cám antracit: 0,01 - 0,015 Khi thay đổi nhiệt độ lớp vật liệu dạng hạt trờng hợp đốt nóng làm nguội chúng, hệ số cản xác định theo công thức: t = + tc td t td 273 + c (1-57) tđ, tc- Nhiệt độ đầu cuối khí oC Sức cản xyclon tính theo tốc độ ống vào tốc độ ứng với toàn tiết diện xyclon: Wo = V0 D s2 Vo- Lực lợng khí, [m3/s] Ds- Đờng kính xyclon DS = Vt n 222 Wt Vt- Lu lợng khí nhiệt độ t, [m3/h] Wt- Tốc độ khí ống thoát 18 ữ 22m/s Sức cản xyclon tính theo công thức: hs = 's W02 (1+à) , [N/m2] (1-58) Sức cản nhóm xyclôn lớn xyclon 10% Tính sức cản xyclôn dùng công thức: hs = 's W2 t ( 273 + t ) , [N/m2 ] 273 (1-59) 16 à- Hàm lợng bụi dòng khí lúc vào Siklon Kg/Kg s - Hệ số cản Siklon Sức cản thủy lực tầng sôi xác định theo công thức: hts=9,81Cbk H1 (1- f), [N/m2] (1-60) C- Hệ số kể đến lớp tuần hoàn, với chế độ dòng.C= 1,0 xoáy C = 0,95 bk - Mật độ biểu kiến vật liệu, [Kg/m3] H1- Chiều cao lớp, [m] f- Hệ số rỗng trạng thái tỉnh Tổn thất áp suất lò sấy ống khí nâng vật liệu lên đoạn H (chiều cao ống) xác định theo công thức sau: htt = 9,81 H àtb tb , [N/m2] (1-61) Tổn thất áp suất phân ly hạt lò sấy ống hp = àtb tb W tb2 [N/m2] (1-62) Nồng độ trung bình àtb vật liệu lò sấy ống xác định theo công thức: àtb = G 0,5m G K + 0,5 (L kk + n ) [Kg/Kg] (1-63) G1- Khối lợng vật liệu khô vào lò sấy Kg/h Gk- khối lợng động lực sấy vào lò sấy ống, Kg/h Lkk- Lợng không khí hút theo vào lò sấy ống, Kg/h n- Lợng ẩm bốc lò sấy, Kg/h Sức cản đệm buồng hồi nhiệt xác định theo công thức: W02 273 + t hhn = hn l ( ) , [N/m2] 273 l- Chiều dài đờng khí, (1-64) [m] hn- Hệ số cản xếp thành kênh thẳng (kiểu ximen đơn giản) hn = 1,14 d (1-65) Khi xếp theo kiểu chồng chéo (kiểu ximen quân cờ): hn = 1,57 d (1-66) d- Đờng kính thủy lực kênh đệm, m Wo- Xác định ứng với tiết diện sống đệm khối lợng thể tích o Sức cản đệm dùng công thức: 17 hhn = n 273 + t 0,171 W02 o ( ) , [N/m2] , 25 273 d n- Số dãy gạch đệm n = (1-67) H b b- Chiều cao gạch đệm, m H- Chiều cao lớp đệm, m Trong lò nung đồ gốm, sức cản thủy lực chúng xác định: hg = g L W2tb g N/m2 (1-68) L- Chiều dài lớp xếp vật liệu nung, m Wtb- Tốc độ trung bình khí qua tiết diện sống lò, m/s g- Gia tốc trọng trờng g- Hệ số cản lò gốm g = ( 1,1FS ) n nF a (1-69) Ff- Tiết diện sống toàn lớp vật liệu xếp lò, m2 n, S Số kênh tiết diện ngang kênh, m2 a- Hệ số cản kênh 0,012 ữ 0,015 K- Hệ số kinh nghiệm K = 0,075 ữ 2,4 1.6 Thông gió lò Chuyển động khí lò có ảnh hởng nhiều đến điều kiện trao đổi nhiệt, phân bố nhiệt độ, áp suất nh đến sức cản dòng khí chuyển động đặc tính khác lò phòng nung gốm hay lò nấu thủy tinh, khí chuyển động chậm so với lò quay lò phòng chênh lệch nhiệt theo tiết diện ngang lớn so với lò quay Việc làm đồng nhiệt độ lò phòng nhờ dòng khí tuần hoàn tự nhiên Còn lò quay tốc độ dòng khí lớn, việc làm đồng nhiệt độ nhờ dòng cỡng Đa khí vào hay thải khí khỏi lò nung, lò sấy thiết bị nhiệt khác đợc tiến hành thiết bị thông gió Có hai phơng pháp thông gió: nhân tạo tự nhiên phơng pháp nhân tạo sử dụng quạt hút hay quạt đẩy hay kết hợp hai Thông gió tự nhiên dùng ống khói để hút khí lò đa trời 1.6.1 Thông gió tự nhiên: ống khói ống khói thiết bị thông gió tự nhiên, sức hút đợc thành lập áp suất hình học tạo áp suất phải thắng đợc hay sức cản thủy lực từ điểm đến chân ống khói, đồng thời phải tính đến sức cản thân ống khói gây nên Nh tính toán ống khói, ta phải tính tổng trở lực hệ thống lò: htt = hms + hđf + hhh [N/m2] (1-70) Đồng thời phải dự trữ (20 40)% áp suất, áp suất tính toán bằng: 18 [N/m2] ht = (1,2 + 1,4) htt (1-71) Chiều cao ống khói xác định theo phơng trình: k ht = Hg ( kk t t ) - - 273 + t tb H W02 tb ( ) D tb 273 Wom 273 + t m o ( ) 273 [N/m2] (1-72) H- chiều cao ống khói , m k kk t , t - khối lợng riêng không khí khói lò nhiệt độ t, Kg/ m - Hệ số ma sát khí vào thành ống khói ống gạch =0,035ữ0,05 ống kim loại =0,025ữ 0,03 = (1,06- 1,15) Dtb -Đờng kính trung bình ống khói Dtb = Dn + Dn m (1-73) Dn - Đờng kính ống khói, m Dm Đờng kính miệng ống khói, m Dn = 1,5Dm (1-74) W0tb Vận tốc trung bình khói ống khói , [m/s] Wom Vận tốc khói miệng ống khói, [m/s] Để xác định đờng kính miệng ống khói Dm, ta chọn Wom khoảng (4ữ5 )m/s Tốc độ không đợc nhỏ 2m/s, nhỏ không khí dễ lọt qua miệng ống khói vào lò Cũng không đợc vợt 6m/s sức cản thân ống khói tăng lên công thức thấy, số hạng thứ áp suất hình học ống khói tạo nên, số hạng thứ hài áp suất tổn thất ma sát, số hạng thứ ba sức cản địa phơng khí qua miệng ống khói trời Nếu biết lu lợng khí Vok điều kiện chuẩn m3/s ta dễ dàng xác định đờng kính miệng ống khói theo công thức sau: V D m = ok Wok (1-75) Nhiệt độ khí ống khói tính theo độ hạ nhiệt độ kênh lò Nhiệt độ khí miệng ống khói tm xác định sở nhiệt độ khí ống khói, 1m chiều cao ống khói gạch hạ 1ữ1,5oC/m ống khói kim loại hạ 2ữ3 oC/m ống khói thép không lót gạch chịu lửa bên t = M , [oC] ống khói thép lót gạch chịu lửa bên 19 t = 0.8 M , [oC] ống khói xây gạch có chiều dày >0.5m t = 0.2 D , [oC] Nhiệt độ trung bình khói ống khói: ttb = tn tm Nh iệt độ kh ói lò C Vì cha biết chiều cao H ống khói nên ta phải giả thiết, sau ta kiểm tra lại Có thể lấy gần chiều cao H biểu đồ hình 1-1 Hình 1-11 : Chân không thành lập ống khói nhiệt độ không khí oC Vài điều cần lu ý: Chiều cao ống khói , m Theo yêu cầu vệ sinh phòng hỏa chiều cao ống ống khói không đợc nhỏ 16m phải cao mái nhà cao phạm vi bán kính độc hại nh NxOy, SO2 chiều cao ống khói phải cao 100m Chiều cao lớn ống khói đạt tới 150m Nếu nhiên liệu tiêu tốn khoảng 5T/h chiều cao ống khói chừng 30m, tăng đến 100 - 200T/h, chiều cao phải lớn 100m - Nếu ống khói dùng chung cho lò chiều cao ống khói ứng với lò có sức cản lớn lu lợng khí tổng lu lợng hai lò Dới chân ống khói phải có tờng ngăn cao (2 4)m để khói lò không chạy sang lò - Nếu nhiệt độ khí thải > 700oC phải dùng gạch chịu lửa để xây 1.6.2 Quạt gió Trong lò sấy, lò nung thờng sử dụng quạt tơng đối rộng rãi Quạt gió dùng để thổi không khí vào lò nhằm làm nguội sản phẩm nung, cung cấp không khí cho trình cháy nhiên liệu tạo dòng đối lu lò Ngoài quạt gió dùng để hút thải khí trời Tuy mục đích sử dụng quạt khác nhau, song tác dụng thông gió lò nguyên tắc họat nh 20 [...]... quay ở lò phòng chênh lệch nhiệt theo tiết diện ngang lớn hơn so với lò quay Việc làm đồng đều nhiệt độ ở lò phòng là nhờ dòng khí tuần hoàn tự nhiên Còn ở lò quay do tốc độ dòng khí quá lớn, cho nên việc làm đồng đều nhiệt độ là nhờ dòng cỡng bức Đa khí vào hay thải khí ra khỏi lò nung, lò sấy hoặc các thiết bị nhiệt khác đợc tiến hành bởi thiết bị thông gió Có hai phơng pháp thông gió: nhân tạo và tự...Khi tính toán lò nung và lò sấy, hệ số cản do ma sát của không khí hay khói lò có thể dùng công thức gần đúng = m L và m đối với: d Kênh gạch m = 0,05 ống kim loại không bị oxy hóa m= ống kim loại bị oxy hóa ít m = 0,035 ống kim loại bị oxy hóa nhiều m = 0,045 0,025 Trong công nghiệp lò, do quá trình khí chuyển động gắn liền với sự trao đổi nhiệt nên hàm lợng bụi trong khí cũng có ảnh hởng Hệ số ma... 0.08 Re Re (1-52) Công thức trên ứng với f = 0,4 (thông thờng f = 0,4 - 0,6) Để xác định hệ số cản của lớp vật liệu dạng hạt cũng có thể dùng công thức khác, ví dụ: l = 15,2 H ( ) 0.2 1, 2 Wt f d (1-53) 0 ,8 H Chiều cao lớp vật liệu hạt cần tính trở lực, [m] f hệ số rỗng t- Độ nhớt động của khí, [ m2/s] d- Đờng kính quy đổi của hạt d= f 2 dk 3 1f [m] (1-54) dk- Đờng kính hạt vật liệu l = a H Wtn (1-55)... ta dễ dàng xác định đờng kính miệng ống khói theo công thức sau: 2 V D m = ok 4 Wok (1-75) Nhiệt độ khí ở nền ống khói tính theo độ hạ nhiệt độ trong kênh lò Nhiệt độ khí ở miệng ống khói tm xác định trên cơ sở nhiệt độ khí ở nền ống khói, cứ 1m chiều cao của ống khói bằng gạch hạ đi 1ữ1,5oC/m và ống khói kim loại hạ đi 2ữ3 oC/m ống khói bằng thép không lót gạch chịu lửa bên trong t = 2 M , [oC] ống... [oC] Nhiệt độ trung bình của khói trong ống khói: ttb = tn tm 2 Nh iệt độ kh ói lò C Vì cha biết chiều cao H của ống khói nên ta phải giả thiết, rồi sau đó ta kiểm tra lại Có thể lấy gần đúng chiều cao H bằng biểu đồ hình 1-1 Hình 1-11 : Chân không thành lập bởi ống khói khi nhiệt độ không khí oC Vài điều cần lu ý: Chiều cao ống khói , m Theo yêu cầu vệ sinh và phòng hỏa chiều cao ống ống khói không... 2,3 b Khi 1.5.3 Một số phép tính đặc biệt Trong công nghiệp lò nung và lò sấy, khí chuyễn động thờng có trao đổi nhiệt Cho nên khi tính toán sức cản do ma sát ở khu vực đó ta dùng công thức sau: 273 + t L W02 hms = o ( d 2 273 2 Tt +1 Tk ), [N/m2 ] (1-40) L,d : chiều dài và đờng kính thủy lực đoạn kênh tính, [m] t: nhiệt độ của khí, [oC] Tt , Tk : nhiệt độ tờng kênh (ống dẫn) và của khí [oK] Nếu khí... phẳng khi đốt antracit không phân loại 1000N/m2, có phân loại 800N/m2, than đá và nâu 500N/m2 Có thể dùng công thức sau: B F h = m ( )2 , [mH2O] (1-56) B- Lợng than trung bình để đốt [kg/h] F- Bề mặt của ghi đốt, [m2] m- Hệ số với Than nâu: 0,001 - 0,0015 Than đá không kết khối: 0,0003 đến 0,0005 Antracit : 0,001 ữ 0,002 Cám antracit: 0,01 - 0,015 Khi thay đổi nhiệt độ ở lớp vật liệu dạng hạt trong trờng... xyclôn lớn hơn một xyclon 10% Tính sức cản của xyclôn dùng công thức: hs = 's W2 2 t ( 273 + t ) , [N/m2 ] 273 (1-59) 16 à- Hàm lợng bụi trong dòng khí lúc vào Siklon Kg/Kg s - Hệ số cản của Siklon Sức cản thủy lực của tầng sôi xác định theo công thức: hts=9,81Cbk H1 (1- f), [N/m2] (1-60) C- Hệ số kể đến các lớp tuần hoàn, với chế độ dòng.C= 1,0 và xoáy C = 0,95 bk - Mật độ biểu kiến của vật liệu, ... trong lò sấy ống khí nâng vật liệu lên một đoạn H (chiều cao của ống) có thể xác định theo công thức sau: htt = 9,81 H àtb tb , [N/m2] (1-61) Tổn thất áp suất khi phân ly hạt trong lò sấy ống hp = àtb tb W tb2 2 [N/m2] (1-62) Nồng độ trung bình àtb của vật liệu trong lò sấy ống xác định theo công thức: àtb = G 1 0,5m G K + 0,5 (L kk + n ) [Kg/Kg] (1-63) G1- Khối lợng vật liệu khô đi vào lò sấy Kg/h... suất 20% Trở lực của lớp vật liệu xếp trên xe goòng lò nung tuynnen đợc xác định hx = 2 273 + t tb W0 0 2g 273 [mH2O] (1-43) Hệ số cản của lớp xếp (0,4 0,5)l với l là chiều dài của phần lò có vật liệu xếp, [m] W0 Tốc độ trung bình của dòng khí ở tiết diện thoáng, [m/s] ttb nhiệt độ trung bình của phần lò tính trở lực, [0C] Với vật liệu xếp trong lò vòng, lò nằm vật liệu đợc xếp thành các rãnh