Nghiên cứu tính toán đưa ra giải pháp giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của nồi hơi công nghiệp

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM TUẤN KHẢI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐƯA RA GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA NỒI HƠI CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt Mã số: 60.52.80 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Bốn Phản biện 2: PGS.TS Đào Ngọc Chân Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 11 năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý chọn ñề tài Hiện có nhiều nồi có hiệu suất sử dụng lượng thấp, làm gia tăng tình trạng ô nhiễm môi trường hiệu mặt kinh tế Có nhiều biện pháp nâng cao hiệu suất sử dụng lượng hệ thống nồi liên quan ñến trình ñốt, truyền nhiệt, hao hụt lượng Xuất phát từ thực tế ñó, chọn nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu tính toán ñưa giải pháp giảm thiểu yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất nồi công nghiệp ” Mục tiêu nghiên cứu Trong ñề tài tác giả nghiên cứu vấn ñề liên quan ñến yếu tố làm giảm hiệu suất nồi Nội dung nghiên cứu - Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất nồi công nghiệp - Tính toán ñưa giải pháp tốt nhằm giảm thiểu yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất nồi Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Thực nghiệm so sánh kết luận Ý nghĩa thực tiễn Sử dụng lượng hiệu sản xuất công nghiệp Tiết kiệm ñược tài nguyên nhiên liệu, ñặc biệt loại nhiên liệu hóa thạch Footer Page of 126 Header Page of 126 Giảm thiểu ô nhiểm môi trường, ổn ñịnh kinh tế Bố cục luận văn Ngoài phần Mở ñầu, Kết luận Tài liệu tham khảo, phần nội dung gồm chương sau: Luận văn bao gồm 04 chương: Chương : Tổng quan hoạt ñộng nồi Chương : Phân tích ñánh giá yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất nồi Chương : Tính toán phương án giảm thiểu tác ñộng yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất nồi Chương : Tính toán giải pháp cụ thể cho nồi Footer Page of 126 Header Page of 126 Chương TỔNG QUAN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA NỒI HƠI 1.1 Tổng quan nồi Nồi thiết bị giúp ñưa nhiệt trình ñốt cháy cho nước cho ñến nước ñược ñun nóng thành Hơi tuần hoàn Đến bình tách lỏng Khí xã Ống khói Bình khử khí B ơm Bộ h âm Bình tách lỏng BOILER Mỏ ñốt Nước cấp Nhiên liệu Xử lý hóa chất Làm mềm Khử muối Hình 1.1 Giản ñồ phận nồi 1.2 Đánh giá hoạt ñộng nồi Cân nhiệt giúp xác ñịnh ñược tổn thất nhiệt tránh khỏi Kiểm ñịnh hiệu suất nồi giúp ta tìm khu vực trục trặc; ñể có biện pháp khắc phục 1.2.1 Cân Bằng nhiệt Cân lượng ñể xác ñịnh nhu cầu lượng ñầu vào tính toán tỷ lệ hao hụt sở lượng ñầu dạng khác 1.2.2 Hiệu suất nồi Footer Page of 126 Header Page of 126 1.2.3 Hiệu suất nồi theo phương pháp cân thuận Hiệu suất nồi (η) = Nhiệt lượng hữu ích/Nhiệt lượng ñưa vào D.(i bh -i 'nc ) B.Q lv t Ưu ñiểm phương pháp cân thuận ⇔ η= - Có thể ñánh giá nhanh hiệu suất nồi - Cách tính toán cần sử dụng thông số - Sử dụng thiết bị quan trắc - Dễ dàng so sánh tỷ lệ hoá với số liệu ban ñầu Nhược ñiểm phương pháp cân thuận - Không xác ñịnh ñược hiệu suất hệ thống giảm 1.2.3 Hiệu suất nồi theo phương pháp cân nghịch η = 100% - ∑ q i i=2 Ưu ñiểm phương pháp cân nghịch Hiệu suất nồi hơi: Có thể ñạt ñược cân lượng hoàn tất cho dòng riêng, giúp xác ñịnh giải pháp cải thiện hiệu suất nồi Nhược ñiểm phương pháp cân nghịch Tốn thời gian Cần sử dụng thiết bị phòng thí nghiệm ñể phân tích 1.3 Kết luận chương Hoạt ñộng ñánh giá nồi khâu quan trọng cần thiết cho trình vận hành, ñịnh kỳ bảo dưỡng phục vụ cho mục ñích kiểm toán lượng ñể nâng cao hiệu trình sản xuất Footer Page of 126 Header Page of 126 Chương PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT NỒI HƠI 2.1 Ảnh hưởng tổn thất nhiệt q2 2.1.1 Đặc ñiểm tổn thất nhiệt q2 - Khi nhiệt ñộ khói thải cao kéo theo hiệu suất nồi giảm 2.1.2 Giải pháp giảm tổn thất nhiệt q2 Tận dụng nhiệt khói thải Đảm bảo trình ñốt với hệ số không khí thừa tối ưu Cung cấp không khí cho nồi hợp lý giai ñoạn ñốt Đảm bảo chân không buồng ñốt vận hành Đảm bảo chế ñộ thổi bụi hợp lý Đảm bảo tiêu chất lượng nước cấp, nước nồi Giảm áp suất nước nồi 2.2 Đặc ñiểm hệ số không khí thừa + Ảnh hưởng áp suất nhiệt ñộ ñến hệ số không khí thừa Hình 2.1 Ảnh hưởng hệ số không khí thừa ñến hiệu suất nồi Tỷ lệ không khí thừa tối ưu cho trình ñốt phụ thuộc vào loại nhiên liệu, công suất chế ñộ hoạt ñộng nồi Footer Page of 126 Header Page of 126 Bảng 2.2 Hệ số không khí thừa theo nhiên liệu công suất nồi Công suất nồi (T/h) > 30 10 ÷ 30 ÷ 10 chọn t’’ Tra bảng nước chưa sôi với t"[ C] ; p bh [bar] => i nc [ kJ kg ] t'[0 C] ; p bh [bar] => i nc [ kJ ] kg Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 14 Tra bảng nước chưa sôi với: + Tính toán truyền nhiệt phía nước t'2 + t''2 , Nhiệt lượng truyền cho nước: Q = Gn.cp2 (t''2 - t'2 ), Nhiệt ñộ trung bình nước: Tính α2: α2 = [ o C] t2 = Nu λf2 , d2 [Kj/kg] [W/m2 K] + Tính toán truyền nhiệt phía khói Chọn sơ φ k (kg/m3 ) ; Cp2 (kj/kgK) , Ta có vk(m/s) Xác ñịnh t 1'' : t1'' = t1' - Nhiệt ñộ trung bình khói: Tính α1: (lấy α1 = 0,8α1' , Qk , Vk [ o C] t1 = t1' + t1'' , [o C] [W/m K] ) 0,36 Chùm ống bố trí so le nên: Nu = 0,4.Re 0,6 f1 Prf1 k= , δ + + α1 λ α [W/m K] Độ chênh nhiệt ñộ trung bình: ∆t = (∆t max +∆t ) , [o C] Diện tích truyền nhiệt thiết bị: F= Qn , k.∆t Số ống hâm: n= 4G n φ.π.d ω2 3600 l= F , π.d tb n Chiều dài phần tử ñược tính: 3.1.3 Tính toán gia nhiệt không khí Footer Page 14 of 126 [m ] 2 [m] Header Page 15 of 126 15 Nhiệt lượng cần thiết ñể gia nhiệt cho không khí là: Qkk = Vkk ( i - i1 ) , [kj/kg] Nhiệt lượng khói thải sau hâm: Q’2 = Q2 - Qn 3.1.4 Tính toán gia nhiệt dầu Nhiệt lượng cần thiết ñể gia nhiệt dầu: Qd = B ( Cnl1.t1 -Cnl2 t ) , [kj/kg] 3.2 Tính toán hệ số không khí thừa tối ưu 3.2.1 Trường hợp hệ số không khí thừa vượt giá trị tối ưu α1 Thành lập bảng tính với α1 Bảng 3.3 Số liệu tính toán với hệ số không khí thừa α1 stt Đại lượng Entanpi nước không khí mang vào Entanpi khói thực Entanpi không khí lạnh Lượng tổn thất Q21 Thành phần q21 Công thức tính Trị số iαH2O = 0,0161(α-1).Vkko (Ct)H2O Kj/kg ik = iok + (α1 -1).iokk + iαH2O Kj/kg ikkl = α1.Vkko Ckk tkk Kj/kg Q 21 =(i k - i kkl ).(1 q 21 = q4 ) 100 Kj/kg Q 21 100% Q ñv % 3.2.2 Trường hợp xác ñịnh hệ số không khí thừa tối ưu α2 - Tính Q3 : Q 3= Áp dụng công thức: 235(C lv + 0,375Sclv ).CO q (1 − ) , RO2 + CO 100 Q3 = q3.Qñv Thành lập bảng tính với α2 Footer Page 15 of 126 Đơn vị q3 = Q3/Qñv [Kj/kg] Header Page 16 of 126 16 Bảng 3.4 Số liệu tính toán với hệ số không khí thừa α2 stt Đại lượng Entanpi nước không khí mang vào Entanpi khói thực Entanpi không khí lạnh Lượng tổn thất Q22 Thành phần q22 Công thức tính Trị số Đơn vị iαH2O = 0,0161(α-1).Vkko (Ct)H2O Kj/kg α ik = iok + (α1 -1).iokk + iH2O Kj/kg ikkl = α1.Vkko Ckk tkk Kj/kg Q 22 =(i k - i kkl ).(1 - q 21 = q4 ) 100 Q2 100% Q ñv Lượng tổn thất Q = 235(C lv + 0,375Sclv ).CO (1 − q4 ) RO2 + CO 100 Q3 Thành phần q3 q3 = Q3/Qñv Tổng tổn thất q22 + q3 q22 q3 So sánh tổng q21 q22 + q3 lượng tổn thất Kj/kg % Kj/kg % % % 3.3 Tính toán giảm tổn thất nhiệt q5 Tính toán bảo ôn cho nồi Tổn thất chưa bảo ôn: Q5.0 = α Flò (t w1 - t k ) , [W] dl Tổn thất ñã bảo ôn: Q 5.1 = α dl Flò (t w2 - t k ) , [W] + Tính chiều dày lớp bảo ôn: Mật ñộ dòng nhiệt qua vách nồi ñã bảo ôn: q 5.1 = α (t w2 - t k ) , [W/m ] dl Phương trình cân nhiệt: Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 q = 17 π λ (t -t ) w1 w2 d ln d ⇒ d = d e π λ (t w - t w ) q Chiều dày lớp bảo ôn: δ = d2 – d1 3.4 Tính nhiệt ñộ cháy nhiên liệu Giả thiết nhiệt ñộ cháy lý thuyết tño cần tìm nằm