THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC

Từ các dự kiện trên, đi tính toán bề mặt nhận nhiệt cần thiết, chọn diện tích phù hợp với thực tế và tinh toán lại lượng nhiệt hấp thụ, nhiệt độ không khí ra, nhiệt độ nước vào của bộ hâ

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC

Ta đã biết nhiệt lượng cần cấp, nhiệt độ khói vào, nhiệt độ nước ra, đồng thời chọn sơ bộ nhiệt độ khói ra và nhiệt độ nước vào của bộ hâm nước Từ các dự kiện trên, đi tính toán bề mặt nhận nhiệt cần thiết, chọn diện tích phù hợp với thực tế và tinh toán lại lượng nhiệt hấp thụ, nhiệt độ không khí ra, nhiệt độ nước vào của bộ hâmnước

8.1 Công dụng và phân loại bộ hâm nước

Để tận dụng nhiệt thừa của khỏi thải nhằm nâng cao hiệu suất của lò hơi, người ta bốtrí thêm trên đường khỏi thải các bề mặt nhận nhiệt như bộ hâm nước, bộ sấy khôngkhí các bộ này còn được gọi là bộ tiết kiệm nhiệt

Việc bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí có liên quan chặt chẽ với nhau phụthuộc vào nhiệt độ không khí nóng và nhiệt độ nước cấp vào

Nhiệm vụ của bộ hâm nước là gia nhiệt nước cấp đến nhiệt độ sôi hoặc gần sôitrước khi vào bao hơi:

Theo nhiệm vụ có thể phân thành 2 kiểu bộ hâm: Bộ hâm nước kiểu sôi hoặcchưa sôi

Về cấu tạo bộ hâm nước có thể chia thành 3 loại: Ống thép trơn, ống thép cócánh và ống gang Bộ hâm nước bằng ống thép có cánh về cấu tao giống bộ hâm nướcống thép trơn chỉ khác là ở ngoài ống người ta làm thêm các cánh để làm tăng diện tích

bề mặt trao đổi nhiệt nhăm tăng cường truyền nhiệt Bộ hâm nước kiểu ống thép cócánh có ưu điểm là tăng cường hệ số truyền nhiệt, nhưng cấu tạo phức tạp và dễ bịbám tro bụi,khó vệ sinh nên hiện nay không sử dụng nữa

Ta đã biết nhiệt lượng cần cấp, nhiệt độ khói vào, nhiệt độ nước ra, đồng thờichọn sơ bộ nhiệt độ khói ra và nhiệt độ nước vào của bộ hâm nước Từ các dự kiệntrên, đi tính toán bề mặt nhận nhiệt cần thiết, chọn diện tích phù hợp với thực tế và

tinh toán lại lượng nhiệt hấp thụ, nhiệt độ không khí ra, nhiệt độ nước vào của bộ hâmnước.

8.2 Cấu tạo bộ hâm nước ống thép trơn

Theo bảng phân bố nhiệt thì nước ra khỏi bộ hâm nước cấp vẫn chưa sôi Do đó

ta chọn bộ hâm nước kiểu chưa sôi

Sử dụng ống thép trơn để chế tạo, bộ hâm nước ống thép trơn có cấu gồm các ống thép có đường kính từ 28, 32, 38 mm được uốn gấp nhiều lần và 2 đầu được nối vào 2 ống góp.bộ hâm nước được chế tạo thành từng cụm.thông thương các ống xoắn của bộhâm nước được bố trí sole ,tạo tốc độ dòng khói lớn và xoáy nhiều nhằm để tăng cường truyền nhiệt

Hình 8.2 Cấu tạo bộ hâm nước

1,2: ống góp trên và ống góp dưới, 3: ống xoắn, 4: mặt bích 5: cửa phòng nổ

Trong khoảng 28÷38 mm, ống nhỏ sẽ hợp lý hơn Chọn ống 34 / 3Φ Để tăng hiệuquả trao đổi nhiệt ta bố trí 2 dòng môi chất chuyển động ngược chiều, vì khói đi từ trênxuống do đó nước sẽ đi từ dưới lên

+ Bước ngang tương đối s1/d=2÷3 để hạn chế bám tro Chọn s1=83 mm

+ Bước dọc tương đối s2/d=1÷2,5 Chọn s2=83 mm (bước dọc nhỏ thì bám bẩn càngít)

+ Bán kính uốn của ống xoắn khoảng 1,5÷2 lần đường kính ống Chọn bằng 60 mm Việc bố trị ống xoắn cũng phải chú ý đến tốc độ nước trong ống xoắn Tốc độnước được chọn trên cơ sở ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn ở phần không sôi của bộhâm nước tốc độ nước phải không được nhỏ hơn 0,3 m/s

Đối với bộ hâm nước kiểu chưa sôi, vận tốc không được nhỏ hơn 0,3m/s.Khoảng cách giữa các cụm ống của bộ hâm không bé hơn 550÷600mm Các ống xoắnđược giữ bằng các đai thép có thể được treo hoặc đỡ trên dầm

Trong quá trình vận hành lò hơi, phụ tải lò sẽ thường xuyên thay đổi, có nhữnglúc phụ tải rất thấp, có thể bằng không, khi đó lượng nước đi qua bộ hâm nước sẽ rấtnhỏ nên nước có thể sôi trong bộ hâm, điều này là không cho phép đối với bộ hâmchưa sôi Trong trường hợp này cần thiết phải tách bộ hâm nước khỏi sự hoạt động của

lò hơi, do đó việc nối bộ hâm với bao hơi sao cho có thể đảm bảo điều kiện này

Sơ đồ đặt các ống xoắn trong đường nước của lò (một đường nước)

2000

1800

Bảng 8.1 Đặc tính bộ hâm nước

12 Số ống trong 1 dãy dọc md Xác định sau khi tính được diện tích trao đổi nhiệt cần thiết

18 Thể tích riêng trung bình của nước v m3/kg Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt p=20

bar,tnc=100oC

Tra theo tài liệu 2 0.00104

d d

S

S

).

1 , 4

1 , 4 34

83 83 87

,

1

19 Tốc độ nước trong ống ωn m/s D.v/f.3600 10000.0,00104/0,06.3600 0.46940

Bảng 8.2 Tính nhiệt bộ hâm nước cấp

1 Lượng nhiệt BHN hấp thụ

4 Nhiệt độ sơ bộ khói đầu raBHN θ''hn oC Chọn theo giá trị gần đúng với nhiệt độ giả thiết ở phân phối nhiệt độ 370

6 Nhiệt độ khói trung bình θtb

8 Entanpi sơ bộ nước vào BHN i’hn kg/kJ Tra bảng nước và hơi bão hòa với t=30oC 125

9 Entanpi nước đầu ra BHN i’

10 Nhiệt độ nước ra BHN t’’hn oC Tra bảng nước và hơi bảo hòa ở áp suất 20 bar, i’’=498 kJ/kg 100

11 Nhiệt độ trung bình nước ttb

12 Độ chênh nhiệt độ ở đầu vào Δt1 oC θ'hn-t”hn

13 Độ chênh nhiệt độ ở đầu ra Δt2 oC θ''hn-t'hn

17 Hệ số trao đổi nhiệt đối

W/

19 Thành phần khí 3 nguyên

20 Bức xạ trong BHN Không nhận bức xạ từ buồng lửa mà chỉ có bưc xạ từ thể tích khói Lượng này nhỏ nên ta bỏ qua

1

2

χ

πα

ξ

α

S d

530ln(

340

530−

)1273

500(124

3600

9.1366

+

)1273

1(

34.108

1037

25 Số lượng ống trong 1 dãy dọc md ống 8

28 Nhận xét: độ sai lệch chỉ 3,2 % nên ta chọn dữ liệu các thông số hơi và khói như đã chọn sơ bộ

29 Chiều cao của cụm BHN h m 2Sv+md.d+(md-1).S2 2.0,14+8.0,034+(8-1).0,083 1.13

Từ những tính toán thiết kế và đặc tính cấu tạo của bộ hâm nước ta có được kích thước của bộ hâm nước cần sử dụng

.( )

tt hn d

H m

d Z l lo

π

=

+ .( ) d

Hhn=π d Z l lo m+

100

| H

,

16

|3,16

8

,

15

Từ những vấn đề đã trình bày và phân tích các phương án tận dụng nguồn nhiệt khóithải và khẳng định phương án tận dụng nhiệt khói thải để nâng cao nhiệt độ hâm nước cấp đã mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ

Bộ sấy không khí có nhiệm vụ sấy nóng không khí cấp vào lò đến nhiệt độ nhất định để tăng cường quá trình cháy, đảm bảo quá trình cháy nhanh và cháy ổn định

Do bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt bằng gang nặng nề, tốn kim loại (chịu lực kém nên làm dày hơn), độ dẫn nhiệt kém nên phải làm cánh phía ngoài Vì vậy trong thiết kế này ta chọn bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt bằng ống thép

9.1 công dụng và phân loại bộ sấy không khí

Theo nguyên lý truyền nhiệt, có thể phân thành hai loại bộ sấy không khí : Bộ sấykhông khí thu nhiệt và bộ sấy không khí kiểu hồi nhiêt

Ta đã biết nhiệt độ khói vào và nhiệt độ không khí nóng ra khỏi bộ sấy khôngkhí Đồng thời có sơ bộ nhiệt lượng hấp thụ Từ các dữ kiện trên ta tìm được diện tích

bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết, chọn diện tích trao dổi nhiệt phù hợp ( không quá 5%

so với diện tích tính toán) và tính lại nhiệt độ khói ra, không khí vào của bộ sấy khôngkhí

9.1 Cấu tạo bộ sấy không khí

Chọn bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt bằng ống thép.Bộ sấy không khí kiểu thunhiệt bằng ống thép thường được chế tạo thành nhiều cụm (khối) ghép lại theo chiềucao và chiều rộng của lò hơi để thuận lợi khi vận chuyển và lắp đặt

Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt bằng ống thep được chế tạo thành nhiều cụm ghép lại theo chiều cao và chiều rông của lò để thuận lợi khi vận chuyển và lắp.sơ đồ cấu tạo nguyên lí của bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt ống thép được biểu diễn ở hình 9.1

s1 s2

a

Mỗi cụm bộ sấy không khí gồm các ống thép có đường kính 25-51 mm Các ống của bộ sấy không khí chịu áp lực nên có chiều dày nhỏ, thường 1,5-2 mm và được liên kết với nhau bới mặt sàn có chiều dày 15-25 mm Ở đây khói đi trong ống còn không khí sẽ đi cắt ngang phía ngoài ống Nhiều trường hợp để tăng độ cứng của bộ sấy đồng thời cắt số lần cắt nhau giữa khói và không khí,người ta đặt thêm một hay hai mặt sàng chính.

Bố trí các ống theo kiểu sole, để đảm bảo bộ sấy không khí gọn nhẹ khi bước ống ngang và dọc phải đảm bảo hệ số ∆ ở giá trị nhỏ nhất Theo tiêu chuẩn thiết kế để đảm bảo gia công được thì ∆min = s- d = 10mm, đồng thời để đảm bảo cho tiết diện đi của không khí theophương ngang và phương chéo góc bằng nhau thì S1- d = 2(S –d) = 2∆

Việc bố trí cụm của bộ sấy không khí hay số mặt sàn trung gian cần phải tính toán đảm bảo tốc độ không khí đi qua bộ sấy

Bảng 9.1 Đặc tinh cấu tạo bộ sấy không khí

10 Số cụm ống theo chiều rộng đường

15 Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng

đến vách trước(sau) Svt mm Svt =0,5(a – (Z2 –1).S2) 0,5.(1800-(21-1).84) 60

16 Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng đến mép bên cụm Svb mm Svb =0,5(a – (Z1 –1).S1) 0,5.(1800-(8-1).84) 606

17 Số ống trung bình mỗi cụm Z 158

Bảng 9.2: Tính nhiệt bộ sấy không khí

7 Nhiệt độ trung bình của không khí ttb

15 Hệ số tóa nhiệt đối lưu của không khí

|2

|

2

2 2

t s s

t s H

H

4,118

|4,118.246,242

.3600

3600

)273

(

F

t V

s k

kk

ttβ +

8 , 1 273

3600

) 90 273 (

46 , 9 43 , 1

2 1

20 Nhận xét: độ lệch giữa tính toán và thực tế chỉ 2% nên ta lấy các dữ liệu các thông số như đã chọn sơ bộ

Từ những tính toán thiết kế và đặc tính cấu tạo của bộ sấy không khí ta có được cấu tạo kích thước cần sử dụng

Cấu tạo kích thước của bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt

Kết luận: Việc tận dụng nhiệt khói thải của lò công nghiệp để nâng cao hiệu suất xử

dụng năng lượng là vấn đề đang được quan tâm nhằm giải quyết hai vấn đề cơ bản đó

là nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng trong tình hình các nguồn năng lượng

trong thiên nhiên ngày càng can kiệt nhanh chóng

Từ những vấn đề đã trình bày và phân tích các phương án tận dụng nguồn nhiệt khói

thải và khẳng định phương án tận dụng nhiệt khói thải để nâng cao nhiệt độ sấy không

khí đã mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

CHƯƠNG 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI

10.1 Tác hại của bụi.

Bụi tác động tới con người và động vật trước hết là qua đường hô hấp, nó còn tácđộng trực tiếp lên mắt và lên da của cơ thể Chúng gây ra các bệnh như ngạt thở, viêmphù phổi

Một số chất ô nhiễm gây kích thích đối với các bệnh ho, hen suyễn, lao phổi, ungthư phổi, dị ứng da, ngứa da … Nguy hiểm nhất là một số chất tồn tại trong không khígây bệnh ung thư Đặc biệt đối với đường hô hấp, hạt bụi càng nhỏ ảnh hưởng củachúng càng lớn, với cỡ hạt 0,5 đến 10 µm chúng có thể thâm nhập sâu vào đường hô

hấp nên gọi là bụi hô hấp Mức độ ảnh hưởng của bụi phụ thuộc nhiều vào nồng độ bụitrong không khí (mg/m3) Nồng độ bụi cho phép trong không khí phụ thuộc vào bảnchất của bụi và thường được đánh giá theo hàm lượng ôxit silic (SiO2) Bụi cũng tạo racảm giác nóng nực, bẩn thỉu, những nơi có bụi nhiều người ta rất mất nhiều công đểlau chùi, quét dọn thường xuyên

Nhiều sản phẩm đòi hỏi phải được sản xuất trong những môi trường hết sức trongsạch Ví dụ như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế tạo thiết bị quang học, điện

tử v.v…

10.2 Phân loại phương pháp lọc bụi

Trong thực tế có rất nhiều thiết bị lọc bụi khác nhau dựa trên các phương pháp khác nhau, dưới đây là một số phương pháp lọc bụi thường được sử dụng

10.2.1 Lọc bụi theo phương pháp trọng lực.

Các hạt bụi đều có trọng lượng, dưới tác dụng của trọng lực các hạt có xu hướngchuyển động từ trên xuống (đấy của thiết bị lọc bụi) Phương pháp này chủ yếu thu hồicác hạt bụi có kích thước lớn trong buồng lắng trọng lực Trong buồng lắng bụi dòngkhí chuyển động với tốc độ nhỏ (<1÷2 m/s) Buồng được xây bằng gạch hoặc bêtông

có kích thước lớn Kết cấu cửa buồng phải kín, tránh hiện tượng hút khí ngoài môi

trường vào Các hạt bụi có kích thước từ 5÷10 µm, tốc độ rơi của hạt bụi tuân theođịnh luật Stốc, do vậy tốc độ lắng có thể tính theo công thức:

Trong đó: d - đường kính hạt bụi, m

ρ - khối lượng riêng của hạt, kg/m3

g - gia tốc trọng trường, m/s2

µ - hệ số nhớt động học của khí, N.s/m2

10.2.2 Lọc bụi theo phương pháp ly tâm-xyclon-tâm chớp- lọc bụi theo quán tính.

Khi dòng chuyển động đổi hướng hoặc chuyển động theo đường cong, ngoài tácdụng của trọng lực tác dụng lên hạt còn có tác dụng của lực quán tính, lực này còn lớnhơn nhiều lần so với trọng lực Dưới ảnh hưởng của lực quán tính, hạt có xu hướngchuyển động thẳng nghĩa là hạt có xu hướng tách ra khỏi dòng khí Hiện tượng nàyđược sử dụng trong các thiết bị lọc: xyclon, tâm chớp…Các thiết bị này chỉ có khảnăng tách các hạt bụi có kích thước > 10µm nên khi dùng để lắng hạt bụi có kíchthước nhỏ sẽ không hiệu quả

10.2.3 Lọc bụi theo phương pháp ẩm.

Khi các hạt bụi tiếp xúc với bề mặt dịch thể các hạt bụi sẽ bám trên bề mặt đó dựatrên nguyên tắc đó có thể tách các hạt bụi ra khỏi dòng khí Sự tiếp xúc giữa các hạtbụi với bề mặt dịch thể có thể xảy ra nếu lực tác dụng lên hạt bụi theo hướng đến bềmặt dịch thể Các lực đó gồm: lực va đập phân tử, trọng lực, ly tâm(lực quán tính).Phương pháp này chỉ lọc được những hạt bụi có kích thước > 3÷5µm, còn các hạt nhỏhơn thì hiệu quả lọc sẽ không cao

10.2.4 Lọc bụi theo phương pháp tĩnh điện.

Khí chứa bụi được dẫn qua điện trường có thể điện thế cao, dưới tác dụng của điệntrường, khí bị ion hóa, các ion tạo thành bám trên các hạt bụi và tích điện cho chúng,các hạt sau khi tích điện được qua một điện trường chúng sẽ bị hút về phía các cực tráidấu

10.2.5 Lọc bụi kiểu túi vải-màng vải.

Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải được sử dụng rất phổ biến cho các loại bụi mịn, khô,khó tách khỏi không khí nhờ lực quán tính và ly tâm Để lọc người ta cho luồng khôngkhí có nhiễm bụi đi qua túi vải mịn, túi vải sẽ ngăn các hạt bụi lại và để không khí đithoát ra Không khí có lẫn bụi bên ngoài đi vào bên trong túi vải, bụi được giữ lại bêntrong túi và rơi xuống ngăn lắng và trữ bụi, không khí thoát ra bên ngoài túi vải và raống dẫn

10.3 THIẾT KẾ XYCLON

10.3.2 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo xyclon

Cấu tạo xyclon: Xyclon là thiết bị hình trụ tròn có miệng dẫn khí vào ở phía trên.Không khí vào xyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hìnhtrụ Xuống tới phần phễu,dòng khí sẽ chuyển động ngược chiều lên trên theo đườngxoắc ốc và qua ống tâm thoát ra ngoài

Nguyên lý hoạt động: Hạt bụi trong dòng khí chảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khívào chuyển động xoáy Lưc ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời tâm quay và tiến về

vỏ ngoài xyclon Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiềungược với hướng chuyển đông, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài củaxyclon va chạm với nó, sẽ mật động năng và rơi xuống phễu thu Ở đó, hạt bụi đi quathiết bị xả đi ra ngoài

Vật liệu chế tạo: Được làm bằng thép SS400 có phủ sơn cách nhiệt, hoặc đượcchế tạo bằng inox 201,304 Hiệu suất: Cao, xử lý bụi công nghiệp hiệu suất 90 %.Với những công suất nhỏ thiết bị được chế tạo theo kiểu modun để dễ dàng lắpđặt, vân chuyển cũng như tháo dỡ di dời

Hình 10.1 Cấu tạo xyclon lọc bụi

10.3.2 Tính thiết kế xyclon

A Tính lưu lượng khói vào xyclon

Ta có lưu lượng khói vào xyclon bằng lưu lượng khói ra sau bộ sấy không khí Như đã tính ta có : Vk = 7,08 m3/s = 25478 m3/h

B Tính toán xyclon

Hình 10.2 Các thông số cấu tạo xyclon

D : đường kính xyclon , D 1 : đường kính ống trung tâm , d : đường kính ống thải tro, h 1 : chiều dài phần ống trung tâm phần cắm vào xyclon , h 2 : chiều cao phần hình

trụ xyclon , h 3 chiều cao phễu , b chiều dài kênh dẫn vào xyclon

Xác định chiều dài ống trung tâm cắm vào xyclon h1

h1=

a D

a

−

24, m

Tính chiều cao phần hình trụ của xyclon h2:

dựa vào lưu lượng thể tích để chọn xyclon.

Ta có lưu lượng không khí trong một giờ

Vk = 7,08 m3/s = 25478 m3/h

Tra bảng 10.1 tài liệu 1 ta có: kích thước của xyclon (m)

Bảng 4.3.1 Thông số kích thước của xyclon

14100÷70500 2,5 0,625 1,25 0,5 0,88 1,145 2,0 1,2 1,875