thiết kế và lựa chọn quạt cấp khí cho lò nung

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT LỜI MỞ ĐẦU Việc phát triển kinh tế đôi với việc phát triển sở hạ tầng, nhằm đám ứng phát triển xã hội, ngành công nghiệp chế tạo phôi thép phát triển mạnh Việc nung chảy phôi thép tiết kiệm nhiên liệu phụ thuộc vào công nghệ nung thép, hệ thống lò nung phải đám ứng yêu cầu tiện lợi vận hành, không tổn thất nhiệt vận hành, đốt cháy hoàn toàn lượng nhiên liệu cấp cho lò nung Việc thiết kế lựa chọn quạt cấp khí cho lò nung việc quan trọng, nhằm đảm bảo đủ lượng khí cho lò nung, thông gió tốt cho lò, nhiên liệu than cấp cho lò cháy ổn định, không xảy tượng tắt lò lượng khí không cháy tồn động lò… Lò nung thép đốt than cám ( than Antraxit) Trang Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Trang Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh I L ớp: ĐHNL4TLT NHIÊN LIỆU THAN ANTRAXIT Đặc tính nhiên liệu than Than loại nhiên liệu sử dụng phổ biến lò gạch công nghiệp Than hay loại nhiên liệu rắn khác có đặc tính cần thiết để phân biệt thành loại than tốt, than xấu, than dễ cháy, khó cháy, có nhiệt lượng cao, nhiệt lượng thấp v.v Để hiểu đặc điểm than ta có đặc tính sau Thành phần hoá học than Trong than, nguyên tố cấu thành bao gồm thành phần sau:    Cacbon Cacbon thành phần cháy chủ yếu nhiên liệu rắn , nhiệt lượng phát cháy kg cacbon gọi nhiệt trị cacbon, khoảng 34.150 kj/kg Vì lượng cacbon nhiên liệu nhiều nhiệt trị nhiên liệu cao Tuổi hình thành nhiên liệu già thành phần cacbon cao, song độ liên kết than lớn nên than khó cháy Hyđrô Hydro thành phần cháy quan trọng nhiên liệu rắn, cháy toả nhiệt lượng 144.500 kj/kg Nhưng lượng hyđrô có thiên nhiên Trong nhiên liệu lỏng hyđrô có nhiều nhiên liệu rắn Lưu huỳnh Lưu huỳnh thành phần cháy nhiên liệu Trong than lưu huỳnh tồn ba dạng: liên kết hữu S hc, khoáng chất Sk, liên kết sunfat Ss.Lưu huỳnh hữu khoáng chất tham gia trình cháy gọi lưu huỳnh cháy S c Còn lưu huỳnh sunfat thường nằm dạng CaSO4, MgSO4 , FeSO4 , liên kết không tham gia trình cháy mà chuyển thành tro nhiên liệu Vì vậy: S = Shc + Sk + Ss , % = Sc + Ss , % Lưu huỳnh nằm nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng Nhiệt trị lưu huỳnh khoảng 1/3 nhiệt trị cacbon Khi cháy lưu huỳnh tạo khí SO2 SO3 Lúc gặp nước SO3 dễ hoà tan tạo axit H2SO4 gây ăn mòn kim loại Khí SO2 thải khí độc nguy hiểm lưu huỳnh nguyên tố có hại nhiên liệu  Oxy Nitơ Oxy Nitơ chất trơ nhiên liệu rắn lỏng Trang Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh   L ớp: ĐHNL4TLT Sự có mặt oxyvà nitơ làm giảm thành phần cháy nhiên liệu làm cho nhiệt trị nhiên liệu giảm xuống Nhiên liệu non oxy nhiều Khi đốt nhiên liệu, nitơ không tham gia trình cháy chuyển thành dạng tự khói Tro, xỉ (A): Là thành phần lại sau nhiên liệu cháy kiệt Độ ẩm (M): Là thành phần nước có nhiên liệu thường bốc vào giai đoạn đầu trình cháy Như vậy, thành phần hoá học nhiên liệu ta có thành phần sau: C, H, O, N, S, A, M thể thành phần phần trăm C+ H + O + N + S + A + M = 100%  Thành phần công nghệ than Ngoài thành phần hoá học, người ta đánh giá đặc tính than dựa thành phần công nghệ Các thành phần công nghệ sử dụng để đánh giá than bao gồm độ ẩm, hàm lượng cốc, hàm lượng chất bốc, hàm lượng tro, nhiệt trị nhiên liệu  Độ ẩm than “M” Độ ẩm than hàm lượng nước chứa than Độ ẩm toàn phần than xác định cách sấy nhiên liệu tủ sấy nhiệt độ 105 C trọng lượng nhiên liệu không thay đổi Phần trọng lượng gọi độ ẩm nhiên liệu Thực nhiệt độ 1050 C chưa đủ để thải hoàn toàn độ ẩm khỏi nhiên liệu số loại độ ẩm ẩm tinh thể, thường phải nhiệt độ 500- 8000 C thóat  Độ tro than “A” Các vật chất dạng khoáng chất than cháy biến thành tro, Sự có mặt chúng làm giảm thành phần cháy nghĩa làm giảm nhiệt trị than Tỷ lệ tro than ảnh hưởng lớn đến tính chất cháy than như: giảm nhiệt trị than,gây nên mài mòn bề mặt ống hấp thụ nhiệt,bám bẩn làm giảm hệ số truyền nhiệt qua vách ống, Ngoài đặc tính quan trọng tro ảnh hưởng lớn đến trình làm việc thiết bị cháy độ nóng chảy tro Độ tro nhiên liệu xác định cách đem mẫu nhiên liệu đốt đến 800- 8500 C nhiên liệu rắn, 5000 C nhiên liệu lỏng trọng lượng lại không thay đổi Phần trọng lượng không thay đổi tính phần trăm gọi độ tro nhiên liệu Độ tro madut vào khoảng 0,2Trang Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT 0,3%, gỗ vào khoảng 0,5 – 1%, than antraxitcó thể lên tới 15 – 30% cao Một đặc tính quan trọng làm ảnh hưởng đến điều kiện làm việc lò độ nóng chảy tro  Chất Bốc than (V ) Khi đem đốt nóng nhiên liệu điều kiện môi trường Ôxy mối liên kết phân tử hữu bị phân huỷ Quá trình gọi trình phân huỷ nhiệt Sản phẩm phân huỷ nhiệt chất khí gọi "Chất bốc" kí hiệu VC %, bao gồm khí Hydro, Cacbuahydro, Cacbonoxit, Cacbonic Những liên kết có nhiều Oxy liên kết bền vững dễ bị phá vỡ nhiệt độ cao, than non tuổi chất bốc nhiều nhiêu, than bùn (V=70%), than đá (V=10-45)%, than antraxit (V=2-9) % Nhiệt độ bắt đầu sinh chất bốc phụ thuộc vào tuổi hình thành than, than non tuổi nhiệt độ bắt đầu sinh chất bốc thấp Lượng chất bốc sinh phụ thuộc vào thời gian phân huỷ nhiệt Theo tiêu chuẩn ASTMD388 Chất bốc than thành phần bay than trừ độ ẩm mẫu than đốt nóng chén có nắp đậy kín (không đưa không khí vào) ,ở nhiệt độ 800-820OC thời gian phút, kí hiệu V (%) Chất bốc than có ảnh hưởng lớn đến trình cháy than, chất bốc nhiều than xốp, dễ bắt lửa cháy kiệt nhiêu Vì cháy than chất bốc than Antraxit Việt nam cần phải có biện pháp kĩ thuật thích hợp  Thành phần cốc than (FC ) Chất rắn lại (đã trừ độ tro) than sau bốc hết chất bốc gọi cốc than Cốc thành phần chất cháy chủ yếu than Tính chất cốc phụ thuộc vào tính chất mối liên hệ hữu có thành phần chaý Nếu cốc dạng cục gọi than thiêu kết ( than mỡ, than béo ), cốc dạng bột gọi than không thiêu kết (than đá ,than antraxit ) Than có nhiều chất bốc cốc xồp,thancàng có khả phẩn ứng cao, Các bon dễ bị Oxy hoá mà dễ bị hoàn nguyên khí CO thành khí CO Than gầy than Antrxit không không cho cốc xốp cháy, chúng loại than khó chaý Tuỳ thuộc khả thiêu kết than mà than có màu sắc Trang Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT khác Than không thiêu kết có màu xám, than thiêu kết có màu ánh kim loại Độ cứng than phụ thuộc vào độ xốp cốc, than xốp độ bền bé than dễ nghiền  Nhiệt trị than Nhiệt trị than nhiệt lượng phát cháy hoàn toàn kg than đựoc kí hiệu chữ Q (Kj/kg) Nhiệt trị than phân thành Nhiệt trị cao nhiệt trị thấp Xác đinh nhiệt trị thực nghiệm tiến hành cách đo trực tiếp lượng nhiệt sinh đốt cháy lượng nhiên liệu định “ Bom nhiệt lượng kế” Bom nhiệt lượng kế bình thép chứa oxy áp suất 2,5 – 3,0 MN/m2 Bom đặt thùng nhỏ chứa nước ngập đền toàn bom gọi “bình nhiệt lượng kế” Nhiệt lượng toả cháy nhiên liệu dùng để đun nóng khối lượng nước Người ta đo nhiệt độ nước nóng suy nhiệt trị nhiên liệu Để hạn chế ảnh hưởng toả nhiệt môi trường xung quanh, người ta thường đặt bình nhiệt lượng kế vào thùng khác có hai vỏ chứa đầy nước, đảm bảo cho không gian xung quanh nhiệt lượng kế có nhiệt độ đồng Phương pháp xác định nhiệt trị tính toán dựa sở tính nhiệt lượng toả cháy thành phần nguyên tố nhiên liệu Như để tính xác nhiệt trị cần phải xác định xác, ảnh hưởng hiệu ứng nhiệt sinh kèm theo phản ứng cháy Song sản phẩm cháy có nước nước ngưng đọng lại thành nước toả thêm lượng nhiệt Nhiệt trị cao nhiên liệu nhiệt trị có kể đến phần lượng nhiệt thêm Các bảng trình bày đặc tính công nghệ số loại than phổ biến Việt Nam Chất lượng thương phẩm than Hòn Gai - Cẩm Phả Loại Ký hiệu Cỡ Ak% hạt (mm) Than cám Wpt % Vk % Sk Qk(Cal/g) Trung Giới hạn Trung Không Trung Trung Không Không bình bình lớn lớn Trang Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT bình bình nhỏ HG HG 060 0¸15 6¸8 12 6,5 0,6 0,8 7800 HG HG 070 0¸15 8,01¸10 12 6,5 0,6 0,8 7600 3a HG HG 08A 0¸15 11,5 10,01¸13 12 6,5 0,6 0,8 7350 3b HG HG 08B 0¸15 14 13,01¸15 12 6,5 0,6 0,8 7050 3c HG HG 08C 0¸15 16,5 15,01¸18 12 6,5 0,6 0,8 6850 4a HG HG 09A 0¸15 20 18,01¸22 12 6,5 0,6 0,8 6500 4b HG HG 09B 0¸15 24 22,01¸26 12 6,5 0,6 0,8 6050 HG HG 100 0¸15 30 26,01¸33 12 6,5 0,6 0,8 5500 6a HG HG 11A 0¸15 36 33,01¸40 12 6,5 0,6 0,8 4850 6b HG HG 11B 0¸15 42 40,01¸45 12 6,5 0,6 0,8 4400 Trang Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Chất lượng than Mạo Khê Loại Kí hiệu Than cám Cỡ Ak% hạt (mm) Wpt % Vk % Sk Qk(Cal/g) Không Trung Giới hạn Trung Không Trung Trung lớn Không bình bình lớn bình bình nhỏ hơn 4a MK 09A 0¸15 20 MK 18¸22 12 0,7 6100 4b MK 09B 0¸15 24 MK 22,01¸26 12 0,7 5800 MK MK 100 0¸15 30 26,01¸33 12 0,7 5250 6a MK11A 0¸15 36 MK 33,01¸40 12 0,7 4650 6b MK 11B 0¸15 42 MK 40,01¸45 12 0,7 4250 Tính toán lượng không khí cần thiết để đốt 1kg than L0 = 0,115 C + 0,346H + 0,034( S − O) L0 = 0,115 x94 + 0,346x1 + 0,034(1,79 − 1,63) = 11,16(kgk / kgthan ) Trang Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Nhiệt lượng cần cung cấp đề nung chảy 50 kg thép: Q = m.c.∆t = 50x 460x(1535 − 35) = 34500000( J ) Trong đó: m: khối lượng thép C: nhiệt dung riêng thep 1535 : nhiệt độ nóng chảy thép 35: nhiệt độ thép ban đầu - - Chiều dày lớp than mặt ghi ( phụ lục 31, giáo trình lý thuyết, tính toán thiết kế hệ thống sấy) : Đối với than Antraxit dùng cho buồng đốt bán khí 250 mm Quan hệ chiều cao diện tích đáy lò than đốt ghi thủ công: Diện tích đáy lò Chiều cao lò - 0,5 300-400 0,5-1,0 400-600 1-3 600-800 Cường độ cháy cường độ nhiệt ghi lò đốt cháy hoàn toàn ( phụ lục 33, ( phụ lục 31, giáo trình lý thuyết, tính toán thiết kế hệ thống sấy), ghi thu công, cường độ cháy ghi :100-120 (kg/m2h) Cường độ nhiệt ghi (400-500).103 (Kcal/m2h) Lựa chọn quạt cho lò nung thép Khi tính toán thiết kế lò nung thép đốt nhiên liệu than Antrixit, việc tính toán nhiệt lượng cần nung cho thép nóng chảy, ta tính toán thiết kế quạt ly tâm cấp không khí cho việc đốt than, nhằm mục đích đốt than cháy hoàn toàn, tính toán nhiệt thiết kế lò đốt việc tính toán chọn quạt không phần quan trọng Quạt phận quan trọng hệ thống lò nung thép Trang Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Một hệ thống lò nung thép làm việc có hiệu hay không phụ thuộc nhiều vào chất lượng quạt Do tầm quan trọng sở nung nấu thép cần phải trang bị cho hệ thống khảo nghiệm quạt, với đầy đủ dụng cụ đo, nhằm giúp nhà sản xuất biết thông số quạt họ chế tạo Việc lựa chọn loại quạt nào, số hiệu phụ thuộc vào đặc trưng hệ thống lò nung, trở lực mà quạt phải khắc phục ∆P (Pa), suất mà quạt cần cấp để đốt hoàn toàn than V (m3/h) nhiệt độ độ ẩm không khí , chọn quạt, giá trị cần xác định hiệu suất quạt Quạt có nhiệm vụ hệ thống lò nung thép: - Cung cấp lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết lượng than cấp nhiệt cho lò - Mang lượng khí thải lò ( thống gió cho lò đốt) Theo yêu cầu thiết kế hệ thống lò nung thép ta chọn loại quạt quạt ly tâm Trang 10 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT TÍNH CHỌN QUẠT Bố trí quạt ly tâm cho lò nung II Quạt ly tâm sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp xây dựng, dùng để thông gió, cấp gió cho hệ thống buồng đốt nhiên liệu, điều tiết không khí nhà cao tầng, trạm, phân xưởng sản xuất, hút xả chất độc sinh trình sản xuất, đặc biệt phân xưởng nhà máy hóa chất Sơ đồ bố trí hệ thống lò nung thep Trang 11 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Hệ thống lò nung thép cấp liệu cho lò nung Một số loại ghi lò đốt nhiên liệu than thướng dùng Lò nung thép Trang 12 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Tính toán nhiệt lượng lưu lượng khí cấp cho Tổng tổn thất áp suất cần khắc phục Δp: Δp = Δpt + Δpcb , N/m2 Trong đó: Δpt: Trở lực qua lớp vật liệu ghi Δpcb: Trở lực cục qua ghi, co cyclon - Trở lực qua lớp vật liệu ghi: ∆pt = G ( ρv − ρ k ).g ρ k Fgh Khối lượng lớp than ghi, G = kg Khối lượng riêng dòng khí ρk = 1,2 kg/m3 Khối lượng riêng than Antraxit, ρv = 850 kg/m3 Diện tích ghi, Fgh = 1,5 m2 Ta tính được: ∆p t = - G ρ V Fgh ( ρ v − ρ k ) g = (850 − 1,2).9,81 = 8326,7 Pa 850.1,5 Trở lực cục qua co, ghi cyclon: ∆pcb = (ξ co + ξ G + ξS ) ρ k vS2 Vận tốc dòng khí: vs= m/s Hệ số trở lực qua co, chọn ξco = 1,1 Trang 13 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Hệ số trở lực qua ghi, chọn ξG = ( phụ lục GT BQMN) Hệ số trở lực qua siclon, chọn ξS = Ta tính được: ∆p cb = (ξ co + ξ G + ξ S ) ρ kgv ν s2 = (1,1 + + 0) 1,2.5 = 46,5Pa Chiều dài ống thép từ miệng quạt đến cửa cấp khí lò nung l = m, đường kính d = 0,2m, vận tốc khí ống v=10 m/s ∆p ms l v2 10 = λ ρ = 0,15 1,2 = 37,5 pa d 0,2 Vậy : cột áp toàn phần Δp = 46+37,5= 84 Pa Lưu lượng quạt: Q = L.v = L ρ , m3/s Với: L lượng không khí khô cần thiết tính L = 11,16 kgkk/s Q= 11,16 = 9,3m / s 1,2 Công suất cần thiết quạt: N lt = η ∆p.Q.10 −3 84.9,3.10 −3 = = 1,2kW η 0,65 : hiệu suất chung, thường η = 0,4 − 0,65 , chọn Công suất động quạt: Nđc = K.Nlt , kW Với K hệ số dự trữ K =1,1 Trang 14 η = 0,65 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Nđc = 1,1.1,2 = 1,3 Kw THIẾT KẾ QUẠT Thiết kế guồng III 1) Đường kính guồng: - Q 9,3 = 3,53 = 0,647m n 1470 D1 = 3,53 Đường kính quồng: - D2 = D1 0,647 = = 0,76m m 0,85 Với m hệ số : m= 0,85-0,9 với quạt thấp áp Để đảm bảo an toàn cho cách quạt ta chọn chiều dầy cánh: - δ = 6mm Độ dài cánh: - Z= - D2 − D1 = 0,06m Bước cánh : t = Z Số cánh: n1 = Π.D2 3,14.0,71 = = 37 t 0,06 (cánh) Vận tốc cửa C2 = 2.g hd = ρ 2.9,81.29,4 98 = 16,98 1,2 (m/s) Trong đó: hd=0,3.H = 0,3 98 = 29,4 mmH2O Cột áp quạt áp lực thấp: < 100 mm H2O Trang 15 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh - L ớp: ĐHNL4TLT Vận tốc đầu vào: C1 = 4Q 4.9,3 = = 28,3m / s 3,14.0,6472 π D1 - Vận tốc góc guồng động: ϖ= - Tốc độ vòng đầu vào: U = ϖ R1 = 154 - 0,647 = =49,8(m / s ) tốc độ vòng đầu ra: U = ϖ R2 = 154 - π n π 1470 = = 154( rad / s) 30 30 0,76 = =58,52(m / s) Để quạt hoạt động tốt nhất, kinh tế nhất: ta chọn góc C1 với U1 900 ⇔ α = 90o - Vận tốc tương đối: W1 = C12 + U 12 = 28,3 + 49,8 = 57,27 (m/s) W2 = C 22 + U 22 = 16,98 + 58,522 = 60,93 - (m/s) Vân tốc pháp tuyết: Cr = C1 = 28,3 (m/s) - Vân tốc tiếp tuyến Ct = - Tam giác vận tốc cửa vào: Trang 16 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Do thực tế Cr thường không đổi thay đổi nên ta xem Cr1 =Cr2 = 28,3 (m/s) Góc không khí cửa vào: U U 49,8 = 72,30 β = arcsin = 31o β1 = arcsin = arcsin W1 W1 52,27 β1 R1cos = R2cos ⇒ β2 - β2 =74,99o Chiều rộng guồng động: b= b= Q (π D1 − δ n1 ) C12 − ϕ12 u12 9,3 (3,14.0,647 − 0,006.20) 28,3 − 0,4 2.49,8 b = 0,242 m Trang 17 = 0,2429( m) Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Trang 18 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh 2) L ớp: ĐHNL4TLT Thiết kế vỏ quạt Theo vị trí không gian đặt quạt ta chọn vỏ quạt ly tâm quay - phải Diện tích miệng đẩy: - F= - Q 9,3 = = 0,547m C 16,98 Độ dài cạnh miệng đẩy vuông B= F =0,74 m Khoảng cách guồng động cửa hút: δ1 ≤ 0.01D2 ⇔ δ1 ≤ 11(mm) - Độ mở cỏ quạt: A= - 2 D1 = 0,647 = 0,43(m) 3 Các kích thước khác quạt: a= A 0,43 = = 0,107( m ) 4 rk = D2 0,76 = = 0,38( m) 2 r1 = rk + 0.5a = 0,38+ 5.0,107=0,951 (m) r2 = rk + 3/2a = 0,38+ 3/2 0,107=0,5405 (m) r3 = rk + 5/2a = 0,38 + 5/2 0,107=0,6475(m) r4 = rk + 7/2a = 0,38+ 7/2 0,107=0,7545 (m) S1 = r1 + 0.5a = 0,951+ 0,5.0,107=1,0045 (m) S2 = r2 + 0.5a = 0,5405+ 0,5.0,107=0,594 (m) S3 = r3 + 0.5a = 0,6475+0,5.0,107=0,701 (m) S4 = r4 + 0.5a = 0,7545+ 0,5.0,107=0,808 (m) Trang 19 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT Hình : kích thước vỏ quạt: Trang 20 ... (Kcal/m2h) Lựa chọn quạt cho lò nung thép Khi tính toán thiết kế lò nung thép đốt nhiên liệu than Antrixit, việc tính toán nhiệt lượng cần nung cho thép nóng chảy, ta tính toán thiết kế quạt ly tâm cấp. .. thải lò ( thống gió cho lò đốt) Theo yêu cầu thiết kế hệ thống lò nung thép ta chọn loại quạt quạt ly tâm Trang 10 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh L ớp: ĐHNL4TLT TÍNH CHỌN QUẠT Bố trí quạt ly tâm cho lò. .. không khí , chọn quạt, giá trị cần xác định hiệu suất quạt Quạt có nhiệm vụ hệ thống lò nung thép: - Cung cấp lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết lượng than cấp nhiệt cho lò - Mang lượng khí